A sejtproliferáció genetikai szabályozása. Sejtosztódási mechanizmusok

A proliferációs folyamatok akut gyulladásban röviddel a flogogén faktor szövetre gyakorolt ​​hatása után kezdődnek, és a gyulladásos zóna perifériáján kifejezettebbek. A burjánzás optimális lefolyásának egyik feltétele az elváltozási és váladékozási folyamatok csillapítása.

Proliferáció

A fagociták emellett számos biológiailag aktív anyagot termelnek és választanak ki az intercelluláris folyadékba, amelyek szabályozzák akár az immunitás, akár az allergia, akár a tolerancia állapotának kialakulását. Így a gyulladás közvetlenül összefügg az immunitás vagy immunpatológiai reakciók kialakulásával a szervezetben.

A proliferációt - a gyulladásos folyamat egyik összetevőjét és végső szakaszát - a stromális és általában a parenchymalis sejtek számának növekedése, valamint a gyulladás fókuszában intercelluláris anyag képződése jellemzi. a megváltozott és/vagy az elpusztult szöveti elemek regenerálására irányul. A gyulladás ezen szakaszában nagy jelentőséggel bírnak a különféle biológiailag aktív anyagok, különösen azok, amelyek serkentik a sejtburjánzást (mitogének).

A szervspecifikus sejtek proliferációjának formái és mértéke eltérő, és a sejtpopulációk természete határozza meg (lásd a „Sejtpopuláció” című cikket a „Referenciakönyv” mellékletben).

Egyes szervekben és szövetekben (például a májban, a bőrben, a gyomor-bélrendszerben, a légzőrendszerben) a sejtek nagy proliferációs kapacitással rendelkeznek, amely elegendő a gyulladás fókuszában lévő szerkezeti hibák kiküszöbölésére.

Más szervekben és szövetekben ez a képesség nagyon korlátozott (például az inak, porcok, szalagok, vesék stb. szöveteiben).

Számos szervben és szövetben a parenchymás sejteknek gyakorlatilag nincs proliferatív aktivitásuk (például szívizom miociták, neuronok). Ennek kapcsán a szívizom és az idegrendszer szöveteiben a gyulladásos folyamat végén a gyulladás fókuszának helyén stromasejtek, elsősorban fibroblasztok szaporodnak, amelyek szintén nem sejtes struktúrákat alkotnak. Ennek eredményeként kötőszöveti heg képződik. Ugyanakkor ismeretes, hogy ezeknek a szöveteknek a parenchymás sejtjei nagy kapacitással rendelkeznek a szubcelluláris struktúrák hipertrófiájára és hiperpláziára.

A proliferációs folyamatok aktiválása összefüggésben áll a biológiailag aktív anyagok képződésével, amelyek gyulladásgátló hatásúak (egyfajta gyulladásgátló mediátorok). Közülük a leghatékonyabbak a következők:

Hidrolázok gátlói, különösen proteázok (pl. antitripszin), -mikroglobulin, plazmin vagy komplement faktorok;

Antioxidánsok (pl. ceruloplazmin, haptoglobin, peroxidáz, SOD);

Poliaminok (pl. putreszcin, spermin, cadaverin);

glükokortikoidok;

Heparin (leukociták adhéziójának és aggregációjának gátlása, kininek aktivitása, biogén aminok, komplement faktorok).

A gyulladás során elhalt és sérült szövetelemek cseréje pusztulásuk és eliminációjuk után figyelhető meg (ezt a folyamatot sebtisztításnak nevezik).

Mind a stromális, mind a parenchymalis sejtek proliferációs reakcióit különböző tényezők szabályozzák. Közülük a legjelentősebbek:

A gyulladás számos mediátora (például TNF, amely elnyomja a proliferációt; leukotriének, kininek, biogén aminok, amelyek serkentik a sejtosztódást).

A leukociták specifikus anyagcseretermékei (például monokinek, limfokinek, IL, növekedési faktorok), valamint a vérlemezkék, amelyek aktiválhatják a sejtproliferációt.

A szövetpusztulás során felszabaduló kis molekulatömegű peptidek, poliaminok (putreszcin, spermidin, spermin), valamint a sejtreprodukciót aktiváló nukleinsavak bomlástermékei.

Hormonok (GH, inzulin, T 4, kortikoidok, glukagon), amelyek közül sok koncentrációjuktól, aktivitásuktól, szinergikus és antagonista kölcsönhatásuktól függően egyaránt képes a proliferáció aktiválására és gátlására; például a glükokortikoidok kis dózisban gátolják, a mineralokortikoidok pedig aktiválják a regenerációs reakciókat.

Számos egyéb tényező is befolyásolja a proliferációs folyamatokat, például enzimek (kollagenáz, hialuronidáz), ionok, neurotranszmitterek és mások.

. fejezet II
sejtszaporodás. A sejtproliferáció problémái az orvostudományban.
2.1. Egy sejt életciklusa.
A sejtelmélet azt mondja, hogy a sejtek a sejtekből az eredeti osztódásával keletkeznek. Ez a rendelkezés kizárja a sejtek nem sejtes anyagból történő képződését. A sejtosztódást kromoszóma-apparátusuk reduplikációja, DNS-szintézis előzi meg mind eukarióta, mind prokarióta szervezetekben.

A sejt létezésének idejét az osztódástól az osztódásig sejtnek vagy életciklusnak nevezzük. Értéke igen változó: baktériumoknál 20-30 perc, cipőnél napi 1-2 alkalommal, amőbánál kb 1,5 nap. A többsejtű sejtek osztódási képessége is eltérő. A korai embriogenezisben gyakran osztódnak, és a felnőtt szervezetben többnyire elvesztik ezt a képességüket, ahogy specializálódnak. De még a teljes kifejlődést elért szervezetben is sok sejtnek osztódnia kell, hogy pótolja az elhasználódott sejteket, amelyek folyamatosan hullanak, és végül új sejtekre van szükség a sebek begyógyulásához.

Ezért egyes sejtpopulációkban az osztódásnak az élet során meg kell történnie. Ennek alapján az összes cella három kategóriába sorolható:

1. A gyermek születésére az idegsejtek erősen specializált állapotba kerülnek, elveszítik szaporodási képességüket, az ontogenezis során számuk folyamatosan csökken. Ennek a körülménynek van egy jó oldala; ha az idegsejtek osztódnának, akkor a magasabb idegi funkciók (memória, gondolkodás) megzavarnának.

2. A sejtek egy másik kategóriája szintén erősen specializált, de folyamatos hámlásuk miatt újak váltják fel őket, és ezt a funkciót az azonos vonalú, de még nem specializálódott, osztódási képességüket nem veszített sejtek látják el. Ezeket a sejteket megújulónak nevezik. Ilyen például a bélhám folyamatosan megújuló sejtjei, a vérképző sejtek. A nem specializáltakból csontszöveti sejtek is kialakulhatnak (ez a csonttörések reparatív regenerációja során figyelhető meg). A nem specializálódott sejtek osztódási képességét megőrző populációit általában őssejteknek nevezik.

3. A sejtek harmadik kategóriája kivétel, amikor a magasan specializálódott sejtek bizonyos körülmények között beléphetnek a mitotikus ciklusba. Olyan sejtekről beszélünk, amelyeket hosszú élettartam jellemez, és ahol a teljes növekedés után ritkán történik sejtosztódás. Ilyen például a hepatociták. De ha a máj 2/3-át eltávolítják egy kísérleti állatból, akkor kevesebb mint két hét alatt visszaáll a korábbi méretére. Ugyanígy a mirigyek hormonokat termelő sejtjei is: normál körülmények között csak kevesen képesek szaporodni, megváltozott körülmények között pedig többségük osztódásba kezd.

A sejtciklus az egymást követő események ismétlődését jelenti, amelyek bizonyos ideig tartanak. A ciklikus folyamatokat általában grafikusan körökként ábrázolják.

A sejtciklus két részre oszlik: mitózisra és az egyik mitózis vége és a következő interfázis kezdete közötti intervallumra. Az autoradiográfia módszere lehetővé tette annak megállapítását, hogy az interfázisban a sejt nemcsak speciális funkcióit látja el, hanem DNS-t is szintetizál. Ezt az interfázis időszakát szintetikusnak (S) nevezték. Körülbelül 8 órával a mitózis után kezdődik és 7-8 óra múlva ér véget. Az S-periódus és a mitózis közötti intervallumot preszintetikusnak (G1 - 4 óra) a szintetikus után, maga a mitózis előtt - posztszintetikusnak (G2) nevezték. körülbelül egy óra leforgása alatt zajlik.

Így az acél sejtciklusában négy szakaszt különböztetnek meg; mitózis, G1-periódus, S-periódus, G2-periódus.

A DNS interfázisban a megkettőződés tényének megállapítása azt jelenti, hogy ezalatt a sejt nem tud speciális funkciókat ellátni, sejtszerkezetek felépítésével, a leánysejtek növekedését biztosító építőanyagok szintetizálásával, a mitózis során elhasznált energia felhalmozásával, specifikus szintetizálással. enzimek a DNS replikációjához. Ezért az interfázisú sejteknek, hogy a genetikai program által előre meghatározott funkcióikat elláthassák (nagyon specializálódjanak), átmenetileg vagy véglegesen ki kell hagyniuk a ciklust a G0 periódusban, vagy a kiterjesztett G1-ben kell maradniuk (jelentős különbségek a sejtek állapotában a G0 és G1 periódusokat nem jegyezték fel, mivel ciklusonként G0 lehet sejtek). Külön meg kell jegyezni, hogy a többsejtű érett organizmusokban a sejtek többsége ismert, hogy a G0 periódusban van.

Mint már említettük, a sejtek számának növekedése csak az eredeti sejt osztódása miatt következik be, amelyet megelőz a genetikai anyag, DNS-molekulák, kromoszómák pontos szaporodásának fázisa.

A mitotikus osztódás új sejtállapotokat foglal magában: az interfázisú, dekondenzált és már reduplikált kromoszómák a mitotikus kromoszómák kompakt formáivá alakulnak át, akromatikus mitotikus apparátus jön létre, amely részt vesz a kromoszómatranszferben, a kromoszómák ellentétes pólusokra divergálnak, és citokinézis következik be. A közvetett felosztás folyamatát általában a következő fő fázisokra osztják: profázis, metafázis, anafázis és telofázis. A felosztás feltételes, mivel a mitózis egy folyamatos folyamat, és a fázisváltás fokozatosan megy végbe. Az egyetlen fázis, amelynek valódi kezdete van, az anafázis, amelyben

elkezdenek szétválni a kromoszómák. Az egyes fázisok időtartama eltérő (átlagosan a profázis és a telofázis - 30-40", az anafázis és a metafázis - 7-15"). A mitózis kezdetére egy emberi sejt 46 kromoszómát tartalmaz, amelyek mindegyike 2 azonos félből áll - kromatidákból (a kromatidot S-kromoszómának is nevezik, a 2 kromoszómából álló kromoszómát pedig d-kromoszóma).

A mitózisban megfigyelhető egyik legfigyelemreméltóbb jelenség a hasadási orsó kialakulása. Biztosítja a d-kromoszómák egy síkban, a sejt közepén történő igazodását, valamint az S-kromoszómák pólusokhoz való mozgását. Az osztódás orsóját a sejtközpont centrioljai alkotják. A tubulin fehérjéből mikrotubulusok képződnek a citoplazmában.

A G1 periódusban minden sejtben két centriól van, a G2 periódusba való átmenet idejére minden centriól közelében egy-egy leánycentriol képződik, és ebből összesen két pár képződik.

Profázisban az egyik centriolpár az egyik pólushoz, a másik a másikhoz kezd mozogni.

Az egymás felé eső centriolpárok között interpoláris és kromoszómális mikrotubulusok halmaza kezd kialakulni.

A profázis végén lévő magburok felbomlik, a nucleolus megszűnik, a kromoszómák (d) spiralizálódnak, az osztódási orsó a sejt közepére költözik, a d-kromoszómák pedig az orsó mikrotubulusai közötti résekben vannak.

A profázis során a D kromoszómák fonalas szerkezetekből rúd alakúakká kondenzálódnak. Rövidülés és megvastagodás (a d-kromoszómák egy ideig a metafázisban folytatódnak, aminek következtében a metafázisú d-kromoszómák megfelelő sűrűségűek. A kromoszómákban jól látható a centromer, egyenlő vagy egyenlőtlen karokra osztva, 2 szomszédos S-ből áll - kromoszómák (kromatidák).Az anafázis kezdetén az S-kromoszómák (kromatidák) elkezdenek mozogni az egyenlítői síkról a pólusok felé.Az anafázis az egyes kromoszómák centromer régióinak felhasadásával kezdődik, aminek következtében a minden d-kromoszóma két S-kromoszómája teljesen elválik egymástól. Ennek köszönhetően minden leánysejt azonos 46 S-kromoszómát kap. A centromerek szétválása után a 92 S-kromoszómák egyik fele mozogni kezd az egyik pólus felé, a másik fele a másik felé.

A mai napig nem állapították meg pontosan, hogy milyen erők hatására történik a kromoszómák pólusokhoz való mozgása. Több verzió is létezik:

1. Az osztódási orsóban (valamint más izomfehérjékben) vannak aktin tartalmú filamentumok, lehetséges, hogy ez az erő ugyanúgy keletkezik, mint az izomsejtekben.

2. A kromoszómák mozgása a kromoszómális mikrotubulusok folytonos (interpoláris) ellentétes polaritású mikrotubulusok mentén történő csúszásának köszönhető (Mak-Itosh, 1969, Margolis, 1978).

3. A kromoszómák mozgásának sebességét kinetochore mikrotubulusok szabályozzák, hogy biztosítsák a kromatidák rendezett elválasztását. Valószínűleg az örökletes anyag leánysejtek közötti matematikailag pontos eloszlásának megvalósítására szolgáló fenti mechanizmusok mindegyike együttműködik.

Az anafázis végére és a telofázis kezdetére a megnyúlt sejt közepén megindul a szűkület kialakulása, ez képezi az úgynevezett zúzóbarázdát, amely elmélyülve két leánysejtekre osztja a sejtet. Az aktin filamentumok részt vesznek a barázda kialakításában. De ahogy a barázda mélyül, a sejteket egy mikrotubulus köteg köti össze, amelyet medián testnek neveznek, és amelynek többi része egy ideig az interfázisban is jelen van. A citokinézissel párhuzamosan minden póluson a kromoszómák fordított sorrendben despiralizálódnak a kromoszómális szinttől a nukleoszómális szintig. Végül az örökletes anyag kromatincsomók formáját ölti, akár sűrűn, akár dekondenzálva. A nucleolus, a kromatint és a karioplazmát körülvevő magmembrán újra kialakul. Így a mitotikus sejtosztódás eredményeként az újonnan képződött leánysejtek azonosak egymással és az anyasejt másolatai, ami fontos a sejtek és szövetek későbbi növekedéséhez, fejlődéséhez, differenciálódásához.
2.2. A mitotikus aktivitás szabályozásának mechanizmusa
A sejtek számának egy bizonyos, állandó szinten tartása biztosítja az általános homeosztázist. Például az eritrociták és a leukociták száma egy egészséges szervezetben viszonylag stabil, annak ellenére, hogy ezek a sejtek elpusztulnak, folyamatosan feltöltődnek. Ezért az új sejtek képződésének sebességét úgy kell szabályozni, hogy az megfeleljen a sejthalál arányának.

A homeosztázis fenntartásához szükséges, hogy a szervezetben a különböző speciális sejtek száma és az általuk elvégzendő funkciók különböző szabályozó mechanizmusok irányítása alatt legyenek, amelyek mindezt stabil állapotban tartják.

Sok esetben a sejtek kapnak jelzést, hogy növelniük kell funkcionális aktivitásukat, ehhez pedig a sejtek számának növelésére lehet szükség. Például, ha a vér Ca-tartalma csökken, akkor a mellékpajzsmirigy sejtjei növelik a hormon szekrécióját, a kalcium szintje eléri a normát. De ha az állat étrendjében nincs kalcium, akkor a hormon további termelése nem növeli ennek az elemnek a tartalmát a vérben. Ebben az esetben a pajzsmirigysejtek intenzív osztódásnak indulnak, így számuk növekedése a hormon szintézisének további fokozása. Így az egyik vagy másik funkció csökkenése az ezeket a funkciókat ellátó sejtek populációjának növekedéséhez vezethet.

Azokban az emberekben, akik belépnek a hegyvidékre, a vörösvértestek száma meredeken növekszik (02-nél kisebb magasságban), hogy a szervezetet ellássák a szükséges mennyiségű oxigénnel. A vesesejtek reagálnak az oxigén csökkenésére, és fokozzák az eritropoetin szekrécióját, ami fokozza a vérképzést. Megfelelő számú további eritrocita képződése után a hipoxia megszűnik, és az ezt a hormont termelő sejtek a szokásos szintre csökkentik a szekrécióját.

A teljesen differenciált sejtek nem tudnak osztódni, de mindazonáltal megnövelhetők azokkal az őssejtekkel, amelyekből származnak. Az idegsejtek semmilyen körülmények között nem tudnak osztódni, de funkciójukat növelhetik, ha fokozzák folyamataikat és megsokszorozzák a köztük lévő kapcsolatokat.

Meg kell jegyezni, hogy felnőtteknél a különböző szervek teljes méretének aránya többé-kevésbé állandó marad. A szerv méretének meglévő arányának mesterséges megsértésével normálisra fordul (az egyik vese eltávolítása a másik növekedéséhez vezet).

Ennek a jelenségnek az egyik magyarázata, hogy a sejtburjánzást speciális anyagok - kalonok - szabályozzák. Feltételezhető, hogy specifikusak a különböző típusú sejtekhez, szervek szöveteihez. Úgy tartják, hogy a kalonok számának csökkenése serkenti a sejtburjánzást, például a regeneráció során. Jelenleg ezt a problémát különféle szakemberek alaposan tanulmányozzák. Adatokat szereztek arra vonatkozóan, hogy a chalonok 30 000-50 000 molekulatömegű glikoproteinek.

2.3. Szabálytalan típusú sejtszaporodás
Amitózis. A közvetlen osztódást vagy amitózist korábban írják le, mint a mitotikus osztódást, de sokkal kevésbé gyakori. Az amitózis olyan sejtosztódás, amelyben a sejtmag interfázisban van. Ebben az esetben nincs kromoszómák kondenzációja és egy osztódási orsó kialakulása. Formálisan az amitózisnak két sejt megjelenéséhez kell vezetnie, de leggyakrabban a sejtmag osztódásához és két- vagy többmagos sejtek megjelenéséhez vezet.

Az amitotikus osztódás a nucleolusok feldarabolásával kezdődik, majd a mag osztódása következik be szűküléssel (vagy invaginációval). A sejtmag többszörös osztódása is előfordulhat, általában nem egyenlő méretű (kóros folyamatokban). Számos megfigyelés kimutatta, hogy az amitózis szinte mindig olyan sejtekben fordul elő, amelyek elavultak, degenerálódnak és nem képesek értékes elemeket termelni a jövőben. Tehát általában az amitotikus osztódás az állatok embrionális membránjában, a petefészek tüszősejtjeiben, a trofoblasztok óriás sejtjeiben megy végbe. Az amitózis pozitív értékű a szövetek vagy szervek regenerációjának folyamatában (regeneratív amitózis). Az öregedő sejtekben az amitózist a bioszintetikus folyamatok zavarai kísérik, beleértve a replikációt, a DNS-javítást, valamint a transzkripciót és a transzlációt. A sejtmagok kromatin fehérjéinek fizikai-kémiai tulajdonságai, a citoplazma összetétele, az organellumok szerkezete és funkciói megváltoznak, ami funkcionális rendellenességeket von maga után minden további szinten - sejtben, szövetben, szervben és szervezetben. Ahogy a pusztulás fokozódik és a gyógyulás elhalványul, természetes sejthalál következik be. Az amitózis gyakran gyulladásos folyamatokban és rosszindulatú daganatokban fordul elő (indukált amitózis).

Endomitózis. Amikor a sejtek olyan anyagoknak vannak kitéve, amelyek elpusztítják az orsó mikrotubulusait, az osztódás leáll, és a kromoszómák folytatják átalakulási ciklusukat: replikálódnak, ami a poliploid sejtek fokozatos kialakulásához vezet - 4 p. 8 p. stb. Ezt az átalakulási folyamatot más néven endoreprodukciónak nevezik. A sejtek endomitózisos képességét a növénynemesítésben használják több kromoszómakészlettel rendelkező sejtek előállítására. Ehhez kolchicint, vinblasztint használnak, amelyek elpusztítják az akromatin orsó fonalát. A poliploid sejtek (majd a kifejlett növények) nagyok, az ilyen sejtekből származó vegetatív szervek nagyok, nagy tápanyagellátással. Emberben az endoreprodukció egyes hepatocitákban és szívizomsejtekben fordul elő.

Az endomitózis másik, ritkább eredménye a politén sejtek. Az S-periódusban előforduló polytheniával a kromoszómaszálak replikációja és nem diszjunkciója következtében többszálas, politén szerkezet alakul ki. A mitotikus kromoszómáktól nagy méretben különböznek (200-szor hosszabbak). Ilyen sejtek a kétszárnyú rovarok nyálmirigyében, a csillósállatok makromagjában találhatók. A politén kromoszómákon duzzanatok, puffadások (transzkripciós helyek) láthatók – a génaktivitás kifejeződése. Ezek a kromoszómák a genetikai kutatás legfontosabb tárgyai.
2.4. A sejtproliferáció problémái az orvostudományban.
Mint ismeretes, a nagy sejtmegújulási rátával rendelkező szövetek érzékenyebbek a különféle mutagének hatásaira, mint azok a szövetek, amelyekben a sejtek lassan megújulnak. Előfordulhat azonban például, hogy a sugárkárosodás nem jelentkezik azonnal, és nem feltétlenül gyengül a mélységgel, néha még a mélyen fekvő szöveteket is sokkal jobban károsítja, mint a felületeseket. Ha a sejteket röntgen- vagy gamma-sugárzással sugározzák be, a sejtek életciklusában durva megsértések lépnek fel: a mitotikus kromoszómák alakja megváltozik, eltörik, majd a töredékek helytelen összekapcsolódása következik be, néha a kromoszómák egyes részei teljesen eltűnnek. Az orsó anomáliái előfordulhatnak (nem két pólus képződik a cellában, hanem három), ami egyenetlen kromatidszétválasztáshoz vezet. Néha a sejtkárosodás (nagy dózisú sugárzás) olyan jelentős, hogy a sejt minden kísérlete a mitózis elindítására sikertelen, és az osztódás leáll.

A besugárzás hasonló hatása részben magyarázza a daganatterápiában való alkalmazását. A besugárzás célja nem az interfázisban lévő daganatsejtek elpusztítása, hanem az, hogy elveszítsék mitózisos képességüket, ami lelassítja vagy leállítja a daganat növekedését. A sejtekre nem halálos dózisú sugárzás mutációkat okozhat, ami a megváltozott sejtek fokozott proliferációjához és rosszindulatú növekedéshez vezethet, ahogy ez gyakran megtörtént azokkal, akik röntgensugárzással dolgoztak, nem tudva annak veszélyéről.

A sejtburjánzást számos vegyi anyag befolyásolja, beleértve a gyógyszereket is. Például a kolhicin alkaloid (a colchicum gumók tartalmazzák) volt az első olyan gyógyszer, amely enyhítette a köszvény okozta ízületi fájdalmakat. Kiderült, hogy van egy másik hatása is - megállítja az osztódást azáltal, hogy a tubulinokhoz kötődik a fehérjék, amelyekből mikrotubulusok képződnek. Így a kolhicin, mint sok más gyógyszer, gátolja a hasadási orsó kialakulását.

Ezen az alapon alkaloidokat, például vinblasztint és vinkrisztint használnak bizonyos típusú rosszindulatú daganatok kezelésére, amelyek bekerülnek a modern kemoterápiás rákellenes szerek arzenáljába. Meg kell jegyezni, hogy az olyan anyagok, mint a kolhicin, a mitózis megállítására való képességét a kromoszómák későbbi azonosításának módszereként használják az orvosi genetikában.

Az orvostudomány számára nagy jelentősége van annak, hogy a differenciálódott (sőt, nemi) sejtek képesek fenntartani szaporodási potenciáljukat, ami esetenként daganatok kialakulásához vezet a petefészekben, amelyek vágásán sejtrétegek, szövetek, szervek láthatók. amelyek egy "zűrzavar". Feltárulnak bőrfoszlányok, szőrtüszők, hajszálak, hibás fogak, csontdarabok, porcok, idegszövetek, szemtöredékek stb., ami sürgős műtéti beavatkozást igényel.

2.5. A sejtszaporodás patológiája
A mitotikus ciklus anomáliái.. A mitotikus ritmus, amely általában megfelel az öregedő, elhalt sejtek helyreállításának, kóros körülmények között megváltoztatható. Ritmuslassulás figyelhető meg öregedő vagy alacsony érrendszerű szövetekben, ritmusnövekedés figyelhető meg a különféle gyulladásos, hormonális hatású szövetekben, daganatokban stb.

A SEJTACIKLUS SZABÁLYOZÁSA

Bevezetés

Proliferáció aktiválása

sejtciklus

Sejtciklus szabályozás

A proliferáció exogén szabályozói

A sejtciklus endogén szabályozói

CDK szabályozási útvonalak

G1 fázisszabályozás

S fázis szabályozás

G2 fázisszabályozás

Mitózis szabályozás

DNS károsodás

A kettős szálú DNS-szakadás javítási útvonalai

Sejtválasz a DNS-károsodásra és annak szabályozása

A szövetek regenerációja

A szövetek regenerációjának szabályozása

Következtetés

Bibliográfia

Bevezetés

A sejt minden élőlény alapegysége. A sejten kívül nincs élet. A sejtszaporodás csak az eredeti sejt felosztásával megy végbe, amit megelőz a genetikai anyagának szaporodása. A sejtosztódás aktiválása külső vagy belső tényezők hatására következik be. A sejtosztódás folyamatát az aktiválás pillanatától kezdve proliferációnak nevezzük. Más szóval a proliferáció a sejtek szaporodása, azaz. a sejtek számának növekedése (a tenyészetben vagy a szövetben), amely mitotikus osztódások révén következik be. A sejt élettartamát, mint olyant, az osztódástól az osztódásig, általában sejtciklusnak nevezik.

Egy felnőtt emberi szervezetben a különböző szövetek és szervek sejtjei egyenlőtlen osztódási képességgel rendelkeznek. Ráadásul az öregedéssel a sejtszaporodás intenzitása csökken (azaz a mitózisok közötti intervallum növekszik). Vannak olyan sejtpopulációk, amelyek teljesen elvesztették osztódási képességüket. Ezek általában a differenciálódás terminális szakaszában lévő sejtek, például érett neuronok, granulált vér leukociták, kardiomiociták. E tekintetben kivételt képeznek az immunrendszer B- és T-memóriasejtek, amelyek a differenciálódás végső szakaszában, amikor egy bizonyos inger egy korábban találkozott antigén formájában megjelenik a szervezetben, képesek szaporodásnak indulni. A szervezet folyamatosan megújuló szövetekkel rendelkezik - különféle típusú hám, vérképző szövetek. Az ilyen szövetekben vannak olyan sejtek, amelyek folyamatosan osztódnak, helyettesítik az elhasználódott vagy elhaló sejttípusokat (például bélkriptasejtek, a hám alaprétegének sejtjei, a csontvelő vérképző sejtjei). A testben is vannak olyan sejtek, amelyek normál körülmények között nem szaporodnak, hanem bizonyos körülmények között ismét megszerezik ezt a tulajdonságot, különösen akkor, ha szükséges a szövetek és szervek regenerációja. A sejtszaporodás folyamatát mind maga a sejt (a sejtciklus szabályozása, az autokrin növekedési faktorok és receptoraik szintézisének leállása vagy lelassulása), mind pedig a mikrokörnyezete (a szomszédos sejtekkel és mátrixszal való stimuláló kapcsolat hiánya, leállás) szorosan szabályozza. parakrin növekedési faktorok szekréciója és/vagy szintézise). A proliferáció szabályozásának megsértése korlátlan sejtosztódáshoz vezet, ami viszont beindítja az onkológiai folyamat kialakulását a szervezetben.

Proliferáció aktiválása

A proliferáció megindításával kapcsolatos fő funkciót a sejt plazmamembránja látja el. Felületén történnek olyan események, amelyek a nyugvó sejtek osztódást megelőző aktivált állapotba való átmenetéhez kapcsolódnak. A sejtek plazmamembránja a benne elhelyezkedő receptormolekuláknak köszönhetően érzékeli a különböző extracelluláris mitogén jeleket, és biztosítja a proliferatív válasz megindításában szerepet játszó szükséges anyagok sejtbe történő szállítását. A mitogén jelek lehetnek a sejtek közötti, a sejt és a mátrix közötti érintkezések, valamint a sejtek kölcsönhatása a sejtciklusba való belépést serkentő különféle vegyületekkel, amelyeket növekedési faktoroknak nevezünk. Az a sejt, amely mitogén jelet kapott a proliferációra, elindítja az osztódási folyamatot.

SEJTCIKLUS

A teljes sejtciklus 4 szakaszból áll: preszintetikus (G1), szintetikus (S), posztszintetikus (G2) és magából a mitózisból (M). Ezen kívül létezik az úgynevezett G0-periódus, amely a sejt nyugalmi állapotát jellemzi. A G1 periódusban a sejtek diploid DNS-tartalommal rendelkeznek magonként. Ebben az időszakban megindul a sejtnövekedés, elsősorban a sejtfehérjék felhalmozódása miatt, ami a sejtenkénti RNS mennyiségének növekedéséből adódik. Emellett megkezdődnek a DNS-szintézis előkészületei. A következő S-periódusban a DNS mennyisége megduplázódik, és ennek megfelelően a kromoszómák száma megduplázódik. A posztszintetikus G2 fázist premitotikusnak is nevezik. Ebben a fázisban az mRNS (hírvivő RNS) aktív szintézise megy végbe. Ezt a szakaszt követi a sejt tényleges kettéosztódása vagy mitózis.

Az összes eukarióta sejt osztódása a duplikált (replikált) kromoszómák kondenzációjával jár. Az osztódás eredményeként ezek a kromoszómák átkerülnek a leánysejtekbe. Az eukarióta sejtek ilyen típusú osztódása - mitózis (a görög mitosz - szálakból) - az egyetlen teljes módja a sejtek számának növelésének. A mitotikus osztódás folyamata több szakaszra oszlik: profázis, prometafázis, metafázis, anafázis, telofázis.

A SEJTACIKLUS SZABÁLYOZÁSA

A sejtciklus szabályozó mechanizmusainak nem az a célja, hogy a sejtciklus áthaladását mint olyat szabályozzák, hanem végső soron az örökítőanyag hibamentes eloszlását biztosítsák a sejtszaporodás folyamatában. A sejtszaporodás szabályozása az aktív proliferáció és a proliferatív szerv állapotának változásán alapul. A sejtek szaporodását szabályozó szabályozó tényezők két csoportra oszthatók: extracelluláris (vagy exogén) vagy intracelluláris (vagy endogén). Az exogén faktorok a sejt mikrokörnyezetében találhatók, és kölcsönhatásba lépnek a sejtfelszínnel. Azokat a faktorokat, amelyeket maga a sejt szintetizál, és benne hatnak, endogén faktoroknak nevezzük. Az ilyen felosztás nagyon feltételes, mivel egyes faktorok, amelyek az őket termelő sejthez képest endogének, elhagyhatják azt, és külső szabályozóként működhetnek más sejteken. Ha a szabályozó tényezők kölcsönhatásba lépnek ugyanazokkal a sejtekkel, amelyek termelik őket, akkor ezt a fajta szabályozást autokrinnek nevezik. Parakrin kontroll alatt a szabályozók szintézisét más sejtek végzik.

EXOGÉN PROLIFERÁCIÓS SZABÁLYOZÓK

A többsejtű szervezetekben a különböző típusú sejtek szaporodásának szabályozása nem az egyik növekedési faktor, hanem azok kombinációjának hatására megy végbe. Ezenkívül egyes növekedési faktorok, amelyek bizonyos sejttípusok stimulánsai, másokhoz képest inhibitorként viselkednek. A klasszikus növekedési faktorok 7-70 kDa molekulatömegű polipeptidek. A mai napig több mint száz ilyen növekedési tényező ismert. Itt azonban csak néhányat veszünk figyelembe.

A legtöbb irodalom talán a thrombocyta eredetű növekedési faktornak (PDGF) foglalkozik. Az érfal pusztulása után felszabaduló PDGF részt vesz a trombózis és a sebgyógyulás folyamataiban. A PDGF a nyugvó fibroblasztok erős növekedési faktora. A PDGF mellett nem kevésbé részletesen vizsgálták az epidermális növekedési faktort (EGF), amely szintén képes serkenteni a fibroblasztok proliferációját. De emellett stimuláló hatással van más típusú sejtekre, különösen a porcsejtekre.

A növekedési faktorok nagy csoportját alkotják a citokinek (interleukinek, tumornekrózis faktorok, telepstimuláló faktorok stb.). Minden citokin többfunkciós. Ezek fokozhatják vagy gátolhatják a proliferatív válaszokat. Így például a CD4+ T-limfociták különböző alpopulációi, a Th1 és Th2, amelyek különböző spektrumú citokineket termelnek, egymás antagonistái. Vagyis a Th1 citokinek serkentik az őket termelő sejtek szaporodását, ugyanakkor gátolják a Th2 sejtek osztódását, és fordítva. Így normál esetben a szervezetben e két típusú T-limfocita állandó egyensúlya megmarad. A növekedési faktorok kölcsönhatása receptoraikkal a sejtfelszínen események egész sorát indítja el a sejten belül. Ennek eredményeként a transzkripciós faktorok aktiválódása és a proliferatív válasz gének expressziója következik be, ami végső soron elindítja a DNS replikációját és a sejt mitózisba való belépését.

ENDOGÉN SEJT CIKLUSSZABÁLYOZÓK

Normál eukarióta sejtekben a sejtciklus áthaladása szigorúan szabályozott. Az onkológiai betegségek oka a sejtek átalakulása, amely általában a sejtciklus szabályozási mechanizmusainak megsértésével jár. A hibás sejtciklus egyik fő eredménye a genetikai instabilitás, mivel a hibás sejtciklus-szabályozással rendelkező sejtek elveszítik azt a képességüket, hogy megfelelően megkettőzzék és szétosztják genomjukat a leánysejtek között. A genetikai instabilitás olyan új tulajdonságok megszerzéséhez vezet, amelyek felelősek a tumor progressziójáért. A ciklinfüggő kinázok (CDK) és szabályozó alegységeik (ciklinek) a sejtciklus fő szabályozói. A sejtciklus áthaladását a különböző ciklin-CDK komplexek egymás utáni aktiválásával és dezaktiválásával érik el. A ciklin-CDK komplexek célja számos célfehérje foszforilezése a sejtciklus azon fázisának megfelelően, amelyben az egyik vagy másik ciklin-CDK komplex aktív. Például a ciklin E-CDK2 a késői G1 fázisban aktív, és foszforilálja a késői G1 fázison való átjutáshoz és az S fázisba való belépéshez szükséges fehérjéket. A Cyclin A-CDK2 az S és G2 fázisban aktív, biztosítja az S fázis átjutását és a mitózisba való belépést. A ciklin A és a ciklin E a DNS-replikáció központi szabályozói. Ezért ezen ciklinek bármelyikének expressziójának helytelen szabályozása genetikai instabilitáshoz vezet. Kimutatták, hogy a nukleáris ciklin A felhalmozódása kizárólag abban a pillanatban történik, amikor a sejt belép az S fázisba, azaz a G1/S átállás idején. Másrészt kimutatták, hogy a ciklin E szintje megemelkedett az úgynevezett határpont (R-pont) átlépése után a késői G1 fázisban, majd jelentősen csökkent, amikor a sejt S fázisba került.

SZABÁLYOZÁSI MÓDOK CDK

A ciklinfüggő kinázok (CDK) aktivitását legalább négy mechanizmus szabályozza szigorúan:

1) A CDK szabályozásának fő módja a ciklinhez való kötődés, azaz. szabad formában a kináz nem aktív, és csak a megfelelő ciklinnel alkotott komplex rendelkezik a szükséges aktivitásokkal.

2) A ciklin-CDK komplex aktivitását reverzibilis foszforiláció is szabályozza. Az aktivitás megszerzéséhez CDK foszforiláció szükséges, amely a ciklin H-ból, CDK7-ből és Mat1-ből álló CDK aktiváló komplex (CAK) részvételével történik.

3) Másrészt a CDK molekulában, a szubsztrátkötésért felelős régióban vannak olyan helyek, amelyek foszforilációja a ciklin-CDK komplex aktivitásának gátlásához vezet. Ezeket a helyeket kinázok csoportja foszforilezi, beleértve a Wee1 kinázt, és defoszforilezi a Cdc25 foszfatázok. Ezen enzimek (Wee1 és Cdc25) aktivitása jelentősen változik a különféle intracelluláris események, például a DNS-károsodás hatására.

4) Végül egyes ciklin-CDK komplexek gátolhatók a CDK-gátlókhoz (CKI-k) való kötődés miatt. A CDK-inhibitorok az INK4 és a CIP/KIP fehérjék két csoportjából állnak. Az INK4 inhibitorok (p15, p16, p18, p19) kötődnek és inaktiválják a CDK4-et és CDK6-ot, megakadályozva a ciklin D-vel való kölcsönhatást. A CIP/KIP inhibitorok (p21, p27, p57) kötődhetnek a CDK1-et, CDK2-t, CDK4-et és CDK4-et tartalmazó ciklin-CDK komplexekhez. CDK6. Figyelemre méltó, hogy bizonyos körülmények között a CIP/KIP inhibitorok fokozhatják a ciklin D-CDK4/6 komplexek kináz aktivitását.

SZABÁLYOZÁS G 1 FÁZIS

A G1 fázisban az úgynevezett restrikciós ponton (restrikciók, R-pont) a sejt dönti el, hogy osztja-e vagy sem. A restrikciós pont a sejtciklus azon pontja, amely után a sejt immunissá válik a külső jelekkel szemben a teljes sejtciklus végéig. A restrikciós pont a G1 fázist két funkcionálisan különálló lépésre osztja: G1pm (posztmitotikus lépés) és G1ps (preszintetikus lépés). A G1pm során a sejt értékeli a környezetében jelenlévő növekedési faktorokat. Ha a szükséges növekedési faktorok megfelelő mennyiségben jelen vannak, akkor a sejt G1ps-be kerül. A G1ps periódusba átment sejtek a teljes sejtciklus normál áthaladását folytatják növekedési faktorok hiányában is. Ha a szükséges növekedési faktorok hiányoznak a G1pm periódusban, akkor a sejt proliferatív nyugalmi állapotba (G0 fázis) kerül.

A növekedési faktornak a sejtfelszínen lévő receptorhoz való kötődése miatt fellépő jelátviteli események kaszkádjának fő eredménye a ciklin D-CDK4/6 komplex aktiválása. Ennek a komplexnek az aktivitása már a korai G1 periódusban jelentősen megnő. Ez a komplex foszforilezi az S fázisba való átjutáshoz szükséges célpontokat. A ciklin D-CDK4/6 komplex fő szubsztrátja a retinoblasztóma gén (pRb) terméke. A nem foszforilált pRb megköti és ezáltal inaktiválja az E2F csoport transzkripciós faktorait. A pRb ciklin D-CDK4/6 komplexek általi foszforilációja E2F felszabadulását eredményezi, amely bejut a sejtmagba, és elindítja a DNS-replikációhoz szükséges fehérje gének, különösen a ciklin E és ciklin A gének transzlációját. A G1 fázisban a ciklin E mennyisége rövid távú növekedést mutat, ami a ciklin A felhalmozódását és az S fázisba való átmenetet jelzi.

A sejtciklus leállását a G1 fázisban a következő tényezők okozhatják: CDK-gátlók szintjének emelkedése, növekedési faktorok megvonása, DNS károsodás, külső hatások, onkogén aktiváció

SZABÁLYOZÁS S FÁZISOK

Az S fázis a sejtciklus azon szakasza, amikor a DNS szintézis megtörténik. A sejtciklus végén kialakuló két leánysejt mindegyikének meg kell kapnia az anyasejt DNS-ének pontos másolatát. Az emberi sejt 46 kromoszómáját alkotó DNS-molekulák minden bázisát csak egyszer kell lemásolni. Éppen ezért a DNS-szintézis rendkívül szigorúan szabályozott.

Kimutatták, hogy csak a G1 vagy S fázisban lévő sejtek DNS-e képes replikálódni. Ez arra utal, hogy a DNS-nek lennie kell<лицензирована>replikálódni, és a sokszorosított DNS-darab ezt elveszíti<лицензию>. A DNS replikációja az ORC (Origin of replikáló komplex) nevű fehérjekötő helyen kezdődik. Számos, a DNS szintézishez szükséges komponens kötődik az ORC-hez a késői M vagy a korai G1 fázisban, prereplikatív komplexet képezve, ami valójában<лицензию>DNS a replikációhoz. A G1/S átmenet szakaszában több, a DNS-replikációhoz szükséges fehérjét adnak a prerepletív komplexhez, így keletkezik egy iniciációs komplex. Amikor a replikációs folyamat elkezdődik, és a replikációs villa kialakul, sok komponens leválik az iniciációs komplexről, és csak a replikációt követő komplex komponensei maradnak a replikáció iniciációs helyén.

Számos tanulmány kimutatta, hogy a ciklin A-CDK2 aktivitása szükséges az iniciációs komplex normális működéséhez. Emellett az S fázis sikeres befejezéséhez a ciklin A-CDK2 komplex aktivitására is szükség van, amely tulajdonképpen a DNS-szintézis sikeres befejezését biztosító fő szabályozó mechanizmus. Az S fázis leállását DNS-károsodás idézheti elő.

SZABÁLYOZÁS G 2 FÁZIS

A G2 fázis a sejtciklus azon fázisa, amely a DNS-szintézis befejeződése után kezdődik, de a kondenzáció megkezdése előtt. A G2 fázis áthaladásának fő szabályozója a ciklin B-CDK2 komplex. A sejtciklus leállása a G2 fázisban a ciklin B-CDK2 komplex inaktiválása miatt következik be. A G2/M átmenetet a ciklin B-CDK1 komplex szabályozza, ennek foszforilációja/defoszforilációja szabályozza az M fázisba való belépést. A DNS-károsodás vagy a nem replikálódott régiók jelenléte megakadályozza az M-fázisba való átmenetet.

Sejtes proliferáció- a sejtek számának növekedése mitózis által,

szövetnövekedéshez vezet, ellentétben a növekedés más módszerével

tömegek (pl. ödéma). Az idegsejtek nem szaporodnak.

A felnőtt szervezetben a fejlődési folyamatok kapcsolódó

sejtosztódással és specializációval. Ezek a folyamatok lehetnek

kis fiziológiai, és az or-

integritásának megsértése miatt.

A proliferáció jelentőségét az orvostudományban a sejtek képessége határozza meg

a különböző szövetek osztódási árama. A gyógyulási folyamat a sejtosztódáshoz kapcsolódik.

sebgyógyulás és szövetjavítás sebészeti beavatkozások után.

A sejtszaporodás a regeneráció (helyreállás) hátterében

elveszett részek. A regeneráció problémája érdekes

gyógyszerek, helyreállító műtétekhez. Tegyen különbséget a fiziológiai

reparatív és patológiás regeneráció.

Fiziológiai- a sejtek és szövetek természetes helyreállítása

ontogén. Például a vörösvértestek, a bőr hámsejtek változása.

Reparatív- helyreállítás a ragasztó sérülése vagy elhalása után

áram és szövetek.

Kóros- az egészséges szövetekkel nem azonos szövetek proliferációja

fincsi. Például a hegszövet növekedése az égés helyén, a porcok - at

törés helyén, kötőszöveti sejtek szaporodása helyén mi

a szív nyaki szövete, rákos daganat.

Az utóbbi időben szokás az állati szövetsejteket aszerint osztani

3 csoportra osztható: labilis, stabil és statikus.

Nak nek labilis olyan cellákat tartalmaznak, amelyek gyorsan és egyszerűen frissíthetők

a szervezet élete során (vérsejtek, hám, nyálka

megállítani a gyomor-bél traktus, hám stb.).

Nak nek stabil olyan szervek sejtjei, mint a máj, hasnyálmirigy

mirigyek, nyálmirigyek stb., amelyek korlátozottan érzékelik

az osztódás új képessége.

Nak nek statikus ide tartoznak a szívizom és az idegszövet sejtjei, amelyek

rozs szerint a legtöbb kutató nem osztja.

A sejtfiziológia tanulmányozása elengedhetetlen a megértéséhez.

az élővilág szerveződésének genetikai szintje és az önszabályozás mechanizmusai

az egész szervezet holisztikus működését biztosító sejtek.

6. fejezet

GENETIKA HOGYAN A TUDOMÁNY. SZABÁLYOZÁSOK

ÖRÖKLÉS JELEK

6.1 A genetika tárgya, feladatai és módszerei

Az öröklődés és a változékonyság alapvető tulajdonságok

élőlények, hiszen bármely szervezettségi szintű élőlényre jellemzőek

leminősítés. A tudomány, amely az öröklődés és a változás mintáit vizsgálja

vosti, hívják genetika.

A genetika mint tudomány az öröklődést és az öröklődést vizsgálja

volatilitás, azaz foglalkozik co következő problémákat:

1) genetikai információ tárolása;

2) genetikai információ átadása;

3) a genetikai információ megvalósítása (használata egy adott

fejlődő szervezet jelei a külső környezet hatására);

4) a genetikai információ változása (a változások típusai és okai,

mechanizmusok).

A genetika fejlődésének első szakasza - 1900–1912 1900 óta - újra

G. Mendel törvényeivel foglalkozó tudósok H. De Vries, K. Correns, E. Cher-

mák. G. Mendel törvényeinek felismerése.

Második szakasz 1912–1925 - T. Mor kromoszómaelméletének megalkotása.

Ghána. Harmadik szakasz 1925–1940 - mesterséges mutagenezis felfedezése és

az evolúció genetikai folyamatai.

Negyedik szakasz 1940–1953 - génszabályozás kutatása

élettani és biokémiai folyamatok.

Az ötödik szakasz 1953-tól napjainkig a molekuláris fejlődés

biológia.

Külön ismeretek voltak a tulajdonságok öröklődéséről

nagyon sokáig azonban a jelek átvitelének tudományos alapja volt az első

amelyet G. Mendel 1865-ben a következő művében fogalmazott meg: „Kísérletek a növényen

hibridek." Ezek fejlett ötletek voltak, de a kortársak nem adták

felfedezésének jelentősége. A „gén” fogalma ekkor még nem létezett, és G. Men-

del a nemi sejtekben rejlő "örökletes hajlamokról" beszélt

kah, de természetük ismeretlen volt.

1900-ban egymástól függetlenül H. De Vries, E. Chermak és K. Kor-

Rens újra felfedezte G. Mendel törvényeit. Ez az év a születés évének számít

a genetikáról mint tudományról. 1902-ben T. Boveri, E. Wilson és D. Setton készített

Lali az örökletes tényezők és a kromoszómák kapcsolatát javasolta.

1906-ban W. Betson bevezette a "genetika" kifejezést, 1909-ben pedig W. Johansen -

"gén". 1911-ben T. Morgan és munkatársai megfogalmazták a fő elveket

Zheniya kromoszóma elmélet az öröklődés. Bebizonyították, hogy a gének

a kromoszómák bizonyos lokuszaiban lineáris sorrendben találhatók,

egy bizonyos jel.

A genetika főbb módszerei: hibridológiai, citológiai és

matematikai. A genetika aktívan használja más kapcsolódó módszereket

tudományok: kémia, biokémia, immunológia, fizika, mikrobiológia stb.

A sejtciklus a sejt életének szakasza az egyik osztódástól a másikig, vagy az osztódástól a halálig. A sejtciklus interfázisból (osztódáson kívüli időszak) és magából a sejtosztódásból áll.

A G1 periódus végén szokás megkülönböztetni egy speciális momentumot, az úgynevezett R-pontot (restriction point, R-point), amely után a cella néhány órán belül (általában 1-2) szükségszerűen az S periódusba kerül. Az R-pont és az S periódus kezdete közötti időszak az S periódusba való átmenet előkészítésének tekinthető.

Az S periódusban végbemenő legfontosabb folyamat a DNS megkettőződése vagy reduplikációja. A sejtben ekkor lezajló összes többi reakció a DNS-szintézis biztosítására irányul. Ilyen segédfolyamatok közé tartozik a hisztonfehérjék szintézise, ​​a nukleotidok szintézisét szabályozó és biztosító enzimek szintézise, ​​valamint új DNS-szálak képződése.

A sejt áthaladása a sejtciklus minden szakaszán szigorúan ellenőrzött. Amikor a sejtek áthaladnak a sejtcikluson, speciális szabályozó molekulák jelennek meg és tűnnek el bennük, aktiválódnak és gátolják, amelyek biztosítják: 1) a sejt áthaladását a sejtciklus egy bizonyos szakaszán és 2 az egyik periódusból a másikba való átmenetet. Sőt, az egyes periódusokon való áthaladást, valamint az egyik periódusból a másikba való átmenetet különféle anyagok szabályozzák. Most megpróbáljuk kideríteni, mik ezek az anyagok, és mire képesek.

Az általános helyzet így néz ki. A sejt folyamatosan tartalmaz speciális enzimfehérjéket, amelyek más fehérjék foszforilálásával (a polipeptidláncban található szerin-, tirozin- vagy treonin-maradékokkal) szabályozzák azoknak a géneknek a tevékenységét, amelyek a sejtnek a sejtciklus egy adott szakaszán való áthaladásáért felelősek. Ezeket az enzimfehérjéket ciklinfüggő protein kinázoknak (cdc) nevezik. Több fajta is létezik belőlük, de mindegyik hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. Bár ezeknek a ciklinfüggő protein kinázoknak a száma a sejtciklus különböző időszakaiban változhat, folyamatosan jelen vannak a sejtben, függetlenül a sejtciklus periódusától, vagyis feleslegben vannak jelen. Más szóval, szintézisük vagy mennyiségük nem korlátozza vagy szabályozza a sejtek áthaladását a sejtcikluson. A patológiában azonban, ha szintézisük károsodott, számuk lecsökken, vagy vannak megváltozott tulajdonságú mutáns formák, akkor ez természetesen befolyásolhatja a sejtciklus lefolyását.

Miért nem képesek maguk az ilyen ciklinfüggő proteinkinázok szabályozni a sejtek áthaladását a sejtciklus időszakain? Kiderül, hogy inaktív állapotban vannak a sejtekben, és ahhoz, hogy aktiválódjanak és működni tudjanak, speciális aktivátorokra van szükség. Ezek ciklinek. Ezeknek is sokféle fajtája létezik, de nem mindig vannak jelen a sejtekben: megjelennek és eltűnnek. A sejtciklus különböző fázisaiban különböző ciklinek képződnek, amelyek a Cdk-hoz kötődve különböző Cdk-ciklin komplexeket képeznek. Ezek a komplexek a sejtciklus különböző fázisait szabályozzák, ezért G1-, G1/S-, S- és M-Cdk-nak nevezik őket (ábra az én ábráimból ciklinek). Például a sejtnek a sejtciklus G1 periódusán való áthaladását a ciklinfüggő protein kináz-2 (cdk2) és a ciklin D1, a ciklinfüggő protein kináz-5 (cdk5) és a ciklin D3 komplexe biztosítja. A G1 periódus speciális restrikciós pontján (R-pont) való áthaladás szabályozza a cdc2 és ciklin C komplexét. A sejt átmenetét a sejtciklus G1 periódusából az S periódusba a cdk2 és a cdk2 komplexe szabályozza. ciklin E. A sejt S periódusból G2 periódusba való átmenetéhez cdk2 komplexre és ciklin A-ra van szükség. A ciklinfüggő protein kináz-2 (cdc2) és a ciklin B részt vesz a sejt G2 periódusból való átmenetében mitózis (M periódus). A ciklin H a cdk7-tel együtt szükséges a cdc2 foszforilezéséhez és aktiválásához ciklin B-vel komplexben.

A ciklinek a Tim Hunt által felfedezett új fehérjék osztálya, amelyek kulcsszerepet játszanak a sejtosztódás szabályozásában. A "ciklinek" elnevezés annak a ténynek köszönhető, hogy az ebbe az osztályba tartozó fehérjék koncentrációja időszakosan változik a sejtciklus szakaszaival összhangban (például a sejtosztódás kezdete előtt esik).

Az első ciklint Hunt fedezte fel az 1980-as évek elején, miközben béka- és tengeri süntojással kísérletezett. Később ciklineket találtak más élőlényekben is.

Kiderült, hogy ezek a fehérjék keveset változtak az evolúció során, csakúgy, mint a sejtciklus szabályozásának mechanizmusa, amely egyszerű élesztősejtekből „konzerv” formában jutott el az emberhez.

Timothy Hunt (R. Timothy Hunt) az angol Paul M. Nurse-szal és az amerikai Leland H. Hartwell-lel együtt 2001-ben fiziológiai és orvosi Nobel-díjat kapott a sejtciklus szabályozásának genetikai és molekuláris mechanizmusainak felfedezéséért – egy folyamatért. amely elengedhetetlen az élő szervezetek növekedéséhez, fejlődéséhez és létezéséhez

Sejtciklus-ellenőrző pontok

1. A G1-fázisból való kilépési pont, az úgynevezett Start - emlősökben és a restrikciós pont élesztőben. A G1 végén az R restrikciós ponton való áthaladás után S kezdete irreverzibilissé válik, azaz. beindulnak a következő sejtosztódáshoz vezető folyamatok.
2. S pont - a replikáció pontosságának ellenőrzése.

3. G2/M-átmenet pont - a replikáció befejezésének ellenőrzése.
4. Átmenet a mitózis metafázisából anafázisba.

Replikációs szabályozás

Az Sc replikáció megkezdése előtt az ORC komplex (eredetfelismerő komplexum) az ori-on, a replikáció origóján helyezkedik el. A Cdc6 az egész sejtciklusban jelen van, de koncentrációja a G1 elején megemelkedik, ahol az ORC komplexhez kötődik, amelyhez azután Mcm fehérjék csatlakoznak, így létrejön a replikációs komplex (pre-RC). Az RC előtti összeállítás után a cella készen áll a replikációra.

A replikáció elindításához az S-Cdk egy protein-kinázhoz (a) kötődik, amely foszforilezi a pre-RC-t. Ugyanakkor a Cdc6 a replikáció kezdete után disszociál az ORC-ből, és foszforilálódik, majd az SCF ubiquitinálja és lebomlik. Az RC előtti módosítások megakadályozzák a replikáció újraindítását. Az S-Cdk néhány Mcm fehérjekomplexet is foszforilál, ami kiváltja azok exportját a sejtmagból. A fehérjék ezt követő defoszforilációja újraindítja a pre-RC képződési folyamatot.

A ciklinek Cdk aktivátorok. A ciklinek, valamint a Cdk-k a sejtciklus szabályozásán kívül számos folyamatban vesznek részt. A ciklineket 4 osztályba osztják a sejtciklusban a hatás idejétől függően: G1 / S, S, M és G1 ciklinek.
A G1/S ciklinek (Cln1 és Cln2 S. cerevisiae-ben, ciklin E gerincesekben) a késői G1 fázisban érik el a csúcsot, és az S fázisban esnek.

A G1/S ciklin-Cdk komplex kiváltja a DNS-replikáció beindulását azáltal, hogy kikapcsolja a különböző rendszereket, amelyek gátolják az S-fázisú Cdk-t a G1-fázisban, a G1/S ciklinek gerincesekben centroszóma-duplikációt, élesztőben pedig orsótest kialakulását indítják el. A G1/S szintek csökkenése az S-ciklinek (Clb5, Clb6 Sc-ben és ciklin A gerincesekben) koncentrációjának növekedésével jár együtt, amely a DNS-replikációt közvetlenül serkentő S ciklin-Cdk komplexet képezi. Az S-ciklin szintje magas marad az S-, G2-fázisban és a mitózis kezdetén, ahol egyes sejtekben segíti a mitózis beindítását.

Az M-ciklinek (Clb1,2,3 és 4 Sc-ben, ciklin B gerincesekben) jelennek meg utoljára. Koncentrációja növekszik, amikor a sejt mitózisba megy, és a metafázisban eléri a maximumát. Az M-ciklin-Cdk komplex orsó-összeállítást és testvérkromatid-illesztést tartalmaz. Az anafázisban történő megsemmisülése a mitózisból és a citokinézisből való kilépéshez vezet. A G1 ciklinek (Cln3 Sc-ben és ciklin D gerincesekben) segítik a sejtnövekedés koordinálását az új sejtciklusba való belépéssel. Szokatlanok, mert koncentrációjuk nem a sejtciklus fázisával, hanem a külső növekedésszabályozó jelekre reagálva változik.

Programozott sejthalál

1972-ben Kerr et al. publikált egy cikket, amelyben a szerzők morfológiai bizonyítékokat mutattak be a sejthalál egy speciális típusának létezésére vonatkozóan, amely különbözik a nekrózistól, amelyet "apoptózisnak" neveztek. A szerzők arról számoltak be, hogy az apoptózis során a sejtekben bekövetkező szerkezeti változások két szakaszon mennek keresztül:

1. - apoptotikus testek kialakulása,

2. - fagocitózisuk és más sejtek pusztulása.

A halál okai, a sejthalál kialakulásának morfológiai és biokémiai jellegének folyamatai eltérőek lehetnek. Ezek azonban egyértelműen két kategóriába sorolhatók:

1. Nekrózis (a görög pekrosis - nekrózis szóból) és

2. Apoptózis (a görög gyökerekből, jelentése "elesés" vagy "felbomlás"), amelyet gyakran programozott sejthalálnak (PCD) vagy akár sejtöngyilkosságnak is neveznek (354. ábra).

A sejthalál két útja

a – apoptózis (kifejezett sejthalál): / – a sejt specifikus összehúzódása és a kromatin kondenzációja, 2 – a sejtmag fragmentációja, 3 – a sejttest feldarabolódása számos apoptotikus testté; b - nekrózis: / - sejtduzzanat, vakuoláris komponensek, kromatin kondenzáció (kariorrhexis), 2 - membránszervecskék további duzzanata, nukleáris kromatin lízis (kariolízis), 3 - a sejt membrán komponenseinek felszakadása - sejt lízis

Az N. a sejthalál leggyakoribb nem specifikus formája. Okozhatja súlyos sejtkárosodás közvetlen trauma, sugárzás, hipoxia miatti toxikus anyagoknak való kitettség, komplement-mediált sejtlízis stb. következtében.

A nekrotikus folyamat több szakaszon megy keresztül:

1) paranekrózis - hasonló a nekrotikus, de reverzibilis változásokhoz;

2) nekrobiózis - visszafordíthatatlan disztrófiás változások, amelyeket a katabolikus reakciók túlsúlya jellemez az anabolikus reakciókkal szemben;

3) sejthalál, amelynek kezdeti időpontját nehéz megállapítani;

4) autolízis - az elhalt szubsztrát lebomlása az elhalt sejtek és makrofágok hidrolitikus enzimei hatására. Morfológiai szempontból a nekrózis egyenértékű az autolízissel.

A munkák hatalmas száma ellenére az „apoptózis” fogalmának nincs egységes és pontos meghatározása.

Az aloptózist általában a sejthalál egy speciális formájaként jellemzik, amely morfológiai, biokémiai, molekuláris genetikai és egyéb jellemzőiben különbözik a nekrózistól.

Az A. belső vagy külső jelek által okozott sejthalál, amelyek önmagukban nem mérgezőek vagy destruktívak. Az A. egy aktív folyamat, amely energiát, géntranszkripciót és denovo fehérjeszintézist igényel.

A sugárzás és a glükokortikoidok mellett jelentős számú ágenst találtak, amelyek ezeknek a sejteknek az apoptózisát okozzák:

Ca2+ ionofórok

adenozin

Ciklikus AMP

Tributilón

Hipertermia

A limfoid sejtek DNS-degradációjának kinetikájának vizsgálata in vivo és in vitro kimutatta:

A bomlás első jellegzetes jelei általában több mint 1 órával az expozíció után jelentkeznek, gyakrabban a 2. óra végén.

Az internukleoszómális fragmentáció több órán keresztül folytatódik, és főleg az expozíció után 6, ritkábban 12 órával ér véget.

Közvetlenül a degradáció kezdete után az elemzés nagyszámú kis DNS-fragmentumot tár fel, a nagy és kis fragmentumok aránya pedig nem változik jelentősen az apoptózis során.

Az ATP-szintézis, fehérje- és géntranszkripció gátlóinak alkalmazása lelassítja az apoptózis folyamatát. N esetében nincs ilyen függőség.

Amint az a nekrózis és az apoptózis definícióinak összehasonlításából látható, a kétféle sejthalál között hasonlóságok és jelentős különbségek is vannak.

Jellegzetes	Elhalás	apoptózis
funkcionálisan		életének visszafordíthatatlan befejezése;
morfológiailag	a membránok integritásának megsértése, a sejtmag változásai (piknózis, rhexis, lízis), citoplazma (ödéma), sejtpusztulás;	a mikrobolyhok és az intercelluláris kontaktusok elvesztése, a kromatin és a citoplazma kondenzációja, a sejttérfogat csökkenése (zsugorodás), vezikulák képződése a plazmamembránból, sejtfragmentáció és apoptotikus testek kialakulása;
biokémiailag	az energiatermelés, a koaguláció, a fehérjék, nukleinsavak, lipidek hidrolitikus hasításának megsértése;	a citoplazmatikus fehérjék hidrolízise és az internukleoszómális DNS lebontása;
genetikailag	- genetikai információ elvesztése; és gyulladásos reakcióval járó autolízisében vagy heterolízisében csúcsosodik ki.	a genetikai apparátus szerkezeti és funkcionális átrendeződése, amely a makrofágok és (vagy) más sejtek általi felszívódásával tetőződik gyulladásos reakció nélkül.

A sejthalált az intercelluláris kölcsönhatások különféle módokon szabályozzák. A többsejtű szervezetben sok sejtnek szüksége van jelekre, hogy életben maradhasson. Ilyen jelek vagy trofikus tényezők hiányában a sejtek "öngyilkosság" vagy programozott halál programját dolgozzák ki. Például a neuronkultúra sejtjei elpusztulnak neuronális növekedési faktor (NGF) hiányában, prosztatasejtek pusztulnak el here androgének hiányában, mellsejtek pusztulnak el, ha a progeszteron hormon szintje csökken stb. Ugyanakkor a sejtek olyan jeleket kaphatnak, amelyek olyan folyamatokat indítanak el a célsejtekben, amelyek apoptózis általi halálhoz vezetnek. Így a hidrokortizon a limfociták pusztulását, a glutamát pedig az idegsejtek pusztulását okozza a szövettenyészetben, a tumor nekrózis faktor (TNF) pedig számos sejt pusztulását okozza. A tiroxin (pajzsmirigyhormon) az ebihal fark sejtjeinek apoptózisát okozza. Ezenkívül vannak olyan helyzetek, amikor az apoptotikus sejthalált külső tényezők, például sugárzás okozzák.

Az "apoptózis" fogalmát néhány májsejtek halálának vizsgálatában vezették be a portális véna hiányos elkötésével. Ebben az esetben a sejthalál sajátos képe figyelhető meg, amely csak a máj parenchyma egyes sejtjeit érinti.

A folyamat azzal kezdődik, hogy a szomszédos sejtek elveszítik kapcsolataikat, zsugorodni látszanak (ennek a halálozási formának az eredeti neve shrinkagenecrosis - sejtkompressziós nekrózis), a perifériájuk mentén specifikus kromatinkondenzáció megy végbe a magokban, majd a sejtmagban. különálló részekre töredezett, majd maga a sejt egyedi testekre, plazmamembránnal határolt, - apoptotikus testekre töredezett.

Az apoptózis egy olyan folyamat, amely nem lízishez, nem a sejt felbomlásához, hanem fragmentálásához, széteséséhez vezet. Az apoptotikus testek sorsa is szokatlan: makrofágok vagy akár normál szomszédos sejtek fagocitizálják őket. Ebben az esetben gyulladásos reakció nem alakul ki.

Fontos megjegyezni, hogy az apoptózis minden esetben, akár embrionális fejlődés során, akár felnőtt szervezetben, normál vagy kóros folyamatokban, a sejthalál folyamatának morfológiája nagyon hasonló. Ez arra utalhat, hogy az apoptózis folyamatok közösek a különböző szervezetekben és különböző szervekben.

Különböző tárgyakon végzett vizsgálatok kimutatták, hogy az apoptózis a genetikailag programozott sejthalál megvalósításának eredménye. A sejthalál genetikai programjának (PCD) jelenlétének első bizonyítékát a Caenorhabditiselegans fonálféreg fejlődésének tanulmányozása szerezte meg. Ez a féreg mindössze három nap alatt fejlődik ki, és kis mérete lehetővé teszi az összes sejt sorsának nyomon követését, a hasítás korai szakaszától az ivarérett szervezetig.

Kiderült, hogy a Caenorhabditiselegans fejlődése során mindössze 1090 sejt képződik, ebből 131 darab idegsejtek egy része apoptózis útján spontán elpusztul, és 959 sejt marad a szervezetben. Olyan mutánsokat találtak, amelyekben 131 sejt eliminációs folyamata megzavart. Két ced-3 és ced-4 gént azonosítottak, amelyek termékei 131 sejtben okoznak apoptózist. Ha ezek a gének hiányoznak vagy megváltoztak a mutáns Caenorhabditiselegans-ban, akkor apoptózis nem következik be, és a felnőtt szervezet 1090 sejtből áll. Találtak egy másik gént, a ced-9-et is, amely az apoptózis szuppresszora: a ced-9 mutációja esetén mind az 1090 sejt elpusztul. Ennek a génnek analógját találták meg emberekben: a bcl-2 gén különböző sejtekben az apoptózis szuppresszora is. Kiderült, hogy mindkét, ezen gének által kódolt fehérje, a Ced-9 és a Bc1-2, egy transzmembrán doménnel rendelkezik, és a mitokondriumok, a sejtmagok és az endoplazmatikus retikulum külső membránjában lokalizálódnak.

Az apoptózist fejlesztő rendszer nagyon hasonlónak bizonyult a fonálférgekben és a gerincesekben, három láncszemből áll: egy szabályozóból, egy adapterből és egy effektorból. A Caenorhabditiselegans-ban a szabályozó a Ced-9, amely blokkolja a Ced-4 adapterfehérjét, amely viszont nem aktiválja a Ced-3 effektor fehérjét, egy olyan proteázt, amely a citoszkeletális és nukleáris fehérjékre hat (16. táblázat).

Tab. 16. Programozott sejthalál (apoptózis) kialakulása

Jel ──┤ - a folyamat gátlása, jel ─→ - a folyamat stimulálása

Gerinceseknél a PCD-rendszer összetettebb. Itt a szabályozó a Bc1–2 fehérje, amely gátolja az Apaf-1 adapter fehérjét, amely serkenti a speciális proteinázok, kaszpázok aktivációs kaszkádját.

Enzimek - az apoptózis folyamatának résztvevői

Ily módon

Amint a cellában megindul, az ilyen lebomlás gyorsan "a végére" halad;

Nem minden sejt lép be az apoptózisba egyszerre vagy rövid időn belül, hanem fokozatosan;

DNS-törések lépnek fel a linker (internukleoszómális) DNS mentén;

A degradációt endo-, de nem exonukleázok hajtják végre, és ezek az endonukleázok nem az apoptózist kiváltó ágenssel való közvetlen kölcsönhatás eredményeként aktiválódnak vagy jutnak hozzá a DNS-hez, hanem közvetetten, mivel a sejtek megjelenésétől számítva meglehetősen hosszú idő telik el. érintkezésbe kerül egy ilyen szerrel a degradáció megindulásáig.és ennélfogva a DNS-fragmentáció nem a sejt első jellegzetes „apoptotikus” reakciója molekuláris szinten. Valójában, ha a degradációt endonukleázok vagy kromatin közvetlen kölcsönhatása váltaná ki valamely ágenssel, akkor például ionizáló sugárzás hatására szinte minden sejtben gyorsan és egyidejűleg menne végbe apoptózis.

Ezen következtetések alapján az apoptózisfejlődés molekuláris mechanizmusának megfejtése a DNS fragmentációt végző endonukleáz(ok) és az endonukleázokat aktiváló mechanizmusok azonosítására „fókuszált”.

Endonukleázok

1. A degradációt a DNáz I végzi. A folyamatot a Ca2+ és Mg2+ aktiválja, a Zn2+ pedig gátolja.

Vannak azonban tények, amelyek a DNáz I részvétele ellen tanúskodnak a DNS fragmentáció folyamatában. Ismeretes tehát, hogy ez az enzim hiányzik a sejtmagból, azonban ez az érvelés nem túl súlyú, mivel molekuláinak viszonylag kis mérete, 31 kDa a magmembrán permeabilitásának megsértése esetén a DNáz I részvétele a DNS-lebontásban egészen valóságos. Másik dolog, hogy a kromatin in vitro feldolgozása során a DNáz I nemcsak a linker részben, hanem a nukleoszómális DNS-ben is töréseket okoz.

2. Egy másik endonukleáz, amelyet a fő DNS-lebontó enzimnek tekintenek, az endonukleáz II [Barry 1993]. Ez a nukleáz a magok és a kromatin feldolgozásakor internukleoszómális DNS fragmentációt hajt végre. Annak ellenére, hogy aktivitása nem függ a kétértékű fémionoktól, az endonukleáz II DNS-lebontásban való részvételének kérdése mindeddig nem tisztázott, hiszen az enzim nemcsak a lizoszómákban található, hanem a sejtmagokból is felszabadul.

3. 18 kDa molekulatömegű endonukleáz. Ezt az enzimet apoptózissal elpusztuló patkány timociták magjából izolálták [Gaido, 1991]. A normál timocitákban hiányzott. Az enzim aktivitása semleges környezetben nyilvánul meg, és a Ca2+-tól és Mg2+-tól függ.

4. 31 kDa molekulatömegű γ-nukleáz, amely "klasszikus" Ca-, Mg- és Zn-ionfüggőséggel rendelkezik. Ennek az enzimnek az aktivitása megnőtt a glükokortikoidokkal kezelt patkányok timocitamagjaiban.

5. 22,7 kDa molekulatömegű endonukleáz olyan enzim, amelynek aktivitása a patkány timociták sejtmagjában csak glükokortikoidok hatására nyilvánul meg, és ugyanazok az inhibitorok szuppresszálják, mint az internukleoszómális DNS degradációt.

A kaszpázok cisztein-proteázok, amelyek aszparaginsav hatására a fehérjéket hasítják. A sejtben a kaszpázok látens prekurzorok, prokaspázok formájában szintetizálódnak. Léteznek iniciáló és effektor kaszpázok. Az iniciáló kaszpázok aktiválják az effektor kaszpázok látens formáit. Több mint 60 különböző fehérje szolgál szubsztrátként az aktivált kaszpázok működéséhez. Ilyen például a fokális adhéziós struktúrák kináza, amelynek inaktiválása az apoptotikus sejtek elválasztásához vezet szomszédjaiktól; ezek laminák, amelyeket kaszpázok hatására szétszerelnek; ezek a citoszkeletális fehérjék (intermedier filamentumok, aktin, gelsolin), amelyek inaktiválása a sejt alakjának megváltozásához, felszínén buborékok megjelenéséhez vezet, amelyek apoptotikus testeket eredményeznek; ez egy aktivált CAD proteáz, amely a DNS-t oligonukleotid nukleoszómális fragmentumokra hasítja; ezek DNS-javító enzimek, amelyek elnyomása megakadályozza a DNS szerkezetének helyreállítását, és még sokan mások.

Az apoptotikus válasz kibontakozásának egyik példája egy sejt válasza a szükséges trofikus faktortól, például az idegnövekedési faktortól (NGF) vagy egy androgéntől származó jel hiányára.

A sejtek citoplazmájában trofikus faktorok jelenlétében a reakció másik résztvevője, a foszforilált Bad fehérje inaktív formában van. Trofikus faktor hiányában ez a fehérje defoszforilálódik, és a külső mitokondriális membránon lévő Bc1-2 fehérjéhez kötődik, ezáltal gátolja annak antiapoptotikus tulajdonságait. Ezt követően aktiválódik a membrán proapoptotikus Bax fehérje, amely megnyitja az utat a mitokondriumokba jutó ionok számára. Ugyanakkor a citokróm c a mitokondriumokból a membránban kialakult pórusokon keresztül a citoplazmába szabadul fel, amely az Apaf-1 adapterfehérjéhez kötődik, ami viszont aktiválja a pro-kaszpáz 9-et. Az aktivált kaszpáz 9 egy kaszkádot indít el pro-kaszpázok, köztük a kaszpáz 3, amelyek proteinázok lévén vegyes fehérjéket (laminokat, citoszkeletális fehérjéket stb.) kezdenek megemészteni, ami apoptotikus sejthalált, részekre, apoptotikus testekké való szétesést okoz.

Az elpusztult sejt plazmamembránjával körülvett apoptotikus testek vonzzák az egyes makrofágokat, amelyek bekebelezik és lizoszómáikkal megemésztik őket. A makrofágok nem reagálnak a szomszédos normál sejtekre, de felismerik az apoptotikus sejteket. Ennek az az oka, hogy az apoptózis során a plazmamembrán aszimmetriája megbomlik, és felszínén egy negatív töltésű foszfolipid, foszfatidil-szerin jelenik meg, amely normál esetben a bilipid plazmamembrán citoszolos részében helyezkedik el. Így a szelektív fagocitózis révén a szövetek mintegy megtisztulnak az elhalt apoptotikus sejtektől.

Mint fentebb említettük, az apoptózist számos külső tényező okozhatja, mint például a sugárzás, bizonyos toxinok hatása, és a sejtanyagcsere gátlói. Az irreverzibilis DNS-károsodás apoptózist okoz. Ennek oka az a tény, hogy a felhalmozódó transzkripciós faktor, a p53 fehérje nem csak a p21 fehérjét aktiválja, amely gátolja a ciklin-dependens kinázt és leállítja a sejtciklust a G1- vagy G2-fázisban, hanem aktiválja a p21-proteint is. a bax gén, amelynek terméke apoptózist vált ki.

Az ellenőrző pontok jelenléte a sejtciklusban szükséges az egyes fázisok befejezésének meghatározásához. A sejtciklus leállása akkor következik be, amikor a DNS a G1 periódusban sérül, amikor a DNS nem replikálódik teljesen az S fázisban, amikor a DNS károsodik a G2 periódusban, és amikor az osztódási orsó kapcsolata a kromoszómákkal megszakad.

A sejtciklus egyik ellenőrző pontja maga a mitózis, amely nem megy át anafázisba, ha az orsó nincs megfelelően összeszerelve, és ha hiányzik a teljes kapcsolat a mikrotubulusok és a kinetokorok között. Ebben az esetben nem aktiválódik az APC komplex, nem bomlanak le a testvérkromatidákat összekötő kohézinek, és nem bomlanak le a mitotikus ciklinek, ami az anafázisba való átmenethez szükséges.

A DNS-károsodás megakadályozza, hogy a sejtek S-periódusba vagy mitózisba kerüljenek. Ha ezek a károsodások nem katasztrofálisak, és helyreállíthatók a reparatív DNS-szintézis révén, akkor a sejtciklus blokkja megszűnik, és a ciklus véget ér. Ha a DNS károsodás jelentős, akkor valamilyen módon stabilizálódik és felhalmozódik a p53 fehérje, amelynek koncentrációja általában nagyon alacsony instabilitása miatt. A p53 fehérje az egyik olyan transzkripciós faktor, amely serkenti a p21 fehérje szintézisét, amely a CDK-ciklin komplex inhibitora. Emiatt a sejtciklus leáll a G1 vagy G2 szakaszban. A G1 periódusban történő blokkolásakor a DNS-sérült sejt nem kerül az S-fázisba, mivel ez mutáns sejtek megjelenéséhez vezethet, amelyek között daganatsejtek is előfordulhatnak. A G2 periódusban a blokád megakadályozza a DNS-károsodással járó sejtek mitózisának folyamatát is. Az ilyen blokkolt sejtciklusú sejtek ezt követően apoptózissal, programozott sejthalállal pusztulnak el (353. ábra).

A p53 fehérje gének elvesztéséhez vezető mutációkkal, vagy azok változásával a sejtciklus blokkolása nem következik be, a sejtek mitózisba lépnek, ami mutáns sejtek megjelenéséhez vezet, amelyek többsége nem életképes, míg mások rosszindulatúak. sejteket.

A mitokondriumok szelektív károsodása, amelyben a citokróm c felszabadul a citoplazmába, szintén gyakori oka az apoptózisnak. A mitokondriumokra és más sejtkomponensekre különösen nagy hatással van a toxikus reaktív oxigénfajták (ATC) képződése, amelyek hatására a belső mitokondriális membránban nagy ionpermeabilitású, nem specifikus csatornák képződnek, aminek következtében a mitokondriális mátrix megduzzad és a a külső membrán megreped. Ugyanakkor a membránközi térben oldott fehérjék a citokróm c-vel együtt bejutnak a citoplazmába. A felszabaduló fehérjék közé tartozik az apoptózist aktiváló faktorok és a pro-kaszpáz 9.

Számos toxin (ricin, diftéria toxin stb.), valamint az antimetabolitok apoptózis útján sejthalált okozhatnak. Ha az endoplazmatikus retikulumban a fehérjeszintézis károsodik, az ott lokalizált pro-kaszpáz 12 részt vesz az apoptózis kialakulásában, amely számos más kaszpázt aktivál, beleértve a kaszpáz 3-at is.

Elimináció - az egyes sejtek apoptózissal történő eltávolítása, a növényekben is megfigyelhető. Itt az apoptózis az állati sejtekhez hasonlóan magában foglal egy indukciós fázist, egy effektor fázist és egy degradációs fázist. A növényi sejthalál morfológiája hasonló az állati sejtekben végbemenő változásokhoz: kromatin kondenzáció és nukleáris fragmentáció, DNS oligonukleotid lebomlás, protoplaszt összehúzódás, vezikulákra való fragmentáció, plazmodezma felszakadás stb. A protoplaszt vezikulákat azonban maguk a vezikulumok hidrolázai pusztítják el, mivel a növényekben nincsenek a fagocitákhoz hasonló sejtek. Így a PCD a gyökérsapkás sejtek növekedése során, a levelek perforációinak kialakulásakor, valamint a xilém és floém képződése során fordul elő. A levélhullás a sejtek szelektív pusztulásával jár a vágás bizonyos területén.

Az apoptózis, vagyis a programozott sejthalál biológiai szerepe igen nagy: a bevált, vagy az adott fejlődési szakaszban szükségtelen sejtek eltávolítása, valamint a megváltozott vagy kóros sejtek eltávolítása, különösen a mutáns ill. vírusokkal fertőzött.

Tehát ahhoz, hogy a sejtek létezzenek egy többsejtű szervezetben, túlélésük jeleire van szükség - trofikus tényezőkre, jelmolekulákra. Ezek a jelek távolról továbbíthatók és a megfelelő receptormolekulák megragadhatják a célsejteken (hormonális, endokrin jelátvitel), lehet parakrin kapcsolat, amikor a jel a szomszédos sejtbe kerül (például neurotranszmitter átvitele). Ilyen trofikus faktorok hiányában az apoptózis programot végrehajtják. Ugyanakkor az apoptózis indukálható jelzőmolekulákkal, például az ebihalak farkának tiroxin hatására történő reszorpciója során. Ezen túlmenően számos toxin hatása, amely a sejtmetabolizmus egyes kapcsolatait befolyásolja, szintén sejthalált okozhat apoptózison keresztül.

Apoptózis a betegségek patogenezisében

1. Az immunrendszerben

2. ONKOLÓGIAI BETEGSÉGEK

3. VÍRUSFERTŐZÉS (apoptózist kiváltó: c. humán immunhiány, c. csirke vérszegénység; apoptózis gátlása: citomegalovírus, c. Epstein-Barr, c. herpesz)

4. AZ AGYAKÉG A. és NEURONAI

A SEJTAPOPTÓZIS KORREKCIÓS ELVEI

A sejthalál szabályozott folyamatának – az apoptózisnak – felfedezése lehetővé tette annak egyes stádiumainak bizonyos módon történő befolyásolását a szabályozás vagy korrigálás érdekében.

Az apoptózis kialakulásának biokémiai folyamatai hipotetikusan több szakaszra oszthatók:

Az apoptózist okozó tényező hatása;

Jelátvitel a receptormolekuláról a sejtmagba;

Apoptózis-specifikus gének aktiválása;

Apoptózis-specifikus fehérjék szintézise

Az endonukleázok aktiválása

DNS fragmentáció (2.4. ábra).

Jelenleg úgy gondolják, hogy ha a sejt apoptózis következtében elpusztul, akkor a terápiás beavatkozás lehetősége feltételezhető, ha pedig nekrózis miatt, akkor az ilyen beavatkozás lehetetlen. A programozott sejthalál szabályozásának ismerete alapján számos gyógyszert alkalmaznak ennek a folyamatnak a befolyásolására különböző sejttípusokban.

Így a sejtapoptózis receptor-mediált szabályozására vonatkozó információkat figyelembe veszik a hormonfüggő daganatok kezelésében.

A prosztatarák kezelésére androgén blokkoló terápiát írnak elő.

A mellrák gyakran visszafejlődik az ösztrogénreceptor antagonisták alkalmazásával.

Az apoptózis szabályozásának biokémiai jelátviteli útjaira vonatkozó információk lehetővé teszik az antioxidáns terápia, a kalciumkoncentrációt szabályozó gyógyszerek, a különböző protein kinázok aktivátorai vagy inhibitorai stb. az apoptózis korrigálása különböző sejttípusokban.

Az apoptózis sejthalálban betöltött szerepének tudatosítása felerősítette a sejteket az apoptózistól védő farmakológiai hatások kutatását.

A specifikus proteázok inhibitorait aktívan tanulmányozzák, mint farmakológiai ágenseket. Ezek általában aszparaginsavat (Asp) tartalmazó tri- vagy tetrapeptidek. Az ilyen proteázok terápiás célú felhasználását korlátozza, hogy alacsony a sejtbe való behatolási képességük. Ennek ellenére azonban a Z-VAD-FMK-t, az ICE-szerű proteázok széles spektrumú inhibitorát sikeresen alkalmazták in vivo kísérletekben az infarktus területének csökkentésére stroke-modellben.

A következő években a különböző betegségek kezelésére és megelőzésére szolgáló új gyógyszerek megjelenésére számíthatunk, amelyek alapja az apoptózis folyamatok szabályozásának elve lesz.

Az apoptózis korrekciójának leghatékonyabb módjai azok, amelyek az apoptózis-specifikus gének szabályozásához kapcsolódnak. Ezek a megközelítések képezik a génterápia alapját, az egyik ígéretes kezelési területet az egyes gének károsodott működéséből adódó betegségekben szenvedő betegek kezelésében.

A génterápia alapelvei a következő lépéseket tartalmazzák:

A kezelendő DNS-szekvencia azonosítása;

Annak a sejttípusnak a meghatározása, amelyben a kezelést végrehajtják;

A DNS védelme az endonukleázok általi hidrolízis ellen;

A DNS szállítása a sejtbe (a sejtmagba).

A génterápiás megközelítések lehetővé teszik

Fokozza az egyes gének munkáját (az apoptózist gátló gének, például a bcl-2 gén átalakulása),

Gyengítse arckifejezésüket. A génexpresszió szelektív gátlására jelenleg az antiszensz oligonukleotid (antiszensz) technikát alkalmazzák. Az antiszenzek alkalmazása csökkenti bizonyos fehérjék szintézisét, ami befolyásolja az apoptózis folyamatának szabályozását.

Az antiszensz hatásmechanizmusát aktívan tanulmányozzák. Egyes esetekben a rövid (13-17 bázisos) antiszensz oligonukleotidok, amelyeknek szekvenciája komplementer az egyes fehérjék hírvivő RNS (mRNS) nukleotidszekvenciájával, hatékonyan blokkolják a genetikai információkat a transzkripció előtti szakaszban (2.5. ábra). Ezek az oligonukleotidok a DNS-hez kötve triplett spirális szerkezetet alkotnak. Az ilyen kötődés irreverzibilis lehet, vagy a triplet komplex szelektív hasítását okozhatja, ami végső soron a génexpresszió gátlásához és a sejthalálhoz vezet. Más esetekben az antiszensz komplementer kötődése következik be az mRNS-hez, ami a transzláció megsértését és a megfelelő fehérje koncentrációjának csökkenését okozza.

triplett komplexum

Rizs. A génexpresszió szabályozása antiszensz oligonukleotidokkal.

Mostanra meggyőzően bebizonyosodott, hogy az antiszensz technológia nagy jelentőséggel bír az egyes gének szabályozásában a sejttenyészetben. A bcl-2 gén sikeres elnyomása sejttenyésztési kísérletekben reményeket ébreszt az antiszensz jövőbeni alkalmazásában a rákos betegek kezelésében. Számos in vitro kísérlet kimutatta, hogy az antiszenszek gátolják a sejtproliferációt és a differenciálódást. Ez az eredmény megerősíti a technológia terápiás alkalmazásának kilátásait.