Лекция № 5 Патохимические последствия повреждения клеточного ядра

Апоптоз

Морфологическое выражение запрограммированной клеточной гибели. Процесс при котором внутренние или внешние факторы активируя генетическую программу приводят к гибели клетки её эффективному удалению из ткани. При а сохраняется целостность мембраны. Происходит дрорбление клеток образуются апоптемотозные тельца Морфологически это единичные клетки окружённые мембраной, которые тут же фагоцитируютсяч макрофагами При этом выводятся из организма дефектные клетки Апоптоз - постоянный контроль за размером клетки, При торможении апоптоза происходит накопление клеток – опухолевы рост, при активации атрофия. А- многоэтапный процесс

1 этап- приём сигнала предвестника гибели клетки, из недр самой клетки или поступающей извне. Сигнал воспринимается рецептором,, подвергается анализу, передаётся молекулам посредникам и достигает ядра. Там происходит включение программы на самоубийство путём активации летальных геном или репрессии антилетальных генов. Апоптоз связан с протеолитической активацией каскада каспаз- протеаз которые расщепдяют белки после остатков аспарагиновой кислоты. Каспазы активируются прокаспазами расщепляются антиапоптозные белки, подвергаются протеолизу ингибито ДНКазы ответственный за фрагментизацию ДНК. При апоптозе ингибитор с участием каспаз3 или 7 инактивируется и свободная ДНКаза, вызывая межнуклеосомальные разрывы храматина, ведет к образованию фрагментов ДНК. Гидролиз белков – ламинов приводит к разрушению цитоскелет, иниктивации и нарушению регуляции белков, участвующих в репарации ДНК, сплайсинге с М РНК, репликации ДНК Мишенью каспаз является АДР- рибоза- полимераза, фермент участвующий в репарации ДНК. Донором рибозы является NAD Её активность возрастает в 500 раз при связывании с участками разрыва ДНК Апоптотическая гибель клетки, сопровождается расщеплением фермента каспазами, Активация его при массивных разрывах ДНК, снижает содержание ДНК, снижается гликолиз, гипоксия, некроз клетки.

Клетка - элементарная структурная функциональная и генетическая единица организма. Компоненты клетки: Ядро, цитоплазма. В ядре хромосомы содержащие генетическую информацию, которая в процессе транскрипции считывается и направляется в цитоплазму, где контролирует процессы жизнедеятельности клетки, процессы катаболизма и анаболизма (разрушения и синтеза). Цитоплазма иди клеточный матрикс, или гиалоплазма, отделена от окружающей среды мембраной – плазмолеммой и содержит органеллы и включения.

Органеллы постоянные компоненты клетки. Включения- временные компоненты клетки в результате накопления продуктов метаболизма клеток.

Органеллы общие и специальные. О.- общего значения находятся во всех клетках и обеспечивают жизнедеятельность клетки-митохондрии, лизосомы, рибосомы, аппарат Гольджи, ЭПС, пероксисомы, клеточный центр, компоненты цитоскелета. Специальные органеллы имеются в клетках обеспечивающих специальные функции реснички, жгутики, микроворсинки, миофибриллы. О. могут быть мембранные (митохондрии ЭПС, комплекс Гольджи лизосомы, пероксисомы), немембранные (рибосомы, компоненты цитоскелета, жгутики, ворсинки, клеточный центр). Функциональные системы клетки -синтетический аппарат, энергетический, аппарат внутриклеточного переваривания, цитоскелет. В клетке также имеются транспортные пузырьки, транспортирующие в-ва, имеющие мембрану, имеющую ферменты, которые могут преобразовать эти в-ва. Мембраны компонентов клетки в том числе и ядра имею разные мембранные белки, определяющие специфику их функций. Гиалоплзма представляет собой коллоид в котором взвешены органеллы клетки, ионы, белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.

Плазмолемма- внешняя клеточная мембрана. Функции: распосзнаёт другие клетки и прикрепляется к ним, распознаёт межклеточное в-во и базальную мембрану,, осуществляет транспорт веществ в клетку и из клетки, осуществляет взаимодействие с сигнальными молекулами(ионами, медиаторами, цитокинами,, благодаря на поверхности наличию рецепторов, обеспечивают движение клетки благодаря связи с цитоскелетом клетки.

Структура плазмолеммы. Имеет три слоя: Фосфолипидный бислой в которы встроены молекулы холестерина и мембранные белки. Фосфолипидный бислой иммет гидрофобную и гидрофильную головки, гидрофобные обращены внутрь клетки, гидрофильные наружу. На поверхности мембраны некоторые гликолипиды связаны с олигосахаридными цепями которые выступают над мембраной и придают ей асимметричность. Мембранные белки пронизывают липидный бислой за счёт гидрофобных взаимодействий, и обеспечивают специфические свойства мембраны. Они играют роль переносчиков ферментов, рецепторов, и структурных молекул. Различают периферические белки и интегральные. Периферические белки не связаны с липидным бислоем, и находятся на поверхности клетки, интегральные связаны с липидным бислоем, погружены в него. Часть белков связана с олигосахаридами, образуя гликолипиды, часть с липидами образую липопротеиды. Все она образуют на поверхности клетки слой гликокаликс этот слой и представляет собой рецепторы которые связывают клетку друг с другом, с межклеточным веществом, сигналами. Придаёт клетке отрицательный заряд

Транспорт веществ через мембрану осуществляется: пассивный транспорт- перенос мелких молекул Н2О, СО2, О2. перенос хи не требует затраты энергии. Облегчённая диффузия по градиенту концентрации в\в. Облегченная диффузия осуществляется через каналы или белками переносчиками, обладающими специфичностью к переносимому веществу. Трансмембранные белки функционируют и при активном транспорте Когда перенос веществ происходит против электрохимического градиента. Например К-натриевый насос обеспечивается переносчиком белком Na+К+-АТФазой. (калия в клетке много, но всё равно он в неё заходит). Переносчики глюкозы- глюты поступают в клетка одновременно с натрием. Используется энергия АТФ. Облегчённый транспорт осуществляется через транспортные белки- ионные каналы- открываются во время изменения мембранного потенциалаЭндоцитоз- транспорт в клетку молекул с в месте впячивания плазмолеммой образование эндоцитозного пузырька и введение его в клетку(пиноцитоз – захват клеткой жидкости или растворенных веществ, фагоцитоз захватпсевдоподиями плотных частиц). Рецептор опосредованный эндоцитоз- рецептор захватывает лиганд, заноситр в клетку, там комплекс расщепляется и рецептор выводится наружу а вещество выполняет свои функции(инсулин) Окаймлённые ямки и пузырьки. Рецепторы с лигандами могут собираться в эндоцитозных ямках и вокруг них собирается из цитоплозмы сетевидная оболочка из белка клатрина, затем ямка превращается в окаймлённй пузырёк, затем клатриновая оболочка терается, если оболочка сохранена на неё не может действовать лизосома. Эти пузырьки транспортируют в клетку иммуноглобулины, ЛПНП, факторы роста. Т.О через мембрану происходит трансцитоз. Вход в клетку и выброс из клетки веществ. При экзоцитозе выделяются вещества продуцируемые метаболизмом клетки, синтезируемые клеткой. Они или остаются на поверхности в виде антигенов, могут быть гормонами,. цитокинами, могут войти в состав межклеточного вещества.

Мембранные рецепторы- это в основном гликопротеиды обладающие высокой специфичностью к своим лигандам. Их функции: регулируют проницаемость плазмолеммы путем изменения конфигурации белков и ионных каналов, регулируют поступление некоторых молекул в клетку, действуют как датчики превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные. Связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом, эти рецепторы называются интегринами. Интегрины связывают клетки друг с другом и межклеточным веществом.

сПовреждение ядерной ДНК вызывает несколько типовых защитных реакций..При повреждении клетки может повреждаться ядро клетки, которое содержит ядрышко, хроматин, кариолемма, кареоплазма. Ядро выполняет функции хранения генетической информации, реализует генетическую информацию, контролирует процессы в клетке как синтетические, так и запрограммированную гибель(апаптоз), также осуществляет воспроизведение и передачу генетической информции. Ядерный ответ на повреждение, может весьма драматически влиять на судьбу поврежденной клетки, вследствие торможения макроэргических соединений в клетке. При нехватке энергии пуриновые основания превращаются в гипоксантин и мочевую кислоту, а этот процесс сопровождается образованием активных кислородных радикалов, участвующих в клеточной гибели после ядерных повреждений. Активные радикалы кислорода наводняют ядро и вызывают вторичное самоповреждение ДНК, усугубляя нарушения в работе генома.

В поврежденных клеточных ядрах происходит включение целого ряда аварийных генетических программ.

К ним относятся:

• Гены белков теплового шока (БТШ);

• Немедленные гены предраннего ответа;

• Антионкогены;

• Гены-регуляторы программированной клеточной гибели;

• Ген маркера стареющих и поврежденных клеток (АСК).

Работа каждой из этих генетических систем сочетает защитные и вторичные повреждающие эффекты.

Белки теплового шока (БТШ) -.впервые они были обнаружены в клетках дрозофил, подвергавшихся тепловому воздействию. Это, однако, не означает, что экспрессия данных белков специфична только для тепловой травмы, напротив, она может бытьвызваны различными воздействиями воспаление, инфекция, гипоксия, химические повреждения клеток тяжелыми металлами, мочевиной, перекисью водорода, мышьяком и этиловым спиртом). Вместе с тем, повышенная экспрессия БТШ увеличивает и температурную устойчивость клеток, поэтому их название не случайно.

БТШ представляют собой систему белковых клеточных растворителей (Детергентов) и регуляторов ограниченного протеолиза. Они способны поддерживать нативную конформацию (свободное вращение отдельных франментов вокруг простых связей молекулы) синтезируемых в клетке белков, предохранять их от денатурации и солюбилизировать (способны ми растворяться) белки, которые при клеточном стрессе утрачивают свою растворимость, либо способствовать протеолизу денатурированных белков.

БТШ синтезируются в небольших количествах и в норме могут, принимать участие в регуляции клеточной пролиферации. Пусковым сигналом для экспрессии повышенных количеств БТШ служит, протеолиз сигнального фактора теплового шока. Продукты этого протеолиза или сам денатурированный белок действуют на промоторы(вещества вызывающие повышение активности ферментов) генов БТШ и запускают их считывание.

Синтез БТШ и их функции требуют затраты макроэргических соединений и, по-видимому; могут предохранять клетку от гибели вплоть до развития тяжелой тканевой гипоксии.

БТШ по английски называют сокращённо HSP, они называются также антистрессовые белки Наиболее высокомолекулярные БТШ взаимодействуют с рецепторам, стероидных гормонов, предупреждая в отсутствие стероидов ассоциацию рецепторов с хроматином. Это может рассматриваться, как блокада осуществления стрессорных адаптационных программ до наступления стресса, который характеризуется высоким уровнем воздействия стероидных гормонов на клетки. В условиях стресса действие этой группы БТШ может служить предохранительным механизмом против избыточной стимуляции, а для некоторых клеток, где стероиды индуцируют запрограммированную гибель, например, для лимфоцитов — прямым «буфером», увеличивающим выживаемость. Комплекс рецептора БТШ способен связывать иммунофиллины — внутриклеточные мишени иммунодепрессантов типа циклоспорина. БТШ имеют прямое отношение к влиянию стресса на иммунитет БТШ сопровождают белковые молекулы после трансляции (биосинтез белков) в различные отсеки клетки и к месту образования макромолекулярных комплексов. Эта функция предохраняет белки цитоплазмы и ядра от агрегации и денатурации, которая является неотъемлемой частью необратимого повреждения клеток. При повреждении клетки синтезируемый БТШ мигрирует в ядро и связывается с хроматином и ядрышком, взаимодействуя с топоизомеразой и гистонами. Предполагается, что это необходимо для предохранения от мутаций и обеспечивает условия для работы репаразной системы. В цитоплазме белки, близкие к БТШ, индуцируются при повреждении клетки и взаимодействуют с микротрубочками и микрофиламентами, вероятно, стабилизируя цитоскелет и увеличивая устойчивость клеток к механическому повреждению, денатурации и агрегации цитоплазматических белков..

БТШ также способны взаимодействовать после повреждения клетки с элементами хроматина и оказывать действие на осуществление клеточного цикла, а также повышать устойчивость клеток к некрозу, по крайней мере, в миокарде. Этот эффект лежит в основе феномена, названного Ф. З. Меерсоном «адаптационной стабилизацией структур», что проявляется в увеличении резистентности клеток к гипоксии и аутолизу после кратковременного стресса. Очевидно, что БТШ могут, по крайней мере, частично обуславливать неспецифическое повышение устойчивости организма к острой гибели, наблюдаемое при стрессе.

Низкомолекулярная группа БТШ представлена убиквитинами (от «ubiquitous» — вездесущий). Убиквитины могут рассматриваться, как рецепторы для специфических протеаз. Ядерные и цитоплазматические белки, к которым прикрепляются убиквитины, подлежат внелизосомальному протеолизу.

При повреждении клеток убиквитины могут запустить протеолиз и в клеточных ядрах,, Т.О. БТШ способны оказывать цитопротекторное действие при повреждении, предохраняя клетку и от апоптоза и, в определенной степени, на ранних стадиях, до развития тяжелой гипоксии — также и от некроза.