 |
Митохондрии: АФК (ROS-активные кислородные соединения) и апоптоз.
|
|
|
|
Беседа
Правильное поведение во время родов
Выполнила студентка 5 курса
лечебного факультета 6 группы
Цалко Екатерина Сергеевна
Гомель 2015
Митохондрии: как они запускают смерть клеток?
Если митохондрии являются центральным звеном в контролировании клеточной жизни и смерти, то как эти органеллы убивают? Известны по крайней мере три основных механизма, и их действия могут быть взаимосвязаны, включая
- нарушение электронного транспорта, оксислительного фосфорилирования и выработку аденозин трифосфата (ATP),
- высвобождение цитохрома С, и других медиаторов апоптоза
- нарушение окислительного потенциала и образование пероксидов.
Апоптоз (в переводе с греческого означает «опадание листьев») — форма гибели клеток в многоклеточном организме вследствие реализации программы, приводящей к поэтапному прекращению его жизнедеятельности. Впервые этот термин был введен J.F. Kerr и соавт. (1972) [1] при проведении электронномикроскопических исследований клеток, хотя принципы апоптоза были описаны ранее C. Vogin в 1842 году, а затем анатомом W. Flemming в 1885 году [2].
При апоптозе в клетке наблюдаются характерные молекулярные проявления, приводящие к цитологическим изменениям, которые характеризуются уменьшением ее размера, сморщиванием цитоплазматической мембраны, переходом фосфатидилсерина из внутреннего монослоя цитоплазматической мембраны в наружный монослой, конденсацией и фрагментацией ядра (кариопикноз и кариорексис), фрагментацией ДНК хромосом. Затем вследствие распада ядра и цитоплазмы формируются апоптические мембраносвязанные тельца с внутриклеточным содержимым, которые в последующем подвергаются фагоцитозу (рис. 1).
|
|
|
Митохондрии: как они запускают смерть клеток?
На данный момент известно
- нарушение электронного транспорта →оксислительного фосфорилирования →выработка аденозинтрифосфата (АТФ);
- высвобождение цитохрома С и др. медиаторов апоптоза;
- нарушение окислительного потенциала и образование
пероксидов.
Нарушение электронного транспорта и апоптоз.
В течение десятилетий нарушение электронного транспорта считалось первичным признаком смерти клетки.
Одним из последствий утраты электронного транспорта должно быть падение выработки ATФ. Хотя такое падение и наблюдается при апоптозе, оно часто случается на довольно поздней стадии процесса. Поэтому, хотя потеря митохондриальной выработки ATФ может убить клетку, не похоже, что это есть механизм индуцирования апоптоза.
Гамма-облучение вызывает апоптоз в тимоцитах и разрушение цепи электронного транспорта, возможно на стадии цитохром в-с1/цитохром с.
Церамиды, вторичный посредник, задействованный в организации апоптоза разрывает электронный транспорт на одной и той же стадии в клетках, как и в изолированных митохондриях. Связывание Fas с FAS лигандом также приводит к нарушению в клетках функции электронного транспорта.
Митохондрии: роль высвобождения цитохрома C в апоптозе
Важная роль митохондрий в апоптозе была выявлена в исследованиях бесклеточных систем, в которых спонтанная, ингибируемая воздействием Bcl-2 ядерная конденсация и фрагментация ДНК оказались зависимыми от присутствия митохондрий. Впоследствии, исследования с другой бесклеточной системой показали, что индукция активации каспазы путем добавки ATФ зависит от присутствия цитохрома C, высвобождаемого митохондриями.
В ходе апоптоза (in vivo и in vitro) цитохром C высвобождается из митохондрии (этот процесс ингибируется присутствием Bcl-2) >> цитозольный цитохром C входит как существенная часть в структуру апоптосомы >> активация каспазы-9 >> обработка и активация другихкаспаз >> биохимическое убийство клеток.
|
|
|
Ингибиторы каспаз не предотвращают высвобождение цитохрома C. Однако если они подсоединены к цитоплазматическому домену FAS (фактора некроза опухоли) тогда выделение цитохрома C предотвращается.
Картина, которая возникает из этих данных, представляется такой: высвобождение цитохрома C>> клетка «приговаривается» к смерти или за счет
- быстрого апоптического механизма, включающего активацию каспаз при посредстве Apaf-1;>;
- более медленного некротического процесса, обусловленного коллапсом электронного транспорта, в результате удаления из мтх цитохрома C, что приводит к различным вредным последствиям, включая генерацию оксигенных АФК и уменьшение производстваАТФ.
Последствия высвобождения цитохрома C зависят от типа клеток
В тех клетках, где цитохром C существует в избытке, каспазы могут быть активированы и еще может остаться достаточное количество цитохрома C, привязанного при помощи их высокоактивных контактов к цитохрому b-c и цитохромC-оксидазе, что поддерживает электронный транспорт. В этом случае потребление кислорода и производство ATФ может оставаться незатронутым, тогда как каспазы продолжают атаковать цитозольные и ядерные субстраты, что приводит к апоптозу.
В противоположность этому в клетках, которые содержат большие количества эндогенных каспазных ингибиторов, высвобождение цитохрома C может не индуцировать зависимый от каспаз апоптоз и вместо этого происходит нарушение цепи электронного транспорта, что может вовлечь клетку на путь некротического разрушения.
Цитохром C: роль в апоптозе: эволюционный аспект
Хотя участие митохондрий и высвобождение цитохрома C могут не являться универсальными признаками апоптоза, похоже что они часто встречаются у позвоночных. В противоположность этому, в настоящее время нет свидетельств, что цитохром C играет роль в апоптозе как в нематодах, так и у насекомых. У первых, активация каспаз вследствие взаимодействия с CED-4 (чья роль по-видимому аналогична роли Apaf-1) происходит без участия цитохрома C. Более детальный эволюционный анализ поможет установить, явилось ли вовлечение цитохрома C относительно поздней эволюционной инновацией или было ли это впоследствии утеряно в некоторых ветвях развития. Тем не менее, роль митохондрий, как детекторов стресса и исполнителей экзекуции несомненно важна для поддержания процесса апоптоза в многоклеточных организмах. То есть, клетки не могут получить преимуществ в развитии, просто отказавшись от митохондрий, потому что эти органеллы также нужны для эффективного энергетического метаболизма, продуцирования мембранных липидов и роста клеток. Дефекты в цепи апоптических явлений ниже митохондрий (например в каспазах) могут также не обеспечить преимуществ в развитии, потому что клетки могут, тем не менее, умереть из- за митохондриальных воздействий (хотя и медленнее), и, таким образом, мутации в каспазах не могут вызвать онкогенез.
|
|
|
Митохондрии: АФК (ROS-активные кислородные соединения) и апоптоз.
Митохондрии являются главным источником создания супероксидных анионов в клетках. В ходе транспорта электронов к молекулярному кислороду, в соответствии с оценками, от 1 до 5 % электронов в цепи дыхания теряются, участвуя в формировании АФК. Все, что уменьшает эффективность проводимости в цепи и нарушает транспорт электронов может увеличивать производство супероксидов. Количество супероксидов и перекисное окисление липидов увеличивается в ходе апоптоза.
Но АФК не являются единственным индуктором апоптоза, т.к.:
- генерация ROS может происходить и на относительно поздней стадии, после того, как клетка вступила в процесс активации каспаз;
- в условиях гипоксии найдены др. проапоптические стимулы, работающие в отсутствии или почти отсутствии кислорода.
ROS могут генерироваться при условиях виртуального анаэробиоза и поэтому ихучастие в апоптозе не оспоримо.
Механизмы образования АФК:
При нарушении наружной мембраны митохондрий из межмембранного объема выделяется термолабильный фактор >>необратимое превращение ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу. Фактор устойчив к ряду испытанных ингибиторов протеаз, включая ингибиторы каспаз, ингибиторы сериновых протеаз и ингибиторы металлопротеиназ. >>
|
|
|
Ксантиндегидрогеназа катализирует зависимое от NAD+ окисление: ксантин >> гипоксантин >> мочевая кислота. Ксантиноксидаза катализирует те же реакции с О2 в качестве акцептора электронов >> образуются - О2- и Н2О2 и другие АФК >> разрушение митохондрий, индукция апоптоза.
Главным источником АФК в клетках являются митохондрии. Резкое увеличение АФК происходит при возрастании мембранного потенциала в митохондриях, когда снижено потребление АТФ и скорость дыхания лимитируется AДФ. Цитоплазматическая мембрана макрофагов и нейтрофилов содержит O2- - генерирующую NADPH-оксидазу.
|
|
|
