3.5. Проапоптотические сигнальные каскады

В продолжении предыдущего раздела можно отметить, что недостаток NGF вызывает внутренний, митохондриальный, путь апоптоза (Kristiansen, Ham, 2014). Для апоптоза в этом случае синтезируются проапоптотические белки Dp5, Bim, Puma и Bmf. Они инактивируют антиапоптотические белки Bcl-2 и Bcl-xL, связываясь с ними, или активируют проапоптотический белок Вах. В результате этого меняется проницаемость внешней мембраны митохондрий, вследствие чего в цитоплазму поступает цитохром с. Недостаток или отсутствие NGF приводит к уменьшению активности антиапоптотических сигнальных каскадов PI3K-Akt и Raf-MEK-ERK и в то же время к увеличению активности MLK-JNK-c-Jun пути, который способствует экспрессии проапоптотических белков BH3-only (принадлежат семейству белков Bcl-2, содержат только BH3-домен) и выделению митохондриального цитохрома с. MLK фосфорилирует киназу киназы MAP-киназы (MKK4/7), которая, в свою очередь, фосфорилирует JNK. Активность JNK возрастает, что приводит к фосфорилированию факторов транскрипции AP-1, c-Jun и ATF2. Это увеличивает способность c-Jun активировать транскрипцию генов-мишеней, таких как bim, dp5 и c-jun по принципу положительной обратной связи. c-Jun также может связываться с сайтами AP-1 в промоторе mkp1, который кодирует фосфатазу MAPK, действующую как негативный регулятор пути JNK по принципу отрицательной обратной связи.

К митохондриальному пути апоптоза также приводит избыток кальция, активирующий кальпаины, способствующие расщеплению Bid, который в таком состоянии способен перемещаться во внешнюю мембрану митохондрий, где он взаимодействует с другими проапоптотическими белками Bax, Bak, Bad и Bcl-xS (Datta et al., 2020). Вместе они вызывают увеличение проницаемости внешней митохондриальной мембраны и, как следствие, выход цитохрома с в цитоплазму (рис. 4). Короткая изоформа Bcl-xS может напрямую связываться и ингибировать антиапоптотические белки Bcl-xL и Bcl-2, что приводит к высвобождению проапоптотического белка Bak (Stevens, Oltean, 2019). Белки Bax и Bak формируют гетеродимер и встраиваются в митохондриальную мембрану, формируя пору, участвуя таким образом в митохондриальном пути апоптоза, так как через эту пору выходит цитохром с в цитоплазму.

Попав в цитоплазму, цитохром с взаимодействует с Apaf-1 и прокаспазой-9 с образованием комплекса апоптосом, который затем расщепляет и активирует эффекторную каспазу-3 (рис. 4), которая инициирует АТФ-зависимый апоптоз. При недостатке АТФ апоптоз блокируется, и происходит некроз вследствие тех же сигнальных каскадов (Jordan et al., 2011).

Рисунок 4. Последствия связывания лигандов с Death receptor и митохондриальный путь апоптоза (Datta et al., 2020, с изменениями).

Еще одной причиной апоптоза вследствие активации каспазы-3 является связывание лигандов, например, FasL, TNF-α, TRAIL, с рецептором смерти (death receptor) (рис. 4), который рекрутирует молекулы цитоплазматического адапторного белка и образуют комплекс DISC, который катализирует протеолитическое расщепление и автокаталитическую активацию прокаспазы-8, которая активирует каспазу-3, что приводит к гибели клеток (Datta et al., 2020).

Помимо цитохрома с в цитоплазму из митохондрии выходят такие проапоптотические белки, как AIF и эндонуклеаза G, что может вызвать некроз (Jordan et al., 2011). AIF активирует циклофилин D, матриксный белок митохондрии, что приводит к образованию пор (Bakthavachalam, Shanmugam, 2017, цит. по Schinzel et al., 2005). Цитохром с также активирует AIF и эндонуклеазу G, которая перемещается в ядро и вызывает конденсацию хроматина и фрагментацию ДНК (Bakthavachalam, Shanmugam, 2017, цит. по Bonora, Pinton, 2014). AIF образует в цитоплазме комплекс с циклофилином А, перемещается в ядро, вызывает расщепление хроматина и клеточную смерть (Thornton, Hagberg, 2015).

Также в цитоплазму из митохондрии попадают такие проапоптотические белки, как Smac/DIABLO и Omi/HtrA2. Эти белки ингибируют XIAP, который является ингибитором каспаз 3, 7 и 9 (Green, Llambi, 2015).

В настоящее время изучение процессов, происходящих в нейронах зоны ишемической полутени, крайне актуально, поскольку именно эта зона повреждения является точкой приложения нейропротекторов. Однако, количество факторов и событий, влияющих друг на друга и на состояние клетки настолько велико, что невозможно с точностью предсказать конечный исход. Тем не менее, многое уже сделано для прояснения происходящих процессов, фармакологически влияя на которые можно разработать лекарственный препарат, который позволит снизить негативные последствия ишемического инсульта.