Морфологични прояви на апоптоза. клетъчна апоптоза. Биологично значение и неговата роля Процесът на саморазрушаване на клетките

„Програмирана смърт? А, това се нарича апоптоза”, ще каже просветеният читател. Всъщност апоптозата е само един от многото видове програмирана клетъчна смърт. Създавайки сложни структури и поддържайки тяхното съществуване, природата, подобно на Микеланджело, непрекъснато отрязва излишното; Клетките трябва да умрат, за да може един организъм да живее. И като всички жизненоважни биологични процеси, програмираната клетъчна смърт е ключът към лечението на много заболявания.

Статията е базирана на материалите от лекцията, изнесена от автора в Зимно научно училище „Съвременна биология и биотехнологии на бъдещето”.

39 километра черва

Клетъчната смърт може да бъде пасивен или активен процес. Пасивно - смърт от увреждане, което клетката не е в състояние да поправи. Активният процес се осъществява, когато клетката е изпълнила своята функция и трябва да напусне сцената, да отстъпи място на други клетки. Типичен пример е ембрионалното развитие: образуването на орган в растящ организъм се случва не само поради растежа и деленето на клетките, но и поради отстраняването на „допълнителни“ такива. Въпреки това, дори след увреждане, може да се активира активен процес на смърт: "планираното" елиминиране е за предпочитане пред неконтролираното разпадане.

Всяка популация от клетки се регулира от три процеса, еднакво важни: делене, диференциация - превръщането на младите клетки в зрели (докато броят им може да се увеличава и намалява) и клетъчна смърт. Тялото на възрастен се състои от десетки трилиони клетки и всеки ден всеки от нас губи десетки милиарди от тях, по отношение на теглото - около килограм. Излишно е да казвам, че новите клетки компенсират загубата, така че не губим по килограм на ден. (Между другото, мастните клетки, които много хора, които губят тегло, искат да умрат, могат да се увеличават с възрастта, но умират неохотно.) Всички знаем как повърхностният слой на кожата, епидермисът, се ексфолира и обновява. Сред най-активно умиращите са чревните епителни клетки: през живота на човек те се заменят приблизително 4000 пъти. Ако старите клетки не умряха, то след 70 години червата ни щяха да достигнат дължина от 39 км! Клетките на костния мозък също се обновяват активно - за същите 70 години тялото произвежда около три тона от тях. Друг пример е тимусът, в който се раждат и узряват клетките на имунната система. Приблизително 90% от тимоцитите - така се наричат ​​лимфоцитите, докато са в тимуса - те умират в него и само 10% излизат извън него.

В индивидуалното развитие на човек или друго същество не може да се мине без програмирана клетъчна смърт. Пример от учебника за апоптоза е изчезването на опашката в попова лъжичка; Интересното е, че този процес, заедно с други метаморфози, се регулира от промени в нивото на хормоните на щитовидната жлеза в кръвта. И за да може животното да образува пръсти на лапата, клетките, разположени между рудиментите на пръстите, трябва да изчезнат (фиг. 1). Програмираната клетъчна смърт участва както в половото съзряване, така и в развитието на мозъка. Клетките на тялото, които са загинали по време на апоптоза, трябва да бъдат изядени от съседни клетки или макрофаги - поглъщащи професионалисти. Поради това апоптозата почти никога не е придружена от възпаление. Прочетете повече за това в последните статии (H. Yamaguchi et al., 2014, eLIFE, 3:e02172; D. Wallach, A. Kovalenko, 2014, Apoptoza: Keeping inflammation at bay , eLIFE, 3:e02583).

Очевидно клетъчната смърт трябва да бъде строго регулирана, те трябва да умрат в определено време и на определено място, в противен случай в тялото ще цари хаос.

Пеперуда и червей

Феноменът програмирана клетъчна смърт е известен повече от сто години, но до средата на миналия век почти не привлича вниманието на учените. Терминът "програмирана клетъчна смърт" е въведен от американския клетъчен биолог Ричард Локшин. В средата на 60-те години той е бил аспирант с Карол Уилямс в Харвардския университет и според него вече започва да се тревожи – четири години в следдипломно училище и все още няма публикации! Въпреки това, през 1964–1965 г., пет статии на Локшин и Уилямс са публикувани под общото заглавие „Програмирана клетъчна смърт“. Обект на тяхното изследване била копринената буба – при метаморфозата на пеперуда премахването на „ненужните“ структури е абсолютно необходимо.

Важна роля в развитието на тази посока изигра работата на д-р Тата (J. R. Tata, C. C. Widnell, Биохимичен вестник, 1966, 98, 604-620), който показа, че процесът на клетъчна смърт изисква синтеза на РНК и протеини. Това означаваше, че смъртта не е случайна, а генетично обусловена, настъпва „по свободен избор“ на клетка или организъм.

Тогава, през 60-те години, биологът Сидни Бренър, родом от Южна Африка, който работи в Обединеното кралство, предложи нов модел обект за изследване на индивидуалното развитие на организмите - червей Caenorhabditis elegansживеещи в почвата. Тези малки същества са интересни, защото телата на възрастните се състоят от строго определен брой клетки, съдбата на всяка от които е предопределена. Четири десетилетия по-късно, през 2002 г., Сидни Бренър, заедно с Робърт Хоруиц и Джон Сълстън, получиха Нобелова награда за физиология и медицина за идентифициране на гени на нематоди, които контролират развитието на органите и програмираната клетъчна смърт.

От друга страна, още през 19 век медицината е била наясно с явленията, които днес наричаме апоптоза (например намаляване на епитела на матката през втората половина на менструалния цикъл). През 1965 г. австралийският патолог Джон Кер от Университета на Куинсланд се интересува от тази тема. Изследвайки електронно-микроскопски препарати от тъкани, той открива картина на клетъчна смърт, фундаментално различна от некрозата. По-късно той идва на съботния отдих в Шотландия, в университета в Абърдийн, по покана на Аластор Къри, един от най-известните патолози от онова време. (Думата „sabbatical“ в този случай може да се преведе на руски като „sabbatical“.) Резултатът от съвместната им работа беше известната вече статия „Апоптоза като фундаментален биологичен феномен с множество функции в регулирането на тъканната кинетика“. Третият съавтор е Андрю Уайли, аспирант на Къри. Терминът "апоптоза" е въведен от Джеймс Кормак, професор по гръцки език в университета в Абърдийн. Тази дума може да се преведе като падащи листа, венчелистчета, но е използвана и от Хипократ и Гален, обозначавайки изсъхването и загубата на ненужни за тялото частици.

Любопитно е, че трима съавтори изпратиха статията си до водещите списания от онова време и навсякъде тя беше отхвърлена, като прецениха темата като неинтересна. Къри беше член на редакционния съвет Британско списание за рак, и той убеди редактора да приеме статията за публикуване (Kerr, Wyllie, Currie, 1972, 26, 4, 239–257, DOI:10.1038/bjc.1972.33). Тази „любезна услуга“ допълнително увеличи импакт фактора на списанието – статията беше цитирана хиляди пъти и продължава да се цитира и до днес. В момента тази тема не изглежда безперспективна за никого. Според мен на всеки 24 минути се появява нова публикация, която включва термините "апоптоза", "некроза", "автофагия" или "програмирана клетъчна смърт".

Трансплантации по пътищата на смъртта

Изучаването на програмираната клетъчна смърт е не само от фундаментално, но и приложно значение: днес това е важен аспект на клиничната медицина. Установено е, че промените в регулирането на клетъчната смърт са причина за много хронични заболявания. Промените могат да имат генетичен или друг произход, но по един или друг начин патологията се характеризира с прекомерна клетъчна смърт или оцеляване на дефектни, които е трябвало да умрат. Първата категория включва някои невродегенеративни, хематологични, имунни, инфекциозни и метаболитни заболявания. Втората категория - появата в тялото на "екстра", потенциално дефектни клетки - са преди всичко тумори и предракови състояния, но също и автоимунни, инфекциозни, метаболитни и хематологични заболявания. За да се разбере патофизиологията на тези многобройни заболявания, е важно да се знае защо и къде е възникнал неуспехът.

Механизмите за регулиране на клетъчната смърт се оказаха много сложни и въпреки огромния напредък в тази област, много остава неясно. Необходимо е да се разберат в детайли сигналните пътища, водещи до клетъчна смърт. Сега се смята, че има главен, ядро ​​(ядро) път с разклонения, които водят или до специфични механизми на клетъчна смърт в отделните тъкани, или до патологии.

Номенклатурната комисия за изследване на клетъчната смърт, в която имам честта да членувам, идентифицира четири типични типа клетъчна смърт – апоптоза, некроза, аутофагия и ороговяване (кератинизация), както и осем атипични типа, базирани на комбинация от морфологични и биохимични промени. Всеки от тях следва своя собствен път. В същото време не може да се каже, че типичните са по-важни от нетипичните, те просто са по-добре проучени.

Във втората група има поне два вида смърт, които са известни на всеки, ако не по име, то като явление. Например, когато една нова майка спре да кърми и гърдите й се свият, клетките на гърдата умират по специфичен път, наречен аноикис. Друг пример е митотичната катастрофа, масивната клетъчна смърт, която настъпва след леко излагане на радиация, както и след някои други стресови фактори, като химиотерапия. В този случай клетката "забива" в една от фазите на делене (митоза) и след това или расте неконтролируемо и увеличава обема си, или умира. И е добре, че умира: по-добре е клетка със счупен хромозомен набор да напусне сцената.

Митотичната катастрофа беше описана още през 80-те години на миналия век, но не беше ясно по-специално дали трябва да се счита за вид програмирана смърт или пасивна смърт поради „срив“. Две лаборатории имаха късмета да внесат яснота - нашата от Каролинския институт и колегите от Франция. Моят аспирант Хелин Вакифахметоглу откри, че митотична катастрофа може да протече или под формата на апоптоза или некроза, в зависимост от това кои протеини се експресират в конкретна тъкан и това не е просто разпад, а програмирано събитие (Vakifahmetoglu H., Олсон М., Животовски Б., „Смърт чрез трагедия: митотична катастрофа“, Клетъчна смърт и диференциация, 2008; 15:1153–1162). Изследванията в тази посока продължават в нашата лаборатория в Московския държавен университет.

Най-интересното е, че има някакъв вид трансферни станции между начините на клетъчна смърт и това допълнително усложнява картината, правейки я да изглежда като метро система в метрополис като Ню Йорк или Москва. Защо различните форми на смърт действат в различни клетки и тъкани, какво трябва да се направи, така че, да речем, една ракова клетка, в която един от пътищата на смъртта е блокиран, „извърши трансплантация“ и върви по различен път – всичко това въпросите в момента се проучват.

Преди няколко години Европейският съюз отпусна 12 милиона евро за подкрепа на изследователски проект, включващ експериментални биолози, лекари и математически моделисти от 12 държави. Имах късмета да ръководя този проект. Неговата задача беше да изследва сигналните пътища, водещи до апоптоза и други видове клетъчна смърт при ХИВ инфекция и онкологични заболявания, по-специално рак на белия дроб, както и в нормални клетки. (Изборът падна върху тези заболявания не само поради голямото им значение: при СПИН се наблюдава прекомерна клетъчна смърт, при рак - недостатъчна.) Експерименти бяха проведени върху човешки клетъчни култури, върху моделни организми - дрожди, нематоди C.elegansи мишки, също проведоха клинични изпитвания. Проектът приключи през 2013 г.; в резултат на това беше възможно да се получат тестове за откриване на патологии и да се разработят подходи към нови методи на терапия.

Що се отнася до теоретичния резултат, окончателната схема на пътищата на клетъчната смърт (фиг. 2) е доста сложна и е невъзможно да се опише напълно в кратка статия. И все пак е лесно да се види, че има доста обещаващи цели за влияние (на диаграмата те са обозначени с минуси). На тези етапи клетъчната смърт може да бъде спряна или, ако минусите се заменят с плюсове, да се ускори.

Каспаза, "пазителката на генома" и др

Една от трудностите е, че протеините, участващи в регулирането на клетъчната смърт, изпълняват и други функции. Това е разбираемо: трудно е да си представим, че рационалната природа ще създаде специална система изключително за убиване на клетки. Според логиката на нещата компонентите на тази система обикновено трябва да вършат някаква полезна работа и, ако е необходимо, да се мобилизират за отстраняване на патологични клетки. Подобна гъвкавост усложнява терапията: когато се действа върху връзка в апоптозния път, е важно да не се намесва работата на този компонент в нормалната тъкан.

Почетно място в апоптотичната форма на клетъчна смърт се заема от каспази, семейство от тринадесет протеина, разделени на две групи, които участват в развитието на апоптоза или възпаление. Каспазите са протеази - ензими, които разцепват други протеини и резултатите от тази активност могат да бъдат много различни, дори когато става въпрос за един и същ ензим, но в различни тъкани и при различни условия. Така при оксидативен стрес каспаза 1 разцепва интерлевкин 1В, превръщайки го в неговата активна форма. (Интерлевкините играят централна роля в имунните и възпалителните процеси.) Това може да причини исхемия в клетките на черния дроб и миокарда; на клетъчно ниво възниква апоптоза, която при нарушения на фагоцитозата може да се трансформира в некроза. В чернодробната тъкан същата каспаза може да разцепи протеина, което води до преминаване от апоптотичната програма към автофагична и след това до хеморагичен шок. От друга страна, ако този протеин се отстрани напълно, той причинява смъртта на чернодробните клетки от вида на некрозата.

През 90-те-2000-те години много фармацевтични компании инвестираха огромни суми в разработването на каспазни инхибитори. Сега почти всички спряха да работят в тази посока, защото инхибиторите се оказаха токсични, именно защото блокират нормалната функция на каспазите в клетките. Понастоящем инхибиторите на каспаза се използват само в спешни ситуации, например при остра цироза на черния дроб, когато е необходимо да се спре разрушаването на тъканите възможно най-скоро. Друг пример е такова сериозно заболяване като болестта на Crohn: хронично възпаление на всички части на стомашно-чревния тракт, от устата до ректума, с образуване на фистули, инфекциозни усложнения и други проблеми. При лечението на болестта на Crohn (както и на ревматоиден артрит и улцерозен колит) лекарството инфликсимаб, известно в Русия като remicade, се е показало добре - действа само чрез каспаза-1.

Протеини от семейството на IAP - инхибитори на апоптозните протеази- в съответствие с името, те инхибират апоптотичните протеази, тоест каспази, като по този начин изключват апоптозата. В нормалните клетки IAP протеините могат да деактивират митохондриалния SMAC протеин ( втори митохондриален активатор на каспази) - напуска митохондриите, свързва се с IAP и премахва тяхната функция. Логично беше този ефект да се използва за терапия. Наистина, миметиците на SMAC с ниско молекулно тегло (малки молекули, които имитират функцията на този протеин) се оказаха доста ефективни при лечението на глиома, мозъчен тумор (фиг. 3). Според листовките на някои лекари в руските медии може да се предположи, че подобни лекарства (но, разбира се, не само те) са лекувани в САЩ от певицата Жана Фриске.

Http:="" target="_blank">10.1038/nm735). Тези SMAC миметици в момента са в третата фаза на клиничните изпитвания.

Следващият важен елемент от веригата е Bcl-2. Прехвърлянето на неговия ген от една хромозома в друга (транслокация) е свързано с В-клетъчен лимфом. Оттук идва и името на протеина и неговия ген – съкращението В клетъчен лимфом. През 80-те години на миналия век австралийският биолог Дейвид Уо и колегите му показаха, че този протеин действа като антиапоптотик, предотвратявайки смъртта на В-клетките; това скоро беше потвърдено от други изследователи. Така за първи път беше доказано, че протеините, участващи в негативната регулация на клетъчната смърт, могат да работят като онкогени: ако апоптозата е блокирана и дефектните клетки не умират, болестта се развива.

Тази публикация има интересна история. Тогава Дейвид Уо беше докторант в Института за медицински изследвания Уолтър и Елиза Хол в Мелбърн. Неговият ръководител, д-р Сюзън Кори, поздрави хладно резултатите на Дейвид за Bcl-2. Но Дейвид, като упорит човек, отиде за подкрепа при втория си ръководител, д-р Джери Адамс, и той реши, че работата заслужава внимание. Интригата беше, че вторият лидер е съпругът на първия. Резултатът от работни и евентуално неработни дискусии беше съвместна публикация на ръководители и аспирант (D. L. Vaux, S. Cory, J. M. Adams, природата, 1988, 335, 440–442).

Сега е известно цяло семейство от протеини Bcl-2, регулатори на апоптозата, кръстени на първия такъв протеин. Някои от тях потискат клетъчната смърт, други я активират, като последните се разделят на две групи. Това създава проблеми с излагането на наркотици на тях. Правени са опити, например в Genentech, за изключване на гена Bcl-2 с помощта на антисенс ДНК или РНК. (Ясно е, че ако антиапоптотичен протеин се отстрани от клетка, трябва да настъпи апоптоза.) Клетките в културата работеха добре, но когато преминахме към експерименти с животни, се оказа, че клетките все още са нечувствителни към смъртта, въпреки че нивото от целевия протеин пада – той се заменя с друг протеин от семейството. При използване на антисенс молекули към два протеина нивото на третия се повишава... Трябваше да търсим други подходи.

Протеин, дори по-известен от Bcl-2 и каспазите, е р53 антионкогенът, който често се нарича "пазител на генома". Той има много функции, но това, което всички знаят за него, е, че р53 се активира в отговор на стресови стимули и други фактори, които могат да доведат до мутации в ДНК, и включва клетъчна смърт. Мутациите в гена на този протеин често се свързват с рак. Нормалният протеин р53 кара клетката да умре при апоптоза, премахвайки антиапоптотичната функция на Bcl-2. Следователно, ако причината за рака е мутация в p53, потенциално добро лекарство би било вещество, което би изключило функцията на протеините от семейството Bcl-2. Няма активност на антиапоптотичните протеини - има апоптоза и р53 вече не е необходим.

Такива връзки съществуват. Първият от тях, наречен ABT 737, е получен от американската фармацевтична корпорация Abbott Laboratories в средата на последното десетилетие. По-напреднал "потомък" на това лекарство, ABT 199, който е активен при левкемия и В-клетъчен лимфом, сега е в третата фаза на клиничните изпитвания.

Разбира се, при проблеми с p53 можете да използвате не само този подход. Трудно е да се изброят всички варианти: използва се и генна терапия - въвеждане на нормалния ген p53 в аденовирусния вектор и целенасочено унищожаване на клетки, които са дефектни в този ген. Както активирането на нормалния, но „спящ“ р53, и реактивирането на мутантния протеин са обещаващи за клинична употреба. Вече има съединения с ниско молекулно тегло, които действат върху различни региони (домени) на р53 и възстановяват неговата функция. Формулите на две такива молекули, PRIMA-1 и RITA, изследвани за първи път в Каролинския институт под ръководството на Галина Селиванова и Клаес Виман, са показани на фигурата. Работих с Claes Wiman върху съединението PRIMA-1, което възстановява функцията на мутанта p53, и успяхме да покажем, че в зависимост от ситуацията то може да предизвика или апоптоза, или автофагия.

В момента се отдава голямо значение на изучаването на медицинските аспекти на феномена аутофагия – „самопоглъщане” на клетката. По време на аутофагията вътрешните структури на клетката се доставят до лизозоми - везикули с ензими, които разграждат биомолекулите, и се разрушават там. Автофагията е описана за първи път през 1963 г. от белгийския биолог Кристиан дьо Дюв, носител на Нобеловата награда за физиология и медицина за 1974 г. (виж Химия и живот, 2013, № 11). Самата автофагия е сложен феномен, задвижван от различни механизми в различните случаи.

Интересното е, че автофагията в тумора може както да потисне развитието му, така и да го насърчи. Съвкупността от последните данни обаче предполага, че е възможно аутофагията да работи само за смърт на тумора. Възможно е по някакъв начин да се използва връзката между аутофагията и апоптозата, като се превключва между тези два маршрута.

Възможностите на аутофагията в борбата с онкологичните заболявания се изучават от нашите лаборатории в Московския държавен университет и в Каролинския институт съвместно с клиницисти от Руския изследователски център за рак на Н. Н. Блохин. Идеята изглеждаше парадоксална: не да се стимулира, а да се потиска аутофагията в туморните клетки. Известно е, че в този случай в клетката се натрупват реактивни кислородни видове (ROS) и тя става по-чувствителна към инициирането на процеса на смърт. Опитахме се да тестваме това на практика и се уверихме, че идеята работи: инхибирането на аутофагията в определени области доведе до натрупване на ROS и ако в този момент действат специфични противотуморни лекарства, туморът може ефективно да бъде убит. Имайте предвид, че тази работа беше извършена само върху белодробен аденокарцином, не тествахме резултатите върху други видове неоплазми и нашето разбиране за механизма остава работна хипотеза.

"Работете здраво, но бързо"

От всичко казано по-горе следва важен извод: когато чуете за магическо лекарство, което „лекува всички видове онкология“, можете да сте сигурни, че това е блъф. Ракът не може да бъде излекуван с едно лекарство, защото няма една единствена причина. Това е системно заболяване и за да се борим с него, е необходимо да се анализира напълно системата, да се разбере какво и къде не работи правилно. Само с комплексно лечение могат да се постигнат резултати. Например, ABT 199 наистина е ефективен срещу В-клетъчен лимфом, но за да унищожи напълно тумора, се предписва в комбинация с други вещества. И е важно да се определи кои лекарства трябва да се използват във всеки отделен случай.

Типичен пример е ракът на белия дроб. Това име съчетава най-малко четири различни заболявания: дребноклетъчен и недребноклетъчен рак, който от своя страна се разделя на още три вида: аденокарцином, плоскоклетъчен и едроклетъчен рак. Това разделение в никакъв случай не е формално: те имат напълно различни генетични основи, биохимия, етиология, общо - само локализация в белия дроб. Разбира се, те не могат да бъдат третирани еднакво.

Също така е необходимо да се вземе предвид такъв фактор като индивидуалната чувствителност на пациентите към терапията. Преди около 15 години в Съединените щати беше създадено лекарство за лечение на аденокарцином и други недребноклетъчни ракови заболявания, наречено Iressa (гефитиниб). Изпитванията с клетъчни култури и животни показват добри резултати и тъй като ракът на белия дроб е много разпространен в Япония, Американската администрация по храните и лекарствата (FDA) реши да проведе фаза 3 клинични изпитвания там. Приблизително една трета от пациентите с аденокарцином на белия дроб се повлияват от терапията - великолепно постижение. Но когато FDA одобри това лекарство за употреба в САЩ, това беше фиаско: ефектът беше само 2% от пациентите. Факт е, че Iressa е инхибитор на рецептора на епидермалния растежен фактор EGF, известен като онкоген, а при аденокарцинома може да има мутации в гена на този протеин. В Япония определена мутация, неизвестна досега, се наблюдава при 30% от пациентите, а в Америка при около 2% лекарството им помага. Неслучайно Европейският съюз сега подкрепя голяма програма за лична медицина. Програмата е много скъпа, но без нея не можете да продължите напред.

Въпреки че все още не може да се говори за пълна победа над рака, през последните години беше постигнат голям успех, включително благодарение на изследвания в такава „неприложима“ област като програмираната клетъчна смърт. Ето защо е повече от странно да се чуе от компетентни лица на високи постове, че задачите на Министерството на здравеопазването на Руската федерация „не включват изучаването на фундаментални аспекти на медицината“. Ако няма фундаментални изследвания, няма да има и практически резултати. Но разбира се само фундаменталната наука не е достатъчна. Пътуването от идеята до одобреното лекарство – скрининг, оптимизация, подбор между кандидатите, всички необходими тестове, след това клинични изпитвания – при най-благоприятни условия, ще отнеме около десет години и ще струва милиард долара. Това са световни тенденции и не бива да спестявате от това: цената на грешката може да бъде твърде висока.

В заключение бих искал да предам на младите читатели съвети, които самият аз чух, когато бях аспирант в третата си година на обучение. През онези години в Ленинград живее и работи академик Евгений Михайлович Крепс, директор на Института по еволюционна физиология и биохимия им. И. М. Сеченов. Той беше много особен и безумно интересен човек. През 1937 г. той е арестуван за предполагаемо „разрушителни дейности в полза на редица западни държави“, прекарва няколко години в лагерите. Въпреки това се случи чудо: след намесата на академик Л. А. Орбели, Евгений Михайлович беше освободен за ново дело „поради липса на състав на престъпление“, върна се в Ленинград и продължи обучението си в науката. Дойдох при него, за да го помоля да изпрати нашата статия в списание „Доклади на Академията на науките на СССР“. Евгений Михайлович каза: добре, ще погледна и ще ти се обадя. Честно казано, наистина не се надявах на това, погледът му беше твърде груб. Обаче един ден по-късно обаждането наистина звънна, той ме покани при себе си и ме помоли да обясня какво е клетъчна смърт. Обясних, доколкото можех. Евгений Михайлович особено харесваше факта, че патофизиологията на някои неврологични заболявания може да се обясни с феномена на програмирана клетъчна смърт, въпреки че по това време имаше много малко такива произведения. Той се съгласи да представи статия, която след това беше успешно публикувана в списанието. И той каза следната фраза: „Знаеш ли, Боря, ти си млад, но времето лети. Ще са необходими тридесет или четиридесет години, за да може един учен да стане академик или дори носител на Нобелова награда, докато на друг може да са му необходими двеста години за това, ако е жив. Така че работете бързо, но усърдно.” Винаги има причини, поради които трябва да чакате и да отлагате плановете си. Но забавянето трябва да се избягва там, където зависи от нас.

Процесът, чрез който клетката може да се самоубие, се нарича програмирана клетъчна смърт (PCD). Този механизъм има няколко разновидности и играе важна роля във физиологията на различни организми, особено многоклетъчни. Апоптозата е най-честата и добре проучена форма на PCD.

Какво е апоптоза

Апоптозата е контролиран физиологичен процес на саморазрушаване на клетката, характеризиращ се с постепенно разрушаване и фрагментиране на съдържанието й с образуване на мембранни везикули (апоптотични тела), които впоследствие се абсорбират от фагоцитите. Този генетично заложен механизъм се активира под въздействието на определени вътрешни или външни фактори.

При този вариант на смърт клетъчното съдържание не излиза отвъд мембраната и не предизвиква възпаление. Нарушенията в регулацията на апоптозата водят до сериозни патологии като неконтролирани клетъчни деления или тъканна дегенерация.

Апоптозата е само една от няколкото форми на програмирана клетъчна смърт (PCD), така че е погрешно да се идентифицират тези концепции. Известните видове клетъчно самоунищожение включват също митотична катастрофа, аутофагия и програмирана некроза. Други механизми на PCD все още не са проучени.

Причини за клетъчна апоптоза

Причината за задействане на механизма на програмирана клетъчна смърт могат да бъдат както естествени физиологични процеси, така и патологични промени, причинени от вътрешни дефекти или излагане на външни неблагоприятни фактори.

Обикновено апоптозата балансира процеса на клетъчно делене, регулирайки техния брой и насърчавайки обновяването на тъканите. В този случай причината за HGC са определени сигнали, които са част от системата за контрол на хомеостазата. С помощта на апоптоза се унищожават клетки за еднократна употреба или клетки, които са изпълнили своята функция. По този начин повишеното съдържание на левкоцити, неутрофили и други елементи на клетъчния имунитет след края на борбата с инфекцията се елиминира именно поради апоптоза.

Програмираната смърт е част от физиологичния цикъл на репродуктивните системи. Апоптозата участва в процеса на оогенеза, а също така допринася за смъртта на яйцеклетката при липса на оплождане.

Есенното падане на листата е класически пример за участието на клетъчната апоптоза в жизнения цикъл на вегетативните системи. Самият термин идва от гръцката дума апоптоза, която буквално се превежда като "падане".

Апоптозата играе важна роля в ембриогенезата и онтогенезата, когато тъканите се променят в тялото и някои органи атрофират. Пример за това е изчезването на мембраните между пръстите на крайниците на някои бозайници или смъртта на опашката по време на метаморфозата на жаба.

Апоптозата може да бъде предизвикана от натрупването на дефектни промени в клетката в резултат на мутации, стареене или митотични грешки. Неблагоприятна среда (липса на хранителни вещества, недостиг на кислород) и патологични външни влияния, медиирани от вируси, бактерии, токсини и др. имат време да осъществят механизма на апоптоза и в резултат умира.развитие на патологичния процес – некроза.

Морфологични и структурно-биохимични промени в клетката по време на апоптоза

Процесът на апоптоза се характеризира с определен набор от морфологични промени, които могат да се наблюдават с помощта на микроскопия в тъканен препарат in vitro.

Основните характеристики, характерни за клетъчната апоптоза, включват:

• пренареждане на цитоскелета;
• уплътняване на клетъчното съдържание;
• хроматинова кондензация;
• фрагментация на ядрото;
• намаляване на обема на клетките;
• набръчкване на мембранния контур;
• образуване на везикули върху клетъчната повърхност,
• разрушаване на органели.

При животните тези процеси кулминират с образуването на апоптоцити, които могат да бъдат погълнати както от макрофагите, така и от съседните тъканни клетки. При растенията образуването на апоптотични тела не се случва и след разграждането на протопласта се запазва скелетът под формата на клетъчна стена.

В допълнение към морфологичните промени, апоптозата е придружена от редица пренареждания на молекулярно ниво. Наблюдава се повишаване на липазната и нуклеазната активност, което води до фрагментиране на хроматин и много протеини. Съдържанието на cAMP рязко се увеличава, структурата на клетъчната мембрана се променя. В растителните клетки се наблюдава образуването на гигантски вакуоли.

Как се различава апоптозата от некрозата?

Основната разлика между апоптоза и некроза се крие в причината за клетъчното разграждане. В първия случай източникът на унищожаване са молекулярните инструменти на самата клетка, които работят под строг контрол и изискват разход на енергия от АТФ. При некроза настъпва пасивно спиране на живота поради външни увреждащи ефекти.

Апоптозата е естествен физиологичен процес, създаден по такъв начин, че да не уврежда околните клетки. Некрозата е неконтролирано патологично явление в резултат на критични наранявания. Следователно не е изненадващо, че механизмът, морфологията и последиците от апоптозата и некрозата са в много отношения противоположни. Има обаче и общи черти.

В случай на увреждане, клетките задействат механизма на програмирана смърт, включително за предотвратяване на некротично развитие. Въпреки това, последните проучвания показват, че има друга непатологична форма на некроза, която също се нарича PCD.

Биологично значение на апоптозата

Въпреки факта, че апоптозата води до клетъчна смърт, нейната роля за поддържане на нормалното функциониране на целия организъм е много голяма. Следните физиологични функции се осъществяват благодарение на механизма на PCG:

• поддържане на баланс между клетъчната пролиферация и смъртта;
• обновяване на тъканите и органите;
• елиминиране на дефектни и "стари" клетки;
• защита срещу развитието на патогенна некроза;
• промяна на тъканите и органите по време на ембриогенезата и онтогенезата;
• премахване на ненужни елементи, които са изпълнили своята функция;
• елиминиране на клетки, които са нежелани или опасни за организма (мутант, тумор, заразени с вирус);
• предотвратяване на развитието на инфекция.

По този начин апоптозата е един от начините за поддържане на клетъчно-тъканната хомеостаза.

Етапи на клетъчна смърт

Това, което се случва с клетката по време на апоптоза, е резултат от сложна верига от молекулярни взаимодействия между различни ензими. Реакциите протичат като каскада, когато някои протеини активират други, допринасяйки за постепенното развитие на сценария на смъртта. Този процес може да бъде разделен на няколко етапа:

1. Индукция.
2. Активиране на проапоптотични протеини.
3. Активиране на каспаза.
4. Разрушаване и преструктуриране на клетъчните органели.
5. Образуване на апоптоцити.
6. Подготовка на клетъчни фрагменти за фагоцитоза.

Синтезът на всички компоненти, необходими за стартиране, изпълнение и контрол на всеки етап, е генетично базиран, поради което апоптозата се нарича програмирана клетъчна смърт. Активирането на този процес е под стриктен контрол на регулаторни системи, включително различни инхибитори на PCG.

Молекулни механизми на клетъчна апоптоза

Развитието на апоптозата се определя от комбинираното действие на две молекулярни системи: индукция и ефектор. Първият блок е отговорен за контролираното изстрелване на ZGK. Той включва така наречените рецептори на смъртта, Cys-Asp-протеази (каспази), редица митохондриални компоненти и проапоптотични протеини. Всички елементи на индукционната фаза могат да бъдат разделени на тригери (участват в индукцията) и модулатори, които осигуряват трансдукция на сигнал за смърт.

Ефекторната система се състои от молекулярни инструменти, които осигуряват разграждането и пренареждането на клетъчните компоненти. Преходът между първата и втората фаза се осъществява на етапа на каскадата на протеолитичната каспаза. Благодарение на компонентите на ефекторния блок настъпва клетъчната смърт по време на апоптоза.

Фактори на апоптоза

Структурно-морфологичните и биохимичните промени по време на апоптозата се осъществяват от определен набор от специализирани клетъчни инструменти, сред които най-важни са каспазите, нуклеазите и мембранните модификатори.

Каспазите са група от ензими, които разрязват пептидните връзки в аспарагиновите остатъци, фрагментирайки протеините в големи пептиди. Преди началото на апоптозата те присъстват в клетката в неактивно състояние поради инхибитори. Основните мишени на каспазите са ядрените протеини.

Нуклеазите са отговорни за разрязването на ДНК молекули. Особено важна за развитието на апоптоза е активната ендонуклеаза CAD, която разрушава хроматиновите региони в участъците на линкерните последователности. В резултат на това се образуват фрагменти с дължина 120-180 нуклеотидни двойки. Сложният ефект на протеолитичните каспази и нуклеази води до деформация и фрагментация на ядрото.

Модификатори на клетъчните мембрани - нарушават асиметрията на билипидния слой, превръщайки го в мишена за фагоцитиращи клетки.

Ключовата роля в развитието на апоптозата принадлежи на каспазите, които постепенно активират всички последващи механизми на разграждане и морфологично пренареждане.

Ролята на каспазите в клетъчната смърт

Семейството каспази включва 14 протеина. Някои от тях не участват в апоптозата, докато останалите са разделени на 2 групи: инициаторни (2, 8, 9, 10, 12) и ефекторни (3, 6 и 7), които иначе се наричат ​​каспази от второ ниво. Всички тези протеини се синтезират като прекурсори - прокаспази, активирани чрез протеолитично разцепване, чиято същност е откъсването на N-терминалния домен и разделянето на останалата молекула на две части, които впоследствие се свързват в димери и тетрамери.

Инициаторните каспази са необходими за активиране на ефекторна група, която проявява протеолитична активност срещу различни жизненоважни клетъчни протеини. Субстратите на каспаза от второ ниво включват:

• ензими за възстановяване на ДНК;
• р-53 протеин инхибитор;
• поли-(ADP-рибоза) полимераза;
• DNase DFF инхибитор (разрушаването на този протеин води до активиране на CAD ендонуклеазата) и др.

Общият брой на мишените на ефекторните каспази включва повече от 60 протеина.

Инхибирането на клетъчната апоптоза все още е възможно на етапа на активиране на инициаторните прокаспази. Когато ефекторните каспази влязат в действие, процесът става необратим.

Пътища за активиране на апоптоза

Предаването на сигнал за започване на клетъчна апоптоза може да се извърши по два начина: рецепторен (или външен) и митохондриален. В първия случай процесът се активира чрез специфични рецептори за смърт, които възприемат външни сигнали, които са протеини от семейството на TNF или Fas лиганди, разположени на повърхността на Т-убийците.

Рецепторът включва 2 функционални домена: трансмембранен (предназначен да се свързва с лиганда) и "домен на смъртта", ориентиран вътре в клетката, който индуцира апоптоза. Механизмът на рецепторния път се основава на образуването на DISC комплекс, който активира инициаторни каспази 8 или 10.

Сглобяването започва с взаимодействието на домейна на смъртта с вътреклетъчните адапторни протеини, които от своя страна свързват инициаторните прокаспази. Като част от комплекса, последните се превръщат във функционално активни каспази и задействат допълнителна апоптотична каскада.

Механизмът на вътрешния път се основава на активирането на протеолитичната каскада от специфични митохондриални протеини, чието освобождаване се контролира от вътреклетъчни сигнали. Освобождаването на компонентите на органелите се осъществява чрез образуването на огромни пори.

Специална роля в изстрелването принадлежи на цитохром c. Веднъж попаднал в цитоплазмата, този компонент на електротранспортната верига се свързва с протеина Apaf1 (апоптотичен протеазен активиращ фактор), което води до активиране на последния. След това Apaf1 се свързва с инициаторни прокаспази 9, които задействат апоптоза чрез каскаден механизъм.

Вътрешният път се контролира от специална група протеини от семейството Bcl12, които регулират освобождаването на междумембранни компоненти на митохондриите в цитоплазмата. Семейството съдържа както проапоптотични, така и антиапоптотични протеини, балансът между които определя дали процесът ще бъде стартиран.

Един от мощните фактори, предизвикващи апоптоза по митохондриалния механизъм, са реактивните кислородни видове. Друг важен индуктор е протеинът p53, който активира митохондриалния път при наличие на увреждане на ДНК.

Понякога задействането на клетъчна апоптоза комбинира два пътя наведнъж: външни и вътрешни. Последният обикновено служи за засилване на рецепторното активиране.

В процеса на появата на многоклетъчни живи организми бяха необходими механизми за регулиране на правилния растеж и развитие, един от тези регулатори е апоптозата.

Апоптозата е форма на програмирана клетъчна смърт, която се проявява в намаляване на размера на клетката, фрагментация и кондензация на хроматина, удебеляване на мембраните (външни и цитоплазмени) без изтичане на съдържанието на клетката в околната среда.

Процесът е двуфазен:

1. Първата фаза се нарича латентна и се основава на провеждането на апоптозни сигнали. С други думи, „фазата на решаване на проблема“. В зависимост от естеството на действието на стимулите, той може да бъде разделен на 2 вида:

а) увреждане на ДНК чрез излагане на токсини, радиация и други фактори;

б) активиране на рецептори за "област на клетъчна смърт" (RCD).

„Регионът на клетъчната смърт“ е рецепторите на мембраните на всички клетки, които възприемат стимули за активиране на апоптоза. Ако броят на активираните рецептори се увеличи, тогава се увеличава и броят на физиологично умиращите клетки. Най-проучените RCC включват CD95 (Fas, Apo1), TNFR1 (p55, CD120a), както и CAR1, D3, DR4, DR5 и др. Този процес не е придружен от увреждане на ДНК.

2. Втората фаза се нарича "ефекторна", тъй като в нея настъпва разрушаването на клетъчните ултраструктури. Основните изпълнители на ефекторната фаза са ендонуклеазите, цистеиновите протеази (каспази), лизозомните и сериновите протеази.

Farber E. (1994) предложи класификация на програмирана клетъчна смърт (PCD):

Програмираната клетъчна смърт в развитието е смърт, която настъпва по време на нормално клетъчно развитие и/или метаморфоза.

Програмирана физиологична смърт на диференцирани клетки на зрели организми по време на разрушаването на хиперпластични тъкани в резултат на екзогенно и ендогенно увреждане на органи и тъкани. Проявява се, когато е необходимо да се възстанови клетъчният състав.

Програмирана биохимична клетъчна смърт след действието на патогени от различен произход. Този тип смърт не е физиологичен, тъй като е отговор на организма (активен или пасивен) на увреждащ агент.

Всички форми на MCG се основават на генетично определена програма за клетъчна смърт. Това се потвърждава от участието на много гени в основата на тази програма на клетъчно ниво и от наличието на специфични гени, които контролират този процес.

Има няколко регулатора на апоптозата, единият от които се осъществява с участието на цитокини. Цитокините са протеини, чрез които се свързват със специфични рецептори на целевите клетки и регулират тяхната диференциация и пролиферация. Процесът на апоптоза се задейства, когато специфичен рецептор се доближи до неговия лиганд, протеина на извънклетъчната смърт (TNF-a, FasL, TRAIL, Apo-3L). Най-изучаван е FasL лигандът, който обикновено е прикрепен към активирани Т-лимфоцити и NK-клетки при взаимодействие със специфични APO1/CD95/Fas клетъчни рецептори. В тестисите и тъканите на окото FasL осигурява защита срещу автоимунно увреждане на собствените си клетки. Принципът на действие е да се активира специфична протеаза - каспаза 8, която от своя страна стартира процеса на MCG. Алтернативен път е митохондриалният път на активиране на апоптоза с участието на протеини от семейството Bcl-2. Този път на апоптоза започва с увреждане на ДНК или действието на токсични агенти върху клетката. Ключовото събитие на този път е повишаване на пропускливостта на външната митохондриална мембрана, което се характеризира с освобождаване на апоптогенни протеини (цитохром С, прокаспаза -2, -3 и -9, AIF (апоптоза индуциращ фактор) от междумембранно пространство в клетъчната цитоплазма поради разкъсване на митохондриалната мембрана или отваряне на силно пропускливи канали върху външната мембрана на митохондриите.

Най-важният "рецептор" за увреждане на ДНК е така нареченият "пазител на генома" - протеинът p53. Обикновено този протеин е неактивен и се активира поради хипоксия, активиране на онкогени, увреждане на ДНК или излагане на други цитотоксични агенти. Ролята на гена в процеса на MCG е много важна, тъй като причината за развитието на 50% от туморите е мутация на гена p53. Апоптозата се регулира от p53 протеина по няколко начина: активиране на Bax или Bid гените; активиране на образуването на свободни форми на кислород, което води до пероксидация, което води до освобождаване на цитохром С от митохондриите; Индукция на Fas иРНК, както и освобождаване на Fas към клетъчната повърхност от апарата на Голджи; стимулиране на образуването на APAF-1; стимулиране на експресията на каспаза 6; преминаването на част от молекулите на самия p53 ген в митохондриите, последвано от освобождаване на цитохром С.

Съществен механизъм на апоптозата е синтезът и активирането на проапоптотични съединения от семейството Bcl-2. За първи път протеин от семейството Bcl-2 е описан като онкоген при В-клетъчен лимфом, което води до образуването на туморен клон чрез увеличаване на преживяемостта на туморните клетки. . Понастоящем семейството Bcl-2 включва група протеини с подобен морфологичен състав и е разделено на две групи: индуктори на апоптоза и инхибитори на апоптоза. Решението за клетъчна смърт се взема въз основа на относителното преобладаване на активни супресори или промотори на апоптоза. Механизмът на действие се основава на действието на проапоптотичните протеини от семейството Bcl-2, които образуват временни мегаканали на мястото на физиологичните (за Ca2+, O2, Na+/K+), през които започват да протичат цитохром С и други апоптозни фактори . Цитохром С е необходим за образуването на апоптозома, в която се активира каспаза 9.

Има друг, стресиращ, апоптотичен път, който активира каспаза 9 чрез комплекса Apaf-1 (апоптотичен протеазно-активиращ фактор). Конформационните промени в Apaf-1, индуцирани от цитохром С от увредени митохондрии и АТФ, позволяват набиране на профактор каспаза 9 чрез техния общ домейн. Каспаза 9 на апоптозомата от своя страна предизвиква активиране на ефектор К(3,7), който инициира интензивна протеолиза и освобождава свързана ДНКаза, която разрушава хроматина. Особено забележителна е ролята на Bid протеина, който е връзка между два пътя на апоптоза – митохондриалния път и пътя на рецептора на смъртта (експозиция на K8).

В момента изследването на процеса на апоптозна клетъчна смърт представлява голям интерес в медицината. Нарушаването на физиологичните процеси на смърт играе важна роля в развитието на патологични състояния, включително онкологични и автоимунни заболявания.

Понастоящем са известни много заболявания, свързани с повишена апоптоза: фоликуларен лимфом, рак на репродуктивната система при жени и мъже (яйчници, простатна жлеза), гломерулонефрит, вирусни инфекции (аденовирус, херпесен вирус, поксвирус). Както и заболявания, свързани с инхибиране на процесите на апоптоза: СПИН, невродегенеративни заболявания (болест на Алцхаймер, Паркинсон), токсични чернодробни заболявания, дегенерация на малкия мозък и др.

Изследването на механизмите на апоптоза ни дава представа за развитието на определени заболявания и тяхното протичане. Вече можем да използваме това знание за предотвратяване на заболявания на различни етапи от патогенезата (корекция и регулиране).

Апоптозата е много важен процес в онтогенезата на всеки жив организъм. Този процес ви позволява да поддържате вътрешна хомеостаза, да контролирате правилния растеж и развитие на тялото, без механизма на апоптоза в нашето тяло би настъпил хаос, голям брой генетични промени, произволно делене на клетките.

Библиография:

1. Владимирская Е.Б. Механизми на апоптозна клетъчна смърт / E.B. Владимирская // Хематология и трансфузиология. - 2002. - Т.47, бр.2, - С. 35 - 40.

2. Робинсън М.В. Апоптоза на клетките на имунната система / M.V. Robinson, M.A. Труфакин// Успехи на съвременната биология. - 1991. -V.3 бр. 2. - С. 246 - 259.

3. Адамс Дж.М. Начини на умиране: множество пътища към апоптоза / J.M. Адамс // Гени и развитие/ - 2003. - N 17. - С. 2481 - 2495.

4. Itoh K. Централна роля на митохондриите и p53 в Fas-медиирана апоптоза на ревматоидни синовиални фибробласти / K. Itoh, H. Hase, H. Kojima et al. // Ревматология. - 2004. - N 43. - С.277-285.

5.& Newton K. Каспазите сигнализират не само за апоптоза, но и за антиген-индуцирана активация в клетките на имунната система / K. Newton, A. Strasser// Гени и развитие. - 2003. - Т.17, N7. – С.819 – 825.

Или избягването на програмирана клетъчна смърт на туморните клетки е най-важното свойство на злокачествения фенотип.

Обикновено апоптотичната програма присъства в латентна форма във всички клетки на тялото, тъй като е съвсем очевидно, че увреждането на ДНК постоянно възниква в тялото под въздействието на различни фактори по време на преминаването на клетъчния цикъл; възникват мутации.

Известно е, че в човешкото тяло през живота се случват 10 16 клетъчни деления. Спонтанните мутации се появяват с честота от 10 6 на ген на клетъчен цикъл.

По този начин, по време на живота на човек, всеки ген може да бъде мутирал около 10 милиарда пъти (10 16 x 10 6 = 10 10) и до 1 милион соматични мутации се случват ежедневно в тялото.

И сред тях, несъмнено, са възможни, водещи до рак. От тази гледна точка проблемът с рака не е толкова защо възниква, а защо се появява толкова рядко.

И ракът се появява, въпреки постоянното въздействие на канцерогенните фактори, относително рядко, защото тялото има защитни механизми, насочени към поддържане на нормалния генотип на клетката. Трябва да се отбележи, че съдбата на клетките с определени генетични увреждания може да бъде различна.

Някои от мутиралите клетки умират поради жизненоважно увреждане на техния геном, някои се възстановяват, други се унищожават от самия организъм чрез апоптоза и накрая някои от мутиралите клетки ще оцелеят и в процеса на възпроизвеждане могат да се превърнат в източник на натрупване на потенциално онкогенни мутации и развитие на рак.

Обикновено генетичният фонд на клетката, въпреки своята крехкост, е защитен от мощен ензимен апарат, който често осигурява разпознаване на мутирали и променени ДНК участъци и тяхното възстановяване.

Репарацията на ДНК се състои в „изрязване“ на мутирали нуклеотиди с помощта на ендо- и екзонуклеази, синтез на нормална ДНК област с участието на ДНК полимераза и включване на възстановената област във веригата на ДНК под действието на лигазен ензим. Така оригиналната генетично програмирана нуклеотидна последователност на увредената верига се пресъздава (фиг. 3.12).

Фигура 3.12. Схемата за възстановяване в случай на увреждане на ДНК и образуване на мутации [Novik A.L., 2004].

Ако активността на възстановителните системи е недостатъчна и увреждането на ДНК продължава, тогава в такива клетки се индуцира програмирана клетъчна смърт, което води до унищожаване, включително мутантни клетки, способни на злокачествена трансформация.

Апоптоза (от гръцки apoptosis - отпадане) - програмирана клетъчна смърт или "клетъчна смърт в резултат на самоунищожение" - активен, генетично контролиран процес. Терминът е предложен от Kerr J. et al. (1972) за позоваване на промените, които настъпват в клетката по време на нейната физиологична смърт и водят до намаляване на броя на клетките, за разлика от митозата, която осигурява увеличаване на техния брой.

Биологично значение на апоптозата

В тялото, във всяка единица време, милиони клетки завършват своя цикъл, развиват „своя живот“. За да се предотврати "запушването" на тялото от "използвани", "износени" клетки, успели да изпълнят своята функция, в хода на еволюцията е разработен специален механизъм за тяхното елиминиране - апоптоза.

Способността да предизвикват самоунищожение (апоптоза) е съществено свойство на клетките да поддържат тъканната хомеостаза чрез поддържане на определен баланс между пролиферацията (митоза) и смъртта.

Апоптозата играе изключително важна роля в ембриогенезата, по-специално в регулирането на количеството мезодермална тъкан по време на образуването на органи и скелета. Унищожаването на чужди клетки от имунните клетки също се основава на апоптотичния механизъм.

Клетъчната смърт чрез апоптоза настъпва по време на много физиологични процеси: свързана с възрастта инволюция на органите (тимус), атрофия (на простатата след кастрация), регресия на хиперплазия, нормално функциониране на яйчниците и тестисите и накрая, при унищожаване на мутант клетки.

Механизъм за активиране на апоптоза

Те могат да бъдат физиологични - активиране на специални цитокини убийци, промени в хормоналния статус (циклични промени в ендометриума и др.), и нефизиологични - вътреклетъчно увреждане или неблагоприятни състояния (липса на растежни фактори, увреждане на ДНК, хипоксия и др.) .

Има два основни етапа в механизмите на активиране на апоптозата: фазата на индукция (вземане на решение) и фазата на изпълнение (изпълнение на присъдата). В първата фаза сензорната система за апоптоза следи отклоненията от нормата във вътрешно- и извънклетъчната среда и определя по-нататъшната съдба на клетката: да живее или да умре.

Клас сензори са рецептори на клетъчната повърхност, които свързват сигнали за оцеляване или смърт. Като такива сигнали действат различни цитокини.

При откриване на аномалии (например увреждане на ДНК, липса на растежни фактори, хипоксия и др.), чрез сензорни регулатори се задейства втората фаза на апоптоза – изпълнението на присъдата. Започва с активиране на каспази + ензими от семейството на цистеин протеиназа (т.нар. изпълняващи каспази).

Има два фундаментално различни пътя за активиране на каспаза. Един от тях се задейства в отговор на сигнал за активна смърт, предаван от специфични цитокини-убийци от групата на TNF (тумор некрозис фактор) към съответните рецептори (Fas, най-изучаваните), наречени рецептори за смърт.

Апоптоза, причинена от активирани рецептори за смърт, се нарича инструктивна апоптоза. Във втория път на активиране на каспазата, митохондриите, митохондриалната апоптоза, играят ключова роля.

В същото време различни увреждащи ефекти предизвикват повишаване на пропускливостта на митохондриалната мембрана и освобождаване на митохондриални протеини (главно цитохром С) в цитоплазмата, които чрез съответната каскада от реакции активират каспази.

Ключова роля в регулирането на пропускливостта на митохондриалната мембрана за цитохром С играят протеините от семейството bcl-2, които имат или проапоптотична, или антиапоптотична активност.

По този начин, в човешките клетки, в отговор на увреждане, има два механизма, които задействат апоптоза: поучителен, причинен от рецептори за смърт, и митохондриален, поради повишена пропускливост на мембраната. Между тях има взаимна регулация, което дава възможност за по-надеждно постигане на крайния ефект.

В резултат на това активираните по един или друг начин каспази протеолитично разцепват ключовите структурни компоненти на клетката, което води до фрагментация на ДНК и разрушаване на клетката. В този случай цитоплазменият и ядреният скелети се разрушават, хромозомите се разграждат, ядрото се фрагментира, но без да се разрушава клетъчната мембрана.

Следователно такава клетка може да се използва от фагоцити и съседни клетки и дори тяхната масивна смърт не води до никакви патологични процеси. Процесът на протеолиза продължава 30-120 минути, след което сбръчканата клетка се абсорбира от макрофагите и обикновено изчезва в рамките на 24 часа (фиг. 3.13).

Ориз. 3.13. Фагоцитоза на апоптотична клетка от макрофаг [Filchenkov A.A., Stoyka R.S., 1999]. 1 - фрагментирано ядро; 2 - фрагменти от цитоплазмата (апоптотични тела): 3 - фрагменти от апоптотична клетка, уловена от макрофаг.

Задачата на апоптозата е да използва клетъчни фрагменти, докато съдържанието й попадне в извънклетъчната среда и предизвика възпалителен процес. Външни морфологични прояви на апоптотична клетъчна смърт под формата на кариопикноза (свиване на ядрото), кариорексис (разпадане на ядрото на части), кондензация (компресия) на клетката и др., са известни отдавна и едва наскоро доказано е, че това са специфични прояви на апоптоза. Около клетките, които са претърпели апоптоза, възпалителният процес не възниква.

Клетъчната смърт по типа на апоптозата трябва да се различава от некрозата, друга форма на клетъчна смърт в тялото. Некрозата се инициира от нефизиологични агенти, докато апоптозата се инициира както от физиологични, така и от нефизиологични агенти. За разлика от некрозата, апоптозата се среща не само в патологично променените, но и в нормалните тъкани.

Некрозата възниква, когато клетките са изложени на екстремни фактори и следователно може да се нарече патологична смърт. При некроза морфологичните промени, като реакция на смъртоносно увреждане на клетките, почти винаги започват с увреждане на плазмената мембрана, което не се случва по време на апоптоза.

Поради разкъсването на мембраната водните молекули и йони навлизат в клетката от извънклетъчното пространство и предизвикват набъбване на структурите. В същото време навлизането на съдържанието на цитоплазмата (включително лизозомни ензими) в извънклетъчното пространство причинява увреждане на тъканите и развитие на изразен възпалителен процес, който не се проявява по време на апоптоза.

Освен това единични клетки умират по време на апоптоза, а групи от тях умират по време на некроза. Разрушаването на клетките чрез апоптоза в сравнение с некрозата осигурява минимално увреждане на тъканите. Има и други разлики между тези процеси. Фигура 3.14 схематично показва две форми на клетъчна смърт.

Ориз. 3.14. Схематично представяне на две форми на клетъчна смърт [според Wylle A. et al., 1998].

Подобно на други физиологични процеси, апоптозата се регулира от голям брой гени. Ключовата роля в задействането на програмата за апоптоза принадлежи на гена p53 supercopy. Поради важността си, p53 е наречен ген на 20-ти век. p53 поддържа стабилността на генетичния апарат и контролира клетъчния цикъл.

Обикновено, в случай на увреждане на структурата на ДНК или други форми на генотоксичен стрес, р53 се активира бързо. Неговият протеин блокира клетъчния цикъл във фазата G1 до удвояване на ДНК и митоза, инициира и участва в процесите на възстановяване на ДНК. Това позволява на клетката да възстанови увредената част от ДНК, което предотвратява появата на мутантни клетки.

При тежко необратимо увреждане р53 задейства апоптотичната програма и по този начин предотвратява патологичната пролиферация. Важно е да се подчертае, че р53-зависимата апоптоза елиминира от тялото не само увредените клетки, но и тези клетки, в които се наблюдава нерегулирана стимулация на пролиферация.

Ако р53 мутира, той се инактивира и престава да задейства апоптотичната каскада, което прави възможно клетките с увредена ДНК да оцелеят по време на митоза, а това от своя страна води до оцеляването на клетките, които са претърпели туморна трансформация (Фигура 3.15).

Ориз. 3.15. Регулаторен ефект на р53 антионкоген. Увреждането на гена създава условия за патологична клетъчна пролиферация.

Предполага се, че увеличаването на честотата на неоплазиите с възрастта е свързано не с натрупване на мутации в клетъчния геном, а с възрастови нарушения на системата за възстановяване на ДНК.

Естествено, апоптозата се счита за мощна противотуморна защита. Инхибирането на процеса значително улеснява трансформацията на нормална клетка в ракова, тъй като различни мутации лесно ще се натрупват в клетки, неспособни на апоптоза.

Такива мутантни клетки, въпреки увреждането на ДНК, ще продължат да се размножават активно. Натрупването на критичен брой мутации неизбежно ще доведе до поява на неопатична клетка и образуване на злокачествен тумор (фиг. 3.16).

Ориз. 3.16. Нарушаване на процесите на пролиферация (Р) и апоптоза (А) на клетките по време на онкогенезата [Filchenkov A.A., Stoyka R.S., 1999].

Придобитата резистентност към апоптоза е отличителен белег на повечето, ако не и на всички туморни клонове. Избягването на апоптоза драстично повишава жизнеспособността на неопластичните клетки, което ги прави по-малко чувствителни към антитуморни имунни фактори и терапевтични ефекти. Туморните клетки придобиват устойчивост към апоптоза по различни начини.

Към днешна дата е установено, че загубата на експресия на Fas смъртния рецептор върху клетъчната повърхност може да доведе до намаляване на индуцирането на апоптоза; нарушения в провеждането на апоптогенен сигнал към митохондриите и инхибиране на пропускливостта на митохондриалната мембрана за цитохром С; блокиращо активиране и/или рязко намаляване на живота на изпълнение на каспази.

Очевидно, наред с протеините, които активират апоптозата, има протеини, които я предотвратяват и има деликатен баланс между двете. Гените, които насърчават апоптозата, са супресорни гени (с изключение на p53, BAX, PML и др.). Гени, които блокират работата на този защитен механизъм - до протоонкогени (BCL1, BCL2 и др.).

Последните, когато се активират, неутрализират апоптотичната активност и рязко ще увеличат появата на постоянно пролифериращи мутантни клетъчни клонове и следователно вероятността от последващо развитие на злокачествени тумори.

Смята се, че съотношението на броя на различните форми на онкопротеини от BCL групата и р53 определя реостата на клетъчния живот и смърт. В тази връзка трябва да се отбележи, че поради съществуването на механизма на апоптоза е принципно невъзможно да се постигне безсмъртието на организма.

С течение на времето настъпва атрофия на клетките на органите, регулатори на жизнената дейност на тялото и се развиват редица заболявания, които са обединени с общото име -

13195 0

апоптоза(от гръцки. апоптоза- падане) е феноменът на програмирана клетъчна смърт, придружен от набор от характерни цитологични признаци (маркери на апоптоза) и молекулярни процеси. Терминът е въведен от A. Kerr и др. (Kerretal, 1972). Основната разлика между апоптоза и некрозае, че първият е придружен от характерна каскада от реакции в процеса на елиминиране на клетките, а некрозата е резултат от непланирано събитие и възниква спонтанно (Harmonet., 1998) (фиг. 1).

Ориз. един.Схема на ултраструктурни клетъчни промени по време на апоптоза и некроза, предложена от лабораторията по специална микроскопия на Донецкия държавен медицински университет

Характерна каскада от процеси по време на апоптоза включва: (а) кондензация на хроматин, (b) разрушаване на ядрото, (c) подуване на плазмената мембрана, (d) фрагментация на клетките с образуване на дискретни апоптотични тела (AbT). Апоптозата може да бъде предизвикана както от външни влияния (например отрови), така и от вътреклетъчни сигнали, включително активиране на "гени на смъртта". В този случай механизмите на апоптоза могат да бъдат не само програмирани, но и спонтанни (Филченков и Стойка, 1999).

Апоптозата се появява в еволюцията, очевидно, заедно с появата на еукариотни многоклетъчни организми, за да регулират броя на клетките и да установят определени взаимоотношения между клетките в тялото. Клетките взаимодействат на различни етапи от жизнения цикъл, като делене, растеж, диференциация и смърт. Изучаването на молекулярните механизми на смъртта на (програмирана?) клетка се превърна през последните години в един от най-трудните и неотложни проблеми в биологията.

Проблемът с апоптозата в момента представлява голям интерес от страна на специалисти от различни научни дисциплини. Активирането на апоптозата обяснява протичането на СПИН, заболявания на опорно-двигателния апарат, нервната система, болестите на Уилсън, Паркинсон, Алцхаймер и Хътчинсън ( прогерия, преждевременно стареене). Вероятно клетките умират по механизма на апоптоза по време на церебрална исхемия и инсулт, както и по време на анемия (Belushkina and Beletsky, 2004).

В здраво тяло клетките обикновено се отстраняват чрез апоптоза в различни процеси. Например по време на растежа и развитието на тялото. В процеса на развитие на централната нервна система се образуват повече неврони, отколкото е необходимо, а излишните се отстраняват. Апоптозата също е необходима за осъществяване на имунния отговор. Един от защитните механизми включва значително увеличаване на броя на лимфоцитите, които при нахлуване от чужди микроорганизми произвеждат антитела. След унищожаването на тези микроорганизми повечето от тези специфични клетки на съединителната тъкан се унищожават; по този начин за оцеляването на организма е необходим механизъм за премахване на нежеланите клетки.

Този механизъм действа и по време на клетъчна атрофия под действието на цитокини(фактор на туморна некроза), с вирусни заболявания (например със синдром на придобита имунна недостатъчност - СПИН), с неврогенеративни заболявания. Липсата на апоптоза води до раки други тумори излишъкът му води до загуба на клетки. В млада възраст апоптозата е полезна, в бъдеще тя участва в процеса на стареене.

Идентифицирани са някои признаци на апоптоза, които го отличават от некроза:

• фосфатидилсеринот вътрешния слой на цитоплазмената мембрана се придвижва към външния;
• цитохром c от междумембранното пространство на митохондриите навлиза в цитоплазмата; са активирани цистеинови протеинази (каспаза);
• образованието се увеличава реактивни кислородни видове(AFK); цитоплазмена мембрананабръчкана и обем на клеткатанамалява;
• нишки ядрена ДНКразкъсани в интернуклеозомни области хроматинкондензира около периферията на ядрото, което след това разпадана части;
• клетките са фрагментирани в везикулис вътреклетъчно съдържание апоптотични тела). За разлика от некрозата, в случай на апоптоза целостта на цитоплазмената мембрана се запазва до по-късните етапи на процеса, въпреки свиването.

Идентифицирани са някои молекулярни процеси, наблюдавани по време на апоптоза:

1) действие Sa 2 + и Zn 2 + (основен неорганичен пратеники хормон, съответно), имащи взаимно антагонистичен характер,

2) промени в мембранните протеини в апоптотичните клетки,

3) активиране на различни пътища на сигнална трансдукция за апоптоза.

По време на апоптоза, мембраните се променят, по-специално гликопротеините и гликолипидите губят своите сиалова киселинаи количеството рецептор на клетъчната повърхност се увеличава витронектини както беше посочено по-горе, фосфатидилсеринфактори, които привличат макрофагите.

По време на апоптозата се активират различни изоформи фосфолипазив, тогава се образуват вторични пратеници диацилглицерол(DAG) и инозитол-1,4,5-трифосфат(IP3). DAG активира семейството на серин и треонин киназа (протеин киназа c), а IP3 стимулира освобождаването Sa 2 + от вътреклетъчните депа към цитозола. Може също да индуцира апоптоза тирозин киназаи няколко токсининарушаване на хомеостазата Sa.

Предложена е хипотеза за съществуването на генетична програма за самоунищожаване на митохондриите, клетките, органи, организми, респективно — митоптоза, апоптоза, органоптоза, феноптоза. Тази програма се нарича "самурайски закон на биологията" (V.P. Skulachev, 1996). По време на апоптозата в клетката се образува специфичен "самоубийствен протеин". стр. 53което допринася за изпълнението на тази програма. Активирането на този протеин от някои интерферони има ефект при лечението рак. В момента проблемът с апоптозата се изучава много активно, тъй като е свързан с решаването на проблема със стареенето. Ако беше възможно да се регулира апоптозата, би било възможно да се забави стареенето на човека.

Въз основа на хипотезата, че стартирането на програмата за самоунищожение започва поради намаляване на активността на антиоксидантната система (AO C) в митохондриите и натрупването на реактивни кислородни видове (ROS) в тях, беше предложен начин за борба с това явление чрез въвеждане на вещества с антиоксидантни свойства в клетъчните органели.

Въпреки това, действието на известните естествени антиоксиданти, по-специално витамините С и Е, не доведе до успех. Следователно са синтезирани вещества с AOS свойства. След множество тестове се оказа, че най-добрите за тази цел са фенилфосфониеви катиони(FFK). От тях е синтезирано вещество, наречено „Скулачев йон“ (SkQ). Това е сложно съединение тетрафенилфосфониев катион, където е комплексообразуващият йон R(III)(фиг. 2). Такава структура има делокализиран положителен заряд.

Ориз. 2.Йонът на Скулачев е трифенилфосфин, свързан чрез декан с пластохинон.

Може да се види, че SkQ е алкилиран с декан C 10 H 22образуването на поляризирана молекула с положително заредена йонна глава и липофилна опашка. Този комплекс лесно прониква в клетката през отрицателно заредената плазмена мембрана в цитоплазмата и през още по-отрицателно заредената митохондриална мембрана в матрикса на органелите и се натрупва там, вероятно в резултат на простото взаимно привличане на противоположни заряди според физичните закони. Пластохинонът, според авторите, повишава антиоксидантната активност на йона.

Точковото действие дори при наноконцентрации позволява на този комплекс да остане в митохондриите за дълго време (до 4 дни). Ензимите, разположени в ендоплазмения ретикулум (ER), не могат да унищожат този комплекс вътре в митохондриите, тъй като не са в състояние да преодолеят мембранната бариера.

Скулачев смята, че антиоксидантните свойства на йона SkQ позволяват неутрализирането на свободните радикали вътре в митохондриите и по този начин имат положителен фармакологичен ефект чрез активиране на AO C. Това обяснение обаче не отчита твърдо установения ефект на металните йони върху процесите на апоптоза, по-специално, Sa 2 + и Zn 2 + , и законите на взаимодействието между елементите, по-специално техния антагонизъм.

От гледна точка на бионеорганиката, механизмът на апоптозните процеси и влиянието на фенилфосфониеви катиони върху тях е по-сложен. В съответствие с следствие от закона за заместването, "Безплатно" Saизмества йоните на преходните метали от комплекси с протеини и нуклеопротеини, нарушавайки тяхното функциониране и причинявайки полимикроелементоза. Излишък Sa 2 + измества mg 2 + , инактивиране на всички метаболитни процеси, свързани с АТФ. На първо място, това се проявява в намаляване на активността на натриевата помпа и, следователно, на мембранния потенциал (Ψ) и зависещите от него процеси на неутрализация на свободните радикали. Поради изместването на комплексообразуващите метални йони от AOC ензимите ( Fe, Si, Se, Zn) активността на тези ензими по дефиниция е намалена.

Тъй като основните AOS ензими (каталаза, пероксидаза, цитохром оксидаза, глутатион пероксидаза) съдържат хемин с Fe, Siи селенопротеини Seи аз, излишък Sa 2 + в цитоплазмата автоматично води до рязко намаляване на антиоксидантната активност без участието на каквито и да било гени. При преодоляване дробен прагзапочва верижна реакция, тоест свободен радикал се появява във всеки атом с несдвоен електрон. Стартира верига от трансформации на вече съществуващи наситени с валентност изходни молекули в по-реактивни продукти. Освен това процесите на апоптоза започват с нарушение на активността на мембраните, вероятно по някакъв начин свързано със синтеза на колаген.

"Безплатно" Sa 2 + играе ключова роля в началните етапи на развитие на апоптозата, тъй като е така инициаторверижна реакция. Концентрацията му по време на апоптоза в клетките винаги нараства. "Безплатно" Saцитотоксичен, нарушава много метаболитни процеси. По-специално, в резултат, ендонуклеаза, който разцепва ДНК във вътрешните области на нуклеозомите и тъканта трансглутаминаза, който ковалентно свързва протеините към мембраната чрез изопептидни връзки. Ясно е, че това нарушава функционирането както на нуклеопротеините, така и на мембраните.

Zn 2 + , според законът за заместването, като непреходен метален йон с период 4, който образува комплекси с биолиганди с най-високо K уста, е в състояние да намали концентрацията Saв клетките и следователно забавят началото на апоптозата. Следователно той се счита инхибитортози процес, потискайки, по-специално, активността на ендонуклеазата и трансглутаминазата. Забавянето на процеса на клетъчна смърт, отбелязано от всички изследователи на апоптозата, при навлизането в тях Zn 2 + се обяснява с факта, че съдържанието на „безплатно“ Sa 2 + в цитоплазмата на клетките намалява, докато активността на AOS се увеличава. Следователно може да се предположи, че всеки ефект, който намалява частта на "свободни" Sa 2 + в клетката и нейните органели, ще забави процеса на стареене и ще има положителен фармакологичен ефект при заболявания, придружени от натрупване на тази фракция. Сред тези заболявания са очни заболявания, остеопороза, прогерияи Болест на Даун.

Механизъм верижна реакция, както и неговите особености, са добре познати в примера с атомната бомба. Характерно свойство на тази реакция е нейното многоетапна. Сред най-важните етапи е инициирането на верига ( инициация), продължение на веригата ( генериране на нови активни частици= радикали), прекратяване на веригата (" смърт» активни частици). Самите вериги могат да бъдат неразклонен, когато за всяка изразходвана активна частица има една новообразувана, или разклонена, когато има две или повече новообразувани частици на изразходвана активна частица.

Могат да възникнат разклонени верижни реакции в стационаренрежим, когато скоростта на разклоняване е по-малка от скоростта на смърт на активните частици, и в нестационарникогато смъртта е по-бавна от разклоняването. В този случай скоростта на реакцията нараства експоненциално и е ограничена само от консумацията на изходни материали. Освен това преходът от стационарен към нестационарен режим става рязко с много малка промяна в концентрацията на едно от изходните вещества - наблюдава се верижна „експлозия“.

Верижните реакции се отличават с много ефективна промяна в техните свойства и дори насоченост в присъствието на незначителни примеси на вещества, способни да отстраняват активните частици от системата, т.е. инхибитори, или, напротив, за улесняване на тяхното формиране - инициатори. Именно по този механизъм процесът на апоптоза се развива на много етапи и много бавно в първите етапи. Следователно, когато се разглежда този проблем, трябва да се изхожда от общи модели, а не от частни, свързани с „гени на смъртта“ или „борба“ със свободните радикали. Именно поради тази причина антиоксидантните витамини Е и С не оказват значително влияние върху процесите на апоптоза, тъй като действат не върху причината за верижната реакция, а върху нейното следствие.

Р(III) в SkQ, като комплексообразуващ агент, той не е в състояние многократно да променя своята валентност, което е абсолютно необходимо за процеса на пренос на електрони, протичащ в AOS. В същото време се знае, че П(V), образуван по време на окисляване Р(III), е компонент на кислородните киселини, по-специално фосфорната киселина, която лесно се свързва с Sa 2 + , образувайки трифосфат Ca 3 (P 3 O 10) 2. Петвалентният фосфорен анион в това съединение е секвестиращ агент, а получената сол е стабилна, което води до Sa 2 + от "свободната" фракция.

От гледна точка на бионеорганичните вещества, фенилфосфониевите катиони, ако попаднат в клетките и митохондриите, служат като ефективен източник на активен фосфорда неутрализира излишното "свободно" Sa 2 + . Тоест, те харесват Zn 2 + , оказва се инхибиторверижна реакция на апоптоза, но с различен механизъм на действие.

Описаният механизъм на апоптоза обяснява по-специално факта, че животът на атлантическата сьомга се удължава, когато хрилете са заразени с ларвите на двучерупчести мекотели Маргарититера маргарититера. Тези ларви интензивно абсорбират "безплатно" Sa 2 + да изградят своята обвивка, тоест в този случай те се оказват секвестиращ агент в започналата верижна реакция на полимикроелементозата, блокирайки тази реакция.

Албатросът живее около 50 години и по време на живота му няма признаци на стареене, включително репродуктивна функция, след което птицата внезапно умира от спонтанно "експлозивно" ускоряване на процесите на апоптоза. Това се дължи на факта, че според правило за дробен праг, в един момент нарастващата концентрация на "свободен" Ca 2+ преодолява такъв праг, настъпва нестационарен стадий на верижната реакция, водещ до бърз финал - смърт на организма.

Експерименти върху животни (лабораторни гризачи, зайци, кучета, котки, коне) с дистрофия на ретината и катаракта, които се вливат в очите с 20 nM SkQ разтвор, показват, че след няколко седмици лечение очни заболявания са излекувани и дори някои слепите животни започнаха да виждат ясно. Има положителни предварителни данни за употребата на SkQ за лечение на 12 различни сенилни заболявания, по-специално остеопороза, инфарктии очни заболявания глаукомаи катаракта. Предложеният механизъм за развитие на апоптоза е показан на фиг. 3.

Ориз. 3.Предложен механизъм за развитие на апоптоза

Проблемът с рака е противоположен на проблема с апоптозата. За разлика от стареенето, когато е необходимо да се забави процесът на апоптоза, при рака е необходимо да се направи точно обратното – да се ускори този процес в раковите клетки. Най-ефективните за това могат да бъдат мерките, които увеличават съдържанието на "свободната" фракция Saв цитозола на клетките и в митохондриите над фракционния праг, след което започва верижна реакция на апоптоза под формата на смърт на ракови клетки. Въз основа на особеностите на механизмите на верижната реакция подобен ефект трябва да се появи още при наноконцентрации на активни вещества.

Що се отнася до теорията за апоптозата като генетично програмирана смърт, хипотезата за верижна реакция на нарушение на хомеостазата на метал-лиганд изглежда не по-малко вероятна. Верижните реакции отразяват по-фундаментални природни процеси, отколкото придружаващите ги генетично фиксирани биологични прояви. Следователно хипотезата за естеството на апоптозата, като проява на верижна реакция на калциева микроелементоза, преминаваща в полимикроелементоза, не може да бъде отхвърлена, без да се обясни ролята на металите в този процес от гледна точка на общоприета теория.

Известно е, че писането на код не винаги отговаря на "централната догма" на биологията (ДНК > РНК > протеин). Откриването на носители на Нобелова награда обратни ревертази, включително теломераза (2009), както и приони (Prusiner, 1997), потвърждава легитимността на тази гледна точка. Активирането на "спящи гени" се причинява от едно или друго състояние на метал-лигандна хомеостаза. Например съотношението на металите, свързани с метаболитни нарушения Xi, "събужда" или гена за протеинов синтез за болестта на Уилсън, която в момента е лечима, или гена за синтез на протеин за болестта на Менкес, която все още не е лечима. В същото време „пробуденият” ген напълно потиска другия (Bertini, 2008).

Медицински бионеорганични вещества. Г.К. Барашков