Възможни механизми за регулиране на процесите на пролиферация, диференциация и апоптоза в клетките на невробластома. Регулиране на пролиферацията на стволови клетки

25.03.2020 -

Клетката е елементарната единица на всички живи същества. Извън клетката живот няма. Клетъчното възпроизвеждане става само чрез делене на оригиналната клетка, което е предшествано от възпроизвеждането на нейния генетичен материал. Активирането на клетъчното делене се дължи на влиянието на външни или вътрешни фактори върху него. Процесът на делене на клетката от момента на нейното активиране се нарича пролиферация. С други думи, пролиферацията е размножаване на клетки, т.е. увеличаване на броя на клетките (в култура или тъкан), което се случва от митотични деления. Периодът на съществуване на клетката като такава, от делене до делене, обикновено се нарича клетъчен цикъл.

ВЪВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. Разпространение 4
Клетъчен цикъл 5
Регулиране на клетъчния цикъл 6
Екзогенни регулатори на пролиферацията 7
Ендогенни регулатори на пролиферацията 7
CDK 8 регулаторни пътища
Регламент G1 фаза 10
S фаза регулиране 11
Регламент G2 фаза 12
Регулиране на митозата 12
Увреждане на ДНК 13
1.10.1 Начини за възстановяване на двуверижни разкъсвания на ДНК 13
1.10.2 Клетъчен отговор на увреждане на ДНК и неговото регулиране 14
1.11. Регенерация на тъкани 15
1.11.1 Форми на регенерация 16
1.11.2. Регулиране на тъканната регенерация 17
ГЛАВА II. АПОПТОЗА 18
2.1. Характерни признаци на апоптоза 19
2.2. Механизъм на апоптоза 19
2.3. Ролята на апоптозата в защитата срещу онкологични заболявания 20
2.4. Регулиране на апоптозата 21
ЛИТЕРАТУРА 24

Работата съдържа 1 файл

Руски държавен педагогически университет на името на А. И. Херцен

Биологически факултет

КУРСОВА РАБОТА

Клетъчна пролиферация

Санкт Петербург 2010 г
СЪДЪРЖАНИЕ

ВЪВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА I. Разпространение 4

Клетъчен цикъл 5
Регулиране на клетъчния цикъл 6
Екзогенни регулатори на пролиферацията 7
Ендогенни регулатори на пролиферацията 7
Пътища на регулация на CDK 8
G1 фазово регулиране 10
S фазово регулиране 11
G2 фазово регулиране 12
Регулиране на митозата 12
увреждане на ДНК 13

1.10.1 Пътища за възстановяване на двойноверижни скъсвания на ДНК 13

1.10.2 Клетъчен отговор на увреждане на ДНК и неговото регулиране 14

1.11. Регенерация на тъканите 15

1.11.1 Форми на регенерация 16

1.11.2. Регулиране на регенерацията на тъканите 17

ГЛАВА II. АПОПТОЗА 18

2.1. Характерни признаци на апоптоза 19

2.2. Механизъм на апоптоза 19

2.3. Ролята на апоптозата в защитата срещу рак 20

2.4. Регулиране на апоптозата 21

БИБЛИОГРАФИЯ 24

Въведение

Клетката е елементарната единица на всички живи същества. Извън клетката живот няма. Клетъчното възпроизвеждане става само чрез делене на оригиналната клетка, което е предшествано от възпроизвеждането на нейния генетичен материал. Активирането на клетъчното делене се дължи на влиянието на външни или вътрешни фактори върху него. Процесът на клетъчно делене от момента на неговото активиране се наричапролиферация. С други думи, разпространение – това е клетъчно размножаване, т.е. увеличаване на броя на клетките (в култура или тъкан), което се случва чрез митотични деления. Обикновено се нарича животът на клетката като такава, от разделяне до деленеклетъчен цикъл.

В тялото на възрастен човек клетките на различните тъкани и органи имат различна способност за делене. Освен това с остаряването интензивността на клетъчната пролиферация намалява (т.е. интервалът междумитози ). Има популации от клетки, които напълно са загубили способността си да се делят. Това са, като правило, клетки, които са в терминален стадийдиференциация, например, зрялневрони, гранулирани кръвни левкоцити, кардиомиоцити . В това отношение изключението е имуннатаВ и Т клетки на паметта, който, намирайки се в последния етап на диференциация, когато определен стимул се появи в тялото под формата на срещан по-раноантиген , могат да започнат да се размножават. Тялото има постоянно обновяващи се тъкани - различни видове епител, хемопоетични тъкани. В такива тъкани има набор от клетки, които постоянно се делят, замествайки изразходвани или умиращи видове клетки (напр.клетки на чревната крипта, клетки на базалния слой на покривния епител, хематопоетични клеткикостен мозък ). Има и клетки в тялото, които не се възпроизвеждат при нормални условия, но отново придобиват това свойство при определени условия, по-специално когато е необходиморегенерация тъкани и органи.

Процесът на клетъчна пролиферация е строго регулиран както от самата клетка (регулиране на клетъчния цикъл, спиране или забавяне на синтезаавтокринен растежни фактори и техните рецептори) и неговата микросреда (липса на стимулиращи контакти със съседни клетки и матрица, спиране на секрецията и/или синтезапаракринен растежни фактори). Нарушаването на регулацията на пролиферацията води до неограничено делене на клетките, което от своя страна инициира развитието на онкологичния процес в организма.

Пролиферация

Основната функция, свързана с инициирането на пролиферацията, се поема отплазмената мембранаклетки. Именно на повърхността му се случват събития, които са свързани с прехода на почиващите клетки в активирано състояние, което предхожда деленето. Плазмената мембрана на клетките, благодарение на разположените в нея рецепторни молекули, възприема различни извънклетъчни митогенни сигнали и осигурява транспорт в клетката необходими вещества, участвайки в инициирането на пролиферативния отговор. Митогенните сигнали могат да бъдат контакти между клетките, между клетка и матрица, както и взаимодействието на клетките с различни съединения, които стимулират навлизането им вклетъчен цикъл , които се наричат фактори на растежа. Клетка, която е получила митогенен сигнал за пролиферация, започва процеса на делене.

Клетъчен цикъл

Целият клетъчен цикъл се състои от 4 етапа: пресинтетичен (G1),
синтетичен (S), постсинтетичен (G2) и собствена митоза (M).
Освен това има така наречения G0 период, който характеризира
състояние на покой на клетката. В периода G1 клетките иматдиплоиден
Съдържание на ДНК на ядро. През този период започва растежът на клетките
главно поради натрупването на клетъчни протеини, което се дължи на
увеличаване на количеството РНК на клетка. Освен това започва подготовката за синтеза на ДНК. В следващия S-период количеството се удвояваДНК и съответно броят на хромозомите се удвоява. Постсинтетичната G2 фаза се нарича още премитотична. В тази фаза се извършва активен синтезтРНК (информационна РНК). Този етап е последван от самото клетъчно делене или митоза.

Разделяне на всички еукариотни клеткисвързано с кондензацията на удвоени (репликиран) хромозоми. В резултат на разделянето тезихромозоми се прехвърлят в дъщерни клетки. Този вид делене на еукариотни клетки - митоза (от гръцки mitos - нишки) - е единственият пълен начин за увеличаване на броя на клетките. Процесът на митотично делене е разделен на няколко етапа: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Регулиране на клетъчния цикъл

Целта на регулаторните механизми на клетъчния цикъл не е да регулират преминаването на клетъчния цикъл като такъв, а да осигурят в крайна сметка безпроблемното разпределение на наследствения материал по време на процеса на клетъчно възпроизвеждане. Регулирането на клетъчното възпроизвеждане се основава на промяната в състоянията на активна пролиферация ипролиферативна латентност. Регулаторните фактори, които контролират клетъчната репродукция, могат да бъдат разделени на две групи: извънклетъчни (или екзогенни) или вътреклетъчни (или ендогенни).Екзогенни факторисе намират в клетъчната микросреда и взаимодействат с клетъчната повърхност. Фактори, които се синтезират от самата клетка и действат вътре в нея, се наричат
ендогенни фактори. Това разделение е много произволно, тъй като някои фактори, които са ендогенни по отношение на клетката, която ги произвежда, могат да я напуснат и да действат като екзогенни регулатори върху други клетки. Ако регулаторните фактори взаимодействат със същите клетки, които ги произвеждат, тогава този тип контрол се нарича автокринен. При паракринен контрол синтезът на регулатори се извършва от други клетки.

Екзогенни регулатори на пролиферацията

В многоклетъчните организми регулирането на пролиферацията на различни видове клетки се дължи на действието не на един растежен фактор, а на комбинация от тях. Освен това някоирастежни фактори, като стимулатори за някои видове клетки, се държат като инхибитори по отношение на други. Класическирастежни факторипредставлявамполипептиди с молекулно тегло 7-70 kDa. Към днешна дата са известни повече от сто такива растежни фактори.

PDGF тромбоцити. Освободен при разрушаване на съдовата стена, PDGF участва в процесите на образуване на тромби и заздравяване на рани. PDGF е мощен растежен фактор за латентнифибробласти . Заедно с PDGF, епидермалния растежен фактор е изследван не по-малко задълбочено ( EGF ), който също е способен да стимулира пролиферацията на фибробласти. Но в допълнение към това, той има стимулиращ ефект и върху други видове клетки, по-специално върхухондроцити.

Голяма група фактори на растежа сацитокини (интерлевкини, тумор некротизиращи фактори, колониостимулиращи фактории т.н.). Всички цитокини са многофункционални. Те могат или да засилят, или да инхибират пролиферативните реакции. Например различни субпопулации на CD4+ Т лимфоцити, Th1 и Th2 , произвеждащи различен спектър от цитокини, са антагонисти един на друг. Тоест Th1 цитокините стимулират пролиферацията на клетките, които ги произвеждат, но в същото време потискат деленето на Th2 клетките и обратно. По този начин обикновено тялото поддържа постоянен баланс на тези два вида Т-лимфоцити. Взаимодействието на растежните фактори с техните рецептори на клетъчната повърхност води до стартиране на цяла каскада от събития вътре в клетката. В резултат на това се активират транскрипционни фактори и се експресират гени за пролиферативен отговор, което в крайна сметка инициира репликация на ДНК и клетката навлиза в митоза.

Ендогенни регулатори на клетъчния цикъл

В нормалните еукариотни клетки прогресията през клетъчния цикъл е строго регулирана. Причинаонкологични заболявания е трансформация на клетките, обикновено свързана с нарушения на регулаторните механизми на клетъчния цикъл. Един от основните резултати от дефектите на клетъчния цикъл е генетичната нестабилност, тъй като клетките с дефектен контрол на клетъчния цикъл губят способността си да дублират правилно и да разпределят своитегеном . Генетичната нестабилност води до придобиване на нови характеристики, които са отговорни за прогресията на тумора.

Пролиферативните процеси при остро възпаление започват скоро след въздействието на флогогенния фактор върху тъканта и са по-изразени по периферията на възпалителната зона. Едно от условията за оптимален ход на пролиферацията е отслабването на процесите на промяна и ексудация.

Пролиферация

Фагоцитите също произвеждат и отделят в междуклетъчната течност редица биологично активни вещества, които регулират развитието на имунитет, алергии или състояние на толерантност. По този начин възпалението е пряко свързано с формирането на имунитет или имунопатологични реакции в организма.

Пролиферация – компонент възпалителен процеси крайният му етап се характеризира с увеличаване на броя на стромалните и, като правило, паренхимните клетки, както и образуването на междуклетъчно вещество на мястото на възпалението.Тези процеси са насочени към регенерация на променени и / или заместващи на унищожени тъканни елементи. Различни биологично активни вещества, особено тези, които стимулират клетъчната пролиферация (митогени), са от съществено значение на този етап от възпалението.

Формите и степента на пролиферация на органоспецифичните клетки са различни и се определят от природата на клетъчните популации (вижте статията „Клетъчна популация“ в Приложение „Справочник на термините“).

В някои органи и тъкани (например черен дроб, кожа, стомашно-чревен тракт, дихателни пътища) клетките имат висока пролиферативна способност, достатъчна за елиминиране на структурни дефекти на мястото на възпалението.

В други органи и тъкани тази способност е много ограничена (например в тъкани на сухожилия, хрущяли, връзки, бъбреци и др.).

В редица органи и тъкани паренхимните клетки практически нямат пролиферативна активност (например миоцити на сърдечния мускул, неврони). В тази връзка, след завършване на възпалителния процес в тъканите на миокарда и нервната система, стромалните клетки, главно фибробласти, които също образуват неклетъчни структури, пролиферират на мястото на възпалението. В резултат на това се образува белег на съединителната тъкан. В същото време е известно, че паренхимните клетки на тези тъкани имат висока способност за хипертрофия и хиперплазия на субклетъчни структури.

Активирането на пролиферативните процеси корелира с образуването на биологично активни вещества, които имат противовъзпалителен ефект (вид противовъзпалителни медиатори). Най-ефективните сред тях включват:

Инхибитори на хидролази, по-специално протеази (например, антитрипсин), микроглобулин, плазмин или фактори на комплемента;

Антиоксиданти (например, церулоплазмин, хаптоглобин, пероксидази, SOD);

Полиамини (напр. путресцин, спермин, кадаверин);

глюкокортикоиди;

Хепарин (потиска адхезията и агрегацията на левкоцитите, активността на кинините, биогенните амини, факторите на комплемента).

Замяната на мъртви и увредени тъканни елементи по време на възпаление се отбелязва след тяхното унищожаване и елиминиране (този процес се нарича почистване на раната).

Реакциите на пролиферация както на стромалните, така и на паренхимните клетки се регулират от различни фактори. Най-значимите сред тях включват:

Много възпалителни медиатори (например TNF, който потиска пролиферацията; левкотриени, кинини, биогенни амини, които стимулират клетъчното делене).

Специфични метаболитни продукти на левкоцитите (например монокини, лимфокини, IL, растежни фактори), както и тромбоцити, които могат да активират клетъчната пролиферация.

Пептиди с ниско молекулно тегло, освободени по време на разрушаването на тъканите, полиамини (путресцин, спермидин, спермин), както и продукти от разпада на нуклеинова киселина, които активират клетъчното възпроизвеждане.

Хормони (GH, инсулин, Т4, кортикоиди, глюкагон), много от тях способни както да активират, така и да потискат пролиферацията в зависимост от тяхната концентрация, активност, синергични и антагонистични взаимодействия; например, глюкокортикоидите в ниски дози инхибират, а минералокортикоидите активират реакциите на регенерация.

Процесите на пролиферация се влияят и от редица други фактори, например ензими (колагеназа, хиалуронидаза), йони, невротрансмитери и др.

Ендокринна, паракринна и автокринна регулация. Обикновено клетките се делят единствено под въздействието на различни фактори. вътрешна средаорганизъм (и външни – по отношение на клетката). Това е тяхната основна разлика от трансформираните клетки, които се делят под въздействието на ендогенни стимули. Има два вида физиологична регулация – ендокринна и паракринна. Ендокринната регулация се осъществява от специализирани органи (ендокринни жлези), включително хипофизата, надбъбречните жлези, щитовидната жлеза, паращитовидната жлеза, панкреаса и половите жлези. Те отделят продуктите от своята дейност в кръвта и имат генерализиран ефект върху целия организъм.
Паракринната регулация се характеризира с факта, че в една и съща тъкан съседните клетки си влияят една на друга чрез активни вещества, секретирани и разпределени чрез дифузия. Тези митогенни стимуланти (полипептидни растежни фактори) включват епидермален растежен фактор, тромбоцитен растежен фактор, интерлевкин-2 (Т-клетъчен растежен фактор), нервен растежен фактор и много други.
Автокринната регулация, характерна за туморните клетки, се различава от паракринната регулация по това, че една и съща клетка е едновременно източник на растежния фактор и негова мишена. Резултатът е продължаващо, самоподдържащо се митогенно „възбуждане“ на клетката, което води до нерегулирано възпроизвеждане. В този случай клетката не се нуждае от външни митогенни стимули и става напълно автономна.
Митогенният трансфер на сигнал е многоетапен процес. В зависимост от типа клетка и специфичния митогенен стимул се прилага един от многото сигнални пътища. Така наречената MAP киназна каскада е описана по-долу като „прототип“.
Растежните фактори (регулатори на пролиферацията) се секретират от някои клетки и действат паракринно върху други. Това са малки протеини. Полипептидна верига EGF (епидермален растежен фактор) се състои например от 53 аминокиселини. Има няколко семейства растежни фактори, всяко от които е обединено от структурни и функционални сходства. Някои от тях стимулират пролиферацията (например EGF и PDGF, тромбоцитен растежен фактор, тромбоцитен растежен фактор), докато други (TGF-p, TNF, интерферони) го потискат.
Рецепторите са разположени на клетъчната повърхност. Всяка клетка има свой собствен репертоар от рецептори и, съответно, свой собствен специален набор от отговори. Много важно функционално семейство се формира от така наречените тирозинкиназни рецептори (TCRs), които имат ензимна (протеинкиназна) активност. Те се състоят от няколко домена (структурни и функционални блокове): екстрацелуларен (взаимодействащ с лиганда - в този случай растежен фактор), трансмембранен и субмембранен, който има тирозин протеин киназна активност. В зависимост от структурата TCR се разделят на няколко подкласа.
Когато се свързват с растежни фактори (например EGF), рецепторните молекули се димеризират, техните вътреклетъчни домени се приближават един до друг и индуцират междумолекулно автофосфорилиране на тирозин. Този трансмембранен трансфер на сигнал е началото на вълна на „възбуждане“, която след това се разпространява под формата на каскада от реакции на фосфорилиране вътре в клетката и в крайна сметка достига до хромозомния апарат на ядрото. TCR имат тирозин киназна активност, но докато сигналът преминава в клетката, видът на фосфорилирането се променя на серин/треонин.
Ras протеини. Един от най-важните е сигналният път, включващ Ras протеини (това е подсемейство от така наречените G протеини, които образуват комплекси с гуанил нуклеотиди; Ras-GTP е активната форма, Ras-GDP е неактивната форма). Този път, един от основните в регулацията на клетъчното делене при висшите еукариоти, е толкова запазен, че неговите компоненти могат да заменят съответните хомолози в клетките на дрозофила, дрожди и нематоди. Той медиира множество сигнали от околната среда и изглежда функционира във всяка клетка на тялото. Ras играе ролята на своеобразен турникет, през който трябва да премине почти всеки сигнал, влизащ в клетката. Критичната роля на този протеин в регулирането на клетъчното делене е известна от средата на 80-те години на миналия век, когато е открита активирана форма на съответния ген (Ras онкоген) в много човешки тумори. Онкогенното активиране (онкогените са гени, които причиняват нерегулирано клетъчно делене) е едно от основните събития на канцерогенезата. Това е увреждане на нормален ген, участващ в регулирането на клетъчната репродукция (протоонкоген - нормален клетъчен ген, който може да индуцира туморен растеж, ако структурата му е нарушена), което го прави постоянно работещ (активен) и по този начин индуцира еднакво непрекъснато (нерегулирано) клетъчно делене. Тъй като много клетъчни гени (протоонкогени) участват в регулирането на клетъчната репродукция, чието увреждане може потенциално да причини туморен растеж, има съответно много (няколко десетки и вероятно стотици) онкогени.
В специфична ситуация на Ras-медиирания сигнален път (например по време на взаимодействието на EGF с рецептора), димеризацията на последния води до автофосфорилиране на един от тирозиновите остатъци в неговия субмембранен домен. В резултат на това става възможно самосглобяване („набиране“ в комплекса) на редица протеини, разположени надолу по веригата на сигналния път (адапторен протеин Grb2, протеин Sos1). Този мултипротеинов комплекс е локализиран в плазмената мембрана.
MAP киназна каскада. MAP киназите (митоген активирани протеин кинази) са серин/треонин протеин кинази, активирани в резултат на митогенна стимулация на клетката. Киназната каскада възниква като следствие от последователното активиране на един ензим от друг, който е „по-високо“ в сигналния път. Като следствие от стимулирането на Ras протеина и образуването на субмембранен комплекс се увеличава активността на две цитоплазмени серин/треонин MAP кинази (известни също като ERK1 и ERK2, извънклетъчни сигнално-регулирани протеин кинази 1 и 2), които се движат от цитоплазмата към клетъчното ядро, където те фосфорилират ключови транскрипционни фактори са протеини, които регулират активността на различни гени.
Активиране на транскрипция. Група гени, които определят навлизането на клетката в S фаза, се активират от транскрипционния фактор AP-1 - комплекс от протеини Jun и Fos (гените, които ги кодират - c-Jun и c-Fos, са сред прото -онкогени; c - от клетка, обозначава клетъчния им произход за разлика от вирусните онкогени v-Jun и v-Fos). Тези транскрипционни фактори могат да взаимодействат един с друг, за да образуват различни хомо- и хетеродимери, които се свързват с определени региони на ДНК и стимулират синтеза на РНК в гени, съседни на тези региони. MAP киназите повишават активността на AP-1 по два начина:
индиректно, активиране на гени, кодиращи тези транскрипционни фактори, като по този начин се увеличава тяхното съдържание в клетката;
директни, фосфорилиращи остатъците от серин и треонин, включени в техния състав.
В резултат на генното активиране се произвеждат протеини, необходими за синтеза на ДНК и последваща митоза. Някои от новообразуваните протеини (Fos, Jun, Myc), известни като протеини с незабавен отговор, изпълняват регулаторни функции; Свързвайки се със специфични участъци от ДНК, те активират съседни гени. Друга група се състои от ензими като тимидин киназа, рибонуклеотид редуктаза, дихидрофолат редуктаза, тимидилат синтаза, орнитин декарбоксилаза, ДНК полимерази, топоизомерази и ензими, които са пряко свързани със синтеза на ДНК. В допълнение, цялостният протеинов синтез се подобрява, тъй като с всеки цикъл на удвояване се възпроизвеждат всички клетъчни структури.
Реализация на митогенния сигнал. Резултатът от предаването на митогенния сигнал е изпълнението на сложна програма за клетъчно делене.
Клетъчен цикъл. Клетките могат да бъдат в едно от трите състояния - в цикъл на делене, в етап на покой с възможност за връщане към цикъла и накрая в етап на крайна диференциация, в който способността за делене е напълно загубена. Само онези клетки, които са запазили способността си да се делят, могат да образуват тумори.
Цикълът на удвояване на различните човешки клетки варира от 18 часа (клетки от костен мозък) до 450 часа (клетки на криптите на дебелото черво), средно 24 часа Митоза (М) и синтез на ДНК (S фаза), между които има 2 междинни фази ( gap) период - G1 и G2, най-забележими; По време на интерфазата (периодът между две деления) клетката расте и се подготвя за митоза. По време на фазата G1 има момент (така наречената точка на ограничаване R), когато се прави избор между навлизане в следващия цикъл на разделяне или навлизане в етап на покой G0. Влизането на клетката в цикъла на делене е вероятностен процес, определен от комбинация от редица условия (вътрешни и външни); обаче, след като изборът е направен, следващите стъпки се изпълняват автоматично. Въпреки че една клетка може да бъде блокирана на един или друг етап от цикъла на делене, това обикновено се дължи на някои специални обстоятелства.
Особено важни в цикъла са моментите, когато клетката навлиза във фазата на ДНК синтез (G/S фазова граница) и митоза (G2/M фазова граница), където има уникални „контролни точки“, които проверяват целостта на ДНК в първият случай ( неговата готовност за репликация), а във втория - пълнотата на репликацията. Клетките с увредена или недостатъчно репликирана ДНК се блокират на границите на съответните фази, което предотвратява възможността за предаване на дефекти в нейната структура на потомството под формата на мутации, делеции и други нарушения. Определена система за наблюдение, очевидно съществуваща в клетката, предизвиква система за възстановяване на ДНК, след което прогресията на клетката през цикъла може да продължи. Алтернатива на възстановяването е апоптозата, която радикално елиминира опасността от поява на клонинг на дефектни (потенциално туморни) клетки в тялото. Конкретният избор зависи от много условия, включително индивидуалните характеристики на клетката.
Процесът на репликация на ДНК е сложен и отнема много време (отнема няколко часа), тъй като целият генетичен материал на клетката трябва да бъде възпроизведен абсолютно точно. Ако възникнат някакви аномалии в нея, клетката се блокира при подхода към митозата (на границата на фазата G2/M) и може също да претърпи апоптоза. Защитното значение на контролните точки е трудно да се надценява, тъй като техните функционални дефекти в крайна сметка водят до туморна трансформация на клетката и прогресия на вече образуван тумор.
Циклични реакции. Има две семейства протеини, които "задвижват" клетъчния цикъл - циклин (cycNp)-зависими серин/треонин протеин кинази (Cdk, циклин-зависими кинази) и самите циклини. Циклините регулират активността на Cdks и по този начин тяхната способност да модифицират целевите структури, пряко включени в метаморфозата на цикъла. С тяхно участие се извършват такива важни етапи от цикъла като разпадане на ядрената мембрана, кондензация на хроматин, образуване на вретено и редица други. Cdks са активни само в комплекс с един от циклините. В това отношение сглобяването и активирането на множество Cdkcyclin комплекси, както и тяхната дисоциация, са ключови моменти от клетъчния цикъл.
Както подсказва името им, циклините се синтезират и разграждат в строго определени точки от цикъла, различни за различните циклини. Има три основни класа от тях: iLcyclins, необходими за преминаването на GyS, S-циклини - за преминаване през S-фазата и G2 (или митотични) - циклини за навлизане в митоза. В клетките на бозайниците също има няколко семейства Cdk, участващи в различни регулаторни влияния. Отстраняването на конкретен циклин от вътреклетъчната среда точно в определен момент е също толкова важно, колкото и появата му (елиминирането на циклините от вътреклетъчната среда се постига както чрез тяхното разграждане, така и чрез блокиране на синтеза), например при митоза (при границата на мета- и анафазата) в резултат на протеолиза, един от циклините бързо се разгражда; ако това не се случи, тогава митозата не може да бъде завършена и разделянето на дъщерните клетки не настъпва.
Промотирането в S фаза изисква активиране на киназите Cdk2, Cdk4 и Cdk6, които взаимодействат с а-фазовите циклини (по-специално циклин D). Комплексът на Cdc2 с първия iLphase циклин индуцира транскрипция на гена за следващия циклин и т.н., придвижвайки клетките по-нататък по цикъла. Cdc2-циклин D първоначално е заменен от Cdc2-циклин Е, който от своя страна е заменен от Cdc2-циклин А, който активира апарата за синтез на ДНК. Когато клетката навлезе в S фазата, iLcyclins се разграждат и се появяват отново само във фазата G1 на следващия цикъл.
Контролно-пропускателни пунктове (английски). Всеки стрес (например липса на хранителни вещества, хипоксия, особено увреждане на ДНК) блокира движението през цикъла на една от двете контролни точки, споменати по-горе. По време на тези спирания се активират механизми за наблюдение, които могат:
откриват увреждане на ДНК;
предават сигнал за проблем, който блокира синтеза на ДНК или
митоза;
активират механизмите за възстановяване на ДНК.
Това гарантира стабилност на генома. Както бе споменато по-горе, контролният механизъм G/S блокира репликацията на ДНК и активира процесите на възстановяване (или индуцира апоптоза), докато контролният механизъм G2/M инхибира митозата до завършване на репликацията.Дефектите в тези механизми могат да доведат до появата на дъщерни клетки с повреден геном.
Механизмът на контролната точка включва Cdk-циклинови комплекси и редица допълнителни протеини - Rb, p53 и др. Тяхната комбинация образува система от „спирачки“, които пречат на клетката да се дели при липса на адекватни стимули. Гените, кодиращи тези протеини, се наричат супресорни гени. Особеното значение на тази система се състои в това, че раковата трансформация на клетката става възможна само след нейното инактивиране. В една соматична клетка има два алела на всеки ген, включително супресорни гени, и следователно са необходими две независими събития за тяхното инактивиране (например делеция на един алел и мутация на другия). Поради тази причина „спорадичните“ тумори се появяват сравнително рядко (вероятността няколко независими мутации да се появят в една клетка и да засегнат един и същ локус на двете хромозоми е сравнително малка), а „фамилните“ тумори са изключително чести (в „ ракови“ семейства, един от двата наследени алела на конкретен супресорен ген първоначално са дефектни). В последния случай системата на "спирачки" във всички клетки на даден организъм се осигурява само от един нормален алел, което рязко намалява нейната надеждност и увеличава риска от развитие на тумори. Точно това се случва при наследствен ретинобластом (заличаване на един алел Rb) и други наследствени синдроми (заличаване или увреждане на един алел p53 или други супресорни гени).
В клетки с дефектен или липсващ p53 супресорен протеин, GyS контролната точка е дефектна. Това се проявява във факта, че увреждането на ДНК, предизвикано от йонизиращо лъчение или друг метод, не води до спиране на клетката на G 1/S фазовата граница или капоптоза. В резултат на това в популацията се натрупват клетки с множество аномалии на структурата на ДНК; Геномната нестабилност се появява и нараства с времето, което допринася за появата на нови клетъчни клонове. Тяхната естествена селекция е в основата на туморната прогресия - постоянното "насочване" на тумора към нарастваща автономност и злокачественост.
Апоптозата (или програмираната клетъчна смърт) е широко разпространен биологичен феномен на клетъчно „самоубийство“, което се предизвиква или от различни външни стимули, или от неразрешени „вътрешни“ конфликти (например невъзможност за възстановяване на увреждане на ДНК). Ролята на апоптозата е голяма не само в процесите на формиране по време на ембриогенезата (формиране на органи, заместване на едни тъкани с други, резорбция на временни органи и др.), Но и в поддържането на тъканната хомеостаза в тялото на възрастен.
При регулирането на тъканната хомеостаза клетъчната смърт изпълнява функция, допълваща митозата. В туморните клетки програмата за клетъчна смърт е блокирана в повечето случаи, което има значителен принос за увеличаване на туморната маса.
Механизми на апоптоза. От фундаментално значение е фактът, че механизмите на апоптозата са изключително консервативни и запазват основните си модели в много отдалечени в еволюционно отношение организми. Това обстоятелство направи възможно идентифицирането на гени при бозайници (по-специално при хора), които са хомоложни на гените на апоптозата в нематода, организъм, в който генетичната система, която контролира този процес, е открита и изследвана за първи път.
В резултат на това гените от семейството Bc1-2 са идентифицирани при бозайници. Ролята на самия Bc1-2 и някои от неговите хомолози е антиапоптотична (предотвратяване на клетъчна смърт), докато в други членове на семейството, например Bax, тя е проапоптотична. Протеините Bax и Bc1-2 са способни да образуват комплекс помежду си. В зависимост от относителното вътреклетъчно съдържание на про- и антиапоптотични протеини се решава съдбата на дадена клетка. Механизмът на действие на протеините от семейството Bc1-2 не е напълно ясен.
От голямо функционално значение е механизмът на апоптозата, индуцирана чрез специфични рецептори CD95 (45 kDa трансмембранен протеинов рецептор, който, когато се свърже със специфичен лиганд или антитела, предава сигнал за апоптоза) и TNF-R (рецептор на фактора на туморната некроза, рецептор на фактора на туморната некроза). Тези рецептори, обединени от сходството на извънклетъчните домени, са част от голямо семейство. Лигандите (молекули, които специфично взаимодействат с TNF-R и CD95 рецепторите) са съответно TNF и CD95-L, които са трансмембранни протеини, но могат да функционират и в разтворима, „свободна“ форма. Особено интересен от онкологична гледна точка е TNF, цитокин, произвеждан от много клетки (макрофаги, моноцити, лимфоидни клетки, фибробласти) в отговор на възпаление, инфекция и други стресори. Той предизвиква широк спектър от понякога противоположни реакции, включително треска, шок, туморна некроза, анорексия; както и имунорегулаторни промени, клетъчна пролиферация, диференциация и апоптоза. В този случай апоптозата се извършва с участието на специфична цистеинова протеаза ICE, която разрушава много вътреклетъчни целеви протеини. Свръхекспресията на ICE в клетките причинява апоптоза. size=5 face="Times New Roman">

1. Фактори на растежа(макрофаги, лимфоцити, фибробласти, тромбоцити и др.) – стимулиране на пролиферацията и ограничаване на апоптозата.

2. Кейлони– гликопротеинови тъканно-специфични инхибитори на растежа.

3. фибронектин-хемоатрактант на фибробластите.

4. Ламинин-основният адхезивен протеин на базалните мембрани.

5. Синдекан- интегрален протеогликан на клетъчните мембрани, свързва колаген, фибронектин и тромбоспондин.

6. Тромбоспондин– гликопротеин, образува комплекси със синдекан, колаген и хепарин, играе важна роля в сглобяването на костната тъкан.

Формирането и осъществяването на ефектите на биологично активните вещества (БАВ) е едно от ключовите звена на възпалението. БАН осигуряват естественото развитие на възпалението, формирането на неговите общи и локални прояви, както и изхода от възпалението. Ето защо биологично активните вещества често се наричат "възпалителни медиатори".

Медиатори на възпалението- това са локални химични сигнали, които се образуват, освобождават или активират на мястото на възпалението, като действат и се унищожават също в мястото. Под възпалителни медиатори се разбират биологично активни вещества, отговорни за възникването или поддържането на определени възпалителни явления, например повишена съдова пропускливост, емиграция и др.

Това са същите вещества, които при условия на нормално функциониране на тялото се образуват в различни органии тъкани във физиологични концентрации, са отговорни за регулирането на функциите на клетъчно и тъканно ниво. По време на възпаление, локално освободени (поради активиране на клетки и течни среди) в големи количества, те придобиват ново качество - медиатори на възпалението. Почти всички медиатори също са модулатори на възпалението, т.е. те са способни да увеличат или намалят тежестта на възпалителните явления. Това се дължи на сложността на тяхното влияние и взаимодействието им както с клетките, които произвеждат тези вещества, така и помежду си. Съответно ефектът на медиатора може да бъде адитивен (адитивен), потенциращ (синергичен) и отслабващ (антагонистичен), а взаимодействието на медиаторите е възможно на нивото на техния синтез, секреция или ефекти.

Медиаторната връзка е основната в патогенезата на възпалението. Той координира взаимодействието на много клетки - ефектори на възпалението, промяната на клетъчните фази в мястото на възпалението. Съответно, патогенезата на възпалението може да се представи като верига от множество междуклетъчни взаимодействия, регулирани от медиатори-модулатори на възпалението.

Възпалителните медиатори определят развитието и регулирането на процесите на промяна (включително промени в метаболизма, физикохимични параметри, структура и функция), развитието на съдови реакции, ексудация на течности и емиграция на кръвни клетки, фагоцитоза, пролиферация и репаративни процеси на мястото на възпалението.

Повечето медиатори изпълняват своите биологични функции чрез специфично въздействие върху рецепторите на целевите клетки. Въпреки това, някои от тях имат пряка ензимна или токсична активност (напр. лизозомни хидролази и реактивни кислородни радикали). Функциите на всеки медиатор се регулират от съответните инхибитори.

Кръвната плазма и възпалителните клетки могат да служат като източници на възпалителни медиатори. В съответствие с това има 2 големи групивъзпалителни медиатори: хуморални и клетъчни. Хуморален

медиаторите са представени главно от полипептиди, които постоянно циркулират в кръвта в неактивно състояние и се синтезират главно в черния дроб. Тези медиатори изграждат т.нар "сентинелна полисистема на кръвната плазма". Клетъчни медиаторимогат да бъдат синтезирани de novo (напр. метаболити на арахидоновата киселина) или освободени от клетъчните депа (напр. хистамин). Източници на клетъчни медиатори в мястото на възпалението са главно макрофаги, неутрофили и базофили.

От хуморалните медиатори на възпалението най-важни са производни на комплемента.Сред почти 20-те различни протеини, образувани по време на активирането на комплемента, неговите фрагменти C5a, C3a, C3b и комплексът C5b-C9 са пряко свързани с възпалението. В същото време C5a и в по-малка степен C3a са медиатори на остро възпаление. C3b опсонизира патогенния агент и съответно насърчава имунната адхезия и фагоцитозата. Комплексът C5b-C9 е отговорен за лизиране на микроорганизми и патологично променени клетки. Източникът на комплемента е кръвната плазма и в по-малка степен тъканната течност. Подобреното снабдяване на тъканта с плазмен комплемент е една от важните цели на ексудацията. C5a, образуван от него в плазмата и тъканната течност под въздействието на карбоксипептидаза N, C5a des Arg и C3a повишават пропускливостта на посткапилярните венули. В същото време C5a и C3a, бидейки анафилатоксини (т.е. освобождаващи хистамин от мастоцитите), повишават пропускливостта както директно, така и индиректно чрез хистамина.Ефектът на C5a des Arg не е свързан с хистамина, а е зависим от неутрофилите, т.е. , осъществява се поради фактори на пропускливост, освободени от полиморфонуклеарни гранулоцити - лизозомни ензими и неензимни катионни протеини, активни метаболити на кислорода. В допълнение, C5a и C5a des Arg привличат неутрофили. Обратно, C3a практически няма хемотаксични свойства. Активни компонентикомплемент освобождава не само хистамин и гранулоцитни продукти, но също така интеряукин-1, простагландини, левкотриени, тромбоцит-активиращ фактор и взаимодейства синергично с простагландини и субстанция P.

Кининс- вазоактивни пептиди, образувани от кининогени (алфа2-глобулини) под въздействието на каликреини в плазмата (нонапептид брадикинин) и в тъканна течност (декапептид лизилбрадикинин или калидин). Задействащият фактор за активирането на системата каликреин-кинин е активирането на фактора на Хагеман (фактор на кръвосъсирването XII) по време на тъканно увреждане, което превръща прекаликреините в каликреини.

Кинините медиират артериоларната дилатация и повишената венуларна пропускливост чрез свиване на ендотелните клетки. Те свиват гладката мускулатура на вените и повишават вътрекапилярното и венозното налягане. Кинините инхибират емиграцията на неутрофилите, модулират разпределението на макрофагите, стимулират миграцията и митогенезата на Т-лимфоцитите и секрецията на лимфокини. Те също така повишават пролиферацията на фибробластите и синтеза на колаген и следователно могат да бъдат важни при репаративни явления и в патогенезата на хронично възпаление.

Един от най-значимите ефекти на кинините е активирането на рефлексите чрез дразнене на сензорните нервни окончания и по този начин медииране на възпалителна болка. Кинините причиняват или засилват освобождаването на хистамин от мастоцитите и синтеза на простагландини от много видове клетки, така че някои от основните им ефекти - вазодилатация, свиване на гладката мускулатура, болка - са свързани с освобождаването на други медиатори, особено простагландини.

Активирането на фактора на Хагеман задейства не само процеса на образуване на кинин, но и коагулацията на кръвта и фибринолизата. В този случай се образуват медиатори като фибринопептиди и продукти от разграждане на фибрин, които са мощни хематрактанти. В допълнение, фибринолизата и образуването на кръвни съсиреци в съдовете на лезията са от съществено значение както за патологичните, така и за защитните явления на възпалението.

От клетъчните медиатори основният интерес е ейкозаноидитъй като най-вероятно те са централният медиатор на възпалителната реакция. Това се подкрепя от дългосрочното поддържане на производството на ейкозаноиди в лезията, тясната им връзка с ключовото събитие на възпалителния процес - левкоцитната инфилтрация и мощния противовъзпалителен ефект на инхибиторите на техния синтез.

Основната роля в производството на ейкозаноиди на мястото на възпалението се играе от левкоцитите, особено моноцитите и макрофагите, въпреки че те се образуват от почти всички видове ядрени клеткипри стимулиране на последното. Преобладаващите ейкозаноиди на мястото на възпалението са почти винаги простагландин (PG) E2, левкотриен (LT) B4 и 5-хидроксиейкозатетраенова киселина (5-HETE). Тромбоксан (Tx) A2, PGF2alpha, PGD2, простациклин (PG12), LTC4, LTD4, LTE4 и други GETE също се образуват, макар и в по-малки количества.

Основните ефекти на ейкозаноидите върху възпалението са техните ефекти върху левкоцитите. PG, Tx и особено LT са мощни хематрактанти и по този начин играят важна роля в механизмите на самоподдържане на левкоцитна инфилтрация. Самите PG не повишават съдовата пропускливост, но като силни вазодилататори, те увеличават хиперемията и следователно ексудацията. LTS4, JITD4, LTE4 увеличават съдовата пропускливост чрез директно свиване на ендотелните клетки, а LTV4 действа като неутрофил-зависим медиатор. PG и LT са важни в генезата на възпалителната болка. В същото време PGE2, без да има пряка болкова активност, повишава чувствителността на рецепторите на аферентните болкови нервни окончания към брадикинин и хистамин. PGE2 е мощен антипиретичен агент и температурата по време на възпаление може да се дължи отчасти на неговото освобождаване. PGs играят ключова роля в модулирането на възпалителния процес, осъществявайки двупосочна регулация на ексудацията, емиграцията и дегранулацията на левкоцитите и фагоцитозата. Например, PGE може да потенцира развитието на оток, причинен от хистамин или брадикинин, а PGF2alpha, напротив, може да го отслаби. Подобна връзка между PGE и PGF2алфа се отнася и за емиграцията на левкоцитите.

Особено широк спектър от взаимодействия с други възпалителни медиатори е характерен за RT. Те взаимодействат синергично по отношение на бронхоспазма с хистамин, ацетилхолин, PG и Tx и стимулират освобождаването на PG и Tx. Модулиращата функция на ейкозаноидите се осъществява чрез промени в съотношението на цикличните нуклеотиди в клетките.

Източници хистаминса базофили и мастоцити. Серотонин(невротрансмитер) при хората, в допълнение към малко количество в мастоцитите, той се намира и в тромбоцитите и ентерохромафиновите клетки. Поради бързото освобождаване по време на дегранулация на мастоцитите , способността да променят лумена на микросъдовете и да предизвикват директно свиване на ендотелните клетки на венули, хистаминът и серотонинът се считат за основните медиатори на началните микроциркулаторни нарушения във фокуса на остро възпаление и непосредствената фаза на повишена съдова пропускливост. Хистаминът играе двойна роля както в кръвоносните съдове, така и в клетките. Чрез Н2 рецепторите той разширява артериолите, а чрез Н1 рецепторите свива венулите и така повишава вътрекапилярното налягане. Чрез Hi рецепторите хистаминът стимулира, а чрез Hg рецепторите инхибира емиграцията и дегранулацията на левкоцитите. При нормалния ход на възпалението хистаминът действа предимно чрез Hg рецепторите върху неутрофилите, ограничавайки тяхната функционална активност, и чрез Hi рецепторите върху моноцитите, като ги стимулира. По този начин, в допълнение към провъзпалителните съдови ефекти, той има противовъзпалителни клетъчни ефекти. Серотонинът също така стимулира моноцитите на мястото на възпалението. Хистаминът извършва двупосочна регулация на пролиферацията, диференциацията и функционалната активност на фибробластите и следователно може да бъде важен при репаративни явления. Модулаторните ефекти на хистамина също се медиират от циклични нуклеотиди.

Що се отнася до взаимодействията на биогенните амини на мястото на възпалението, известно е, че хистаминът чрез Hi рецептори може да задейства или засили синтеза на простагландини и чрез Na рецепторите да го инхибира. Биогенните амини взаимодействат както помежду си, така и с брадикинин, нуклеотиди и нуклеозиди и субстанция Р, за да повишат съдовата пропускливост. Съдоразширяващият ефект на хистамина се засилва в комбинация с ацетилхолин, серотонин и брадикинин.

Основен източник лизозомни ензимивъв фокуса на възпалението са фагоцити - гранулоцити и моноцити-макрофаги. Въпреки огромното значение на фагоцитозата в патогенезата на възпалението, фагоцитите са предимно мобилни носители на медиатори-модулатори, секретирани извънклетъчно. Освобождаването на лизозомно съдържание става по време на тяхната хемотактична стимулация, миграция, фагоцитоза, увреждане и смърт. Основните компоненти на лизозомите при хората са неутрални протеинази - еластаза, катепсин G и колагенази, съдържащи се в първичните, азурофилни, гранули на неутрофилите. В процесите на антимикробна защита, включително възпаление, протеиназите се считат за фактори от "втори ред" след кислород-зависими (миелопероксидаза - водороден пероксид) и кислород-независими механизми като лактоферин и лизозим. Те осигуряват основно лизис на вече убити микроорганизми. Основните ефекти на протеиназите са медиация и модулация на възпалителни явления, включително увреждане на собствените тъкани. Медиаторните и модулиращите ефекти на протеиназите се проявяват във връзка със съдовата пропускливост, емиграцията и фагоцитозата.

Увеличаването на съдовата пропускливост под въздействието на лизозомни ензими възниква поради лизис на субендотелния матрикс, изтъняване и фрагментация на ендотелни клетки и е придружено от кръвоизлив и тромбоза. Като образуват или разграждат най-важните хемотаксични вещества, лизозомните ензими са модулатори на левкоцитната инфилтрация. На първо място, това се отнася за компонентите на системата на комплемента и каликреин-кинин.

Лизозомните ензими, в зависимост от тяхната концентрация, могат сами да засилят или инхибират миграцията на неутрофилите. Във връзка с фагоцитозата неутралните протеинази също имат редица ефекти. По-специално, еластазата може да образува опсонин C3b; C3b също е важен за адхезията на частиците към повърхността на неутрофилите. Следователно, самият неутрофил осигурява механизъм за усилване на фагоцитозата. Както катепсин G, така и еластазата повишават афинитета на Fc рецептора на неутрофилната мембрана към имуноглобулиновите комплекси и, съответно, повишават ефективността на поемане на частици.

Благодарение и на способността на лизозомните ензими да активират системата на комплемента, каликреин-кинин, коагулацията и фибринолизата и да освобождават цитокини и лимфокини, възпалението се развива и се самоподдържа за дълго време.

Най-важното свойство неензимни катионни протеини,съдържащ се както в азурофилните, така и в специфичните гранули на неутрофилите, са техните високи микробицидни свойства. В тази връзка те са в синергично взаимодействие със системата миелопероксидаза - водороден прекис. Катионните протеини се адсорбират върху отрицателно заредената бактериална клетъчна мембрана чрез електростатично взаимодействие. В резултат на това се нарушава пропускливостта и структурата на мембраната и настъпва смъртта на микроорганизма, което е предпоставка за последващ ефективен лизис от лизозомни протеинази. Извънклетъчно освободените катионни протеини медиират повишен съдов пермеабилитет (главно чрез индуциране на дегранулация на мастоцитите и освобождаване на хистамин), адхезия и емиграция на левкоцити.

Основен източник цитокини(монокини) по време на възпаление се стимулират моноцитите и макрофагите. В допълнение, тези полипептиди се произвеждат от неутрофили, лимфоцити, ендотелни и други клетки. Най-изследваните цитокини са интерлевкин-1 (IL-1) и тумор некрозис фактор (TNF). Цитокините повишават съдовия пермеабилитет (по неутрофилно-зависим начин), адхезията и емигрирането на левкоцитите. Наред с провъзпалителните свойства, цитокините също могат да бъдат важни за директната защита на тялото, стимулирайки неутрофилите и моноцитите да убиват, абсорбират и усвояват нахлуващите микроорганизми, както и засилване на фагоцитозата чрез опсонизиране на патогенния агент.

Като стимулират почистването на рани, клетъчната пролиферация и диференциация, цитокините засилват репаративните процеси. Наред с това те могат да медиират разрушаването на тъканите (разграждане на хрущялния матрикс и костна резорбция) и по този начин да играят роля в патогенезата на заболявания на съединителната тъкан, по-специално ревматоиден артрит.

Действието на цитокините предизвиква и редица метаболитни ефекти, които са в основата на общите прояви на възпалението - треска, сънливост, анорексия, метаболитни промени, стимулиране на хепатоцитите към повишен протеинов синтез остра фаза, активиране на кръвоносната система и др.

Цитокините взаимодействат помежду си, с простагландини, невропептиди и други медиатори.

Възпалителните медиатори също включват редица лимфокини- полипептиди, произведени от стимулирани лимфоцити. Най-изследваните от лимфокините, които модулират възпалителния отговор, са макрофаг инхибиторен фактор, макрофаг-активиращ фактор и интерлевкин-2. Лимфокините координират взаимодействието на неутрофилите, макрофагите и лимфоцитите, като по този начин регулират възпалителния отговор като цяло.

Активни кислородни метаболити,На първо място, свободните радикали - супероксиден анионен радикал, хидроксилен радикал HO, перхидроксил, поради наличието на един или повече несдвоени електрони във външната им орбита, имат повишена реактивност с други молекули и следователно значителен разрушителен потенциал, което е важно при патогенезата на възпалението. Източникът на свободни радикали, както и други получени от кислород медиатори и модулатори на възпалението - водороден пероксид (H 2 0 2), синглетен кислород (f0 2), хипохлорид (HOC1) са: респираторната експлозия на фагоцитите по време на тяхната стимулация, каскадата на арахидоновата киселина в процеса на образуване на ейкозаноиди, ензимни процеси в ендоплазмения ретикулум и пероксизоми, митохондрии, цитозол, както и автоокисляване на малки молекули като хидрохинони, левкофлавини, катехоламини и др.

Ролята на активните метаболити на кислорода при възпаление е, от една страна, да повишат бактерицидната способност на фагоцитите и, от друга страна, в техните медиаторни и модулаторни функции. Медиаторната роля на активните метаболити на кислорода се дължи на способността им да предизвикват липидна пероксидация, окисление на протеини, въглехидрати и увреждане на нуклеиновите киселини. Тези молекулярни промени са в основата на феномените, причинени от активни метаболити на кислорода, които са характерни за възпалението - повишен съдов пермеабилитет (поради увреждане на ендотелните клетки), стимулиране на фагоцитите.

Модулираща роля , активните кислородни метаболити могат да се състоят както от засилване на възпалителните явления (чрез индуциране на освобождаването на ензими и взаимодействие с тях при тъканно увреждане; не само иницииране, но и модулиране на каскадата на арахидоновата киселина), така и от противовъзпалителни ефекти (поради инактивиране на лизозомния хидролази и други възпалителни медиатори).

Реактивните метаболити на кислорода са важни за поддържането на хронично възпаление.

Медиаторите и модулаторите на възпалението също включват невропептиди- вещества, освободени от С-влакна в резултат на активиране от възпалителен агент на мултимодални ноцицептори, които играят важна роля при възникването на аксонни рефлекси в крайните клонове на първичните аферентни (чувствителни) неврони. Най-изследваните са субстанция Р, пептид, свързан с ген на калцитонин, неврокинин А. Невропептидите повишават съдовата пропускливост и тази способност до голяма степен се медиира от медиатори, получени от мастоцитите. Между немиелинизираните нерви и мастоцитите има мембранни контакти, които осигуряват комуникация между централната нервна система и мястото на възпалението.

Невропептидите взаимодействат синергично, за да увеличат васкуларния пермеабилитет както помежду си, така и с хистамин, брадикинин, С5а, тромбоцит-активиращ фактор, левкотриен В4; антагонистично - с АТФ и аденозин. Те също имат потенциращ ефект върху набирането и цитотоксичната функция на неутрофилите и засилват адхезията на неутрофилите към ендотела на венулите. В допълнение, невропептидите повишават чувствителността на ноцицепторите към действието на различни медиатори, по-специално простагландин Е2 и простациклин, като по този начин участват в възстановяването на възпалителна болка.

В допълнение към горните вещества, възпалителните медиатори също включват ацетилхолив и катехоламини,освобождава се при стимулиране на холин и адренергични структури. Ацетилхолинът причинява вазодилатация и играе роля в аксон-рефлексния механизъм на артериална хиперемия по време на възпаление. Норепинефринът и адреналинът инхибират растежа на съдовата пропускливост, като действат главно като модулатори на възпалението.

Нашите експериментални резултати и публикувани данни показват, че регулирането на процесите на пролиферация, диференциация и апоптоза може да възникне в клетките на невробластома под въздействието на сублетални концентрации на широк спектър от вещества, включително промени в йонния състав на хранителната среда. Клетъчният цикъл и клетъчната диференциация се контролират от циклини и циклин-зависими кинази. Въпреки това, молекулярните механизми, лежащи в основата на диференциацията, все още са слабо разбрани. Предложен е прост модел на ензимна регулация със свързващи центрове за органични субстрати и неорганични йони. Активността на такъв ензим зависи не само от наличието на субстрата, но и от вътреклетъчните активности на неорганичните йони. Йонният състав на цитоплазмата може да регулира фино различни ензимни системи на клетката.

клетъчна култура

невробластом

пролиферация

диференциация

неорганични йони

1. Асланиди К.Б., Булгаков В.В., Замятнин А.А. (младши), Майевски Е.И., Чайлахян Л.М. Модел на метаболитна регулация на мембранната електрогенеза в животински клетки. // ДАН. – 1998. – Т.360, № 6. – С. 823–828.

2. Асланиди К.Б., Мякишева С.Н., Иваницки Г.Р. Йонна регулация на пролиферацията на миши невробластомни клетки NIE-115 in vitro // ДАН - 2008. - Т. 423, № 2. - С. 1 - 3.

3. Асланиди К.Б., Мякишева С.Н. Влиянието на компонентите на околната среда върху времето на диференциация и продължителността на живота на миши невробластомни клетки NIE-115. //Биологични мембрани – 2011. – Т. 28, № 3. – С. 181–190.

4. Мякишева С.Н., Костенко М.А., Дриняев В.А., Мосин В.А. Пролиферация и морфологична диференциация на невробластомни клетки в култура под влияние на авермектини // Морфология. – 2001. – Т.120, № 6. – С.24–26.

5. Мякишева С.Н., Крестинина О.В. Изследване на ефекта на мелатонин върху пролиферацията и индукцията на диференциация на миши невробластомни клетки N1E-115 // Съвременни въпросинаука и образование. – 2014. – №6.

6. Мякишева С.Н., Крестинина О.В., Асланиди К.Б. Мелатонинът инхибира пролиферацията и индуцира диференциацията на клетките на невробластома. //Сборник статии: Сборник доклади от Международна научна конференция SCVRT2013–14. Москва-Протвино – 2013–2014. – с. 153–156.

7. Тирас К.П., Петрова О.Н., Мякишева С.Н., Попова С.С., Асланиди К.Б. Влиянието на слаби магнитни полета в различни фази на регенерация на планарията. // Биофизика – 2015. – Т.60, № 1. – С. 158 – 163.

8. Асланиди К.Б., Боицова Л.Й., Чайлахян Л.М., Кублик Л.Н., Марачова И.И., Потапова Т.В., Виноградова Т.А. Енергийно сътрудничество чрез йон-пропускливи връзки в смесени клетъчни култури. // FEBS Letters – 1991. – Vol.283, No. 2. – С.295–297.

9. Асланиди К.Б., Панфилов А.В. Моделът на Boyle-Conway, включващ ефекта на електрогенна помпа за невъзбудими клетки // Mathematical Biosciences - 1986. - Vol.79. – С.45–54.

10. Bell J.L., Malyukova A., Kavallaris M., Marshall G.M., Cheung B.B. TRIM16 инхибира клетъчната пролиферация на невробластома чрез регулиране на клетъчния цикъл и динамична ядрена локализация. // Клетъчен цикъл – 2013. – 15 март; 12 (6): 889–98. doi: 10.4161/cc.23825. Epub 2013, 19 февруари.

11. Cheung W.M., Chu P.W., Kwong Y.L. Ефекти на арсенов триоксид върху клетъчната пролиферация, апоптоза и диференциация на човешки невробластомни клетки // Cancer Lett. – 2007. – 8 февруари; 246 (1–2): 122–8. Epub 2006, 29 март.

12. Chu J., Tu Y., Chen J., Tan D., Liu X., Pi R. Ефекти на мелатонина и неговите аналози върху нервните стволови клетки // Mol Cell Endocrinol - 2016. - 15 януари;420:169 –79. doi: 10.1016/j.mce.2015.10.012. Epub 2015 21 октомври.

13. Duffy DJ, Krstic A, Schwarzl T, Halasz M, Iljin K, Fey D, Haley B, Whilde J, Haapa-Paananen S, Fey V, Fischer M, Westermann F, Henrich KO, Bannert S, Higgins DG, Kolch W. Wnt сигнализирането е двупосочна уязвимост на раковите клетки // Oncotarget – 2016. – 11 август. doi: 10.18632/oncotarget.11203. .

14. Dziegiel P., Pula B., Kobierzycki C., Stasiolek M., Podhorska-Okolow M. Металотионеини в нормални и ракови клетки // Adv Anat Embryol Cell Biol – 2016; – 218:1–117. doi: 10.1007/978–3–319–27472–0_1.

15. Gohara D.W., Di Cera E. Молекулярни механизми на ензимно активиране от моновалентни катиони. // J Biol Chem – 2016. – Септември. 30; 291 (40): 20840–20848. Epub 2016, 26 юли.

16. Hiyoshi H, Abdelhady S, Segerström L, Sveinbjörnsson B, Nuriya M, Lundgren TK, Desfrere L. Покой и γH2AX при невробластома се регулират от ouabain/Na,K-ATPase. // Br J Рак. – 2012. – 22 май; 106 (11): 1807–15. doi: 10.1038/bjc.2012.159. Epub 2012, 24 април.

17. Икрам Ф., Акерман С., Калърт Й., Воланд Р., Роелс Ф., Енгесер А., Хертвиг Ф., Кочак Х., Херо Б., Дрейдакс Д., Хенрих К.О., Бертолд Ф. , Nürnberg P., Westermann F., Fischer M. Транскрипционен фактор, активиращ протеин 2 бета (TFAP2B) медиира норадренергичната невронална диференциация при невробластома. // Mol Oncol – 2016. – Feb;10(2):344–59. doi: 10.1016/j.molonc.2015.10.020. Epub 2015 г., 7 ноември.

18. Leung Y.M., Huang C.F., Chao C.C., Lu D.Y., Kuo C.S., Cheng T.H., Chang L.Y., Chou C.H. Зависими от напрежение К+ канали играят роля в стимулираната от сАМР невритогенеза в N2A клетки на миши невробластом // J Cell Physiol – 2011. – Apr;226(4):1090–8. doi: 10.1002/jcp.22430.

19. Luksch R., Castellani MR, Collini P., De Bernardi B., Conte M., Gambini C., Gandola L., Garaventa A, Biasoni D, Podda M, Sementa AR, Gatta G, Tonini GP. Невробластом (периферни невробластни тумори). // Crit Rev Oncol Hematol – 2016. – Ноем. – 107:163–181. doi: 10.1016/j.critrevonc.2016.10.001. Epub 2016, 6 октомври.

20. Morgan D.O. Принципи на регулиране на CDK. // Природа – 1995, кн. 374. – С. 131–134.

21. Нариманов А.А., Кублик Л.Н., Мякишева С.Н. Влияние на екстракта от цианоза син Polemonium Coeruleum L. върху растежа на трансформирани клетки in vitro. // Експериментална онкология –1996, том. 18. – С. 287–289.

22. Naveen CR, Gaikwad S., Agrawal-Rajput R. Берберинът индуцира невронална диференциация чрез инхибиране на стволови рак и епителен-мезенхимален преход в невробластомни клетки. // Фитомедицина – 2016, 15 юни. –23(7). – С. 736–44. doi: 10.1016/j.phymed.2016.03.013. Epub 2016, 13 април.

23. Русо М., Русо Г.Л., Даглия М., Каси П.Д., Рави С., Набави С.Ф., Набави С.М. Разбиране на генистеин при рак: „добрите“ и „лошите“ ефекти: преглед. // Food Chem – 2016, 1 април. – 196:589–600. doi: 10.1016/j.foodchem.2015.09.085. Epub 2015, 26 септември.

24. Сантамария Д., Ортега С. Циклини и CDKS в развитието и рака: уроци от генетично модифицирани мишки. // Front Biosci – 2006, 1 януари – 11. – P. 1164–88.

25. Yuan Y., Jiang C.Y., Xu H., Sun Y., Hu F.F., Bian J.C., Liu X.Z., Gu J.H., Liu Z.P. Индуцирана от кадмий апоптоза в първична култура на мозъчни кортикални неврони на плъхове се медиира от калциев сигнален път. // PLoS One – 2013, 31 май. – 8(5):e64330. doi: 10.1371/journal.pone.0064330. Печат 2013.

Невробластомът е най-честият солиден тумор детствои невробластомът представлява до 15% от всички смъртни случаи от рак в детска възраст. Невробластомът е тумор, възникващ от незрели клетки на ембрионалната симпатична нервна система. Под въздействието на различни фактори клетките на невробластома могат да пролиферират, да се диференцират или дедиференцират, а също и да умрат чрез механизмите на некроза или апоптоза. Има и периферни типове невробластоми, които възникват в надбъбречните жлези или в ретроперитонеалните ганглии, в костите и в костен мозък.

Невробластомните клетки са класически експериментален модел за изследване на механизмите на пролиферация, диференциация и апоптоза. Според PubMed най-малко 2 рецензии за невробластома се публикуват всяка седмица и обща сумапубликациите наближиха 37 000, увеличавайки се с почти 1500 годишно.

Корелацията между хистологичните и генетичните особености в клетките на невробластома е отбелязана от много изследователи и клиницисти. Развитието и патогенезата на ембрионалната нервна система се свързва главно с Wnt сигналния път. В клетките на невробластома, инхибирането на Wnt сигнализирането блокира пролиферацията и насърчава диференциацията, а хиперактивирането на Wnt сигнализирането насочва раковите клетки към апоптоза. По-рано показахме, че клетките на миши невробластом N1E-115 проявяват чувствителност към широк спектър от биологично активни вещества, както и към йонния състав на културалната среда. Остава обаче въпросът кои метаболитни пътища са общи както за много биологично активни вещества, така и за неорганичните йони, които са компоненти на хранителната среда.

Целта на работатае търсенето на цели, които съчетават влиянието на различни екзогенни биологично активни вещества и неорганични йони.

Морфология на миши невробластомни клетки N1E -115

Невробластомните клетки се култивират при 37 ° С в DMEM среда (Sigma, САЩ), допълнена с 10% фетален серум (Fetal Bovine Serum, Flow Laboratories, UK). Плътността на засяване в пластмасови бутилки (50 ml) е 104 клетки на cm2 със среден обем от 5 ml. Един ден след обичайната субкултура, средата беше променена на обичайната DMEM среда без серум. Клетъчните изследвания бяха проведени чрез интравитално наблюдение с помощта на микроскоп.

Ориз. 1. Типична морфология на пролифериращи (A), диференцирани (B) и мъртви (C) невробластомни клетки

Клетките, прилепнали към повърхността, са кръгли или овална форма, с наличие на къси процеси или без процеси се определят като пролифериращи (фиг. 1А). Критерият за клетъчна диференциация е увеличаване на размера и появата на дълги аксоноподобни процеси (фиг. 1B). Мъртвите клетки се дефинират като закръглени или деформирани клетки с фрагментирана структура на ядрото и цитоплазмата, обикновено неприлепнали към повърхността (фиг. 1В).

Ефект на фармакологичните лекарства върху клетките на невробластома

Преди това са изследвани процесите на пролиферация и морфологична диференциация на невробластомни клетки под въздействието на аверсектин С, диметилсулфоксид (DMSO) и форсколин. Делът на диференцираните клетки, дължащи се на използването на тези вещества в сублетални концентрации, достига 50% след пет дни култивиране. Ефектът на мелатонин върху клетките на невробластома е зависим от концентрацията в диапазона от 10-8M до 10-3M и води до инхибиране на пролиферацията и индуциране на диференциация. някои билкови препаратисъщо инхибират пролиферацията и индуцират диференциация. Подобно действиеклетките на невробластома са засегнати от билков препарат, получен от синя цианоза Polemonium coeruleum L. .

Представените експериментални данни показват, че описаните морфологични промени са наблюдавани при използване на сублетални концентрации на различни вещества, които активират или инхибират различни сигнални пътища, по-специално Wnt сигнализиране или MAPK/ERK сигнален път. Имайте предвид, че морфологията на пролифериращи, диференцирани или мъртви клетки е практически независима от естеството на активния фактор. Освен това по-долу ще бъде показано, че процесът на диференциация е придружен от естествена промяна в йонния състав на вътреклетъчната среда.

Ефект на неорганични йони върху клетките на невробластома

В нашите експерименти диференциацията на NIE-115 невробластомни клетки се наблюдава само в среда без серум. Установени са зависимости на скоростта на клетъчна диференциация от осмотичността на средата, концентрацията на Na+ йони, стойностите на рН и съдържанието на аминокиселини и въглехидрати в хранителната среда. Беше показано, че бързата диференциация води до бърза клетъчна смърт и максималната продължителност на живота на диференцираните клетки се осигурява от среда, в която времето на диференциация е сравнимо с продължителността на клетъчния цикъл. Като част от нашата теоретичен моделдиференциацията на клетките на невробластома настъпва при много специфични стойности на вътреклетъчните активности на неорганичните йони Na+, K+, Ca2+ и pH. Не е изненадващо, че някои фармакологични лекарства, които пряко влияят върху разпределението на неорганични йони между клетката и околната среда, по-специално ендогенният сърдечен гликозид уабаин, действащ върху Na+/K+ - АТФ-аза, причинява обратимо спиране на клетъчния цикъл в S -G2 във фаза на злокачествен невробластом при човека и повишаване на съдържанието на Na+ в цитоплазмата, което активира отварянето на Ca2+ канали и навлизането на Ca2+ в клетката. Обърнете внимание, че още в рамките на първия час от инкубацията на култивирани клетки с уабаин, инхибирането на Na+/K+ -ATPase доведе до почти пълна деполяризация на клетъчната плазмена мембрана. Клетките на N2A невробластом имат два вида волтаж-зависими K+ канали, които се инхибират от 4-аминопиридин и тетраетиламоний. Инхибирането на калиевите потоци в тези канали блокира диференциацията, особено невротогенезата, управлявана от вътреклетъчния сАМР.

Кадмиевите йони Cd2+ нарушават хомеостазата на свободния вътреклетъчен калций Ca2+, което води до апоптоза в различни клетки, включително в първичната култура на миши неврони. Cd2+ инхибира активността на Na+/K+ - ATPase, Ca2+ - ATPase и Mg2+ - ATPase, нарушава транспорта на Ca2+ в ендоплазмения ретикулум, причинявайки повишаване на вътреклетъчния Ca2+ и активиране на апоптотичния сигнален път в митохондриите. Арсеновият триоксид As2O3 в концентрация от около 0,5×10-6M също причинява дозозависимо инхибиране на пролиферацията, а при концентрации над 1,5×10-6M води до апоптоза на клетките на невробластома. Известно е, че арсенът As3+ участва в редокс реакции: окислително разграждане на сложни въглехидрати, ферментация, гликолиза и др. Възможно е As3+ да се конкурира с Ca2+ йони за съответните места на свързване на ензимите.

Всички промени в основните параметри на йонно-осмотичната хомеостаза по време на процеса на диференциация, които бяха описани в горните независими експерименти, могат да бъдат описани в рамките на най-простия модел, който отчита активния транспорт на Na + и K + йони.

Комплексообразуване на ензими с йони

Регулирането на функционалната активност чрез комплексообразуване с метални йони играе ключова роля в много ензимни реакции. До 40% от всички изследвани до момента протеини са металопротеини. Металите играят важна роля при формирането на структурата на протеините. Много ензими съдържат множество метали в техните активни центрове, разположени на различни места в протеиновата верига. В някои случаи замяната на един метал с друг може да потисне ензимната активност и да причини отравяне и смърт на тялото. Повечето протеини са свързани с двувалентни метали: Fe2+ участва в редокс цикли, Zn2+ - в каталитични реакции, Ca2+ определя стабилността на ензимната структура и играе ключова роля във вътреклетъчната сигнална система. Съществува семейство металопротеини с ниско молекулно тегло, които свързват Zn2+ и участват в най-важните физиологични процеси във всички живи същества, по-специално в процесите на канцерогенеза. За функционирането на биологичните макромолекули са необходими и едновалентни йони от група IA: Na + и K +.

Свързването на едновалентен катион към неговия алостеричен център води до активиране на ензима и превръщането на това събитие в промяна в каталитичната активност. Натриевите и калиеви йони са от съществено значение за функционирането на много ензими, включително кинази, шаперони, фосфатази, алдолази, рекомбинази, дехидрогенази и рибокинази, диалкилкарглицин декарбоксилази, триптофан синтаза, тромбин и Na/K-АТФази. Ефектите на Na+ или K+ йони за всички изследвани ензими са многопосочни.

Връзка между ензимната активност и локалната концентрация на йони в клетката

Преди повече от 20 години беше показано, че електрофизиологичните промени корелират с промените в синтетичните процеси. Както клетъчният цикъл, така и процесът на диференциация се контролират от циклини и циклин-зависими кинази Cdks. Нарушената активност на циклините и циклин-зависимите кинази води до развитие на тумори. В зависимост от дозата на някои лекарства в клетките се активират различни молекулярни механизми, в резултат на което може да се увеличи клетъчната пролиферация или да настъпи клетъчна диференциация, което води до апоптоза.

Връзката на ензимната активност с йонно-осмотичната хомеостаза на клетката се проявява ясно в теоретичен модел, който отчита потока на субстрати и метаболитни продукти през плазмената мембрана при различни функционални натоварвания, като синтез на нуклеинова киселина, синтез на протеини, липиди синтез или двигателна активност, която изисква голяма консумация на АТФ. Резултатите, получени с помощта на този модел, могат да обяснят експериментално наблюдаваните промени в йонната пропускливост на клетъчната мембрана, мембранния потенциал и вътреклетъчните активности на неорганичните йони по време на клетъчния цикъл и по време на диференциацията. Имайте предвид, че наличието на дозозависими ефекти, регистрирани по време на действието на много вещества върху процесите на пролиферация, диференциация и клетъчна смърт, показва вероятностен механизъм на взаимодействие както на биологично активни вещества, така и на неорганични йони с ензима, който е основната цел. Такива мишени, които комбинират влиянието на неорганични катиони и органични субстрати, могат да бъдат по-специално циклин-зависими кинази или циклини.

Уравнението на Михаелис-Ментен за ензим, който има свързващи центрове както за органичен субстрат, така и за неорганични йони е:

където P е скоростта на ензимната реакция; - вътреклетъчна активност на органичен субстрат или специфичен неорганичен йон; - вътреклетъчна активност на органичен субстрат или специфичен неорганичен йон, инхибиращ този център, kmi и kii - видими константи на асоцииране на органичен субстрат или специфичен неорганичен йон и техните инхибитори. Подобен израз за скоростта на ензимната реакция беше използван преди това, за да се опише функционирането на Na+/K+ -ATPase на плазмената мембрана, когато йонният състав на външната среда се промени и показа добро съответствие с резултатите от редица независими електрофизиологични изследвания. експерименти. Горното уравнение означава, че скоростта на ензимната реакция P се определя от произведението на вероятностите за запълване на всички n ензимни свързващи места. В този случай активността на ензима зависи от вътреклетъчните концентрации на много йони, а ролята на йонно-осмотичната хомеостаза е да поддържа вътреклетъчните концентрации на йони на ниво, което позволява фино регулиране на превключването на различни ензимни системи. В този случай ограничаващият фактор за ензимната активност може да бъде вътреклетъчната концентрация на всеки йон, ако вътреклетъчните концентрации на други йони са оптимални, т.е. вероятностите за запълване на съответните места на свързване са близки до единица.

Заключение

Взети заедно, представените данни показват, че морфогенезата на невробластома in vitro може да бъде контролирана от различни влияния, както на биологично активни вещества, така и на йонния състав на хранителната среда. Всички обсъдени по-горе и получени в независими експерименти биологични ефектилесен за тълкуване в рамките на модел за регулиране на ензимната активност, който предполага завършване на единичен акт с едновременно запълване на всички места за свързване на субстрати и неорганични йони.

Наистина, при условия на култивиране могат да се реализират две стратегии за развитието на невробластомни клетки. Една стратегия е неговата диференциация и стареене и в крайна сметка индивидуална смърт (апоптозна или некротична). Друг може да бъде повишена пролиферация и дори дедиференциация. Първият сценарий се развива върху среди без серум и се засилва при излагане на екзогенни или ендогенни увреждащи фактори, по-специално при излагане на сублетални концентрации на голямо разнообразие от вещества или определени променийонен състав на хранителната среда. На телесно ниво при достигане на определена граница на компенсаторните възможности на клетките се нарушава тъканната и функционална хомеостаза в жизненоважни органи, което води до стареене и последваща смърт на целия организъм. При условията на култивиране наличието на серум, по-специално наличието на биологично активни вещества, насърчава процеса на пролиферация. На ниво тяло повишената пролиферация на стволови клетки води до развитие на клонинг на неопластични клетки, туморен растеж и последваща смърт на тялото. И двете обсъдени стратегии са многоетапни процеси, някои стъпки от които са добре характеризирани, докато други изискват допълнителни изследвания. По-специално, присъствието на ключов ензим, който има свързващи места за органичен субстрат и неорганични йони, може да бъде открито с помощта на слаби магнитни полета, настроени в резонанс с определени неорганични йони, като Na+, K+, Ca2+.

Библиографска връзка

Мякишева С.Н., Крестинина О.В., Асланиди К.Б. ВЪЗМОЖНИ МЕХАНИЗМИ ЗА РЕГУЛИРАНЕ НА ПРОЦЕСИТЕ НА ПРОЛИФЕРАЦИЯ, ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ И АПОПТОЗА В КЛЕТКИ НА НЕВРОБАСТОМА // Международно списание за приложни и фундаментални изследвания. – 2016. – No 12-8. – С. 1451-1455;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11060 (дата на достъп: 25.12.2019 г.). Предлагаме на вашето внимание списания, издадени от издателство "Академия за естествени науки"