Выбор нами данной темы, характеризуется необходимостью знать, что смерть клетки это постоянное, нормальное проявление жизнедеятельности организма, и в здоровом состоянии оно сбалансировано физиологической регенерацией клеток. Как структурные компоненты клеток, так и целые клетки изнашиваются, стареют, гибнут и требуют замены[1]. Поддержание различных органов и тканей в здоровом состоянии невозможно без “естественного” физиологического обновления, а, следовательно, без смерти отдельных клеток. Такая смерть клеток получила название “апоптоз”. Апоптоз – это программируемая смерть клетки.[5] Прямая связь апоптоза и многих патологических состояний сегодня уже не вызывает сомнения. Исследования нарушения функции многих генов, регулирующих апоптоз, позволят разрабатывать совершенно новые направления в терапии этих заболеваний. Изучение механизмов апоптоза, откроет новые возможности в лечении злокачественных опухолей, вирусных инфекций, некоторых заболеваний нервной системы, иммунодефицитов и аутоиммунных заболеваний.[8] Например, при злокачественных опухолях и лимфопролиферативных заболеваниях требуется усилить апоптоз, а при заболеваниях, характеризующихся поражением клеток, необходимо ослабить его. Эта тема становится актуальна, так как по прогнозам ВОЗ, заболеваемость и смертность от злокачественных новообразований до 2020 года во всем мире увеличится в 1,5-2 раза. Несмотря на все нововведения, смертность от онкологических заболеваний в Казахстане занимает второе место в структуре смертности населения. Ежегодно от рака умирает порядка 17000 человек, из которых 42% – лица трудоспособного возраста. Ежегодный прирост числа больных со злокачественными новообразованиями составляет 5%. Наиболее часто встречающимися злокачественными новообразованиями в 2011 году в республике Казахстан были: рак молочной железы (11,6%), рак легкого (11,4%), рак кожи (10,7%), далее – рак желудка (8,8%), рак шейки матки (4,8%), рак пищевода (4,4%), гемобластозы (4,4%), рак ободочной (4,4%) и прямой кишки (4,1%).
Цель работы, выявить роль нарушений механизмов апоптоза в развитии злокачественных опухолей.
Основные задачи:
1 Описать механизм апоптоза, раскрыть роль цитокинов, а также белков инициирующих нарушение апоптоза в частности белка P53, bcl2.
2Дать общее представление злокачественным опухолям. Установить причины развития злокачественных образований в связке с апоптозом.
Глава I
1.1 Общее представление об апоптозе
Термин Апопто́з (греч. Απόπτωσις ) предложил в 1972 году J.F.Kerr для обозначения “программируемой клеточной смерти”, заимствовав этот термин у Гиппократа, назвавшего так “осенний листопад”.Апоптоз может быть включен множеством внутренних и внешних сигналов и направлен на освобождение от старых или наработанных в избытке клеток, а также от клеток с нарушениями дифференцировки и повреждением генетического вещества, в том числе и при вирусном заражении. Морфологические признаки апоптоза хорошо известны, являются следствием контролируемого самопереваривания, представлены сморщиванием клетки, конденсацией и фрагментацией ядра, разрушением цитоскелета и буллезным выпячиванием клеточной мембраны. Многое в регуляции апоптоза и в путях его реализации остается неясным. При наличии столь сложных и консервативных путей генетической регуляции апоптоза, он может происходить в клетках, лишенных ядра, в условиях ареста белкового синтеза, а также и в изолированных ядрах, находящихся вне клеток. Клетки могут подвергаться апоптозу в любой стадии клеточного цикла, при этом чувствительность их к апоптотическим стимулам различна. Фрагменты погибшей клетки обычно очень быстро (в среднем за 90 минут[7]) фагоцитируются макрофагами, либо соседними клетками, минуя развитие воспалительной реакции. Морфологически регистрируемый процесс апоптоза продолжается 1—3 часа.[4] Одной из основных функций апоптоза является уничтожение дефектных (повреждённых, мутантных, инфицированных) клеток. В многоклеточных организмах апоптоз к тому же задействован в процессах дифференциации и морфогенеза, в поддержании клеточного гомеостаза, в обеспечении важных аспектов развития и функционирования иммунной системы. Апоптоз наблюдается у всех эукариотов, начиная от одноклеточных простейших и вплоть до высших организмов. В программируемой смерти прокариотов участвуют функциональные аналоги эукариотических белков апоптоза.[3] В организме среднестатистического взрослого человека порядка 50—70 миллиардов клеток погибает ежедневно в результате апоптоза. Для среднестатистического ребёнка в возрасте от 8 до 14 лет число клеток, погибших путём апоптоза, составляет порядка 20—30 миллиардов в день. Суммарная масса клеток, которые на протяжении 1 года жизни подвергаются разрушению, эквивалентна массе тела человека. При этом восполнение утраченных клеток обеспечивается за счёт пролиферации — увеличения клеточной популяции путём деления.
1.2 Механизм апоптоза
Apoptosis в норме происходит при повреждении клетки, т-киллер приближается к мембране больной клетки и высвобождает сигнализатор смерти, рецепторы смерти на мембране поврежденной клетки, соединяются между собой и проникают через мембрану, во внутреннюю часть клетки, где соединяются с сигнальным белком, после чего происходит привлечение и активация белка Прокаспазы 8, сам по себе белок Прокаспаза 8 выполняет функцию запуска последовательных явлений, запускаемых в ответ на проапоптические сигналы и в конечном счете приводящие к разрезанию серии белков, что приводит к разборке клетки. После активации Каспазы 8, активируется Каспаза 3. Каспаза 3 разделяет другие белки, убирая части молекул, которые тормозят дальнейшие реакции, тем самым активируя белок. Происходит каскадное усиление сигнала. Хромопротеин Цитохром- ц высвобождается из митохондрии, который активирует белок APAF1. Белок APAF-1 собирает белок Каспаза 9 и создает белковую структуру Апоптосому. Апоптосома активирует белок Каспаза 3. Активизированный белок Каспаза 3 разрушает актиновый цитоскелет, то есть непосредственно скелет клетки, ядро распадается на части, происходит пикноз с последующим кариорексисом, происходит фрагментация ядра на пузырьки вместе с внутриклеточным содержимым, образуются апоптические тельца, далее они захватываются соседними клетками или фагоцитами. Все эти процессы в клетке происходят при правильном механизме действия апоптоза, при нарушении цепи последовательности или не активации одного из звеньев апоптоз происходить не будет. При нарушении апоптоза происходит развитие аутоиммунных заболеваний, а так же развитие злокачественных опухолей.[6.10] Немаловажную роль в механизме апоптоза играют Цитокины. Цитокины это небольшие пептидные молекулы, которые выделяются на поверхность клетки №1 и взаимодействуют с другой находящейся рядом клеткой № 2 далее передается сигнал, который активизирует процессы во второй клетке . Образуются цитокины в основном в клетках лимфоцитах, макрофагах, гранулоцитов. Цитокины регулируют рост, дифференциацию, активность клеток и конечно участвуют в механизме апоптоза.
Глава II
2.1 Образование опухолей
Злокачественная опухоль — это неконтролируемое организмом разрастание ткани, продолжающееся после прекращения действия причин, его вызвавших. Злокачественная опухоль состоит из качественно изменившихся (атипичных) клеток, которые передают новые свойства потомству. Нарушается апоптоз — естественное отмирание клеток тканей. Основными признаками злокачественной опухоли являются: 1) строение, положение и взаимоотношение клеток, отличное от строения ткани, из которых они произошли, клетки опухоли значительно отличаются от окружающих тканей, и чем больше это отличие, тем более злокачественной является опухоль. Самыми опасными считаются недифференцированные опухоли, которые состоят из клеток, похожих на клетки эмбриона, когда идет только закладка тканей и все они одинаковы по строению). 2) отсутствие соединительнотканной оболочки, отделяющей опухоль от здоровых тканей. 3) автономный быстрый рост и распространение опухоли. 4) способность опухоли прорастать в окружающие ткани, повреждая их. 5) способность опухоли распространяться, давать метастазы, через кровеносные и лимфатические пути.
2.2 Причины развития злокачественной опухоли
Под воздействием факторов внешней среды в клетках тканей происходят генетические изменения, то есть мутация. Наша окружающая среда сегодня оставляет желать лучшего, поэтому в организме человека постоянно происходят мутации клеток. Но наша иммунная система стоит на страже: она моментально запускает процесс апоптоза и уничтожает поврежденные, атипичные клетки. Во всех опухолевых клетках наблюдается нарушение апоптоза. Эта поломка может происходить на разных этапах апоптоза, например, может происходить мутация гена р53, что приведен к тому, что мутантный протеин-р53 будет накапливаться в клетке в избыточном количестве, но не будет вызывать апоптоз несмотря на дефекты в геноме клетки, что приведет к пролиферации клеток с нарушенным геномом, причем с каждым последующим делением нарушения в ДНК будут накапливаться. Иногда в опухолевых клетках может накапливаться и нормальный, или «дикий», протеин р53, если поломка в механизме апоптоза происходит на других уровнях. При хронических лимфоидных лейкемиях наблюдается накопление продуктов гена bcl-2, что приводит к патологическому удлинению срока жизни опухолевых клеток и резистентности клеток к различным проапоптотическим факторам. Иногда нарушается передача сигналов от рецепторов гибели клеток, например, с рецептора к TNF-α. TNF-α принимает участие в регуляции клеточной популяции по типу обратной связи. Все клетки в популяции выделяют TNF-α в небольших количествах; чем больше клеток в ткани, тем выше концентрация TNF-α, а значит и уровень апоптоза. Таким образом достигается баланс между пролиферацией и гибелью клеток. Опухолевые клетки теряют способность подвергаться апоптозу под действием этого цитокина, при этом он накапливается в большом количестве в опухолевой ткани. В результате этого TNF-α начинает в большом количестве попадать в кровоток и вызывать апоптоз паренхиматозных клеток во многих органах, приводя к кахексии. Наиболее хорошо изученным механизмом подавления апоптоза, является аутокринное и паракринное повышение экспрессии ростовых факторов и рецепторов к ним, возникающее в опухолевых клетках вследствие активации онкогенов. Именно это свойство делает клетки опухолевого клона независимыми от микроокружения и лежит в основе их метастазирования.
2.3 Апоптоз в образовании опухолей
Важнейшей точкой приложения активностей онкогенов и опухолевых супрессоров является регуляция апоптоза (программированной гибели клеток). При апоптозе клетка совершает самоубийство с минимальным вредом для организма в ответ на повреждение ДНК, на активацию онкогенов, или на недостаток кислорода. Опухолевая клетка должна избегать апоптоза. Для этого может быть использовано несколько способов. Для этого можно инактивировать инициациаторы апоптоза, например р53, или активировать ингибиторы апоптоза например белки Bcl-2 [2] . Если такие белки синтезируются в избытке, то они выполняют функцию онкобелков, не позволяя клетке погибнуть. Белок Всl2 – один из основных регуляторов апоптоза, может останавливать апоптоз, опосредуемый белком р53 или иными механизмами. Bcl-2 белок, локализован в митохондриях, эндоплазматическом ретикулуме и перинуклеарной мембране. Он подавляет естественно происходящую клеточную гибель, предположительно путем регуляции тока кальция в клетке. Bcl-ХL по-видимому, обладает сходными функциями. Он экспрессируется в зрелых нейронах . В отличие от этого другой белок – Вах (проапоптотический белок) гетеродимеризуется с Вс1-2 или Bcl-XL и усиливает программируемую клеточную гибель. Соотношение этих двух белков к Вах определяет чувствительность клеток к апоптозу.Белок с молекулярной массой 26 кДа, кодируемый геном bcl-2 , содержит трансмембранный домен и локализуется в митохондриальной мембране , эндоплазматическом ретикулуме, ядерной мембране и даже в митотических хромосомах Белок Bcl-2 относится к классу G-белков. В норме этот белок, частично ассоциирован с клеточной мембраной , а также обнаруживается в перинуклеарном эндоплазматическом ретикулуме. Он экспрессируется в пре-В-клетках, но отсутствует в терминально дифференцированных В-клетках. Считается, что Bcl-2 блокирует программированную клеточную смерть в В-клетках и поддерживает способность к иммунному ответу.Белок Bcl-2, обладает гомологией с одним из белков EBV.Показана комплементация продуктов генов bcl-2 и c-Ha-ras , которые имеют сходную локализацию и сходные биохимические свойства. Котрансфекция этих белков в фибробласты грызунов приводила к морфологической трансформации клеток . Котрансфекция Bcl-2 с ядерными онкобелками (например, c-Myc) не вызывала подобный эффект. В то же время продукты онкогенов c-myc и c-Ha-ras комплементируют друг с другом. Следовательно, сходные онкобелки (Bcl-2 и c-Ha-Ras) регулируют, по-видимому, различные комплементарные пути, приводящие к клеточной трансформации . В экспериментах на трансгенных мышах показано, что избыточная экспрессия гена BCL2 в В-лимфоцитах приводит к развитию своеобразного доброкачественного поликлонального лимфопролиферативного синдрома . Эти данные позволяют предположить, что нарушения экспрессии гена BCL2 играют ключевую роль в патогенезе лимфом из клеток центра фолликула. Когда клетка пролиферируется онкогенами, в отсутствии ростовых факторов она погибает вследствие апоптоза . Возможно, дело обстоит следующим образом. Нормальная клетка стимулируется к пролиферации комбинациями ростовых факторов (обычно два или более)[9]. В их отсутствие она впадает в состояние G0 или просто замедляет деление. Но если онкогены заставляют ее делиться, а ростовых факторов нет, то клетка впадает в апоптоз . Самоубийство от безисходности – должна, но не может делиться. Но секреция ростовых факторов опухолью позволяет клетке не идти на крайние меры и не предпринимать самоубийство, а продолжать деление.
Заключение
В представленной работе нами были рассмотрены основные вопросы, касающиеся нарушений механизмов апоптоза в развитии злокачественных опухолей.
-Установлено, что апоптоз это программированная гибель клеток, характеризующаяся запуском сложной последовательности различных белков, которые активируя друг друга, запускают каскадное усиление и последующую гибель клетки. Что, в конечном счете, приводит к пикнозу и кариорексису. Дефрагментацией апоптозируемой клетки и поглощением ее остатков системой макрофагов.
– Цитокины регулируют рост, дифференциацию, активность клеток и конечно участвуют в механизме апоптоза.
-В основе апоптоза лежит два основных белка, которые ингибируют или катализируют действие апоптоза. Bcl-2. Подавляет апоптоз, регулирует клеточную смерть, контролируя проницаемость митохондриальной мембраны. Ингибирует каспазы за счёт предотвращения выхода цитохрома-ц из митохондрий и/или за счёт связывания фактора, активирующего апоптоз — APAF1. p53 выполняет функцию супрессора образования злокачественных опухолей.
– Злокачественная опухоль — это неконтролируемое организмом разрастание ткани, опухоль является одним из главных последствий нарушения механизма апоптоза.
