Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Цитокины

Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Цитокины – белки гл. обр. активированных клеток иммунной системы, обеспечивающие межклеточные взаимодействия.

К цитокинам относятся интерфероны (ИНФ), интерлейкины (ИЛ), хемокины, факторы некроза опухоли (ФНО), колониестимулирующие факторы (КСФ), факторы роста.

Цитокины действуют по эстафетному принципу: воздействие цитокина на клетку вызывет образование ею других цитокинов (цитокиновый каскад).

Различают интракринный, аутокринный, паракринный и эндокринный механизмы действия цитокинов.
1. Интракринный механизм – действие цитокинов внутри клетки-продуцента; связывание цитокинов со специфическими внутриклеточными рецепторами.
2. Аутокринный механизм – действие секретируемого цитокина на саму секретирующую клетку.

Например, интерлейкины-1, -6 -18, ФНОα являются аутокринными активирующими факторами для моноцитов/макрофагов.
3. Паракринный механизм – действие цитокинов на близкорасположенные клетки и ткани.

Например, ИЛ-1, -6 -12 и -18, ФНОα, продуцируемые макрофагом, активируют Т-хелпер (Th0), распознающий антиген и МНС макрофага (Схема аутокринно-паракринной регуляции иммунного ответа).
4. Эндокринный механизм – действие цитокинов на расстоянии от клеток-продуцентов.

Например, ИЛ-1, -6 и ФНОα, помимо ауто- и паракринных воздеиствий могут оказывать дистантное иммунорегуляторное действие, пирогенный эффект индукцию выработки белков острой фазы гепатоцитами, симптомы интоксикации и мультиорганные поражения при токсико-септических состояниях.

Аутокринно-паракринная регуляция иммунного ответа

Интерлейкины (ИЛ) – цитокины, ответственные за межклеточные взаимодействия между лейкоцитами. Описано около 20 интерлейкинов.

Факторы некроза опухоли. Различают: собственно фактор некроза опухоли (ФНО), или ФНОα лимфотоксины, или ФНОβ. ФНОα продуцируется макрофагами, а также тучными клетками и лимфоцитами.

Он обусловливает развитие токсического шока и кахексии (старое название кахектин), индуцирует острофазные белки и стимулирует ангиогенез. Может индуцировать апоптоз. Способен вызывать геморрагический некроз ряда опухолей.

ФНОα продуцируется Т- и В-лимфоцитами, обладает аналогичным действием.

Интерфероны – гликопротеины, вырабатываемые клетками в ответ на вирусную инфекцию и другие стимулы. Блокируют репликацию вируса в других клетках и участвуют во взаимодействии между клетками иммунной системы. Различают две серологические группы интерферонов: I типа – ИНФ-α и -β и II типа – ИФН-γ.

Интерфероны I типа оказывают противовирусные и противоопухолевые эффекты, в то время как интерферон II типа регулирует специфический иммунный ответ и неспецифическую резистентность.
ИНФ-α и ИНФ-β отличаясь по структуре и клеткам-продуцентам, обладают практически одинаковым механизмом действия.

В норме ИНФ-α продуцируется мононуклеарными фагоцитами (отсюда одно из названий – “лейкоцитарный ЛФН”), а ИНФ-β – фибробластами (“фибробластный ИФН”) . Под воздействием микроба секретируются многими клетками. Усиливают продукцию ИФН пирогеиное действие ИЛ-1 и понижение рН в межклеточной жидкости на фоне повышения температуры.

Защитное действие ИНФ I типа реализуется посредством ингибирования репликации РНК или ДНК под воздействием олигоаденилат-синтетазы, которую продуцируют интерферон-содержащие клетки. ИНФ I типа, связываясь со здоровыми клетками, защищает их от вирусов.

Антивирусное действие ИНФ I типа может обусловливаться и тем, что он способен угнетать клеточную пролиферацию, препятствуя синтезу аминокислот, например триптофана. Этот механизм, а также способность индуцировать програмированную клеточную гибель некоторых опухолей лежат в основе противоопухолевого действия ИФН I типа.

Кроме того, ИНФ I типа усиливает литическое действие нормальных киллеров на клетки-мишени, в том числе трансформированные клетки, индуцирует экспрессию антигенов МНС I и, наоборот, подавляет формирование тех же антигенов МНС II.
ИФН-γ (“иммунный ИФН”) продуцируется Т-лимфоцитами и NK. Стимулирует активность Т- и В-лимфоцитов, моноцитов/макрофагов и нейтрофилов.

Усиливает экспрессию молекул МНС I, МНС II. Стимулирует дифференцировку ThO в Thl. Иммунный ИФН вместе со своим антогонистом ИЛ-4 поддерживает баланс Thl/Th2. Помимо этого, ИФН-γ регулирует апоптоз целого ряда нормальных, а также некоторых инфицированных и трансформированных клеток. Так, он индуцирует програмированную клеточную гибель активированных макрофагов, кератиноцитов, гепатоцитов, клеток костного мозга, эндотелиоцитов и подавляет апоптоз периферических моноцитов и герпес-инфицированных нейронов.

Колониестимулирующие факторы (КСФ) – цитокины, регулирующих деление, дифференцировку костно-мозговых стволовых клеток и предшественникон клеток крови. Кроме того, они могут стимулировать дифференцировку и функциональную активность некоторых клеток вне костного мозга.

Гранулоцитарный КСФ (Г-КСФ) продуцируется в основном макрофагами, а также фибробластами. Стимулирует деление и дифференцировку стволовые клеток, в некоторой степени усиливает активность нейтрофилов и эозинофилов.
Макрофагальный КСФ (М-КСФ) вырабатывается моноцитами, в меньшей степени эндотелиальными клетками и фибробластами.

Активирует пролиферации предшественников макрофагов в костном мозге.
Гранулоцитарно-макрофагальный КСФ (ГМ-КСФ) продуцируется макрофагами И Т-лимфоцитами, а также фибробластами и эндотелиоцитами. Стимулирует деление и дифференцировку предшественников гранулоцитов и макрофагов, активирует функцию макрофагов и гранулоцитов, пролиферацию Т-клеток.

Участвует в стимуляции дифференцировки кроветворных предшестенников Е антигенпрезентирующие дендритные клетки.

Трансформирующий фактор роста-β (ТФР-β) – наиболее изученный полифункциональный ростовой фактор, к которому относятся также факторь роста фибробластов, тромбоцитов, эндотелия, инсулиноподобный фактор роста, эпидермальный ростовой фактор и др. ТФР-β продуцируется многими клетками (основныме продуценты – макрофаги), в том числе некоторыми опухолевыми клетками.

ТФР-β – мощный деактивирующий фактор для моноцитов/макрофагов, существенно снижая их цитотоксическую и цитокин-продуцирующую активность, а также экспрессию на их поверхности молекул МНС. В этом отношении он действует синергично с другими макрофаг-деактивирующими цитокинами (ИЛ-4, -10 и -13) .

ТФР-β относят к преимущественно противовоспалительным цитокинам, благодаря его способности снижать продукцию нитросоединений, реакционно-способных радикалов и провоспалительных цитокинов клетками моноцитарно-макрофагального ряда. Однако в ряде случаев он способен оказывать и провоспалительные эффекты.

Большое значение имеет регуляция процессов программированной клеточной гибели нормальных и трансформированных клеток. ТФР-β угнетает апоптоз Thl, а вместе с ИЛ-2 ингибирует апоптоз Th2. Вероятно, ТФР-β, угнетая апоптоз клеток иммунной системы, играет важную роль в генерации клеток памяти.

Избыточная активность этого и некоторых других ростовых факторов может приводить к гиперпролиферативным процессам, таким как гломерулонефрит, склерозированию кожи, циррозу печени и др., а также к прогрессирующему опухолевому росту. ТФР-β – один из медиаторов, обусловливающих иммуносупрессию при неопластических заболеваниях.

Хемокины – низкомолекулярные цитокины, ответственные за хемотаксис клеток (привлекают в очаг воспаления лимфоциты и лейкоциты).

Обучающий блок

Источник: https://nsau.edu.ru/images/vetfac/images/ebooks/microbiology/stu/immun/cytokyni.htm

шпоры по бх-последняя итоговая. Основные системы межклеточной коммуникации эндокринная, паракринная, аутокринная регуляция

Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Механизмы передачи гормональных сигналов в клетки: G-белки, циклические АМФ и ГМФ как вторичные посредники. Протеинкиназа А и протеинкиназа GПо механизму действия гормоны можно разделить на 2 группы.

К первой группе относят гормоны, взаимодействующие с мембранными рецепторами (пептидные гормоны, адреналин, а также гормоны местного действия – цитокины, эйкозаноиды). Вторая группа включает гормоны, взаимодействующие с внутриклеточными рецепторами.

Связывание гормона (первичного посредника) с рецептором приводит к изменению кон-формации рецептора. Это изменение улавливается другими макромолекулами, т.е. связывание гормона с рецептором приводит к сопряжению одних молекул с другими (трансдукция сигнала).

Таким образом, генерируется сигнал, который регулирует клеточный ответ путём изменения активности или количества ферментов и других белков.

Гормоны (первичные посредники), связываясь с рецепторами на поверхности клеточной мембраны, образуют комплекс гормон-рецептор, который трансформирует сигнал первичного посредника в изменение концентрации особых молекул внутри клетки – вторичных посредников. Вторичными посредниками могут быть следующие молекулы: цАМФ, цГМФ, ИФ3, ДАТ, Са2+, NO.

Гормоны, взаимодействие которых с рецептором клетки-мишени приводит к образованию цАМФ, действуют через трёхкомпонентную систему, которая включает белок-рецептор, G-белок и фермент аденилатциклазу.

Образующийся под действием аденилатциклазы цАМФ активирует протеинкиназу А, фосфорилируюшую ферменты и другие белки Известно более 200 различных G-белков, в структуре которых обнаружены 3 субъединицы α, β и γ (см. раздел 5). В отсутствие гормона α-субъединица G-белка связана с ГДФ.

Образование комплекса гормонрецептора приводит к конформационным изменениям α-субъединицы, замене ГДФ на ГТФ и отщеплению димера βγ от α-ГТФ. В случае рецепторов, сопряжённых с Gs-белком, субъединица αs-ГТФ активирует аденилатциклазу .

G-белки (ГТФ-связывающие белки) – универсальные посредники при передаче сигналов от рецепторов к ферментам клеточной мембраны, катализирующим образование вторичных посредников гормонального сигнала. G-белки – олигомеры, состоящие из α, β и γ-субъединиц. Состав димеров βγ незначительно различаются в разных тканях, но в пределах одной клетки все G-белки, как правило, имеют одинаковый комплект βγ-субъединиц. Поэтому G-белки принято различать по их α-субъединицам. Выявлено 16 генов, кодирующих различные α-субъединицы G-белков. Некоторые из генов имеют более одного белка,, вследствие альтернативного сплайсинга РНК.Каждая α-субъединица в составе G-белка имеет специфические центры:

  • связывания ГТФ или ГДФ;
  • взаимодействия с рецептором;
  • связывания с βγ-субъединицами;
  • фосфорилирования под действием протеинкиназы С;
  • взаимодействия с ферментом аденилатциклазой или фосфолипазой С.

В структуре G-белков отсутствуют α-спиральные, пронизывающие мембрану домены. G-белки относят к группе “заякоренных” белков. Образование циклического аденозинмонофосфата (цАМФ).Фермент аденилатциклаза, катализирующий превращение АТФ в цАМФ , – ключевой фермент аденилатциклазной системы передачи сигнала. Аденилатциклаза обнаружена во всех типах клеток.Фермент относят к группе интегральных белков клеточной мембраны, он имеет 12 трансмембранных доменов. Внеклеточные фрагменты аденилатциклазы гликозилированы. Цитоплазматические домены аденилатциклазы имеют два каталитических центра, ответственных за образование цАМФ – вторичного посредника, участвующего в регуляции активности фермента протеинкиназы А.

Все полярные сигнальные молекулы, действующие на клетку-мишень через мембранные рецепторы, осуществляют свою биологическую функцию путём фосфорилирования специфических белков и ферментов, регулирующих метаболизм в клетке. Фосфорилирование изменяет (увеличивает или уменьшает) их активность.

Катализируют фосфорилирование белков (протеинов) протеинкиназы по аминокислотным остаткам серина, треонина, тирозина. Протеинкиназы могут быть субъединицей мембранного рецептора, например тирозиновая протеинкиназа рецептора инсулина, активность которой регулируется гормоном.

Другая группа – Протеинкиназы, регулируемые вторичными вестниками гормонального сигнала (цАМФ, цГМФ, Са2+, ДАТ), например протеинкиназа А, протеинкиназа С, протеинкиназа G, кальмодулинзависимые Протеинкиназы и др.

1. Протеинкиназы А

Протеинкиназы А (цАМФ-стимулируемые) участвуют в аденилатциклазной системе передачи сигнала. Протеинкиназа А состоит из 4 субъединиц R2C2 – двух регуляторных субъединиц (R2) и двух каталитических (С2. Комплекс R2C2 нe обладает ферментативной активностью.

Комплекс R2C2 разными способами прикрепляется к мембране. Некоторые формы Протеинкиназы А “заякориваются” с помощью алифатического остатка миристиновой кислоты каталитических субъединиц. Во многих тканях протеинкиназа А связана с “заякоренным” белком AKAPS (от англ. cAMP-dependent protein kinase anchoring proteins).

AKAPs имеет центр связывания для регуляторных субъединиц Протеинкиназы А.

С помощью белка AKAPS протеинкиназа А связывается с мембраной в области локализации ферментов, катализирующих образование цАМФ (аденилатциклаза) или его гидролиз (фосфодиэс-тераза), а также белков, в регуляции активности которых фермент принимает участие, например потенциалзависимые Са2+-каналы.

Регуляторные субъединицы Протеинкиназы А имеют специфические центры для связывания цАМФ. Присоединение цАМФ к регуляторным субъединицам приводит к изменению конформации последних и снижению сродства к каталитическим субъединицам С, происходит диссоциация по схеме:

цАМФ4 + R2C2 → цАМФ4R2+ С + С

3.Протеинкиназы G

В отличие от Протеинкиназы А, протеинкиназа G присутствует не во всех тканях, её обнаруживают в лёгких, мозжечке, гладких мышцах и тромбоцитах. Изоформы Протеинкиназы G могут быть связаны с мембраной или находиться в цитоплазме. Растворимая протеинкиназа G состоит из двух идентичных субъединиц, каждая из которых имеет два центра для связывания цГМФ.

Присоединение цГМФ к регуляторным центрам вызывает конформационные изменения субъединиц и повышает каталитическую активность фермента. Протеинкиназа G, подобно протеинкиназе А и С, специфична в отношении определённых белковых субстратов, которые она фосфорилирует по остаткам серина и треонина.

Фосфатидилинозитольный цикл как механизм внутриклеточной коммуникации.

Инозитолтрифосфаты и диацилглицерол- вторичные посредники в передачи сигналаЭто еще одна система вторичных мессенджеров, используемая G-белокассоциированными мембранными рецепторами, которая применяет для передачи сигнала продукты реакции расщепления одного из фосфолипидных компонентов клеточной мембраны — фосфатидилинозитола.

Эту реакцию катализирует фосфолипаза С — фермент, который связан с мембраной и активируется под влиянием G-белка. После связывания гормона с рецептором фосфолипаза С расщепляет фосфатидилинозитол на диацилглицерин (ДАГ) и инозитолтрифосфат, каждое из этих веществ индуцирует клеточный ответ.

Инозитолтрифосфат переходит в цитоплазму клетки и, взаимодействуя с эндоплазматическим ретикулумом, стимулирует выброс кальция в цитоплазму. Увеличение концентрации кальция в цитоплазме является одним из основных способов стимуляции различных клеточных процессов посредством активации кальцийзависимых ферментов.

В отличие от инозитолтрифосфата диацилглицерин остается в связанном состоянии на внутренней стороне клеточной мембраны, где он активирует мембранную протеинкиназу С (РКС). Активация протеинкипазы С происходит только под воздействием ДАГ в присутствии повышенных концентраций кальция в цитоплазме, т. е. действие инозитолтрифосфата и ДАГ являются синергичными.

Как и другие киназы, РКС осуществляет активацию ферментов клетки путем их фосфорилирования.Процессы, стимулированные фосфатидилинозитольной системой передачи сигнала, затухают после дефосфорилирования инозитолтрифосфата и превращения его в ииозитол, а также инактивации ДАГ путем фосфорилирования этого соединения. Снижение концентрации ионов кальция в цитоплазме к исходному уровню приводит к подавлению активности внутриклеточных ферментов, стимулированных РКС.

Инозитолфосфатная система

Функционирование инозитолфосфатной системы трансмембранной передачи сигнала обеспечивают: R (рецептор), фосфолипаза С, Gplc – белок, активирующий фосфолипазу С, белки и ферменты мембран и цитозоля.

Присутствующие в цитозоле инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ3) и диацилглицерол (ДАТ) в мембране могут в результате серии реакций опять превращаться в фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (ФИФ2). Ферменты катализирующие восстановление фосфолипида, активируются фосфорилированием протеинкиназой С.  

 Фосфоинозитольный путь передачи сигналаДиацилглицерол фосфорилируется диацилглицеролкиназой в[A54] фосфатидную кислоту (реакция требует присутствия АТФ). Фос-фатидная кислота взаимодействует с цитидинтрифосфатом и образует цитидиндиацилглицеролдифосфат. Это соединение после рекомбинации с инозитом восстанавливает гидролизуемые фосфодиэстеразой фосфоинозитиды. Инозит, необходимый для этой реакции, образуется из инозитолмонофосфата. Реакция катализируется инозитол-1-монофосфатазой, активность которой блокируется ионами лития.

Именно этим процессом объясняется эффективное лечение ионами лития маниакально-депрессивных психозов и некоторых других заболеваний нервной системы. Блокада литием инозитол-1-монофосфатазы замедляет синтез в организме инозита и ослабляет протекающие в нейронах процессы, зависящие от метаболизма фосфоинозитидов.

Диацилглицерол (ДАГ) выступает в качестве вторичного мессенджера, так как он инициирует механизмы, в результате которых активируются два типа протеинкиназ: протеинкиназа С и цГМФ-зависимая киназа.

При этом фосфолипаза С играет ключевую роль в процессе переноса сигналов с рецепторов, которые непосредственно не связаны с аденилатциклазой, но регулируют скорость метаболизма фосфоинозитидов[A55] .

 Диацилглицерол может подвергаться дальнейшей деградации под действием диацилглицероллипазы до арахидоновой кислоты, которая превращается в разнообразные биологически активных метаболиты, в том числе эйкозаноиды и простагландины.

Суммируя сказанное выше, можно утверждать, что при функционировании рассмотренной регуляторной системы образуются по меньшей мере три вторичных посредника: диацилглицерол, ИФ3 и арахидоновая кислота. Каждый из них выполняет специфические функции, включая увеличение содержания внутриклеточного Са2+ и активацию Са2+-зависимых протеинкиназ.

Источник: https://topuch.ru/osnovnie-sistemi-mejkletochnoj-kommunikacii-endokrinnaya-parak/index.html

Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки делятся исключительно под воздействием различных факторов внутренней среды организма (и внешних — по отношению к клетке). В этом состоит их коренное отличие от трансформированных клеток, деля­щихся под воздействием эндогенных стимулов.

Существуют два типа физиологической регуляции — эндокринная и паракринная. Эндокринная регуляция осуществляется специализированными органами (железами внутренней секреции), в числе которых гипофиз, надпочечники, щитовид­ная, паращитовидная, поджелудочная и половые железы.

Они секретируют продукты своей активности в кровь и оказывают генерализованное воздействие на весь организм. Паракринная регуляция характеризуется тем, что в одной и той же ткани соседние клетки воздействуют друг на друга посредством секретируемых и распространяющихся диффузией активных веществ.

К числу таких митогенных стимуляторов (полипептидные ростовые факторы) относятся эпидермальный фактор роста, фактор роста тромбоцитов, ин­терлейкин-2 (фактор роста Т-клеток), фактор роста нервов и множество других.

Аутокринная регуляция, характерная для опухолевых клеток, отли­чается от паракринной тем, что одна и та же клетка является и источни­ком ростового фактора, и его мишенью. Результат — непрекращающееся, самоподдерживающееся митогенное «возбуждение» клетки, приводящее к нерегулируемому размножению.

При этом клетка не нуждается во вне­шних митогенных стимулах и становится полностью автономной. Перенос митогенного сигнала — процесс многоэтапный. В зави­симости от типа клетки и от конкретного митогенного стимула реализу­ется один из множества сигнальных путей. Ниже в качестве «прототипа» описан так называемый МАР-киназный каскад.

Ростовые факторы (регуляторы пролиферации) секретируются одними клетками и действуют паракринным образом на другие. Это небольшие белки. Полипептидная цепь EGF (epidermal growth factor) состоит, например, из 53 аминокислот. Существует несколько семейств ростовых факторов, представитель каждого из которых объединен структурным и функциональным сходством.

Одни из них стимулируют пролиферацию (например, EGF и PDGF, platelet-derived growth factor, тромбоцитарный фактор роста), а другие (TGF-p, TNF, интерфероны) — подавляют. Рецепторы расположены на клеточной поверхности. Каждая клет­ка имеет присущий ей репертуар рецепторов и соответственно свой осо­бый набор ответных реакций.

Очень важное в функциональном отноше­нии семейство образуют так называемые тирозинкиназные рецепторы (ТКР), обладающие ферментативной (протеинкиназной) активностью.

Они состоят из нескольких доменов (структурно-функциональных блоков): внеклеточного (взаимодействующего с лигандом — в данном случае с ростовым фактором), трансмембранного и подмембранного, обладающего тирозинпротеинкиназной активностью. В зависимости от структу­ры ТКР подразделяют на несколько субклассов.

При связывании с ростовыми факторами (например, EGF) молеку­лы рецепторов димеризуются, их внутриклеточные домены сближаются и индуцируют межмолекулярное автофосфорилирование по тирозину. Этоттрансмембранный перенос сигнала — начало волны «возбуждения», распространяющейся затем в виде каскада реакций фосфорилирования внутрь клетки и достигающей в итоге хромосомного аппарата ядра.

ТКР обладают тирозинкиназной активностью, но по мере продвижения сигнала внутрь клетки тип фосфорилирования меняется на серин/треониновый. Ras-белки. Одним из наиболее важных является сигнальный путь с участием Ras белков (это подсемейство так называемых G-белков, обра­зующих комплексы с гуаниловыми нуклеотидами; Ras-GTP — активная форма, Ras-GDP — неактивная). Этот путь — один из основных в регуля­ции клеточного деления у высших эукариот — настолько консервативен, что его компоненты способны заменить соответствующие гомологи в клет­ках дрозофилы, дрожжей и нематод. Он опосредует многочисленные сиг­налы, исходящие из окружающей среды, и функционирует, по-видимо­му, в каждой клетке организма. Ras играет роль своеобразного турникета, через который должен пройти почти любой из поступающих в клетку сиг­налов. Критическая роль этого белка в регуляции клеточного деления из­вестна с середины 80-х годов, когда активированная форма соответству­ющего гена (онкоген Ras[3]) была обнаружена во многих опухолях человека. Активация онкогена (онкогены — гены, вызывающие нерегулируемое клеточное деление) — одно из главных событий канцерогенеза. Это такое повреждение нормального, участвующего в регуляции клеточного размно­жения гена (протоонкогена — нормального клеточного гена, способного при нарушении структуры индуцировать опухолевый рост), которое де­лает его перманентно работающим (активным) и, тем самым, индуциру­ющим столь же непрерывное (нерегулируемое) клеточное деление. Поскольку в регуляции клеточного размножения принимает участие мно­жество клеточных генов (протоонкогенов), повреждение которых потенциально способно вызывать опухолевый рост, то соответственно существует и множество (несколько десятков, а возможно и сотен) онко­генов. В конкретной ситуации Ras-опосредованного сигнального пути (на­пример, при взаимодействии EGF с рецептором) димеризация последнего приводит к автофосфорилированию одного из остатков тирозина в его подмембранном домене. В результате этого становится возможной са­мосборка («рекрутирование» в комплекс) ряда белков, расположенных ниже в сигнальном пути (адаптерный белок Grb2, белок Sos1). Этот муль­тибелковый комплекс локализован в плазматической мембране. МАР-киназный каскад. МАР-киназы (mitogen activated protein kinases) — серин/треониновые протеинкиназы, активируемые в резуль­тате митогенной стимуляции клетки. Киназный каскад возникает как следствие последовательной активации одного фермента другим, стоящим «выше» в сигнальном пути. Как следствие стимуляции белка Ras и фор­мирования подмембранного комплекса повышается активность двух ци­топлазматических серин/треониновых МАР-киназ (известных так же как ERK1 и ERK2, extracellular signal-regulated protein kinases 1 and 2), кото­рые перемещаются из цитоплазмы в ядро клетки, где фосфорилируют ключевые факторы транскрипции — белки-регуляторы активности различных генов. Активация транскрипции. Группа генов, определяющих вхождение клетки в фазу S, активируется транскрипционным фактором АР-1 — ком­плексом белков Jun и Fos (гены, их кодирующие — c-Jun и c-Fos, относятся к числу протоонкогенов; с — от cell, обозначает их клеточное про­исхождение в отличие от вирусных онкогенов v-Jun и v-Fos). Эти транскрипционные факторы могут взаимодействовать между собой с образованием множества гомо- и гетеродимеров, связывающихся с опре­деленными участками ДНК и стимулирующих синтез РНК на прилежащих к этим участкам генах. МАР-киназы повышают активность АР-1 двояким образом: • опосредованным, активируя гены, кодирующие эти транскрипцион­ные факторы, и увеличивая тем самым их содержание в клетке; • прямым, фосфорилируя входящие в их состав сериновые и треониновые остатки. В результате активации генов продуцируются белки, необходимые для синтеза ДНК и последующего митоза. Некоторые из новообразованных белков (Fos, Jun, Мус), известные как белки раннего ответа (immediateearly proteins), выполняют регуляторные функции; связываясь со специ­фическими участками ДНК, они активируют прилежащие гены. Другую группу составляют такие ферменты, как тимидинкиназа, рибонуклеотидредуктаза, дигидрофолатредуктаза, тимидилат-синтаза, орнитиндекарбоксилаза, ДНК-полимеразы, топоизомеразы и ферменты, которые имеют непосредственное отношение к синтезу ДНК. Кроме того, усили­вается общий белковый синтез, поскольку при каждом цикле удвоения воспроизводятся все клеточные структуры. Реализация митогенного сигнала. Результатом переноса мито­генного сигнала является реализация сложной программы клеточного деления. Клеточный цикл. Клетки могут находиться в одном из трех состоя­ний — в цикле деления, в стадии покоя с сохранением возможности воз­врата в цикл и, наконец, в стадии терминальной дифференцировки, при которой способность к делению полностью утрачена. Образовывать опу­холи могут только те клетки, которые сохранили способность к делению. Цикл удвоения разных клеток человека варьирует от 18 ч (клетки ко­стного мозга) до 450 ч (клетки крипт толстой кишки), в среднем — 24 ч. Митоз (М) и синтез ДНК (фаза S), между которыми выделяют 2 промежу­точных (gap) периода — G1 и G2, наиболее заметны; во время интерфазы (период между двумя делениями) клетка растет и готовится к митозу. В период фазы G1 существует момент (так называемая точка рестрикции R), когда осуществляется выбор между вхождением в следующий цикл деления или переходом в стадию покоя G0. Вхождение клетки в цикл де­ления — процесс вероятностный, определяемый сочетанием ряда усло­вий (внутренних и внешних); однако после того, как выбор сделан, по­следующие этапы совершаются автоматически. Хотя клетка может блокироваться на той или иной стадии цикла деления, обычно это может быть следствием каких-то особых обстоятельств. Особенно важными в цикле являются моменты вхождения клетки в фазу синтеза ДНК (граница фаз G/S) и митоз (граница фаз G2/M), где действуют своеобразные «контрольно-пропускные пункты» (checkpoints), которые проверяют в первом случае целость ДНК (ее готовность к репли­кации), а во втором — завершенность репликации. Клетки с поврежден­ной или недореплицированной ДНК блокируются на границе соответству­ющих фаз, что предотвращает возможность передачи потомству дефектов ее структуры в виде мутаций, делеций и иных нарушений. Некая система надзора, по-видимому, существующая в клетке, индуцирует систему ре­парации ДНК, после завершения которой продвижение клетки по циклу может быть продолжено. Альтернативой репарации является апоптоз, радикальным образом устраняющий опасность возникновения в организ­ме клона дефектных (потенциально опухолевых) клеток. Конкретный вы­бор зависит от множества условий, в том числе от индивидуальных осо­бенностей клетки. Процесс репликации ДНК сложен и длителен (занимает несколько часов), поскольку весь генетический материал клетки должен быть воспроизведен абсолютно точно. При возникновении в нем каких-либо от­клонений клетка блокируется на подходе к митозу (на границе фаз G2/M) и также может подвергнуться апоптозу. Защитное значение checkpoints трудно переоценить, поскольку их функциональные дефекты в конечном итоге имеют следствием и опухолевую трансформацию клетки и прогрес­сию уже сформировавшейся опухоли. Циклические реакции. Существуют два семейства белков, «движу­щих» клеточный цикл — циклин(сусНп)-зависимые серин/треониновые протеинкиназы (Cdk, cyclin-dependent kinases) и сами циклины. Циклины регулируют активность Cdk и тем самым их способность модифициро­вать структуры-мишени, непосредственно участвующие в метаморфозах цикла. С их участием осуществляются такие важные этапы цикла, как дезинтеграция ядерной мембраны, конденсация хроматина, формирование веретена и ряд других. Cdk активны только в комплексе с одним из циклинов. В связи с этим сборка и активация многочисленных комплексов Cdkcyclin, а также их диссоциация — ключевые моменты клеточного цикла. Как следует из их названия, циклины синтезируются и распадаются в строго определенные моменты цикла, различные для разных циклинов. Имеется три основных их класса: йЛциклины, необходимые для прохож­дения GyS, S-циклины — для прохождения S-фазы и G2 (или митотичес­кие) — циклины для вхождения в митоз. В клетках млекопитающих име­ется также несколько семейств Cdk, участвующих в разных регуляторных влияниях. Удаление того или иного циклина из внутриклеточной среды строго в определенный момент столь же важно, как и его появление (уст­ранение циклинов из внутриклеточной среды достигается как их дегра­дацией, так и блоком синтеза), например в митозе (на границе мета- и анафазы) в результате протеолиза один из циклинов быстро деградиру­ет; если же этого не происходит, то митоз не может завершиться и разде­ления дочерних клеток не происходит. Продвижение в фазе S требует активации киназ Cdk2, Cdk4 и Cdk6, которые взаимодействуют с вЛфазными циклинами (в частности, с cyclin D). Комплекс Cdc2 с первым йЛфазным циклином индуцируеттранскрипцию гена следующего циклина и т.д., продвигая клетки все дальше по цик­лу. Cdc2-cyclin D в самом начале замещается на Cdc2-cyclin Е, а тот в свою очередь — на Cdc2-cyclin А, активирующий аппарат синтеза ДНК. Когда клетка входит в S-фазу, йЛциклины деградируют и появляются вновь лишь в фазе G1 следующего цикла. Контрольно-пропускные пункты (checkpoints — англ.). Любое стрессорное воздействие (например, отсутствие питательных веществ, гипоксия, особенно повреждение ДНК) блокирует движение’по циклу в одном из двух упомянутых выше контрольных пунктов (checkpoints). Во время этих остановок активируются механизмы надзора, способные: • обнаружить повреждение ДНК; • передать сигнал неблагополучия, блокирующий синтез ДНК или митоз; • активировать механизмы репарации ДНК. Благодаря этому обеспечивается стабильность генома. Как упоминалось выше, механизм контроля G/S блокирует репликацию ДНК и ак­тивирует процессы репарации (или индуцирует апоптоз), тогда как меха­низм контроля G2/M запрещает митоз до завершения репликации Дефекты этих механизмов могут привести к появлению дочерних клеток с поврежденным геномом. В механизме checkpoint участвуют комплексы Cdk-cyclin и ряд допол­нительных белков — Rb, р53 и другие. Их совокупность образует систему «тормозов», не позволяющих клетке делиться в отсутствие адекватных стимулов. Гены, кодирующие эти белки, называют генами-супрессора­ми. Особая значимость этой системы заключается в том, что раковая трансформация клетки становится возможной лишь после ее инактива­ции. В соматической клетке существуют по два аллеля каждого из генов, втом числе и генов-супрессоров, и, следовательно, для их инактивации необходимы два независимых события (например, делеция одного алле­ля и мутация другого). Именно по этой причине «спорадические» опухоли появляются относительно редко (вероятность возникновения в одной клетке нескольких независимых мутаций, причем поражающих один и тот же локус обеих хромосом, относительно невелика), а «семейные» чрез­вычайно часты (в «раковых» семействах один из двух наследуемых алле­лей того или иного гена-супрессора исходно дефектен). В последнем слу­чае система «тормозов» у всех клеток данного организма обеспечивается лишь одним нормальным аллелем, что резко снижает ее надежность и повышает риск возникновения опухоли. Именно это и происходит при наследственной ретинобластоме (делеция одного аллеля Rb) и других наследственных синдромах (делеция или повреждение одного аллеля р53 или других генов-супрессоров). У клеток с дефектным или отсутствующим белком-супрессором р53 контрольный пункт GyS неполноценен. Это проявляется в том, что повреж­дения ДНК, индуцированные ионизирующей радиацией или каким-либо другим способом, не приводят ни к задержке клеток на границе фаз G 1/S, ни капоптозу. В результате в популяции накапливаются клетки с мно­жественными нарушениями структуры ДНК; появляется и со временем нарастает нестабильность генома, которая способствует возникновению новых клеточных клонов. Их естественный отбор лежит в основе опухоле­вой прогрессии — постоянного «дрейфа» опухоли ко все большей авто­номности и злокачественности. Апоптоз (или программируемая клеточная гибель) — широко распространенный биологический феномен клеточного «самоубийства», ко­торое индуцируется либо разнообразными внешними стимулами, либо неразрешимыми «внутренними» конфликтами (например, невозможностью репарации повреждений ДНК). Роль апоптоза велика не только в фор­мообразовательных процессах во время эмбриогенеза (формирование органов, замена одних тканей другими, резорбция временных органов и т.д.), но и в поддержании тканевого гомеостаза во взрослом организме. В регуляции тканевого гомеостаза гибель клетки выполняет функцию, комплементарную митозу. У опухолевых клеток программа гибели клеток в большинстве случаев блокирована, что вносит существенный вклад в увеличение массы опухоли. Механизмы апоптоза. Принципиальное значение имеет тот факт, что механизмы апоптоза чрезвычайно консервативны и сохраняют свои основные закономерности у весьма далеких в эволюционном отношении организмов. Это обстоятельство позволило идентифицировать у млекопитающих (в частности у человека) гены, гомологичные генам апоптоза у нематоды, — организма, у которого впервые была обнаружена и изучена генетическая система, управляющая этим процессом. В результате у млекопитающих были идентифицированы гены семейства Вс1 -2. Роль самого Вс1-2 и некоторых его гомологов — антиапоптическая (предотвращение гибели клеток), тогда как у других членов се­мейства, например Вах, — проапоптическая. Белки Вах и Вс1-2 способны к комплексообразованию друг с другом. В зависимости от относительно­го внутриклеточного содержания про- и антиапоптических белков реша­ется судьба данной клетки. Механизм действия белков семейства Вс1-2 не до конца ясен.

Большое функциональное значение имеет механизм апоптоза, индуцируемого через специфические рецепторы CD95 (трансмембранный белок-рецептор размером 45 кДа, который при связывании со специфическим лигандом или антителами передает сигнал к апоптозу) и TNF-R (tumor necrosis factor receptor, рецептор фактора некроза опухолей).

Эти рецепторы, объединяемые сходством внеклеточных доменов, входят в состав большого семейства. Лигандами (молекулами, специфически вза­имодействующими с рецепторами TNF-R и CD95) являются соответствен­но TNF и CD95-L, которые представляют собой трансмембранные белки, но могут функционировать и в растворимой, «свободной» форме.

Осо­бенно интересен, с онкологической точки зрения, TNF — цитокин, произ­водимый многими клетками (макрофагами, моноцитами, лимфоидными клетками, фибробластами) в ответ на воспаление, инфекцию и другие стрессорные воздействия.

Он индуцирует широкий спектр иногда проти­воположных по направленности реакций, включая лихорадку, шок, некроз опухоли, анорексию; а также иммунорегуляторные сдвиги, клеточное раз­множение, дифференцировку и апоптоз.

В этом случае апоптоз осуще­ствляется с участием специфической цистеиновой протеазы ICE, разру­шающей многие внутриклеточные белки-мишени. Гиперэкспрессия ICE в клетке вызывает апоптоз. size=5 face=”Times New Roman”>

Источник: https://med-books.info/patologicheskaya-fiziologiya_792/mehanizmyi-kletochnogo-deleniya-56310.html

Патофизиология опухолевого роста

Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Опухолевый рост является следствием нарушения тканевого гомеостаза, поддерживаемого балансом клеточной пролиферации и гибели (апоптоза). Увеличение клеточной массы опухоли может быть обусловлено как усилением пролиферации, так и угнетением апоптоза. Вероятность «сбоев» в механизмах поддержания этого гомеостаза вполне реальна в условиях канцерогенного воздействия факторов внешней среды.

Наследуемые нарушения механизмов тканевого гомеостаза обусловлены теми или иными повреждениями структуры ДНК.

Нормальная делящаяся клетка с поврежденной ДНК либо прекращает деление до полной репарации повреждений, либо самоуничтожается (апоптоз). Последний вариант предпочтительней, поскольку потеря клетки может не иметь никаких последствий.

Сохранение такой клетки таит для организма смертельную угрозу возникновения клона дефектных (потенциально опухолевых) клеток.

Опухолевый рост возможен лишь тогда, когда дефектные клетки способны «проскальзывать» через защитный барьер апоптоза.

Ниже приведено краткое описание нарушений, обусловливающих трансформацию нормальных клеток в злокачественные.

В организме существуют два типа физиологической регуляции клеточного размножения — эндокринная и паракринная (рис. 12.1). Регуляторные молекулы секретируются клеткой и действуют вовне (через кровоток, на соседние клетки или себя). Утолщенные полукружия, изображенные на поверхности клеточной мембраны, — рецепторные участки.

Эндокринная регуляция

Она осуществляется железами внутренней секреции (гипофиз, надпочечники, щитовидная, околощитовидная, поджелудочная и половые железы). Они секретируют продукты своей активности в кровь и оказывают генерализованное воздействие на весь организм.

Паракринная регуляция

В отличие от эндокринной паракринная регуляция заключается в том, что секретаруемые клетками активные вещества распространяются за счет диффузии и действуют на соседние клетки-мишени. Так действуют, например, митогенные стимуляторы (полипептидные ростовые факторы) — эпидермальный фактор роста, фактор роста тромбоцитов, интерлейкин-2 (фактор роста Т-клеток), фактор роста нервов и т.д.

Рис. 12.1. Схема эндокринной (а), паракринной (б) и аутокринной (в) регуляции

Аутокринная регуляция

Она отличается от паракринной регуляции тем, что одна и та же клетка является источником ростового фактора и его мишенью.

В результате может возникать феномен непрекращающегося, самоподдерживающегося митогенного «возбуждения» клетки, приводящего к нерегулируемому размножению. Клетка не нуждается во внешних митогенных стимулах и становится полностью автономной.

С помощью аутокринной регуляции можно объяснить механизмы канцерогенеза. Для этого вначале разъясним понятие, называемое митогенной «рефлекторной дугой».

Рис. 12.2. «Рефлекторная дуга» митогенного сигнала

В регуляции сложных систем, как бы различны они не были, обнаруживаются общие черты. Между рефлекторной активностью организма и митотической активностью клетки есть принципиальное сходство (рис. 12.2).

Суть заключается в том, что на периферии системы (организм, клетка) существуют различные специализированные рецепторы (глаз, ух о, тактильные и обонятельные — в первом случае; рецепторы ростовых факторов — во втором); воспринимаемые ими внешние сигналы передаются внутрь системы (в виде импульсов по чувствительным нервам или в виде каскадов реакций фосфорилирования); затем происходит обработка сигнала в центре (центральной нервной системе пли в клеточном ядре) и информация центробежно (в виде импульсов по двигательным нервам или с помощью молекул мРНК) поступает к исполнительным органам и индуцирует их активность (двигательную, секреторную — в первом случае и митотическую — во втором).

Перенос митогенного сигнала от периферии клетки к ее ядру осуществляется в виде каскада реакций фосфорилирования посредством протеин-киназ (ферментов, фосфорилирующих белки).

Существует три типа протеинкиназ (тирозиновые, сери новые и треониновые) по их способности фосфорилировать определенные аминокислоты.

Фосфатные группы играют роль молекулярных переключателей: меняя конформацию определенных белковых структур (доменов), они могут «включать» или «выключать» их активность (имеются в виду ферментативная активность, ДНК-связывающая способность и способность образовывать белок-белковые комплексы).

Центростремительная волна митогенной импульсации в максимально упрощенном виде сводится к передаче фосфатной группы наподобие эстафетной палочки от одной протеин-киназы к другой. В конечном итоге она достигает ядерных регуляторных белков, активирует их посредством фосфорилирования и тем самым индуцирует перепрограммирование генома.

Необходимо отметить, что активность протеинкиназ практически на любом этапе переноса митогенного сигнала уравновешивается активностью противодействующих им ферментов —-дефосфорилирующих белки фосфатаз. Баланс позитивных и негативных эффектов — фундаментальное свойство регуляции клеточного деления, проявляемое на любом его уровне.

Противоположно направленный (центробежный, из ядра в цитоплазму) поток информации в виде молекул мРНК обусловливает специфическую реакцию клетки на митогенный сигнал — синтезируется множество новых белков, выполняющих структурные, ферментативные и регуляторные функции.

В структуре многих сигнальных белков существуют своеобразные «стыковочные узлы» разных типов, предназначенные для белок-белковых взаимодействий.

Поскольку одна молекула может обладать несколькими такими участками, то существует возможность самосборки очень сложных многокомпонентных конструкций, необходимых для переноса сигнала и для регуляции транскрипции. Присоединение к конструкции новых элементов иногда обозначают термином «рекрутирование».

Одни и те же структурные блоки могут формировать существенно разные конструкции, что наделяет систему функциональной гибкостью и свойством взаимозаменяемости отдельных ее элементов.

Нерегулируемое размножение трансформированной клетки можно представить, если продолжить аналогию с рефлекторной дугой, как следствие возникновения очага «застойного» возбуждения в том или ином звене пути переноса митогенного сигнала.

Повреждение гена и, как следствие, структурный дефект какого-либо из сигнальных белков, способный зафиксировать его в постоянно активном состоянии (т.е.

сделать независимым от «вышестоящих» регуляторных инстанций), — один из главных механизмов канцерогенеза.

Нормальные гены, участвующие в переносе митогенного сигнала и потенциально способные на такое превращение, называются протоонкогенами.

Баланс позитивных и негативных факторов, как уже отмечалось выше, — фундаментальное свойство любой сложной регуляторной системы, в том числе и управляющей клеточным делением. Протоонкогены — элементы позитивной регуляции; они являются акселераторами клеточного деления и в случае превращения в онкогены проявляют себя как доминантный признак.

Вместе с тем в давних опытах по образованию гетерокарионов (продуктов слияния клеток в культуре) установлено, что свойство туморогенности (способности образовывать опухоли при перевивке животным) ведет себя как признак рецессивный — гетерокарионы.

образованные слиянием нормальных и трансформированных (опухолевых) клеток, ведут себя как нормальные. Таким образом, в нормальных клетках явно присутствуют факторы, тормозящие клеточное деление и способные при внесении в опухолевую клетку нормализовать ее.

Многие из этих белковых факторов идентифицированы; кодирующие их гены получили название генов-супрессоров.

Рис. 12.3. Схема клеточного цикла (пояснения в тексте)

Итак, полная трансформация клетки является следствием нескольких генетических событий — активации онкогена(ов) и инактивации гена(ов), осуществляющих супрессорные функции.

В основе канцерогенеза лежит нарушение цикла деления. Клетки организма находятся в одном из трех возможных состояний (рис. 12.3):

  1. в цикле;
  2. в стадии покоя с сохранением возможности вернуться в цикл;
  3. в стадии окончательной дифференцировки, при которой способность делиться полностью утрачена (таковы, например, нейроны головного мозга). Образовывать опухоли могут, естественно, только клетки, способные делиться.

Цикл удвоения разных клеток человека существенно варьирует: от 18 ч у клеток костного мозга до 50 ч у клеток крипт толстой кишки. Основными его периодами являются митоз (М) и синтез ДНК (фаза S), между которыми выделяют два промежуточных периода — G, и G2. Вовремя интерфазы (период между двумя делениями) клетка растет и готовится к митозу.

На протяжении фазы G1 существует ответственный момент (так называемая точка рестрикции R), когда решается, войдет ли клетка в следующий цикл деления или предпочтет стадию покоя G0, в которой она может находиться неопределенно долго.

Как уже упоминалось, окончательно дифференцированные клетки постоянно находятся в стадии покоя, тогда как сохранившие способность к делению могут вернуться в цикл при соответствующей стимуляции внешними факторами, причем последующие этапы совершаются автоматически.

В отличие от «асоциальной» опухолевой клетки нормальная клетка подчиняется исходящим из организма сигналам (митогенный стимул).

Если в определенный момент у нормальной клетки есть необходимые условия (достаточная масса и содержание белков, концентрация кальция, обеспеченность питательными веществами) и она к тому же получает митогенный стимул, то она вступает в очередной цикл деления.

В отсутствие внешнего сигнала нормальная клетка выходит из цикла и в этом заключается ее коренное отличие от клетки опухолевой, которая побуждается к делению эндогенными стимулами.

При делении клетки есть два критически важных момента: фаза синтеза ДНК и вхождение в митоз, когда действуют своеобразные «контрольно-пропускные пункты» (checkpoints). В этих «пунктах» проверяется готовность к удвоению (репликации) ДНК (в первом случае) и завершенность репликации (во втором случае).

Если в клетке ДНК повреждена, то ее удвоение блокируется перед началом деления. Следовательно, блокируется этап, способный закрепить повреждения ДНК и передать их потомству. Аналогичная цель достигается апоптозом, причем какой путь выберет клетка (блокировку деления или апоптоз) зависит от многих условий.

Процесс репликации ДНК продолжается несколько часов. За это время весь генетический материал должен быть воспроизведен абсолютно точно.

В случае каких-либо отклонений продвижение клетки в цикле блокируется или она может подвергнуться апоптозу.

Если же дефектны сами «контрольно-пропускные пункты», то дефекты генома не устраняются, передаются потомству и возникает опасность злокачественной трансформации клетки.

Как говорилось ранее, для деления клетки необходим митогенный сигнал, перенос которого — процесс многоэтапный.

В зависимости от типа клетки и конкретного митогенного стимула реализуется один из множества сигнальных путей. Например, ростовые факторы действуют путем, опосредованным тирозинпротеинкиназными рецепторами и MAP (mitogen activated protein) — киназным каскадом, т.е. каскадом реакций фосфорирования, возникающим как следствие митогенной активации клетки.

Ростовые факторы (регуляторы пролиферации)

Ростовые факторы секретируются одними клетками и действуют паракринным образом на других. Это небольшие белки; полипептидная цепь EGF (epidermal growth factor) состоит, например, из 53 аминокислот.

Существует несколько семейств ростовых факторов, члены каждого из которых объединены структурной гомологией и функциональным сходством.

Одни из них стимулируют пролиферацию (например, EGF и PDGF — platelet-derived growth factor, тромбоцитарный фактор роста), а другие (TGF-p, TNF, интерфероны) — подавляют ее.

Рецепторы к ростовым факторам

Рецепторы расположены на клеточной поверхности. Каждая клетка обладает своим особым набором рецепторов и соответственно — набором ответных реакций. Тирозинкиназные рецепторы состоят из нескольких доменов: внеклеточного (взаимодействующего с лигандом), трансмембранного и подмембранного, обладающего тирозин-протеинкиназной активностью.

При связывании с ростовыми факторами (например EGF) молекулы рецепторов инициируют реакции, вследствие чего возникает трансмембранный перенос сигнала — зарождение той волны «возбуждения», которая распространяется затем в виде каскада реакций фосфорилирования внутрь клетки и благодаря которой митогенный стимул достигает в конце концов генетического аппарата ядра.

Ras-белки.

Одним из наиболее важных является сигнальный путь с участием Ras-белков (это подсемейство так называемых G-белков, образующих комплексы с гуаниловыми нуклеотидами; Ras-GTP — активная форма, Ras-GDP — неактивная).

Этот путь один из основных в регуляции клеточного деления у высших эукариот — настолько консервативен, что его компоненты способны заменить соответствующие гомологи в клетках дрозофилы, дрожжей и нематод.

Он опосредует разнообразные сигналы, исходящие из внешней среды, и функционирует, по всей вероятности, в каждой клетке организма. Ras-белки играют роль своеобразного турникета, через который должен пройти почти любой из поступающих в клетку сигналов.

Критическая роль этого белка в регуляции клеточного деления известна с середины 80-х г. XX в., когда активированная форма соответствующего гена (онкоген Ras) была обнаружена во многих опухолях человека.

Ras-опосредованный сигнальный путь контролирует так называемый МАР-киназный каскад. Активность ферментов, участвующих в киназных каскадах, уравновешивается активностью противодействующих им и находящихся под столь же строгим контролем фосфатаз. Результатом активации МАР-киназ является индукция ряда факторов транскрипции и, как следствие, стимуляция активности ряда генов.

Таким образом, если в нормальной клетке активная конформация сигнального белка формируется лишь под воздействием внешнего стимула и имеет транзиторный характер, то в клетке трансформированной (и ее клонах) она закреплена постоянно.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://auno.kz/patofiziologiya-tom-2/196-patofiziologiya-opuxolevogo-rosta.html/5

115. Основные системы межклеточной коммуникации: эндокринная, паракринная, аутокринная регуляция

Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Порасстоянию от клетки—продуцентагормона до клетки-мишени различаютэндокринный, паракринный и аутокринныйварианты регуляции. • Эндокринная,или дистантная, регуляция. Секрециягормона происходит в жидкие средыорганизма. Клетки-мишени могут отстоятьот эндокринной клетки сколь угоднодалеко.

Пример: секреторные клеткиэндокринных желёз, гормоны из которыхпоступают в систему общегокровотока. •Паракриннаярегуляция. Продуцент биологическиактивного вещества и клетка-мишеньрасположены рядом. Молекулы гормонадостигают мишени путём диффузии вмежклеточном веществе.

Например, впариетальных клетках желёз желудкасекрецию Н+стимулируют гастрини гистамин, а подавляют соматостатин иПг, секретируемые рядом расположеннымиклетками.Аутокриннаярегуляция. При аутокринной регуляцииклетка—продуцент гормона имеет рецепторык этому же гормону (другими словами,клетка—продуцент гормона в то же времяявляется его мишенью).

Примеры: эндотелины,вырабатываемые клетками эндотелия ивоздействующие на эти же эндотелиальныеклетки; Т-лимфоциты, секретирующиеинтерлейкины, имеющие мишенями разныеклетки, в том числе и Т-лимфоциты.

116. Роль гормонов в системе регуляции метаболизма. Клетки-мишени и клеточные рецепторы гормонов

Рольгормонов в регуляции обмена веществ ифункций.Интегрирующимирегуляторами, связывающими различныерегуляторные механизмы и метаболизм вразных органах, являются гормоны. Онифункционируют как химические посредники,переносящие сигналы, возникающие вразличных органах и ЦНС.

Ответная реакцияклетки на действие гормона оченьразнообразна и определяется какхимическим строением гормона, так итипом клетки, на которую направленодействие гормона. В крови гормоныприсутствуют в очень низкой концентрации.

Для того чтобы передавать сигналы вклетки, гормоны должны распознаватьсяи связываться особыми белками клетки- рецепторами, обладающими высокойспецифичностью.

Физиологический эффектгормона определяется разными факторами,например концентрацией гормона (котораяопределяется скоростью инактивации врезультате распада гормонов, протекающегов основном в печени, и скоростью выведениягормонов и его метаболитов из организма),его сродством к белкам-переносчикам(стероидные и тиреоидные гормонытранспортируются по кровеносному руслуВ комплексе с белками), количеством итипом рецепторов на поверхностиклеток-мишеней. Синтез и секрециягормонов стимулируются внешними ивнутренними сигналами, поступающими вЦНС.Эти сигналы по нейронам поступаютв гипоталамус, где стимулируют синтезпептидных рилизинг-гормонов (отангл,release-освобождать)- либеринов и статинов, которые,соответственно, стимулируют илиингибируют синтез и секрецию гормоновпередней доли гипофиза. Гормоны переднейдоли гипофиза, называемые тройнымигормонами, стимулируют образование исекрецию гормонов периферическихэндокринных желёз, которые поступаютв общий кровоток и взаимодействуют склетками-мишенями. Поддержание уровнягормонов в организме обеспечивает механизмотрицательной обратной связи.Изменение концентрации метаболитов вклетках-мишенях по механизму отрицательнойобратной связи подавляет синтез гормонов,действуя либо на эндокринные железы,либо на гипоталамус. Синтез и секрециятропных гормонов подавляется гормонамиэндокринных периферических желёз. Такиепетли обратной связи действуют в системахрегуляции гормонов надпочечников,щитовидной железы, половых желёз. Невсе эндокринные железы регулируютсяподобным образом. Гормоны задней долигипофиза (вазопрессин и окситоцин)синтезируются в гипоталамусе в видепредшественников и хранятся в гранулахтерминальных аксонов нейрогипофиза.Секреция гормонов поджелудочной железы(инсулина и глюкагона) напрямую зависитот концентрации глюкозы в крови. Врегуляции межклеточных взаимодействийучаствуют также низкомолекулярныебелковые соединения – цитокины. Влияниецитокинов на различные функции клетокобусловлено их взаимодействием смембранными рецепторами. Через образованиевнутриклеточных посредников сигналыпередаются в ядро, где происходятактивация определённых генов и индукциясинтеза белков. Все цитокины объединяютсяследующими общими свойствами:

  • синтезируются в процессе иммунного ответа организма, служат медиаторами иммунной и воспалительной реакций и обладают в основном аутокринной, в некоторых случаях паракринной и эндокринной активностью;
  • действуют как факторы роста и факторы дифференцировки клеток (при этом вызывают преимущественно медленные клеточные реакции, требующие синтеза новых белков);
  • обладают плейотропной (полифункциональной) активностью.

Биологическоедействие гормонов проявляется черезих взаимодействие с рецепторамиклеток-мишеней.

Для проявлениябиологической активности связываниегормона с рецептором должно приводитьк образованию химического сигналавнутри клетки, который вызываетспецифический биологический ответ,например изменение скорости синтезаферментов и других белков или изменениеих активности.

Мишенью для гормона могутслужить клетки одной или несколькихтканей. Воздействуя на клетку-мишень,гормон вызывает специфическую ответнуюреакцию.

Например, щитовидная железа -специфическая мишень для тиреотропина,под действием которого увеличиваетсяколичество ацинарных клеток щитовиднойжелезы, повышается скорость биосинтезатиреоидных гормонов. Глюкагон, воздействуяна адипоциты, активирует липолиз, впечени стимулирует мобилизацию гликогенаи глюконеогенез. Характерный признакклетки-мишени – способность восприниматьинформацию, закодированную в химическойструктуре гормона.

Рецепторыгормонов.Начальныйэтап в действии гормона на клетку-мишень- взаимодействие гормона с рецепторомклетки.

Концентрация гормонов вовнеклеточной жидкости очень низка иобычно колеблется в пределах10-6-10-11 ммоль/л.

Клетки-мишени отличают соответствующийгормон от множества других молекул игормонов благодаря наличию на клетке-мишенисоответствующего рецептора соспецифическим центром связывания сгормоном.

Общаяхарактеристика рецепторов

Рецепторыпептидных гормонови адреналина располагаются на поверхностиклеточной мембраны. Рецепторы стероидныхи тиреоидных гормонов находятся внутриклетки.

Причём внутриклеточные рецепторыдля одних гормонов, напримерглюкокортикоидов, локализованы вцитозоле, для других, таких как андрогены,эстрогены, тиреоидные гормоны, расположеныв ядре клетки. Рецепторы по своейхимической природе являются белкамии, как правило, состоят из несколькихдоменов.

В структуре мембранных рецепторовможно выделить 3 функционально разныхучастка. Первый домен (домен узнавания)расположен в N-концевой части полипептиднойцепи на внешней стороне клеточноймембраны; он содержит гликозилированныеучастки и обеспечивает узнавание исвязывание гормона. Второй домен -трансмембранный.

У рецепторов одноготипа, сопряжённых с G-белками, он состоитиз 7 плотно упакованных α-спиральныхполипептидных последовательностей. Урецепторов другого типа трансмембранныйдомен включает только одну α-спирадизованнуюполипептидную цепь (например, обеβ-субъединицы гетеротетрамерногорецептора инсулина α2β2).

Третий (цитоплазматический) доменсоздаёт химический сигнал в клетке,который сопрягает узнавание и связываниегормона с определённым внутриклеточнымответом.

Цитоплазматический участокрецептора таких гормонов, как инсулин,фактор роста эпидермиса и инсулиноподобныйфактор роста-1 на внутренней сторонемембраны обладает тирозинки-назнойактивностью, а цитоплазматическиеучастки рецепторов гормона роста,пролактина и цитокинов сами не проявляюттирозинкиназ-ную активность, аассоциируются с другими цитоплазматическимипротеинкиназами, которые их фосфорилируюти активируют.

Рецепторыстероидных и тиреоидных гормоновсодержат3 функциональные области. На С-концевомучастке полипептидной цепи рецепторанаходится домен узнавания и связываниягормона.

Центральная часть рецепторавключает домен связывания ДНК.

НаN-концевом участке полипептидной цепирасполагается домен, называемыйвариабельной областью рецептора,отвечающий за связывание с другимибелками, вместе с которыми участвует врегуляции транскрипции.

Источник: https://studfile.net/preview/4082503/page:87/

4.3.1. Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция

Механизмы клеточного деления: Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция. В норме клетки

Ворганизме существует два типафизиологической регуля­ции клеточногоразмножения — эндокринная и паракринная(рис. 4.1). Эндокринная регуляцияосуществляется специали­зированнымиорганами (железами внутренней секреции),в

числекоторых — гипофиз, надпочечники,щитовидная, пара-щитовидная, поджелудочнаяи половые железы. Они секрети-руютпродукты своей активности в кровь иоказывают генера­лизованное воздействиена весь организм.

Эндокринная регуляция

Паракриннаярегуляция отличается от эндокриннойтем, что секретируемые клетками активныевещества распростра­няются диффузиейи действуют на соседние клетки-мишени.Есть множество действующих таким образоммитогенных сти­муляторов (полипептидныхростовых факторов): эпидермаль-ныйфактор роста, фактор роста тромбоцитов,интерлейкин-2 (фактор роста Т-клеток),фактор роста нервов и т.д.

Аутокриннаярегуляция[Sporn, Todaro,1980] отличается от паракринной регуляциитем, что одна и та же клетка является иисточником ростового фактора, и егомишенью. Результат — непрекращающееся,самоподдерживающееся митогенное«возбуждение» клетки, приводящее кнерегулируемому раз­множению.

В даннойситуации клетка не нуждается в исходя­щихиз организма митогенных стимулах истановится в этом отношении полностьюавтономной.

Хотя эта модель былапредложена авторами для объяснениямеханизма вирусного канцерогенеза,различные ее модификации применимы,по-видимому, и для многих другихканцерогенных ситуаций.

4.3.2. Митогенная «рефлекторная дуга»

Врегуляции сложных систем, как бы различныони ни были, обнаруживаются общие черты.Так, можно уловить

Факторроста

Ч

Активвциярецептора

ФаКТОрЫ ТраНСКрИПЦИИ Гимтпч иРЫК

(туе, fosjunи др.; синтвзМРНК

Ч

Рис. 4.2. «Рефлекторная дуга» митогенного сигнала. Пояснения в тексте.

принципиальное сходство между рефлекторной активностью животного и митотической активностью клетки (рис. 4.2).

В обеих ситуациях на периферии системы существуют раз­личные специализированные рецепторы (глаз, ухо, тактиль­ные и обонятельные — в первом случае; рецепторы ростовых факторов — во втором); в обеих ситуациях воспринимаемые рецепторами внешние сигналы центростремительным пото­ком передаются внутрь системы (в виде импульсов по чувстви­тельным нервам или в виде каскадов реакций фосфорилирова­ния), и, наконец, в обеих ситуациях после обработки сигнала в центре (в центральной нервной системе или в клеточном ядре) соответствующий центробежный поток (в виде импуль­сов по двигательным нервам или в виде молекул мРНК) по­ступает к исполнительным органам и индуцирует их актив­ность (двигательную, секреторную и т.п. — в первом случае и митотическую — во втором).

Перенос митогенного сигнала от периферии клетки к ее центру (генетическому аппарату) осуществляется в виде каска­да реакций фосфорилирования посредством протеинкиназ (ферментов, фосфорилирующих белки).

Существует три типа протеинкиназ (тирозиновые, сериновые и треониновые) в за­висимости от их способности фосфорилировать определенные аминокислоты.

Фосфатные группы играют роль молекулярных переключателей: меняя конформацию определенных белковых структур (доменов), они могут «включать» или «выключать» их активность (имеются в виду ферментативная активность, ДНК-связывающая способность и способность образовывать белок-белковые комплексы).

Центростремительнаяволна митогенной импульсации в максимальноупрощенном виде сводится к передачефосфат­ной группы, наподобие эстафетнойпалочки, от одной проте­инкиназы кдругой.

В конечном итоге она достигаетядерных регуляторных белков(транскрипционных факторов), активи­руетих (тоже посредством фосфорилирования)и тем самым индуцирует перепрограммированиегенома.

Необходимо отме­тить, чтоактивность протеинкиназ практическина любом этапе переноса митогенногосигнала уравновешивается актив­ностьюпротиводействующих им ферментов —дефосфорили-рующих белки фосфатаз.Баланс позитивных и негативных эффектов— фундаментальное свойство регуляцииклеточного деления, проявляемое налюбом его уровне.

Противоположнонаправленный (центробежный, т.е. из ядрав цитоплазму) поток информации в видемолекул мРНК обу­словливает специфическуюреакцию клетки на митогенный сиг­нал— синтезируется множество новых белков,выполняющих структурные, ферментативныеи регуляторные функции.

Следуетотметить еще ряд характерных особенностеймеха­низма митогенной стимуляции.

Во-первых, участвующие в нем белки, какправило, не уникальны, а образуютсемейства, члены которых объединенысходством структуры и функции, норазличаются в деталях (в частности,субстратной специ­фичностью,активностью, сайтами фосфорилирования,спо­собностью связываться соспецифическими последователь­ностямиДНК и т.д.). Это свойство обеспечиваетгибкость, пластичность и надежностьвсего механизма.

Во-вторых,сигнальные белки во многих случаяхимеют четко выраженное доменное (илимодульное) строение. Име­ется в видуподразделение молекулы белка на отдельныеструктурно-функциональные блоки (см.,в частности, стро­ение рецепторовростовых факторов на рис. 4.4).

Другимпри­мером может служить структурнаяорганизация регуляторных белков, вкоторых можно вычленить ДНК-связывающийи трансактивирующий домены (см. далее).

Функционально близкие домены обладаютструктурным сходством даже у оченьотдаленных в эволюционном отношениивидов, что де­лает компьютерный поискгомологий чрезвычайно эффектив­нымсредством выяснения функций новыхбелков (именно таким способом былисделаны многие важные открытия).

В-третьих,в структуре многих сигнальных белковсущест­вуют своеобразные «стыковочныеузлы»(docking sites)разных типов, предназначенные длябелок-белковых взаимодействий.

Посколькуодна молекула может обладать несколькимитаки­ми участками, существуетвозможность самосборки очень сложныхмногокомпонентных конструкций,необходимых и для переноса сигнала, идля регуляции транскрипции.

Присо­единениек конструкции новых элементов иногдаобозначают

термином«рекрутирование». Одни и те же структурныеблоки могут формировать существенноразные конструкции, что на­деляетсистему функциональной гибкостью исвойством взаи­мозаменяемостиотдельных ее элементов.

В-четвертых,линейные сигнальные пути не изолированы,а взаимодействуют друг с другом, чтоведет к формированию сложных функциональныхсетей.

В-пятых,нерегулируемое размножениетрансформирован­ной клетки можнопредставить, если продолжить аналогиюс рефлекторной дугой как следствиевозникновения очага «за­стойного»возбуждения в том или ином звене путипереноса митогенного сигнала.

Повреждениегена и как следствие — структурныйдефект какого-либо из сигнальных белков,спо­собный зафиксировать его впостоянно активном состоянии (т.е.сделать независимым от «вышестоящих»регуляторных инстанций), — один изглавных механизмов канцерогенеза.

Нормальные гены, участвующие в переносемитогенного сиг­нала и потенциальноспособные на такое превращение,назы­ваются протоонкогенами.

В-шестых,баланс позитивных и негативных факторов,как уже отмечалось выше, — фундаментальноесвойство любой сложной регуляторнойсистемы, в том числе и управляющейклеточным делением. Протоонкогены —элементы позитивной регуляции; ониявляются акселераторами клеточногоделения и в случае превращения в онкогеныпроявляют себя как доми­нантныйпризнак.

Вместе с тем в давних опытахобразования ге-терокарионов (продуктовслияния клеток в культуре) установле­но,что свойство туморогенности (способностиобразовывать опухоли при перевивкеживотным) ведет себя как признакре­цессивный: гетерокарионы, образованныеслиянием нормаль­ных и трансформированныхклеток, ведут себя как нормальные.

Этоуказывает на присутствие в нормальныхклетках неких нега­тивных (тормозящихклеточное деление) факторов, способныхпри внесении в опухолевую клеткунормализовать ее. В последу­ющем такиебелковые факторы были идентифицированы;коди­рующие их гены получили названиегенов-супрессоров.

Полная трансформацияклетки, таким образом, является следствиемне­скольких генетических событий:активации онкогена(ов) и ин­активациигена(ов), осуществляющих супрессорныефункции.

Источник: https://studfile.net/preview/5134770/page:44/

Medic-studio
Добавить комментарий