CC BY
74
УДК 617.7 - 007.681
А.И. Белоусова, Ю.А. Витковский
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ АПОПТОЗА В ПАТОГЕНЕЗЕ ПЕРВИЧНОЙ ОТКРЫТОУГОЛЬНОЙ ГЛАУКОМЫ
Читинская государственная медицинская академия, г. Чита
Проблема глаукомы в настоящее время остается одной из наиболее актуальных в современной офтальмологии: число больных на земном шаре составляет 105 млн, из них слепых на оба глаза — 9,1 млн [6, 23]. Выступления ведущих офтальмологов мира зачастую совпадают в окончательном выводе: даже имея огромный опыт изучения такого многофакторного заболевания, как первичная открытоугольная глаукома, мы пока не можем определенно сказать, какой процесс является основным в его патогенезе. В то же время, как показали недавние исследования [3, 5, 21, 26], есть все основания относить глаукому к группе заболеваний, в основе которых лежат процессы апоптоза, обусловленные экспрессией проапоп-тотических генов и белковой перестройкой содержимого клеток. Эти первичные генетические эффекты носят сложный характер и определяют интенсивность возрастных изменений в организме, местную реакцию глаз на возрастные сдвиги, анатомические особенности дренажной системы и диска зрительного нерва [11, 29, 31].
Гибель ганглиозных клеток сетчатки при глаукоме развивается на фоне активации апоптоза [25]. Вопрос об индуцирующих факторах в данном случае до конца не ясен. По-видимому, играют роль как дефицит нейротро-фических влияний, так и повышенное образование эндогенных индукторов апоптоза [2]. Необходимо отметить, что если раньше первичным звеном поражения нервной ткани при глаукоме было названо нарушение аксональ-ного тока, то теперь высказывается гипотеза, что это нарушение может быть вторичным.
Первичным фактором является именно активация глии [2]. При глаукоме происходят изменения, связанные с нарушением синтеза компонентов экстрацеллюлярного матрикса, таких как коллаген III типа, протеогликаны и адгезивные молекулы. Несмотря на то, что гистологические изменения на уровне решетчатой мембраны (РМ) склеры выглядят так, как будто вызваны исключительно механическими причинами (компрессией), однако в экспериментах на обезьянах острый подъем внутриглазного давления (ВГД) не вызывает изменений в РМ [14, 15], а хронически действующее высокое ВГД приводит к повышению растяжимости склеры и, следовательно, ее большей деформации [15]. Поэтому был сделан вывод о том, что при глаукоме изменения в соединительной ткани накапливаются постепенно. Причина этих изменений, пусть и гипотетически, названа: это — факторы, выделяемые активированной глией [16, 20].
Одна из функций нейроглии — защитная, а именно защита и восстановление нервной ткани при повреждении, например, связывание нейротоксинов, продукция факторов роста и т.д. При глаукоме активация глии происходит как в зрительном нерве, так и в сетчатке. Потен-
Ключевые слова: апоптоз, глаукома, генетика. Key words: apoptosis, glaucoma, genetics.
циальными патологическими факторами, посредством которых глия оказывает повреждающее, а не защитное действие на нервную ткань при глаукоме, названы трансформирующий фактор роста бета (TGF-b) и эндотелии-1 [24]. В ряде работ показано увеличение миграционной активности астроцитов, повышенный синтез ими оксида азота [14, 15] и фактора некроза опухоли альфа (TNF-a) [27, 34], а также активация ими протеолитических ферментов в окружающей нервной ткани [24, 27].
Ряд факторов активированной глии способен индуцировать апоптоз. Механизм апоптоза заключается в следующем. TNF-a и Fas-лиганд (CD 178) запускают каскад биохимических реакций, финальным этапом которых являются дефрагментация хромосом и гибель клетки. На поверхности клеток имеются специальные рецепторы для TNF-a — TNF-RI и TNF-RII, для Fas-лиганда — рецептор Fas/APO-1 (С095).Связывание TNF-a и Fas-лигандов с рецепторами апоптоза активирует интрацел-люлярные «домены смерти» (DED-death effector domain): DED, DED1 и DED2 и ряд посредников, включая церами-ды, ras, SAPK/JNK, протеиновые тирозинкиназы, катеп-син D и протеазы ICE/CED-3 семейства. Кроме семейства каспаз (протеаз ICE/CED-3) в регуляции апоптоза принимает участие семейство Bel-2 белков, в котором Bel-2, Bcl-xF, Ced-9, Bcl-w и Mcl-1 ингибируют апоптоз, а Be 1-2 гомологи (ВН) 1-3, Вах подобный белок, Bäk, Bok, Bad подобный белок, Bid, Bik, Bim и Hrk выполняют проапоптозную функцию. На взаимодействие TNF-a и Fas-лигандов с TNF-R и Fas/APO-1 (CD95) и проведение апоптотического сигнала оказывают влияние Bel и Вах-белки. Факторы Bel семейства: Вс1-2, Bcl-хГ и Bcl-xS блокируют выход цитохрома С из митохондрий и таким образом предотвращают превращение прокаспазы-9 в активную форму, отменяют апоптотический сигнал. В свою очередь, Вах-белки способствуют выходу цитохрома С из митохондрий и образованию активной каспазы-9, которая инициирует продолжение и активацию апоптотического каскада, начавшегося с присоединения TNF-a или Fas-лигандов к TNF-R и Fas/APO-1 [1, 3, 25, 32].
В 90-х гг. прошлого столетия был открыт ряд генов, участвующих в регуляции апоптоза. Продукты некоторых из этих генов являются активаторами, в то время как другие — ингибиторами апоптоза.
Ген р53 является центральным компонентом системы, обеспечивающей удаление из организма патологически измененных клеток. Многочисленные сигнальные пути контролируют состояние клетки и в случае возникновения повреждений или сбоев, угрожающих приобретением
наследственных изменений, вызывают активацию белка р53, который либо координирует процесс репарации, либо индуцирует апоптоз [1, 16-18]. Ген р53 является модулятором транскрипции и специфически взаимодействует с ДНК, трансактивируя при этом такие гены, как р21-WAF1, который является ингибитором циклинзависимых киназ, и Вах, участвующий в ano птозе [1, 16, 19].
Роль р53 в регуляции клеточной пролиферации становится очевидной в условиях различных стрессов: после воздействия ионизирующей радиации, УФ-лучей, различных химических агентов. В промоторной области р53 идентифицирован участок связывания транскрипционного фактора NF-кВ, который может специфически активировать р53. Фактор некроза опухолей альфа (TNF-a), который индуцирует NF-кВ, также вызывает стимуляцию промотора р53. Поскольку NF-кВ индуцируется в ответ на обработку клеток цитокинами, антигенами, ДНК- повреждающими факторами, стимуляторами пролиферации опухолевых клеток (форболовые эфиры), это воздействие может приводить к активации промотора р53 и служить одним из механизмов индукции р53 в стрессовых ситуациях.
В клеточном цикле можно выделить два основных этапа — репликацию генома и последующую редупликацию клеток. Эти два события разделены двумя фазами — G1 до репликации ДЫК и G2 — до митоза. Правильность прохождения цикла контролируется циклинзависи-мыми протеинкиназами (CDK). Повышенная экспрессия р53 в ответ на повреждающие ДНК воздействия может определять не только блок в G1, сопровождающийся ре-паративным синтезом, но и гибель клеток в результате апоптоза.
Основным эффекторным геном р53 является ген р21-WAF1, продукт которого служит мощным ингибитором циклинзависимых киназ (CDK). Белок р21 отвечает за остановку клеточного цикла в фазе G1 в ответ на гиперэкспрессию р53 и повреждения ДНК [1, 9, 10, 22].
Повышение активности р53 ДНК повреждающими или другими агентами может повышать восприимчивость клеток к сигналам входа в апоптоз через опосредованное р53 влияние на экспрессию генов Вах и Bel-2. Гены Вах и Bel-2 кодируют гомологичные белки, которые оказывают противоположные эффекты на жизнедеятельность клетки. Если Be 1 -2 пролонгирует выживание клеток, то Вах ускоряет апоптоз. Bel-2 и Вах могут образовывать гетеродимеры, причем это взаимодействие оказывается существенным для способности Bcl-2 блокировать клеточную смерть. Предполагается, что соотношение белков Bel-2 и Вах может быть главной детерминантой клеточной способности к апоптозу [1,8, 10]. Bel-2 и родственный ему протеин Bcl-хГ представлены в мозге млекопитающих. Они защищают нейроны от апоптоза при ишемическом воздействии, удалении факторов роста, влиянии нейротоксинов в условиях in vivo и in vitro. Фактор р53 также способен трансакти-вировать некоторые киллерные рецепторы, в частности Fas и KIFFER/DR5.
Таким образом, акгивируясь в ответ на самые разные неблагоприятные воздействия (повреждения ДНК, гипоксия, потеря контактов клетки с субстратом, перманентная нерегулируемая стимуляция митогенного сигнала и многие другие), экспрессия р53 дает мощный апоптогенный
сигнал, в реализации которого задействованы различные механизмы индукции гибели клетки [1].
H. revkovitch-Verbin и др. [12] исследовали изменения в экспрессии генов, вызванные повышением внутриглазного давления и приводящие к оптической нейропатии. Экспрессия проапоптического гена р53 (Ei24, Gadd45a), Cdk2 и гена — антогониста IAP-1 начиналась одновременно, через неделю после индукции повышенным внутриглазным давлением. При экспериментальной глаукоме ген Gadd45a оставался в активном состоянии в течение 2 мес. Супрессия гена IAP-1 наступала раньше, чем проапоптического гена Gadd45a. Экспрессия Ei24 и Cdk2 была незначительной.
Таким образом, элементы р53 тропы транедукции сигнала вовлечены в апоптоз при глаукоме и глаукомной оптической нейропатии [32, 33]. Эндогенный ингибитор IAP-1 вовлекается одновременно с ними, возможно, как часть нейропротективного механизма. Изменения при глаукоме постепенны и возникают намного позже, после того как внутриглазное давление возвращается к нормальному уровню [9].
Рядом исследователей [5] была экспериментально смоделирована регенерация зрительного нерва путем подавления ингибирующих эффектов реативных астро-цитов. Трансгенные мыши с повышенной экспрессией Bel-2 имели более выраженную регенерацию клеток зрительного нерва за счет снижения ингибирующих эффектов реактивных астроцитов.
R. Zalewska и др. [35] выявили высокое содержание проапоптических белков Вак и Вах по отношению к ан-тиапоптическим Bel-2 и Bcl-xl в аксонах зрительного нерва при абсолютной глаукоме. Результаты данных исследований демонстрируют молекулярно-генетические механизмы глаукомы, подтверждают роль антиапопто-тических и проапоптотических факторов в патогенезе заболевания. H.J. Fin и др. [13] рассматривают чувствительность ганглиозных клеток сетчатки к повышению уровня внутриглазного давления как генетически обусловленную, что в некоторой степени объясняет патогенез как нормотензивной глаукомы, так и офтальмогипертен-зии. По их мнению, повышение уровня внутриглазного давления является только фактором риска, но не причиной повреждения ганглиозных клеток сетчатки при глаукоме.
Известно, что фактор р53 способен повышать экспрессию проапоптического гена Вах и снижать экспрессию антиапоптического гена Bel-2 [10]. В результате проведенных в Китае исследований установлена ассоциация между полиморфизмом р53 и первичной открытоуголь-ной глаукомой [13]. Полученные данные демонстрируют значительные различия в распределении аллельных вариантов р53 между здоровыми и больными индивидуумами. Замещение аргинина на пролин в полипептиде р53 (кодон 72) является существенным фактором риска развития первичной открытоугольной глаукомы в китайской популяции.
В то же время, у представителей европеоидной расы не установлено никакой связи между полиморфизмом р53, тяжестью течения и возрастом начала первичной открытоугольной глаукомы [7].
Протеин р21 является эффектором для фактора р53 — супрессора опухоли. По мнению ряда китайских ис-
следователей, существует ассоциация между полиморфизмом ко дона 31 р21 и первичной открытоугольной глаукомой. Установлено, что аллель аргинина кодона 31 р21 встречается чаще у пациентов с первичной открытоугольной глаукомой. Это подтверждает наличие связи между полиморфизмом кодона 31 протеина р21 и первичной открытоугольной глаукомой в китайской популяции [30].
Вместе с тем, исследование, проведенное среди представителей кавказской популяции, не выявило значительных различий в распределении аллельных вариантов серина и аргинина кодона 31 протеина р21 между пациентами с первичной открытоугольной глаукомой и здоровыми индивидуумами [28]. Можно предположить, что такие противоречивые результаты связаны с различной частотой встречаемости аллели аргинина в китайской популяции (0,50) и среди представителей европеоидной расы (0,05). По данным R. Birgander, частота аллели аргинина варьирует от 4% у шведов до 50% у китайцев.
У африканцев она равняется 29%, у индийцев — 16%. Среди представителей финской и мордвинской популяции выявлена более высокая частота аллели аргинина (9-10%), чем среди представителей Западной Европы, французов и шведов. Это, вероятно, связано с влиянием азиатских монголов на финно-угорские племена. Наличие различных частот аллели AI р21 у этнических групп поддерживается естественным отбором [4].
Таким образом, сложно оценить связь между полиморфизмом генов р21, р53 и первичной открытоугольной глаукомой, не принимая во внимание этнические особенности генофонда различных популяций. В то же время, роль проаптотических и антиапоптотических генетических механизмов в патогенезе первичной открытоугольной глаукомы остается несомненной [4, 5, 26, 28]. Установленные механизмы повреждения ганглиозных клеток сетчатки при глаукоме открывают возможность поиска новых путей диагностики, профилактики и лечения первичной открытоугольной глаукомы, разработки эффективных методов нейропротективной терапии, основанных на молекулярно-генетических эффектах.
Литература
1. Чумаков П.М., Свердлов Е.Д, Вазири X. // Биохимия. 2000. Т.65. №1. С. 34-47.
2. КурышеваН. И. //Глаукома. 2004. №3. С.57-68.
3. Adams J.M., Coiy S. // Science. 1998. Vol. 281, P. 1322-1326.
4. Birgander R., Sjalander A., Saha N. et al. // Hum. Hered. 1996. Vol. 3,. P.48-54.
5. Fan Z., Chen D. Ge J. // Br. J. Ophthalmol. 2004. Vol. 6,. P. 567-577.
6. Goldberg I., Weinreb R., Kitazawa Y. // Glaucoma in the 21th Century. Hartcourt Health Communications. Mosby Int: Fondon, 2000. P. 4-8.
7. Dimasi D., Hewitt A., Green C. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2006. Vol. 15, P. 2475-2482.
8. Hockenbery D.M. // Semin. Immunol. 1992. Vol. 4, P. 413-420.
9. Kim H.S., Park C.K. // Brain Res. 2005. Sep. 28. P. 1057-1064.
10. Ko F.J., Prives C. // Genes Dev. 1996. Vol. 10, P. 1054-1072.
11. Kroemer G., Zamzami N., Susin S.A. // Immunol. Today. 1997. Vol. 18, P. 44-51.
12.Fevkovitch-VerbinH.,DardikR. //Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2006. Vol. 6, P. 2491-2497.
13. FinH.J., Chen W.C., TsaiF J. et al. //Br. J. Ophthalmol. 2002. Vol. 7, P. 767-770.
14. Morgan W., Yu D., Cooper R. et al. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1995. Vol. 36, P. 1163-1172.
15. Morgan W., Yu D., Alder V. et al. //Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1998. Vol. 39, P. 1419-1428.
16. Neufeld A. // Surv. of Ophthalmol. 1999. Vol. 43, P. 129-137.
17. Nickells R. W. // Surv. of Ophthalmol. 1999. Jun .43. Suppl. 1. P. 51-61.
18. Nishimura K., Riva C., Harino S. // J.Ocul. Pharmacol. 1996. Vol. 12, P. 75-83.
19. Osborn N., Wood J., Chidlow G. et al. // British J. Ophthalmol. 1999. Vol. 83, №8. P. 980-986.
20. Pena J., Agapova O. // Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2001. Vol. 42, P. 303-2314.
21. Potter A. //Br. Med. J. 1994. Vol. 309, P. 682-683.
22. Prassana G., Krishnamoorthy R., Clark A. et al. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2002. Vol. 43, P. 2704-2713.
23. Quigley H. // Br. J. Ophthalmol. 1996. Vol. 80. P. 389-393.
24. Stokely M., Brady S., Yorio T. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2002. Vol. 43, P. 3223-3230.
25. Steller H.H. // Science. 1995. Vol. 267, P. 1145-1149.
26. Tamm E. // Prog. Retm. Eye Res. 2002. Vol. 21, P. 395-428.
27. Tezel G., Wax M. // J. Glaucoma. 2003. Vol. 12, P. 63-68.
28. Thomas R., Philip G.G., Sharon M.K. et al. // Exp. Eye Res. 2005. Vol. 22, P. 8493-8500.
29. Tripathi R., Borisuth N., Tripathi B. // Exp. Eye Res. 1994. Vol. 58, P. 523-528.
30. TsaiF.J.,FinH.J.,ChenW.C.etal.//Acta. Ophthalmol. Scand. 2004. Feb.82. P. 76-80.
31. Wax M. // Curr. Eye. Res. 2002. Vol. 25, P. 113-116.
32. Winnto A.I. // Curr. Opm. Immymol. 1997. Vol. 9, P. 365-370.
33. Yoshimura N. // Nippon Ganka Gakkai Zasshi. 2001. Vol. 12, P. 884-902.
34. Yuan F., Neufeld A. // Glia. 2000. Vol. 32, P. 42-50.
35. Zalewska R., Reszec J., Mariak Z. //Kim Ocza. 2004. Vol. 10, P. 155-157.
□□□
