CC BY
109
© Л.Б.Пак, А.И.Дубиков, Т.А.Кабанцева, А.А.Василюк, О.М.Григорян, 2013 УДК 612.014:577.7+616.61
Л.Б. Пак1, А.И. Дубиков1, Т.А. Кабанцева4, А.А. Василюк2, О.М. Григорян3 АПОПТОЗ И ПАТОЛОГИЯ ПОЧЕК
L.B. Pak, A.I. Dubikov, T.A. Kabanceva, A.A. Vasilyuk, O.M. Grigoryan APOPTOSIS AND NEPHROPATHIES
1Кафедра факультетской терапии, 2кафедра факультетской хирургии и урологии, 3V курс лечебного факультета Тихоокеанского государственного медицинского университета, 4нефрологическое отделение клинической больницы № 2, г Владивосток, Россия
РЕФЕРАТ
Обзор дает представление о влиянии некоторых молекулярных механизмов апоптоза на развитие нефропатий различного генеза. Описаны пути реализации и значение молекул апоптоза (р53, PUMA, MDM2, р21) в развитии патологии почек, связанных с повреждением клубочков, ишемией, в развитии почечной недостаточности. Охарактеризован тонкий механизм влияния молекулы р53 на онкогенез. Отмечено, что экспрессия р53 определяет нефротоксичность ряда противоопухолевых препаратов. Функции проапоптотического протеина PUMA определены лишь в контексте онкогенеза и нефротоксичности. Рассмотрена роль молекулы MDM2 как предиктора опухолевой пролиферации и эволюции волчаночного нефрита. Описан существенный вклад белка р21 в развитие острой почечной недостаточности, фокально-сегментарного гломерулосклероза, диабетической нефропатии, а также в прогрессирование аутоиммунных процессов в почках. Апоптоз является активным механизмом в развитии хронической болезни почек, и его дальнейшее изучение определяет возможность поиска инновационных подходов в предупреждении, прогнозировании и лечении болезней почек.
Ключевые слова: апоптоз, р53, PUMA, MDM2, p21, нефропатия. ABSTRACT
The review gives an idea of impact of some molecular mechanisms of apoptosis on the development of nephropathies of various origins. Ways of realization and contribution of molecules (р53, PUMA, MDM2, р21) in renal disease associated with glomerular injury, ischemia, in the development of renal failure and their participation in the progression and prognosis of renal disorders were described. A subtle mechanism of the effect of the molecule р53 on cancerogenesis is revealed. The expression of р53 protein defines a nephrotoxicity of a number of chemotherapeutic drugs. Changes and influence of a proapoptotic protein PUMA were defined only in a context of cancerogenesis and nephrotoxicity. The role of a molecule MDM2 as predictor of cancerogenesis and clinical course of lupus nephritis is considered. Role of molecule MDM2 as a predictor of neoplastic proliferationand evolution of lupus nephritis was studied. The senescence marker, р21 molecule makes a contribution to development of acute renal failure, focal-segmental glomerulosclerosis, diabetic nephropathy, autoimmune disorders in kidneys. Recognizing apoptosis as one of mechanisms in development of kidney diseases, this review gives strong incentive for further research and discovery of innovative approaches for prevention, prognosis and treatment of nephropathies.
Key words: apoptosis,p53, PUMA, MDM2, p21, nephropathy.
ВВЕДЕНИЕ
Хроническая болезнь почек (ХБП) становится одной из наиболее актуальных проблем современного здравоохранения и общества в целом [1, 2]. Результаты эпидемиологических исследований последних десятилетий показали, что она встречается гораздо чаще, чем предполагалось ранее. В развитых странах по своей значимости она сближается с болезнями сердечно-сосудистой системы, опухолями и травмами [1]. Несмотря на достижения современной нефрологии, не все звенья патогенеза, а также факторы риска, модификация которых позволила бы снизить темпы прогрессирования почечной патологии, хорошо изучены [1-3]. Актуальным направлением
Пак Л.Б. Кафедра факультетской терапии Тихоокеанского государственного медицинского университета. E-mail: lpak073@gmail.com
становится детальное исследование реализации различных механизмов патогенеза в развитии заболеваний почек, их точная морфологическая диагностика и выявление новых биологических мишеней для целенаправленного лечения. Немалый интерес представляют данные о роли апоптоза в развитии иммуно- и неиммуноопосредованных нефропатий.
Цель настоящего обзора - анализ роли различных молекулярных механизмов реализации апоптоза (р53, PUMA , Mdm 2 и р21) в патогенезе иммунных и неиммунных нефропатий.
Апоптоз принимает участие в развитии нефропатий различной этиологии
Прогрессирование иммунных и неиммунных нефропатий характеризуется клеточной пролиферацией с накоплением внеклеточного матрикса и
последующим развитием нефросклероза [4]. При этом компоненты матрикса повышают чувствительность мезангия к различным индукторам апоптоза [3]. Считается, что нарушение функции почек определяется не только степенью гломерулоскле-роза, но и выраженностью тубулоинтерстициаль-ных нарушений [4]. Гибель клеток канальцевого эпителия, наряду с некрозом, может происходить и путем апоптоза, который в ряде случаев является важной причиной развития острого повреждения почек [3-5].
Следует отметить, что различные заболевания почек сопровождаются специфическими особенностями запрограммированной клеточной смерти. Так, при большинстве различных морфологических вариантов гломерулонефрита отмечается инги-биция апоптоза [3, 4]. В свою очередь, гломеру-лосклероз, кортикальный некроз, обструктивные нефропатии, рефлюкс-нефропатии, гидронефроз, поликистоз, интерстициальный нефрит (в том числе циклоспориновая нефропатия), посттрансплантационное острое повреждение почек сопровождаются его активацией [6, 7].
В здоровых почках взрослого человека ежедневно подвергается апоптозу около 3% гломерулярных клеток [4]. При пролиферативных вариантах гло-мерулонефрита интенсивность апоптоза клеток клубочка достоверно коррелирует с их общим числом [4, 7]. Показано, что при мезангиопролифе-ративном гломерулонефрите выраженность апопто-за взаимосвязана с интенсивностью протеинурии [8]. Что касается люпус-нефрита, то обнаружена взаимосвязь между интенсивностью апоптоза и индексом хронизации [7, 9, 10].
Ряд исследователей указывают на рост числа клеток, подвергающихся апоптозу при гломерулопа-тиях по мере прогрессирования гломерулосклероза, в том числе при люпус-нефрите и IgA-нефропатии [6, 11, 12]. Антипролиферативный эффект может быть достигнут индукцией остановки клеточного цикла, сопровождающегося апоптозом, через активацию p53, p21 и Bax-молекул, но не механизма, основанного на передаче «смертельного» сигнала через систему Fas-рецептор - Fas-лиганд. В то же время, при различных вариантах гломерулопатий выявлена активация экспрессии лиганда рецептора Fas и антиапоптического белка Bcl-2 [2, 13]. Показано, что гиперэкспрессия Bcl-2 ассоциирована с избыточной пролиферацией мезангиоцитов при гломерулонефрите [4, 5].
Некоторые авторы считают актуальным исследование роли малых RasGTPas-молекул (Ras-proteinguanosine triphosphate) в механизмах
развития почечного фиброза. Установлено, что RasGTPas-молекулы управляют пролиферацией клеток, их дифференцировкой и апоптозом. Разные изоформы Ras играют разную роль в регуляции внеклеточного синтеза матрикса фибробластами и клетками мезангия [14].
Определённый интерес представляет изучение вклада в развитие нефропатий отдельных белков, участвующих в тонких процессах регуляции апоптоза и старения клеток.
Молекула р53 - активный участник апоптоза почечных клеток
Белок р53 (молекулярная масса 53 кДа) является продуктом гена-супрессора опухоли ТР53 и экс-прессируется во всех клетках организма. Он играет роль транскрипционного фактора и активируется при накоплении повреждений ДНК. В результате экспрессии р53 происходит остановка клеточного цикла и репликации ДНК , а при сильном стрессовом сигнале - активация апоптоза.
Ключевая роль молекулы р53 в развитии апоп-тоза неоспорима [5, 7, 15, 16]. Первоначально повышенный интерес к белку р53 был обусловлен его исключительной особенностью препятствовать развитию новообразований [5, 7, 15, 17]. К настоящему времени выявлено множество функций этого белка, таких как регуляция продолжительности жизни, размножения, развития, метаболизма и многое другое [15, 16]. Более того, перечень функций р53 неуклонно растет. В последние годы установлена роль нарушений функции гена-супрессора опухоли TP53 в развитии не только онкологических, но также и сердечно-сосудистых, нейродегенеративных, метаболических заболеваний; обсуждается участие р53 в процессах старения организма [15]. Являясь фактором транскрипции, р53 действует за счет активации или подавления транскрипции как минимум 129 генов-мишеней [16].
Инактивация р53-протеина в опухолях человека, а также высокая частота развития новообразований у мышей с нокаутом гена TP53 - наиболее веские доказательства противоопухолевой функции этого гена [5, 13, 17]. Белок р53 активируется в ответ на различные стрессовые сигналы, которые свидетельствуют об уже произошедшем или возможном злокачественном перерождении клетки. Повреждение ДНК, гипоксия, активация онкогенов и репликативный стресс, потеря нормальных клеточных контактов - лишь некоторые из них [18, 19]. В соответствии с популярной теорией, молекула р53 «решает» судьбу клетки в зависимости от типа, величины и продолжительности стрессового сигнала [15]. При незначительной стимуляции
белок р53 временно останавливает клеточный цикл, увеличивает выработку антиоксидантов и запускает процесс репарации, давая клетке возможность восстановить ДНК и продолжить свою физиологическую программу, иными словами, осуществляет «профилактику» опухолей. В случае сильной и/или продолжительной стрессовой стимуляции, нерепарируемых повреждений ДНК или активации онкогенов белок р53 действует радикально, удаляя такую клетку путем апоптоза или навсегда останавливая ее жизненный цикл в процессе клеточного старения [19, 20].
Неудивительно, что большинство исследований и в канцерогенезе почек направлено на изучение роли молекулы р53 [21-24]. Потеря функции белка р53- критический признак развития опухоли. Мутации этого гена, вплоть до его потери, встречаются в большинстве случаев злокачественных новообразований. Исключением является карцинома почки. Так, H. Warburton и соавт. обнаружили MDM2/p14ARF-независимый механизм регуляции активности протеина p53 в клетках карциномы почечного эпителия, где мутации белка р53 редко встречаются [24]. По другим данным, экспрессия Bcl-2 коррелирует с благоприятным прогнозом, лучшей выживаемостью и соответствует начальной стадии почечно-клеточного рака [25]. Японские авторы предполагают наличие тесной связи между инфекцией HPV и экспрессией (мутацией) белка р53, что может играть определённую роль в развитии и прогрессировании почечной карциномы [26].
Оксид азота
Особая роль в регуляции процессов клеточной смерти принадлежит оксиду азота (NO). Оксид азота - бесцветный газ, молекулярная масса 30,0 г/моль. Синтез осуществляется семейством NO-синтаз (NOS). NOS-ферменты - члены гемсо-держащего суперсемейства ферментов, названных монооксигеназами. В зависимости от структуры и функций NOS разделяются на три группы: эн-дотелиальные (eNOS), нейрональные (nNOS) и индуцибельные (iNOS).
Известно, что NO обладает провоспалительны-ми свойствами и воздействует на иммунную систему [5, 19]. Результаты исследований ряда авторов свидетельствуют об участии NO в запрограммированной смерти клетки. Показано, что NO усиливает потенциал мембраны митохондрий и изменяет химическую структуру цитохрома С. Это ведёт к высвобождению цитохрома из митохондрий, что, в свою очередь, активирует каспазу-3, которая является основным эффектором апоптоза [27].
In vitro установлено разрушающее действие NO
на клеточную ДНК [28]. In vivo гистохимические исследования почек при IgA-нефропатии выявили значительное нарастание интенсивности апоптоза в клетках почечного эпителия, где была наиболее выражена экспрессия индуцибельной NO-синтазы (iNOS), что определяло отрицательный прогноз [28]. К тому же двойная индукция активности iNOS и молекулы р53 приводила к быстрому про-грессированию почечной недостаточности [28, 29].
Подчеркивается роль оксидативного стресса в развитии нефропатий, как правило, связанных с так называемыми экологическими причинами. В частности, показаны ассоциированны с ним нарастание экспрессии p53, p21, cyclin E и белков CDK2, нарушение клеточного цикла, хромосомные отклонения и геномная неустойчивость [30].
Имеются данные о значительном вкладе молекулы р53 в обеспечение апоптотической гибели клеток при феномене почечной ишемии-репер-фузии, являющегося частой причиной развития острого повреждения почек и характеризующегося обширным повреждением тубулярного аппарата и микрососудов почек [31]. Так, кратковременное подавление активности белка р53 пифитрином-а (PFTa) - одним из малых ингибиторов р53 с радиопротективными свойствами - обеспечивало значительную защиту почек в мышиных моделях феномена почечной ишемии-реперфузии [32, 33]. Следовательно, активация молекулы р53 может способствовать повреждению почек при острой ишемии благодаря гипоксической индукции апоп-тоза.
В литературе описана циспластин-индуцирован-ная нефротоксичность, определяемая активностью белка р53, о чем свидетельствует её отсутствие у р53-дефицитных мышей [34-36]. Циспластин-индуцированный апоптоз не развивался при введении PFTa как в условиях in vitro, так и in vivo. Этот защитный эффект PFTa сопровождался инги-бированием экспрессии проапоптотических генов [37, 38]. Подобным образом подавляется и пуро-мицинаминонуклеозид - индуцированный апоптоз подоцитов [39]. Другие авторы изучали влияние правастатина на циспластин-индуцированное повреждение почек [40]. Они показали, что пра-вастатин смягчает это повреждение, подавляя в почках синтез малонового диальдегида - маркера перекисного окисления липидов, тем самым снижая активность белка р53.
Подобного рода исследования свидетельствуют о том, что ингибиторы активности белка р53 могут уменьшить тяжесть р53-опосредованных патологических процессов. Тем самым подчеркивается
практическая значимость понимания роли р53-молекулы и определяются возможности новых терапевтических стратегий при заболеваниях почек.
Молекула PUMA
Белок PUMA (p53 upregulated modulator of apoptosis) индуцируется во многих типах клеток за счет активации р53-молекулы, развивающейся в ответ на повреждение генома [5, 7, 15, 16]. Подобно большинству других ВНЗ-белков, изоформы PUMA связывают Bcl-2-подобные белки (антагонисты апоптоза), локализованные в митохондриях, способствуя высвобождению цитохрома С и реализации быстрой клеточной гибели. Этот феномен описан как митохондриальный путь апоптоза, осуществляемый путем непрямой нейтрализации антиапоптотических эффектов молекул Вах и/или Bak-белков семейства Bcl-2 [7, 16].
Факторы, изменяющие окислительно-восстановительный гомеостаз в клетках, как, например, гипоксия и оксидативный стресс, способны стимулировать экспрессию PUMA как in vitro, так и in vivo [5]. Известно, что оксидативное повреждение ДНК при гидронефрозе может вызывать р53-зависимый апоптоз через репрессию АРЕ (ДНК-репарирующая эндонуклеаза) [6].
Нефротоксическое действие циспластина, широко используемого в терапии опухолей, сопровождалось повышенной экспрессией молекул PUMA и р53 в клетках почек, вызывая их острое повреждение [37, 41]. Возможно, ингибирование р53 и PUMA-белков может иметь значение для профилактики и лечения циспластин-индуцированного острого повреждения почек. Это подтверждается исследованиями на мышиных моделях ингибирующего эффекта PFTa на циспластин-индуцированную регуляцию белка PUMA в клетках почечных канальцев [38].
Данные о действии ресвератрола, SIRT1-активатора (sirtuin 1-NAD-depend ent protein deacetylase) свидетельствуют о снижении активности циспластин-индуцированного апоптоза за счет деацетилирования белка р53, подавления активности Bcl-XL и PUMA молекул в клетках проксимальных канальцев почек при одновременном повышении скорости клубочковой фильтрации [41, 42]. Эти результаты показывают, что модуляция функций PUMA и белков р53 с помощью молекулы SIRT1 может ослабить циспластин-индуцированное повреждение почек.
Данные других исследований указывают на то, что ресвератрол, обладающий химиопрофилак-тическими свойствами против некоторых видов опухолей и сердечно-сосудистых заболеваний, ока-
зывает положительное влияние на продолжительность жизни, уровень липидов, а также обладает профилактическими свойствами при некоторых вирусных инфекциях [43]. Ресвератрол способен индуцировать апоптоз благодаря усилению экспрессии Bax, Bak, PUMA, Noxa, Bim, p53, TRAIL, TRAIL-R1/DR4 и TRAIL-R2/DR5 молекул с одновременным снижением экспрессии Bcl-2, Bcl-XL, Mcl-1-молекул и сурвивина [38, 43]. Ресвератрол стимулирует экспрессию ингибиторов CDK р21/ WAF1/CIP1 и p27/KIP1, усиливает проапоптоти-ческий эффект цитокинов, химиотерапевтических препаратов и гамма-излучения и, таким образом, вызывает остановку клеточного цикла на G1- и G^S-фазах при поражении печени и почек [41, 43].
В силу того, что геномная нестабильность является отличительной чертой канцерогенеза, логичным является изучение механизмов ее развития. Гибель клеток может быть связана с гипоксией, индуцирующей высокую активность проапоп-тотического белка PUMA. В результате, in vivü показано, что даже в клетках, в которых функция белка р53 была нарушена, апоптоз являлся важным ответом на гипоксию и ишемию опухоли, а блокада этой реакции позволяла выживать клеткам с аномальным геномом и способствовала активизации канцерогенеза [44].
В то же время делеция у мышей гена PUMA не сопровождалась повышением частоты образования опухолей [44]. Это может быть связано с тем, что мутантный ген TP53, лишенный способности вызывать апоптоз, но способный вызывать остановку клеточного цикла, хорошо защищает мышей от развития опухолей [21]. Результаты этих исследований ясно указывают на существование дополнительных р53-зависимых механизмов, вносящих вклад в противоопухолевую защиту.
Таким образом, достаточно хорошо показано, что белок PUMA может активироваться в ответ на гипоксию и ишемию почек в различных типах клеток, определяя канцерогенез и нефротоксичность. Однако работ по изучению его роли в развитии гломерулопатий нет, что определяет актуальность научных изысканий в данном направлении.
Молекула Mdm 2
Mdm2 (murine double minute-2) - онкоген-кодируемый клеточный фосфопротеин, с молекулярной массой 90 кДа, связывается с р53 и, таким образом, блокирует р53-опосредованную трансактивацию. С учетом вышеизложенного становится понятным участие в развитии нефропатий основного антагониста белка р53 молекулы Mdm 2. Процесс разрушения молекулы р53 в системе 26S-протеосом
инициируется несколькими убиквитиновыми лига-зами типа Е3 [16]. Наиболее изученной среди них является убиквитиновая лигаза Mdm2, которая сама является продуктом гена, активируемого белком р53. Установлено участие и других убиквитин-лигаз типа Е3 (Cop1, Pirh2, ARF-BP/MULE, CHIP) в регуляции количества белка р53, причем две из них (Cop1 и Pirh2), подобно белку Mdm2, выступают в качестве транскрипционных мишеней и, таким образом, вместе с р53 образуют обратные регуляторные связи [7].
Важным компонентом регуляции активности Mdm2-белка служит близкородственный белок MdmX, который имеет сходное строение, но в отличие от Mdm2 не обладает Е3-убиквитин-лигазной активностью [16]. Белок MdmX связывается с N-концевой областью р53-молекулы, подавляет её транскрипционную активность, но не вызывает разрушения. Он также способен гетеро-олигомеризоваться с Mdm2-белком, что, с одной стороны, приводит к стабилизации молекулы Mdm2, а с другой - к ускорению разрушения MdmX. Таким образом, количество и активность белка р53 определяется соотношением Mdm2 и MdmX.
Важным регулятором Mdm2-зависимого разрушения р53-молекулы выступает белок ARF (alternate reading frame) - продукт альтернативной трансляции гена CDKN2A, который также кодирует ингибиторциклин-зависимую киназу (белок р16) [7]. ARF обладает свойствами опухолевого супрессора, и его отсутствие приводит к фенотипу, напоминающему отсутствие белка р53. Связываясь с Mdm2-молекулой, ARF подавляет её убиквитин-лигазную активность и вызывает активацию белка р53, тем самым повышая чувствительность клеток к апоптозу.
Ген MDM2 функционирует в значительном количестве человеческих сарком и в этих клетках сохраняются аллели p53 дикого типа, что позволяет предположить, что MDM2 может действовать путем нейтрализации функций p53 в процессе онкогенеза. Хотя гиперэкспрессия MDM2 была зарегистрирована примерно при различных видах опухолей человека. В ряде исследований изучали причастности данной молекулы к развитию рака почек и мочевыводящих путей [45-47].
Данные анализа экспрессии белков р53 и MDM2 при карциноме почечного эпителия показали преобладание активности молекулы р53, тогда как экспрессия MDM2 определялась более часто при высокодифференцированных опухолях. К тому же, гиперэкспрессия MDM2/p53 являлась
предиктором плохого прогноза [46]. В результате исследования транскрипционной активности р53 в панели почечно-клеточного рака и вклада MDM2 и р14 ARF в регуляцию активности р53-молекулы, обнаружено, что эта деятельность в значительной степени регулируется MDM2 и в меньшей степени p14 ARF [24]. Еще одна гипотеза неудач в лечении почечно-клеточной карциномы базируется на взаимодействии между MDM2-молекулой и NME2 (non-metastatic cells 2)-белком. MDM2-белок, су-прессируя NME2, приводит к потере подвижности клетки и, таким образом, подавляет развитие метастатического процесса [48].
Другие данные свидетельствуют о том, что в случае переходно-клеточной карциномы одновременная оценка активности р53- и MDM2-белков может являться значимым предиктором опухолевой пролиферации и прогноза [49, 50]. Получены данные о действии антагонистов MDM2-молекул Nutlin-3a и MI 219 в фазе G2/M клеточного цикла [5, 7]. Они вызвали значимый некроз клеток аде-нокарциномы предстательной железы, не влияя на ближайшие эпителиальные клетки [50].
В исследовании потенциальных механизмов развития волчаночного нефрита выявлена выраженная экспрессия и активация МДМ2-белка в селезенке и почках мышей с экспериментальной моделью волчанки (линия MRL-фас (lpr)) [3, 4]. Лечение этих мышей Nutlin-3a, являющимся ингибитором Mdm2-молекулы, предотвратило развитие нефрита и сопровождалось увеличением длительности жизни. Индукция активности МДМ2-белка способствовала пролиферации плазматических клеток и CD3(+), CD4(-), CD8(-) T-клеток, продуцирующих антитела [7]. Подавление же активности МДМ2-белка привело к уменьшению признаков системного воспаления, демонстрируя перспективу подобного терапевтического подхода к лечению волчаночного нефрита [51].
Следовательно, белок MDM2 находится в тесной антагонистической связи с молекулой р53 и принимает активное участие в развитии нефро-патий. Однако работы, посвящённые изучению его роли в патогенезе гломерулопатий, являются единичными.
Р21-протеин
P21(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A) - внутриклеточный белок-ингибитор циклин-зависимой киназы с молекулярной массой 21кДа. Р21 протеин является маркером репликативного старения клеток.
Как уже было сказано выше, наряду с индукцией апоптоза, белок р53 может останавливать деление
клеток, влияя на динамику клеточного цикла [15, 16]. Ингибитор циклин-зависимых киназ CDK2/4 белок р21 (продукт гена CDKN1A) был первой идентифицированной транскрипционной мишенью молекулы р53 [15].
Повышение активности белка р21 происходит даже при незначительных колебаниях активности молекулы р53, что приводит к кратковременной остановке клеточного цикла в поздней фазе G1, до начала синтеза ДНК [15]. Задержка клеток в фазе G1 важна для поддержания целостности генома, поскольку она предотвращает репликацию поврежденной ДНК. Задержка клеточного цикла в фазе G1 определяется тем, что белок р21 блокирует активность CDK2 и CDK4 циклин-зависимых ки-наз, тем самым предотвращая фосфорилирование рRb (retinoblastoma protein) и запуск транскрипции таких генов, как CyclinK, hCDC4, p53RFP, а также комплекса генов, ответственных за синтез ДНК [7]. Задержка клеточного цикла, опосредованная р21-белком, позволяет клетке устранить незначительные повреждения, после чего уровень белка р53 возвращается к норме и клетка вновь может совершать деления [16].
В некоторых клеточных системах, даже в ответ на значительные повреждения ДНК-клетка подвергается не апоптозу, а необратимо прекращает деление [5]. Состояние необратимой остановки клеточного цикла трактуется как форма клеточного старения (senescence) [15]. Это состояние иногда называют репликативным старением [7, 15]. Р53-зависимое репликативное старение играет определяющую роль в супрессии карцином и сарком при фармакологической реактивации белка р53 или при введении дикого типа белка р53 с помощью вирусных векторов [15, 26, 52].
Заметную роль в развитии репликативного старения играет длительная индукция р53-зависимого синтеза белка р21, причём сходный эффект наблюдается даже в р53-негативных клетках при искусственной стимуляции синтеза белка р21 [7,15]. Свой вклад в установлении р53-зависимого репликативного старения клеток вносят и другие р53-регулируемые гены, в том числе ген PAI-1 (plasminogen activator inhibitor type 1), однако роль белка р21 в этом процессе доминирует [7, 53]. На это указывают опыты с мышами, имеющими дефектный по апоптозной функции мутант р53, который , тем не менее, способен индуцировать синтез белка р21. Такой мутант хорошо защищает мышей от образования опухолей, в строгой зависимости от уровня активности белка р21. Тем не менее, сама по себе делеция гена р21 у мышей
не приводит к заметному повышению частоты опухолей [11, 54].
В других работах изучался non-ras 21-kfla протеин, как индикатора контроля лечения злокачественных опухолей. При этом благоприятный ответ четко коррелировал со снижением в сыворотке количества р21, тогда как увеличенные или постоянно высокие уровни р21-протеина после лечения свидетельствовали о наличии метастазов [55]. Некоторые авторы рассматривают р21-активированную киназу 1 (Pak1) как потенциальную мишень для лечения карциномы клеток почечного эпителия, невосприимчивую к химио- и радиотерапии [56].
Малые двухцепочечные РНК (dsRNA) являются новым классом молекул, которые регулируют экспрессию гена. Накопленные данные предполагают, что некоторые dsRNA могут функционировать как супрессоры роста опухоли благодаря индукции синтеза белка р21 [57].
В ряде работ показано, что удаление гена-ингибитора циклин-зависимой киназы р21(WAF1/ CIP1) у мышей с частичной нефрэктомией тормозит прогрессирование хронической болезни почек. Авторы приходят к выводу, что управление активностью молекулы p21 может способствовать уменьшению или даже предотвращению прогрес-сирования почечной недостаточности [58].
Согласно некоторым исследованиям, протеин р21 играет определённую роль в развитии острого повреждения почек [59, 60]. Так, в трех различных моделях острого повреждения почек (ишемия, обструкция мочеточников и токсическое действие цисплатина) ген p21WAF1/CIP1/SDI1, белок которого связан с остановкой клеточного цикла, дифференцировкой клеток и клеточным старением, был активирован в клетках почки крысы. Авторы продемонстрировали защитную функцию ингибитора циклин-зависимой киназы р21, вероятно, помогающего скоординировать деятельность клеточного цикла таким образом, чтобы оптимизировать восстановление почечных эпителиальных клеток после острого повреждения и уменьшить степень самого повреждения [58, 60, 61].
Другие исследования показали, что mTERT (mouse telomerase reverse transcriptase) и белок р21 могут быть новыми маркерами определения длительности ишемического интервала при почечной ишемии - реперфузии [33]. Так, mTERT был значительно активирован в почках после короткого периода ишемии (до 20 мин), а экспрессия р21 наблюдалась после длительного (более 30 мин) ишемического интервала. Выявленная динамика может иметь большое значение для прогнозирования развития острого повреждения почек.
В серии работ у р21-дефицитных мышей идентифицированы прогрессирующая подоцитопения с капиллярным некрозом, сопровождающаяся гиперплазией париетальных эпителиальных клеток и приводящая к фокально-сегментарному гломе-рулосклерозу [29, 62].
Ингибитор циклин-зависимой киназы белок р21 затрагивает многие процессы, относящиеся к иммунной системе. Изменения активности этого белка могут быть причиной прогрессии системного аутоиммунного процесса. Так дефицит, р21-белка значительно усиливает Т-клеточную активацию, приводя к развитию волчаночноподобной нефро-патии [63]. Изучение генов р53-исполнительного элемента Gadd45a и р21 в эксперименте показало, что их недостаточная активность резко ускоряет развитие аутоиммунного процесса с появлением высокого титра антител к дву- и односпиральной ДНК, гистону, а также с тяжелыми гематологическими расстройствами, аутоиммунным гломеруло-нефритом и преждевременной смертью особей [10].
В одной из работ приводятся данные о наличии корреляции между ускоренным старением эпителиальных клеток почечных канальцев и развитием IgA-нефропатии [11].
Еще один аспект возможного влияния молекулы р21 на патологический процесс - диабетическая не-фропатия, при которой ключевым моментом ранних стадий является гипертрофия мезангиальных клеток. Высокий уровень глюкозы, трансформирующего фактора роста-бета (TGF-бета), ангиотензина-II, и, возможно, других факторов, индуцируя ингибиторы циклин-зависимых киназ (CDK), включая р21С1р1 и р27К1Р1, приводит к остановке G1-фазы клеточного цикла в мезангиальных клетках. Применение ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента на этом этапе уменьшает клубочковую гипертрофию и снижает экспрессию ингибиторов CDK (р2Юр1 и р27К1Р1), что свидетельствует о том, что на остановку клеточного цикла можно терапевтически влиять [64, 65].
Резюмируя вышеизложенное, можно констатировать, что вклад апоптоза в реализацию различных форм патологии почек находится еще в процессе осмысления, хотя уже сейчас ясно, что в одних случаях он может быть ключевым, а в других -определяет тот патологический фон, на котором развертываются специфические процессы. Дальнейшие исследования в области патофизиологии запрограммированной гибели клеток открывают большие перспективы для разработки инновационных подходов в предупреждении, прогнозировании и лечении многих патологических процессов в почках.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Томилина НА, Бикбов БТ. Эпидемиология хронической почечной недостаточности и новые подходы к классификации и оценке тяжести хронических прогрессирующих заболеваний почек. Тер арх 2005; (6): 87-89
2. Смирнов АВ, Добронравов ВА, Каюков ИГ, Есаян АМ. Хроническая болезнь почек: дальнейшее развитие концепции и классификации. Нефрология 2007; (4): 7-17
3.Цаликова ФД. Апоптоз в патогенезе нефропатий. Нефрология и диализ 1999; (3): 127-130
4. Savill J. Apoptosis and the Kidney. J Am Soc Nephrol 1994;
(5): 12-21
5. Ярилин АА. Апоптоз: природа феномена и его роль в норме и при патологии. В: Актуальные проблемы патофизиологии. Мороз Б.Б., ред. Медицина, М., 2001;13-56
6. Chang IX Kim JN, Jun JY et al. Repression of apurinic/ apyrimidinic endonuclease by p53-dependent apoptosis in hydronephrosis-induced rat kidney. Free Radic Res 2011; 45
(6): 728-34
7. Kerr JF, Wyllie AH,Currie AR. Apoptosis: A basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer 1972; 26; 239-257
8. Shankland SJ, Hugo C, Coats SR et al. Changes in cell-cycle protein expression during experimental mesangial proliferative glomerulonephritis. Kidney Int 1996; 50 (4): 1230-9
9. Onel KB, Huo D, Hastings D et al. Lack of association of the TP53 Arg72Pro SNP and the MDM2 SNP309 with systemic lupus erythematosus in Caucasian, African American, and Asian children and adults. Lupus 2009; 18 (1): 61-6
10. Salvador JM, Hollander MC, Nguyen AT et al. Mice lacking the p53-effector gene Gadd45a develop a lupus-like syndrome. Immunity 2002; 16 (4): 499-508
11. Liu J, Yang JR, He YN et al. Accelerated senescence of renal tubular epithelial cells is associated with disease progression of patients with immunoglobulin A (IgA) nephropathy. Transl Res 2012; 159 (6): 454-63
12. Wang JS, Tseng HH, Shih DF et al. Expression of induc-ible nitric oxide synthase and apoptosis in human lupus nephritis. Nephron 1997; 77 (4): 404-11
13. Cho DS, Joo HJ, Oh DK, Kang JH, Kim YS, Lee KB, Kim SJ. Cyclooxygenase-2 and p53 expression as prognostic indicators in conventional renal cell carcinoma. Yonsei MedJ 2005; 46 (1): 133-40
14. Martínez-Salgado C, Rodríguez-Peña AB, López-Novoa JM. Involvement of small RasGTPases and their effectors in chronic renal disease. Cell Mol Life Sci 2008; 65 (3): 477-92
15. Вильгельм АЭ, Заика АИ, Прасолов ВС. Координированное взаимодействие мультифункциональных членов семейства р53 влияет на важнейшие процессы в многоклеточных организмах. Молекулярная биология 2011;45 (1):180-197
16. Чумаков ПМ. Белок р53 и его универсальные функции в многоклеточном организме. Успехи биологической химии 2007; (47): 3-52
17. Govender D, Harilal P, Hadley GP, Chetty R. p53 protein expression in nephroblastomas: a predictor of poor prognosis. Br J Cancer 1998; 77 (2): 314-8
18. Naesens M. Replicative senescence in kidney aging, renal disease, and renal transplantation. Discov Med 2011; 11 (56): 65-75
19. Vousden KH, Prives C. 2009. Blinded by the light: the growing complexity of p53. Cell 137, 413-431
20.Uzzo RG, Rayman P, Kolenko V, et al. Mechanisms of apoptosis in T cells from patients with renal cell carcinoma. Clin Cancer Res 1999; 5 (5): 1219-29
21. Kucab JE, Phillips DH, Arlt VM. Linking environmental carcinogen exposure to TP53 mutations in human tumours using the human TP53 knock-in (Hupki) mouse model. FEBS J 2010; 277 (12): 2567-83
22. Pedersen AE, Stryhn A, Justesen S et al. Wild type p53-specific antibody and T-cell responses in cancer patients. J Im-munother 2011 Nov-Dec; 34 (9): 629-40
23. Van den Berg L, Segun AD, Mersch S et al. Regulation of
p53 isoform expression in renal cell carcinoma. Front Biosci (Elite Ed) 2010; 2 : 1042-53
24. Warburton HE, Brady M, Vlatkovic N et al. p53 regulation and function in renal cell carcinoma. Cancer Res 2005; 65 (15): 6498-503
25. Itoi T, Yamana K, Bilim V et al. Impact of frequent Bcl-2 expression on better prognosis in renal cell carcinoma patients. Br J Cancer 2004; 90 (1): 200-5
26. Kuwahara M, Fujisaki N, Kagawa S et al. Determination of p53 protein and high-risk human papillomavirus DNA in carcinomas of the renal pelvis and ureter. Int J Mol Med 1998; 1 (4): 703-7
27. Vaseva AV, Moll UM. The mitochondrial p53 pathway. Biochim Biophys Acta 2009; 1787 (5): 414-20
28. Qiu LQ, Sinniah R, Hsu SI. Coupled induction of iNOS and p53 upregulation in renal resident cells may be linked with apoptotic activity in the pathogenesis of progressive IgA nephropathy. J Am Soc Nephrol 2004; 15 (8): 2066-78
29. Suzuki T, Matsusaka T, Nakayama M et al. Genetic podo-cyte lineage reveals progressive podocytopenia with parietal cell hyperplasia in a murine model of cellular/collapsing focal segmental glomerulosclerosis. Am J Pathol 2009; 174 (5): 1675-82
30. Mishra PK, Raghuram GV, Panwar H et al. Mitochondrial oxidative stress elicits chromosomal instability after exposure to isocyanates in human kidney epithelial cells. Free Radic Res 2009; 43 (8): 718-28
31. McLaren BK, Zhang PL, Herrera GA. P53 protein is a reliable marker in identification of renal tubular injury. Appl Im-munohistochem MolMorphol 2004; 12 (3): 225-229
32. Dagher PC, Mai EM, Hato T et al. The p53 inhibitor pifithrin-a can stimulate fibrosis in a rat model of ischemic acute kidney injury. Am J Physiol Renal Physiol 2012; 302 (2): F284-91
33. Hochegger K, Koppelstaetter C, Tagwerker A et al. p21 and mTERT are novel markers for determining different ischemic time periods in renal ischemia-reperfusion injury. Am J Physiol Renal Physiol 2007; 292 (2): F762-8
34. Bhatt K, Zhou L, Mi QS et al. MicroRNA-34a is induced via p53 during cisplatin nephrotoxicity and contributes to cell survival. Mol Med 2010; 16 (9-10): 409-16
35. Wang J, Biju MP, Wang MH et al. Cytoprotective effects of hypoxia against cisplatin-induced tubular cell apoptosis: involvement of mitochondrial inhibition and p53 suppression. J Am Soc Nephrol 2006; 17 (7): 1875-85
36. Wei Q, Dong G, Yang T et al. Activation and involvement of p53 in cisplatin-induced nephrotoxicity. Am J Physiol Renal Physiol 2007; 293 (4): F1282-91
37. Jiang M, Wei Q, Wang J et al. Regulation of PUMA-alpha by p53 in cisplatin-induced renal cell apoptosis. Oncogene 2006; 25 (29): 4056-66
38. Kindt N, Menzebach A, Van de Wouwer M et al. Protective role of the inhibitor of apoptosis protein, survivin, in toxin-induced acute renal failure. FASEB J 2008; 22 (2): 510-21
39. Rincon J, Romero M, Viera N et al. Increased oxidative stress and apoptosis in acute puromycinaminonucleoside nephrosis. Int J ExpPathol 2004; 85 (1): 25-33
40. Fujieda M, Morita T, Naruse K et al. Effect of pravastatin on cisplatin-induced nephrotoxicity in rats. Hum Exp Toxicol2011; 30 (7): 603-15
41. Kim DH, Jung YJ, Lee JE et al. SIRT1 activation by resve-ratrol ameliorates cisplatin-induced renal injury through deacety-lation of p53. Am J Physiol Renal Physiol 2011; 301 (2): F427-35
42. Kume S, Haneda M, Kanasaki K et al. Silent information regulator 2 (SIRT1) attenuates oxidative stress-induced mesangial cell apoptosis via p53 deacetylation. Free Radic Biol Med 2006; 40 (12): 2175-82
43. Shankar S, Singh G, Srivastava RK. Chemoprevention by resveratrol: molecular mechanisms and therapeutic potential. Front Biosci 2007; 12: 4839-54
44. Nelson DA, Tan TT, Rabson AB et al. Hypoxia and defective apoptosis drive genomic instability and tumorigenesis. Genes Dev 2004; 18 (17): 2095-107
45. Noon AP, Vlatkovic N, Polanski R et al. p53 and MDM2
in renal cell carcinoma: biomarkers for disease progression and future therapeutic targets? Cancer 2010; 116 (4): 780-90
46. Haitel A, Wiener HG, Baethge U et al. MDM2 expression as a prognostic indicator in clear cell renal cell carcinoma: comparison with p53 overexpression and clinicopathological parameters. Clin Cancer Res 2000; 6 (5): 1840-4
47. Moch H, Sauter G, Gasser TC et al. p53 protein expression but not mdm-2 protein expression is associated with rapid tumor cell proliferation and prognosis in renal cell carcinoma. Urol Res 1997; 25 Suppl 1 : S25-30
48. Polanski R, Maguire M, Nield PC et al. MDM2 interacts with NME2 (non-metastatic cells 2, protein) and suppresses the ability of NME2 to negatively regulate cell motility. Carcinogenesis 2011; 32 (8): 1133-42
49. Hashimoto H, Sue Y Saga Y et al. Roles of p53 and MDM2 in tumor proliferation and determination of the prognosis of transitional cell carcinoma of the renal pelvis and ureter. Int J Urol 2000; 7 (12): 457-63
50. Tsao CC, Corn PG. MDM-2 antagonists induce p53-dependent cell cycle arrest but not cell death in renal cancer cell lines. Cancer Biol Ther 2011; 10 (12): 1315-25
51. Allam R, Sayyed S G, Kulkarni OP et al. Mdm2 promotes systemic lupus erythematosus and lupus nephritis. J Am Soc Nephrol 2011; 22 (11): 2016-27
52. Niwa T, Shimizu H. Indoxyl sulfate induces nephrovascular senescence. J Ren Nutr 2012; 22 (1): 102-6
53. Samarakoon R, Overstreet JM, Higgins SP, Higgins PJ. TGF-ß1 ^ SMAD/p53/USF2 ^ PAI-1 transcriptional axis in ureteral obstruction-induced renal fibrosis. Cell Tissue Res 2012; 347 (1): 117-28
54. Willenbring H, Sharma AD, Vogel A et al. Loss of p21 permits carcinogenesis from chronically damaged liver and kidney epithelial cells despite unchecked apoptosis. Cancer Cell 2008; 14 (1): 59-67
55. Shalitin C, Epelbaum R, Moskovitz B et al. Increased levels of a 21-kDa protein in the circulation of tumor-bearing patients. Cancer Detect Prev 1994; 18 (5): 357-65
56. O'Sullivan GC, Tangney M, Casey G et al. Modulation of p21-activated kinase 1 alters the behavior of renal cell carcinoma. Int J Cancer 2007; 121 (9): 1930-40
57. Whitson JM, Noonan EJ, Pookot D et al. Double stranded-RNA-mediated activation of P21 gene induced apoptosis and cell cycle arrest in renal cell carcinoma. Int J Cancer 2009; 125 (2): 446-52
58. Megyesi J, Price PM, Tamayo E et al. The lack of a functional p21(WAF1/CIP1) gene ameliorates progression to chronic renal failure. Proc NatlAcadSci USA 1999; 96 (19): 10830-5
59. Hochegger K, Koppelstaetter-Megyesi J, Udvarhelyi N et al. The p53-independent activation of transcription of p21 WAF1/ CIP1/SDI1 after acute renal failure. Am J Physiol 1996; 271 (6 Pt 2): F1211-6
60. Megyesi J, Andrade L, Vieira JM et al. Positive effect of the induction of p21WAF1/CIP1 on the course of ischemic acute renal failure. Kidney Int 2001; 60 (6): 2164-72
61. Megyesi J, Andrade L, Vieira JM et al. Coordination of the cell cycle is an important determinant of the syndrome of acute renal failure. Am J Physiol Renal Physiol 2002; 283 (4): F810-6
62. Srivastava T, Garola RE, Singh HK. Cell-cycle regulatory proteins in the podocyte in collapsing glomerulopathy in children. Kidney Int 2006; 70 (3): 529-35
63. Balomenos D, Martín-Caballero J, García MI et al. The cell cycle inhibitor p21 controls T-cell proliferation and sex-linked lupus development. Nat Med 2000; 6 (2): 171-6
64. Wolf G. Cell cycle regulation in diabetic nephropathy. Kidney Int Suppl 2000; 77: S59-66
65. Wolf G, Fan YP, Weiss RH. Exogenous attenuation of p21(Waf1/Cip1) decreases mesangial cell hypertrophy as a result of hyperglycemia and IGF-1. J Am Soc Nephrol 2004; 15 (3): 575-84
Поступила в редакцию 18.03.2013 г.
Принята в печать 02.07.2013 г.
