CC BY
456
MOLECULAR MECHANISMS OF APOPTOTIC PROCESS
S. V. Ryzjov, V.V. Novikov Nizjnii Novgorod State University named by N. 1. Lobachevskii Nizjnii Novgorod Research Institute of Epidemiology and Microbiology named by I.N. Blokhina ABSTRACT Our work is devoted to the study of molecular mechanisms of programmed cell death. The relevance of the problem is observed due correlations between disorder in the regulation of apoptotic processes and the most diseases, including tumors. We have considered the main pathways of apoptosis known nowadays: mitochondrial or bcl-2-dependant pathway, lipid pathway and death-receptors or Fas-relevant pathway. Different variants of transformation of program of apoptotic pathways had been shown. Analysis of many sources of Russian and foreign literature gives the detail modem approach to the stages of development of apoptosis and evaluation of some protein structures role taking part in the process of initiation and transduction of pro-apoptotic signal. The review is illustrated with informative pictures. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ АПОПТОТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
С. В. Рыжов, В. В. Новиков Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского Нижегородский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. И.Н. Блохиной Резюме механизмы, не до конца выяснены пути регуляции апоп-Данная работа посвящена вопросу исследова- тоза отдельных клеток в целостном многоклеточном ния молекулярных механизмов программированной организме. Актуальность проблемы определяется свя-гибели клеток. Актуальность проблемы определяется зью между нарушениями в регуляции апоптотических связью между нарушениями в регуляции апоптотичес- процессов с большинством заболеваний, в том числе и ких процессов с развитием многих заболеваний, в том онкологических. числе онкологических. Мы рассмотрели основные (опи- Апоптоз играет жизненно важную роль в процессе санные в настоящее время) пути апоптоза: митохонд- эмбрионального и онтогенетического развития. Во риальный или Ьс1-2-зависимый, липидный и путь, опое- взрослом организме апоптоз наблюдается в различных редованный через «рецепторы смерти» или Fas-зависи- типах тканей, где выполняет функцию гомеостатичес-мый. Показаны различные варианты трансформации кой регуляции. Реализация запрограммированной ги-путей развития программы апоптоза. На основании бели клеток происходит при различных патологичес-анализа большого числа отечественной и зарубежной ких состояниях. При апоптозе происходит удаление литературы детально представлен современный взгляд клеток, выживание которых нежелательно для организ-на этапы развития апоптоза, а также дана оценка роли ма, например, злокачественно трансформированных, отдельных белковых структур, участвующих в процес- мутантных клеток или клеток, зараженных вирусом, се инициации и трансдукции проапоптотического сиг- Апоптоз - многофазный процесс. На первом этапе нала. Статья содержит информативные иллюстрации, (инициаторная фаза) происходит инициация и трансдук- ция проапоптического сигнала. В качестве индукторов Введение запрограммированной гибели могут выступать самые Исследование молекулярных механизмов запрог- различные факторы, например, белковые продукты раммированной гибели клеток стало в последние годы протоонкогенов, молекулы-лиганды мембранных ре-одной из самых трудных и актуальных проблем меди- Депторов смерти, цитотоксические лекарственные пре-ко-биологических наук. Трудность этой проблемы оче- параты, радиация, вирусы и др. Существует большое видна - несмотря на большое количество эксперимен- количество белков, участвующих в апоптозе. Все их тальных данных, до сих пор не исследованы многие можно разделить на две функциональные группы: бел-
№3 Том 1 РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
ки-триггеры и белки-модуляторы. Триггеры участвуют в индукции проапоптического сигнала (например, белки из семейства фактора некроза опухолей, Т- и В-клеточные рецепторы, рецепторы гормонов). Модуляторы участвуют в трансдукции «сигнала смерти». За инициацией следует эффекторная фаза, в ходе которой происходит активация каспазной системы клетки. Вслед за эффекторной наступает фаза деградации клетки, характеризующаяся деструкцией клеточного материала. На этом этапе наблюдаются нуклеазная, протеаз-ная и липазная гиперактивности, что неизбежно ведет к дезинтеграции клеточных подсистем. Разрушение плазмалеммы может привести к утечке агрессивной внутриклеточной среды в межклеточное пространство, однако, это проблема устраняется в финальной фазе апоптоза - в фазе «очистки», когда умирающая клетка поглощается макрофагами. Кроме того, известен еще один важный механизм защиты: тканевая трансглута-миназа свободно проходит внутрь апоптирующей клетки, где катализирует формирование перекрестных е (г-глутамил) лизиновых сшивок между субстратными белками с образованием протеиновой сети.
Существует несколько путей развития эффекторной фазы апоптоза, принципиальное отличие которых заключается в механизме инициации и трансдукции проапоптического сигнала. В настоящее время у млекопитающих описано три генеральных пути апоптоза: митохондриальный (Вс1-2-зависимый) путь, липидный путь и путь, опосредованный через «рецепторы смерти».
Вс1-2-зависимый путь апоптоза
Во время эффекторной фазы митохондриального пути апоптоза, как правило, происходит увеличение концентрации Са2+ в цитоплазме [3]. Основными источниками префицита кальциевых ионов в клетке служат межклеточные пространства, матрикс митохондрий и эндоплазматический ретикулюм [26]. Увеличение содержания Са2+ в цитозоле ведет к активации эндонуклеаз, тканевой трансглутаминазы и клеточных проте-аз, участвующих в деградационной фазе.
Увеличение внутриклеточной концентрации кальция ведет к нарушению проницаемости митохондриальной мембраны, в результате чего происходит свободная миграция различных ионов по обе стороны от нее. Итог - потеря митохондриального трансмембранного потенциала (Бшт) и расширение пор хондролеммы. Такое состояние мембраны подрывает работу системы сопряжения электронного транспорта и синтеза АТФ, следствием чего является появление супероксид-анионов и свободных радикалов кислорода [4]. Активные и чрезвычайно токсичные формы кислорода способствуют окислению компонентов ДНК и внутренних мембран, ускоряя тем самым гибель клетки [44]. Все эти явления приводят к еще более серьезным повреждениям митохондриальной мембраны, через которую теперь способны проходить крупные белки, в том числе проте-иназы и другие гидролитические ферменты.
Митохондриальный путь является Вс1-2-зависимым. Большое количество Вс1-2 постоянно презентировано на внешней митохондриальной мембране. Этот проте-
ин и его гомологи (Bcl-xL, Mcl-1 и др.) выполняют функцию защиты клеток от апоптоза. Механизм протекции установлен. Фактор Вс1-2 поддерживает инактивированное состояние проапоптического белкового комплекса, в состав которого входят прокаспаза-9 (Apaf-З), адаптер Apaf-1, флавопротеин AIF, цитохром с (Apaf-2), фактор Smac и ряд других менее изученных факторов. Среди белков Вс1-2-семейства существует также группа апоптоз-опосредующих факторов (например, Вах, Bad, Bak, Bik, Bid, Bcl-xs и др.). Для переключения клетки в режим апоптоза необходимо связывание Вс1-2, что нейтрализует ингибирующее действие последнего. Такое связывание может осуществляться любым из проапоптических факторов Вс1-2-семейства [36]. При этом компоненты из ранее блокированного комплекса освобождаются и свободно выходят в цитоплазму через дезорганизованную и достаточно перфорированную мембрану митохондрии. В присутствии АТФ и цитохрома с белок Apaf-1 олигомеризуется (часто до октамера) и повторно связывается с прокаспа-зой-9 по специфическому каспаз-связывающему (CARD) домену [43]. Протеиназа активируется [21]. Каспаза-9, в свою очередь, активирует каспазу-3 [8]. Каспаза-3 является эффекторной цистеиновой протеи-назой. Во-первых, она активирует другие эффекторные каспазы (например, каспазу-6 и -7), а во-вторых, вызывает протеолиз различных субстратов. Цистеиновые протеиназы инактивируют белки, защищающие клетку от апоптоза (например, Вс1-2), расщепляют структурные белки (например, актин, ламинин, плектин, ви-ментин и фодрин), нарушают работу киназных, полимеразных и других ферментных систем инициируют фрагментацию ДНК путем активации ДНКаз, уничтожают сигнальные системы клетки[30, 35,41].
Высвобождение фактора AIF (apoptosis-inducing factor) под действием антагониста Вс1-2 также ведет к стимуляции каскада активации протеаз через каспазу-3 [15]. Крометого, AIF способен нарушать работу ядер-ного аппарата, вызывая конденсацию хроматина и фрагментацию ДНК [13]. Фактор Smac инактивирует ингибиторы апоптоза из семейства 1АР-белков.
Существует еще несколько механизмов, приводящих к апоптозу через ингибирование Вс1-2. Например, возможна регуляция через онкосупрессор - белок р53, замедляющий в нормальных клетках пролиферативную активность [14]. При повреждении ДНК под действием ионизирующего или ультрафиолетового излучения, ингибиторов топоизомеразы II, а также при некоторых других воздействиях, происходит активация экспрессии гена р53. Белок р53 задерживает клетку в фазе G1/S клеточного цикла (через репрессию генов, регулирующих транскрипцию), чтобы дать время для работы ре-паративных систем [6]. На уровне транскрипции фактор р53 регулирует экспрессию генов, участвующих в блокаде клеточного цикла - р21 (ингибитор большинства циклин-зависимых киназ), а также взаимодействует либо с комплексами, определяющими синтез и репарацию ДНК, либо с белками, модулирующими апоптоз (например, Вах). Если повреждения ликвидировать не удается, то р53 запускает апоптоз [24]. Происходит
это через инактивирование Вс1-2 при связывании с белком Вах. Известно, что некоторые стимулы, такие как гипоксия или митогенные онкогены, активируют ген р53, переводя клетку на апоптический путь.
Fas-опосредовэнный путь апоптоза
Инициаторная фаза апоптоза может осуществляться опосредовано через «рецепторы смерти». Хорошо изучен механизм Fas-опосредованного апоптоза CD95-позитивных клеток. Для его развития необходимо взаимодействие Fas-рецептора, презентированного на мембране Fas-позитивных клеток, и Fas-лиганда [42]. Взаимодействие важно для таких типов физиологической регуляции как уничтожение зрелых Т-клеток на завершающих стадиях иммунного ответа, киллинг опухолевых или инфицированных вирусом клеток цитотокси-ческими Т-лимфоцитами и NK-клетками [2]. Принципиальное отличие Fas-опосредуемого пути апоптоза от митохондриального заключается в том, что он обходит регулирование со стороны белков Вс1-2 [29] и является Са2+- независимым [42].
CD95 экспрессируется на поверхности клеток многих типов: на тимоцитах, лимфобластоидных клеточных линиях, активированных Т- и В-лимфоцитах, а также на фибробластах, гепатоцитах, кератиноцитах, ми-елоидных клетках и клетках нервной системы (нейронах, астроцитах и олигодендроцитах). Белок CD95 принадлежит к семейству рецепторов фактора некроза опухолей (ФНО) и содержит 3 повтора аминокислотной последовательности, богатых цистеином. Его зрелая мембранная форма - гомотримерный гликопротеин из 320-335 аминокислотных остатков (молекулярная масса 42-52 кДа). Ген Fas у человека (название гена - APT) локализован в длинном плече десятой хромосомы (10q23) и состоит из 9 экзонов [33, 42]. Человеческий Fas относится к мембранным белкам I типа. В его структуре можно выделить следующие регионы: экстрацел-люлярный, состоящий примерно из 160 аминокислотных остатков, закодированных в первых пяти экзонах гена Fas, трансмембранный, закодированный в 6 экзо-не, и интрацеллюлярный, соответствующий 7-9 экзо-нам [33]. Выявлено, что периферические клетки крови и некоторые опухолевые клеточные линии, кроме полноразмерной Fas-мРНК, имеют варианты РНК, полученные в результате альтернативного сплайсинга [32]. Они кодируют растворимый Fas-антиген (sFas). Мономерные формы sFas блокируют центры связывания на Fas-лиганде, делая их недоступными для мембранного CD95 антигена - апоптоз не инициируется. Апоптозу препятствует и формирование мембранных Fas-олигомеров с участием растворимого СБ95-мономера [1].
Мутации гена Fas приводят к экспрессии неактивных продуктов. Врожденные или приобретенные дефекты гена Fas ассоциированы с лимфопролиферативными и аутоиммунными заболеваниями. Подобная стратегия защиты от апоптоза реализуется и в опухолевых клетках. Соматические мутации гена, кодирующего CD95, впервые были описаны на примере лимфом. В настоящее время известно, что подобные явления наблюдаются во многих линиях опухолевых клеток как
лимфоидного, так и нелимфоидного ряда, причем частота мутаций гена достигает 4-28% [28]. Все это, несомненно, препятствует апоптозу.
Fas-лиганд (FasL) относится к семейству фактора некроза опухолей и является мембранным белком второго типа [39]. Ген лиганда расположен в первой хромосоме человека. FasL экспрессируется на активированных Т-лимфоцитах и NK-клетках, а также на клетках Сертоли и паренхимных клетках передней камеры глаза, что позволяет этим клеткам убивать любую Fas-экспрессирующую клетку, в том числе и активированный Т-лимфоцит. Белок существует в двух формах: нерастворимой (мембраносвязанной) и растворимой, отщепляемой от клетки с помощью металлопротеиназы [22]. Растворимая форма человеческого FasL сохраняет свою активность [39]. Подобно другим лигандам рецепторов семейства ФНО, FasL - гомотример, причем справедливо это не только для мембранной, но и для растворимой формы [42].
Примерно 70-80 аминокислотных остатков цитоплазматического участка молекулы CD95 образуют домен смерти (DD - death domain). После того, как тример Fas-лиганда взаимодействует с тримером Fas, последний изменяет свою конформацию так, что DD-домен оказывается способным связываться с соответствующим доменом белка-адаптера FADD/Mort-1 [5]. Различные формы белка FADD в своем составе содержат два ключевых домена: эффекторный домен смерти DED на N-конце и, связывающийся с молекулой CD95, DD на С-конце [7]. Адаптер FADD ассоциата способен взаимодействовать с неактивной прокаспазой-8 (FLICE). Связывание происходит через DED-домены обеих молекул. Комплекс, в состав которого входит CD95, FADD и прокаспаза-8, образуется в течение нескольких секунд и носит название DISC (сигнальный комплекс, индуцирующий смерть). В составе DISC прокаспаза-8 самоактивируется, и в цитоплазму выходят продукты активации - субъединицы рЮ и р 18-20, которые впоследствие формируют тетрамер [7]. Активные субъединицы каспазы-8 активируют каспазу-3. Наступает эффекторная фаза Fas-опосредуемого апоптоза. В течение ее происходит активация протеолитической системы клетки, которую и формируют цистеиновые про-теиназы. Помимо FADD, сродством к DD-домену CD95 обладают и другие цитоплазматические белки. Например, адаптерный фактор Daxx способен связываться с мембранной формой Fas-протеина и инициировать осуществление FADD-независимого SAPK/JNK/p38-nyTH (системы стресс-активируемых протеинкиназ), в котором активируются факторы транскрипции c-Jun [2]. Белки c-Jun взаимодействуют с энхансерами различных проапоптических факторов, например, Fas, Fas-лиганда и т.п. К ассоциации с интрацеллюлярным С-фрагментом молекулы CD95 способна тирозиновая фосфатазаРАР-1. FAP-1 отрезает 15 аминокислотных остатков от DD-домена и тем самым исключает возможность формирования DISC. В результате апопто-тические процессы не развиваются. Высокие внутриклеточные концентрации этой фосфатазы создаются в С095-резистентных опухолевых клетках [37].
Каспазы
Каспазы получили свое название от словосочетания - Cysteine Aspartate Specific ProteASEs. Каспазы -цистеиновые аспартат-специфичные протеиназы. Цис-теин входит в состав активного центра, а аспартат узнается как субстрат. Все представители семейства кас-паз (для млекопитающих известно 14 видов) характеризуются сходством в аминокислотных последовательностях, структуре и функциональной значимости [40]. Эти протеиназы представлены в цитозоле в профермен-тном состоянии [12]. Зимогенные формы включают три домена: терминальный домен, малый субъюнит (10-14 кДа) и большой субъюнит (17-21 кДа). Активация сопровождается делецией короткого линкера (примерно
10 аминокислотных остатков) между двумя субъюни-тами, в результате чего на базе последних формируется гетеродимер [7]. Протеазной активностью обладает тетрамер каспазы, построенный из двух гетеродимеров и имеющий два каталитических сайта.
В каскаде реакций активации каспаз выделяют две функциональные группы протеазных молекул: инициаторы и эффекторы. Первым (каспаза-2, -8, -9, -10) принадлежит роль активирования новых видов протеиназ. Эффекторы же (каспаза-3, -6, -7) вызывают деструкцию специфичных субстратов, нарушая интеграцию клеточных подсистем [43]. Обе группы характеризуются существенными различиями в структуре терминального домена. У инициаторов он достаточно длинный (более 100 аминокислотных остатков), у эффекторов - обычно раза в 3-4 короче [7]. Не все эффекторные каспазы инактивируют белки. Так, первая из каспаз, что была идентифицирована (каспаза-1) получила название интерлей-кин-1в-конвертазы зато, что превращает интерлейкин-
1 в и интерлейкин-18 в активные цитокины [5]. Под действием каспаз активируются многие сигнальные молекулы (различные киназы, фосфолипазы, нуклеазы и т.п.).
Каспазы постоянно присутствуют в клетке, даже в нейронах, которые не обновляются на протяжении всей жизни. Это позволяет быстро индуцировать апоптоз. Существует три основных пути развития каскада активации каспаз. Один из путей связан с взаимодействием индуктора апоптоза со специфическими рецепторами (например, активация каспазы-8 при взаимодействии Fas-лиганда с Fas-рецептором). Другой путь - активация каспазы-9 в результате образования гетеродимеров из белков семейства Bel-2. И, наконец, третий путь активации каспаз - при помощи сериновой протеиназы - гранзима В. Этот путь актуален при индукции апоптоза клетки цитотоксическими Т-лимфоцитами и NK-клет-ками, которые и секретируют эти ферменты. Необходимо также присутствие порообразующих белков пер-форинов, продуцируемых цитотоксическими клетками. В качестве мишеней гранзимов В выступают каспазы-3, -7 и-10 [27].
Известны белки, ингибирующие FLICE-протеазу (каспазу-8). Они получили название c-FLIPs (синонимы: FLAME/Casper/CASH/usurpin). Основной их характеристикой является наличие двух N-терминальных DED-доменов и отсутствие DD-домена, что позволяет
белкам FLIP присоединяться к FADD и значительно замедлять активацию каспазы-8 [42]. Более того, в составе DISC c-FLIP вызывают каскад реакций, приводящих к активации митоген-активной протеинкиназы ERK (внеклеточной регулируемой киназы), с одной стороны, и транскрипционного фактора NF-7B, с другой [20]. Оба пути приводят к дифференциации или усилению пролиферативной активности [5], несмотря на то, что изначально инициировался проапоптический сигнал (Рис. 1).
Рис. 1. Схема переключения проапоптического пути на путь пролиферации (ВиЬс1, 2002 с переводом). Объяснение в тексте
Другая группа специализированных ингибиторов апоптоза относится к семейству белков IAP (апоптоз-ингибирующих белков). Все IAP-протеины на N-конце содержат от 1 до 3 специфических повторов (примерно по 70 аминокислотных остатков в каждом), которые ответственны за ингибирующую функцию [11]. В настоящее время у человека идентифицировано 6 видов белков IAP-семейства: NAIP, cIAP-1, cIAP-2, XIAP, Survivin и BRUCE [18]. Белки XIAP, с1АР-1 и с1АР-2 ингибируют ключевые каспазы-3, -7 и -9 путем связывания тех участков, с которыми взаимодействуют и активаторы фермента [36]. Белок NAIP ингибирует каспазы-1, -3, -6, -7 и -8 [11].
Интеграция митохондриального и Fas-опосредованного путей апоптоза
Выше отмечалось, что Fas/FasL-система обособлена от Вс1-2-системы. Однако, в Fas-позитивных клетках нередко наблюдается интеграция этих двух систем. В этом случае говорят о клетках II типа, характеризующихся тем, что концентрация прокаспазы-8 в цитозоле мала и, в связи с этим, чрезвычайно низка интенсивность активации каспазы-3 [35]. Кроме того, действие этих ферментов лимитируется гиперэкспрессией Вс1-2. В клетках второго типа наиболее выражено действие
каспазы-8 через белок Bid, что ведет к развитию митохондриального пути апоптоза (Рис. 2). Протеиназа отрезает дезактивирующий фрагмент Bid, превращая белок в активный tBid (truncated Bid - усеченный). В свою очередь, tBid связывает Вс1-2, ликвидируя апоптоз-ин-гибирующее действие последнего [38, 42]. В клетках первого типа индукция апоптоза сопряжена с активацией большого количества молекул каспазы-8 из комплекса DISC. Это означает, что с большой скоростью будет активировано большое количество каспазы-3, -все успевает произойти до падения митохондриального трансмембранного потенциала Dinm. Таким образом, здесь апоптоз идет без участия митохондриальных субстратов. Стоит отметить, что в клетках обоих типов наблюдается митохондриальная апоптогенная активность, но эта активность блокируется гиперэкспрессией Вс1-2. Лишь в клетках второго типа гиперэкспрессия Вс1-2 компенсируется инактивирующим связыванием с Bid.
Липидный путь апоптоза
Третьим путем апоптоза является липидный путь. Липидные молекулы, главным образом, сфинголипи-ды и гликосфинголипиды, уже достаточно давно были замечены в роли медиаторов при сопутствующих стрессу ответных реакциях [17]. Позднее было показано, что церамид является медиатором апоптоза в различных клетках [31]. Cifone M.G. et al. (1995) установили, что
при взаимодействии кислой сфингомиелиназы ASM (acidic sphingomyelinase) с продуктами Fas-опосредованного апоптоза, происходит активация фермента. Сфингомиелиназы - гетерогенное семейство типа фос-фолипаз С. Они гидролизуют сфингомиелин с образованием церамида и фосфорилхолина [25]. Церамид (N-ацил-сфингозин) - медиатор многих известных клеточных процессов, таких как пролиферация, дифферен-цировка и старение [23,34]. Церамид активирует многочисленные протеинкиназы, вовлекаемые в пути трансдукции проапоптического сигнала. Кроме того, N-ацил-сфингозин модифицирует белки ионных каналов, в частности К+-каналы, приводя к их инактивации. Механизм инактивации изучен недостаточно. По всей видимости, церамид активирует тирозинкиназы, фосфорилирующие белки ионных каналов [16]. Возникает вопрос: зачем апоптирующей клетке выключать каналы? Дело в том, что нормальный потенциал мембраны или гиперполяризация обеспечивают пролиферативную активность клеток, но никак не реализацию деструктивных событий. Таким образом, деполяризация мембраны путем отключения К+-каналов просто необходима для клетки, вовлеченной в апоптоз. Подобные каналы располагаются и на митохондриальной мембране, которая в ходе апоптоза разряжается. Возможно, что церамид-опосредованное отключение К+-каналов происходит и в данном случае.
Церамид может образовываться не только в ходе
Рис. 2. Механизм апоптоза, реализуемый в С095-позитивных клетках II типа (В1гск1, 2002 с переводом). Объяснение в тексте.
Fas-опосредуемого пути апоптоза, но и независимо от него. Например, показано, что воздействие определенных доз радиации, ультрафиолета и химических препаратов в течение нескольких минут приводит к гидролизу сфингомиелина. Механизм дальнейших реакций до конца не изучен. Известно лишь то, что вторичный мессенджер - церамид - запускает SAPKs/JNK-путь [19]. Кроме того, N-ацил-сфингозин активирует серин-трео-ниновую фосфатазу (САРР), которая дефосфорилирует и, тем самым, инактивирует Вс1-2 [16].
R. De Maria et al. (1997) обнаружили, что после взаимодействия CD95 с лигандом и следующей за ним активации кислых сфингомиелиназ, сфингомиелин гидролизуется до церамида, а церамид, в свою очередь, превращается в ганглиозид GD3, что приводит к смещению внутриклеточных реакций в сторону апоптоза. Ганглиозиды - класс гликосфинголипидов, характеризующихся наличием одного и более остатков сиаловой кислоты. Показано, что GD3 - потенциальный медиатор апоптоза, индуцирующий митохондриальные повреждения, в частности, потерю трансмембранного потенциала и фрагментацию ДНК [10]. Ни один из этих эффектов не может быть достигнут без участия ряда других ганглиозидов (GDIа и GM1). Все эти формы образуются в клетке при развитии липидного пути апоптоза.
На рисунке 3 схематично показаны основные пути возможного развития апоптоза в С095-позитивных клетках. Как указано выше, Fas-опосредованный путь в определенных условиях может трансформироваться в митохондриальный и, кроме того, может быть сопряжен с липидным путем запрограммированной гибели клеток.
Перечисленные способы развития проапоптической программы не исчерпывают все возможные варианты. В последнее время обнаруживаются отторжения от клас-
Лктив-ация
тетй
Цергтт
STÔ
, / Ч
piIf »зепазы-З
АГСЙТГШ
Рис. 3. Интеграция различных путей апоптоза в CD95-позитивных клетках. Объяснения в тексте. ST8 -промежуточный продукт превращения церамида в ганглиозид GD3.
сических путей, выявляются принципиально новые виды проапоптических и апоптоз-ингибирующих каскадных реакций.
Апоптоз является общебиологическим механизмом, ответственным за поддержание постоянства численности клеточных популяций, а также формообразование и выбраковку дефектных клеток. Нарушение регуляции апоптоза приводит к возникновению различных заболеваний, связанных с усилением или, наоборот, ингибированием апоптоза.
Многообещающими являются подходы, связанные с регуляцией апоптоз-специфических генов и реализующиеся, в частности, в генной терапии - одной из самых перспективных областей современной медицины -при лечении заболеваний, вызванных нарушением функционирования отдельных генов. Идентификация новых маркеров апоптоза должна привести к более глубокому пониманию механизмов патогенеза заболеваний, совершенствованию дифференциальной диагностики и созданию принципиально новых направлений терапии.
Список литературы
1. Новиков В.В. Растворимые дифференцировоч-ные антигены // Материалы Европейской школы онкологов. - М., 1999. - С. 10-14.
2. Ashkenazi A., Dixit V.M. Death receptors: signaling and modulation // Science -1998,- V. 281.- P. 1305-1308.
3. Bellomo G., Perotti М., Taddei F. et al. Tumor necrosis factor alpha induces apoptosis in mammary adenocarcinoma cells by an increase in intranuclear free Ca2+ concentration and DNA fragmentation // Cancer Res.- 1992,- V. 52,- P. 1342-1346.
4. Bernardi P., Brockemeier K.M., Pfeiffer D.R. Recent progress on regulation of the mitochondrial permeability transition pore: a cyclosporin-sensitive pore in the inner mitochondrial membrane //J. Bioenerg. Biomembr.-1994.-V. 26.- P. 509-517.
5. Budd R.C. Death receptors couple to both cell proliferation and apoptosis // J. Clin. Invest.- 2002.- V. 109, № 4.- P. 437-442.
6. Carson D. A. Cancer progression and p53 // Lancet -1995,- V. 346,- P. 1009-1011.
7. Chang H.Y., Yang X. Proteases for cell suicide: functions and regulation of caspases // Microbiol, and Mol. Biol. Rev.- 2000,- V. 64, № 4,- P. 821-846.
8. Chinnaiyan A.M. The apoptosome: heart and soul of the cell death machine // Neoplasia - 1999.- V. 1.- P. 5-15.
9. Cifone M.G., Roncaioli P., De Maria R. et al. Multiple signaling originate at the Fas/Apo-1 (CD95) receptor: sequential involvement of phosphatidylcholine-specific phospholipase С and acidic sphingomyelinase in the propagation of the apoptotic signal // EMBO J.-1995.-V. 14,- P. 5859-5868.
10. De Maria R., Lenti L., Malisan F. et al. Requirement for GD3 ganglioside in CD95- and ceramide-
BMOMAPKEPbl
33
induced apoptosis // Science - 1997.- V. 277.- P. 1652-1655.
11. Deveraux Q.L., Reed J.C. IAP family proteins-suppressors of apoptosis // Genes and Development -1999.-V. 13.- P. 239-252.
12. Earnshaw W.C., Martins L.M., Kaufmann S.H. Mammalian caspases: structure, activation, substrates, and functions during apoptosis // Annu. Rev. Biochem.-1999.-V. 68.- P. 383-424.
13. Ferri K.F., Kroemer G. Control of apoptoticDNA degradation // Nat. Cell Biol.- 2000,- V. 2.- P. 63-64.
14. Ginsberg D., Michael-Michalovitz D., Ginsberg D. et al. Induction of growth arrest by a temperature-sensitive p53 mutant is correlated with increased nuclear localization and decreased stability of the protein II Mol. Cell Biol.- 1991,- V. 11.- P. 582-585.
15. Green D.R., Reed J.C. Mitochondria and apoptosis // Science - 1998,- V. 281.- P. 1309-1312.
16. Gulbins E., Jekle A., Ferlinz K. et al. Physiology of apoptosis // Am. J. Physiol. Renal Physiol.- 2000.- V. 279,- P. 605-615.
17. Hannun Y.A., Luberto C. Ceramide in the eukaryotic stress response // Trends Cell Biol.- 2000.- V. 10.- P. 73-80.
18. Hauser H.P., Bardroff M., Pyrowolakis G. et al. A giant ubiquitin-conjugating enzyme related to IAP apoptosis inhibitors//!. Cell Biol.-1998.-V. 141,-P. 1415-1422.
19. Herr I., Wilhelm D., Bohler T. et al. Activation of CD95 (APO-l/Fas) signaling by ceramide mediates cancer therapy-induced apoptosis IIEMBO J.-1997.- V. 16.- P. 6200-6208.
20. Hu W.H., Johnson H., Shu H.B. Activation ofNF-kappaB by FADD, Casper, and caspase-8 // J. Biol. Chem.-2000.- V. 275.- P. 10838-10844.
21. Hu. Y., Benedict M.A., Ding L. et al. Role of cytochrome c and dATP/ATP hydrolysis in Apaf-1-mediated caspase-9 activation and apoptosis // EMBO J.-
1999.- V. 18.- P. 3586-3595.
22. Kayagaki N., Kawasaki A., Ebata T., et al. Metalloproteinase-mediated release of human Fas ligand
II J. Exp. Med.- 1995.- V. 182.- P. 1777-1783.
23. Kolesnick R., Kronke M. Regulation of ceramide production and apoptosis // Annu. Rev. Physiol.- 1998.-V. 60.- P. 643-665.
24. Lane D.P. P53, guardian of the genome // Nature -
1992,-V. 358,- P. 15-16.
25. Levade T., Jaffrezou J.P. Signalling sphingomyelinases: which, where, how and why? // Biochim. Biophys. Acta - 1999.- V. 1438.- P. 1-17.
26. McConkey D.J., Hartzell P., Nicotera P. et al. Calcium activated DNA fragmentation kills immature thymocytes // FASEB J.- 1989.- V. 3,- P. 1843-1849.
27. Medema J.P., Toes R.E., Scaffidi C. et al. Cleavage of FLICE (caspase-8) by granzyme B during cytotoxic T lymphocyte-induced apoptosis // Eur. J. Immunol.-1997.-
V. 27,- P. 3492-3498.
28. Müschen M., Warskulat U., Beckmann M.W. Defining CD95 as a tumor suppressor gene// J. Mol. Med.-
2000,- Y. 78,- P. 312-325.
29. Nagata S. Apoptosis by death factor//Cell -1997.-V. 88.- P. 355-365.
30. Nagata S. Apoptotic DNA fragmentation 11 Exp. Cell Res.- 2000.- V. 256.- P. 12-18.
31. Obeid L.M., Linardic C.M., Karolak L.A. Programmed cell death induced by ceramide // Science -
1993.- V. 259.- P. 1769-1771.
32. PapoffG., Cascino I., Eramo A. et al. AnN-terminal domain shared by Fas/Apo-1 (CD95) soluble variants prevents cell death in vitro // J. Immunol.- 1996.- V. 156, № 12,- P. 4622-4630.
33. Papoff G., Hausier P., Eramo A. et al. Identification and characterization of a ligand-independent oligomerization domain in the extracellular region of the CD95 death receptor // J. Biol. Chem.- 1999.- V. 274, № 53,- P. 38241-38250.
34. Perry D., Hannun Y. The role of ceramide in cell signaling// Biochim. Biophys. Acta - 1998.- V. 1436.- P. 233-243.
35. Pinkoski M.J., Brunner T., Green D.R. et al. Fas and Fas ligand in gut and liver // Am. J. Physiol. Gastrointest.- 2000,- V. 278.- P. 354-366.
36. Rathmell J.C., Thompson C.B. The central effectors of cell death in the immune system // Annu. Rev. Immunol.-1999.- V. 17.-P. 781-828.
37. Sato T., Irie S., Kitada S. et al. FAP-1: a protein tyrosine phosphatase that associate with Fas // Science -1995,- V. 268.- P. 411-415.
38. Scaffidi C., Fulda S., Srinivasan A. et al. Two CD95 (APO-l/Fas) signaling pathways II EMBO J.- 1998.- V.
17, № 6,- P. 1675-1687.
39. Schneider P., Bodmer J.-L., Holler N. et al. Characterization of Fas (Apo-1, CD95)-Fas ligand interaction // J. Biol. Chem.- 1997.- V. 272, № 30.- P. 18827-18833.
40. Stennicke H.R., Salvesen G.S. Caspases -controlling intracellular signals by protease zymogen activation // Biochim. Biophys. Acta - 2000.- V. 1477.- P. 299-306.
41. Thornberry N.A., Lazebnik Y. Caspases: enemies within // Science - 1998.- V. 281.- P. 1312-1316.
42. Walczak H., Krammer P.H. The CD95 (APO-1/ Fas) and the TRAIL (APO-2L) Apoptosis Systems // Exp. Cell Res.- 2000.- V. 256,- P. 58-66.
43. Wolf B.B., Green D.R. Suicidal tendencies: apoptotic cell death by caspase family proteinases // J. Biol. Chem.- 1999.- V. 274, № 29.- P. 20049-20052.
44. Zamzani N., Marchetti P., Castedo M. et al. Sequencial reduction of mitochondrial transmembrane potential and generation of reactive oxigen species in early programmed cell death // J. Exp. Med.- 1995,- V. 182,- P. 367-377.
