CC BY
13
УДК 616.5; 616.1.577
Маслянко Р.П., професор, Юсера Я.В., професор, Божик Л.Я., ти. викладач ©
Лъв\всъкый нацюналъныыутеерсытет ветерынарногмедыцыны та б1отехнолог1ы Iмеш С.З. Тжыцъкого
ВПЛИВ ПАТОГЕН1В НА ПРОГРАМУ АПОПТОЗУ КЛ1ТИН ГОСПОДАРЯ
В огляЫ розглянуто дат лтературы про вплыв бактерш на програму апоптозу клтин господаря. Чыслент патогент бактерп володттъ мехатзмамы, спрямованими на регулящю клтынно! загыбел1, що дозволяе гм тдтрымуваты оптималът умови розвитку тфекцп. Мехатзмы тдукцп та пригтчення апоптозу, выроблет бактер1ямы за своею суттю ргзновыдт, вони реал1зуютъся в результат/ складных взаемодш бюлог1чно активных бактертных молекул з конкретными мшенямы сыгналъных шляхгв, як\ ведутъ до апоптозу. Пры внутршнъоклтынному паразытызм1 антыапоптозну актывшстъ бактерп можна розглядаты як одын з мехашзм1в персыстенцИ збудныка, що забезпечуерозвыток хрошчных тфекцш.
Ключое1 слоеа.патогены, бактерп, апоптоз, мехатзмы, персыстенщя
Вивчення мехашзм1в апоптозу - одна з найбшьш штенсивно дослщжуваних галузей бюлогп I медицини. Апоптоз чи запрограмована форма загибел1 кл1тин, поряд з подшом, ростом, диференщащею, вадграе важливу роль у формуванш та функцюнуванш вЫх багатокл1тинних оргашзм1в [28, 26, 32]. Актуальшсть вивчення мехашзм1в апоптозу визначаеться взаемозв'язком порушень регуляци процесу запрограмовано! загибел1 кл1тин з бшьшктю захворювань [3, 4, 6]. Порушення процесу апоптозу вадграе важливу роль в розвитку СНЩу та в патогенез! з хворобами, викликаними шшими в1русами [2].
Стосовно до шфекцшно! патологи, зумовлено! бактер1альними патогенами, апоптоз виконуе функцш захисту макрооргашзму. Загибель шфшованих кл1тин з наступною ел1мшащею зруйнованих кл1тин I м1крооргашзм1в кл1тинами ¿мунно! системи дозволяе запоб1гти розповсюдження шфекци.
В свою чергу численш патогенш мшрооргашзми виробляли досконал1 мехашзми, яю дозволяють керувати загибеллю кл1тин господаря. Окрем1 бактери, переважно т1, що розмножуються поза еукарютичними кл1тинами (ентеробактерп, стафшококи), активують програму загибел1 кл1тин, тим самим шдукують апоптоз, що е необхщним етапом викликаного ними шфекцшного процесу. Факультативш внутршньокл1тинш паразити (сальмонели, лктери та ти.) здатш також ¿ндукувати апоптоз, але в окремих випадках можуть пригшчувати його, що дозволяе 1м протистояти захисним мехашзмам оргашзму
© Маслянко Р.П., Кюера Я.В., Божик Л.Я., 2013
129
або тдтримувати оптимальш умови кнування. Молекулярш мехашзми розвитку апоптозу вщображеш в численш кшькост1 po6ÍT [2, 3, 8, 15, 23, 36, 39].
Апоптоз - багато каскадний процес, який реал1зуеться в декшькох стад1ях. Перша стад1я - прийняття сигналу, що надходить до кл1тин 330bhí або, що виник в надрах кл1тини. На другому еташ молекули - посередники передують отриманий сигнал, bíh досягае ядра, i в результат! запуску генетично! програми синтезуються чи активуються ферменти, здатш зруйнувати кл1тинш бшки та нукле!нов1 кислоти. На заключному еташ вщбуваеться деградащя ДНК, руйнування структурних i функцюнальних 6mkíb, кл1тина втрачае цшсшсть i стае "поживою" для макрофапв.
Вщкрито два сигнальних шлях1в активаци апоптозу :зовшшнш, через поверхнев1 рецептори, та внутршш, через м1тохондри.
Перший шлях ¿ндукуеться ф1зюлопчними факторами - шдукторами апоптозу, такими як цитокши, гормони, пептидш poctobí фактори. Bíh починаеться з кл1тинних рецептор1в, спещально призначених для включения програми апоптозу (Fas, TNFR1, DR3, DR4 i ти. ). Це по cyri трансмембранш бшки, як1 некл1тинною дшянкою взаемод1ють 3Í специф1чними л1гандами -шдукторами. Така взаемод1я веде до зв'язування ix внутр1шньокл1тинних дшянок з адаптерами - цитоплазматичними бшками, яю можуть зв'язувати рецептори з неактивними попередниками протеаз Í3 родини тиск н.
Каспази - цисте!нов1 протеази, здатш розщеплювати бшки 3Í специф1чною для апоптозу послщовшстю, теля аспарагшово! кислоти. Каспази знаходяться в кл1тиш у неактивному еташ, ix активащя вщбуваеться в результат! протеол1тичного розщеплення.
М1тохондр1альний шлях активаци апоптозу шдукуеться пошкодженням ДНК, д1ею рад1аци цитотоксичними агентами, глюкокортикощами i ти. Bíh зв'язаний з активащею бшка Р. 53 та експреаею гешв, яю кодують проапоптозн1 бшки родини Вс 1-2, Bax I Bid. U,i бшки, вакликаючи пермеабЫзацш мембран, м1тохондрш, сприяють виходу цитохрому С, що е ключовою ланкою в подальших енергозалежних реакцш як при зовшшньому, так i внутршньому сигнальному шляху, ведуть до активаци тиск н i апоптозу.
1снуе ще каспазонезалежний шлях, який веде до апоптозу, що реал1зуеться за участю бшка AYF (Apoptosis Yinducing Factor), який в результат! тиск нтозами в ядро активуе протеол1тичш ферменти.
Розвиток апоптозу не е фатальним, bíh може бути заблокований на окремих етапах проведения сигналу, а для цього в самш кл1тиш ¿снуе мехашзм, який реал1зуеться завдяки дп бшюв з антиапоптозною актившетю.
Згщно сучасних даних "виршення" дол1 кл1тини - жити чи померти приймаеться на píbhí бшюв родини Вс 1-2. Антиапоптозна д1я бшюв ще! родини реал1зуеться в результат! конкурентного зв'язування з проапоптозними бшками, що перешкоджае утворенню пор у мембран! м1тохондрш та виходу цитохрому С [28].
130
Другим мехашзмом, спрямованим на пригшчення апоптозу, е активащя транскрипцшного фактору NF-KB, який бере участь також в регуляци ¿мунно! вщповвд на антиген. Вщом1 також ряд антиапоптозних бшюв, яю кодуються генами, експреая котрих зростае пщ д1ею NF-KB, що веде до зупинення загибел1 кл1тин [37].
Вщомо, що мжрооргашзми отримують певну вигоду вщ загибел1 кл1тин господаря. Вона полягае в тому, що ¿ндукщя апоптозу макрофапв захищае збудниюв вщ фагоцитозу, сприяе ix виживанню [41]. У тому випадку, коли макрофаги захищають мукозний шар вщ проникнення бактерш, апоптоз макрофапв створюе умови для проникнення збудниюв у тиск нтозам тканини i нав1ть у кров. KpiM цього, загибель кл1тин шляхом апоптозу, а не некрозу, бшьш сприятлива для бактерш, осюльки в цьому випадку не запускаються запальш реакцп.
При вивченш рол1 апоптозу в патогенез! бактерильно! шфекцп встановлено, що пщвищення р1вня апоптозу Т-л1мфоцит1в на перших етапах шфекцп е мехашзмом обмеження системно! запально! реакци. Однак ¿ндукована загибель Т-кл1тин на шзшших етапах захворювань веде до послабления ¿муштету, зумовлюючи тяжюсть та наслщок хвороби [7].
Мехашзм шдукцп апоптозу, вироблеш бактер1ями, р1зновидш Одна група мехашзм1в об'еднуе Ti, яю спрямоваш на пригшчення бшкового синтезу, порушення цшсност1 кл1тинно! мембрани та яю активуються при взаемодп окремих бактершних компонента (ЛПС, суперантигени) з рецепторами кл1тин [21].
Бшьш детально мехашзми шдукцп бактер1ями апоптозу в результат! взаемодп з сигнальними шляхами можна розглядати на приклад! окремих патогенних бактерш. Так, бактерп Shigella Flexneri, за допомогою системи секрецп HI типу, декретують ряд бшюв у макрофаги, запускаючи тим самим р1зновидш кл1тинш вщповщг Зокрема бшок 1ра В може зв'язуватись з тиск нто 1, активувати його i в результат! активаци ефекторних тиск н наступав загибель кл1тин. KpiM цього, тиск нт 1, являючись активатором деяких цитоюшв, сприяе виходу 1Л-1 та розвитку запального процесу. 1ндукщя апоптозу макрофапв i запальна реакщя сприяе масивнш швазп та розвитку шфекцшного процесу [41].
Бактерп Staphylococcus aurens також ¿ндукують апоптоз, проте мехашзм дп цього збудника ще не зовс1м вивчений [21].
Наявш в даний час даш дозволяють обговорювати дв1 pi3Hi групи мехашзм1в, виявлених у бактерш i спрямованих на пригшчення апоптозу кл1тин господаря [24].
Найбшьш комплексна взаемод1я м1ж системою апоптозу та патогенними бактер1ями розгортаеться при внутр1шньокл1тинному паразитизм!. За анолопею з в1русами можна припускати, що для обл1гатних внутр1шньокл1тинних бактерш загибель кл1тин господаря е ознакою втрати середовища для проживания, а значить контроль загибел1 кл1тин е тиск нтозами ст стратепею цих патогешв. Для рикетсш i emepixffi показано, що вони можуть
131
зупиняти апоптоз за участю транскрипцшного фактору NF-KB [26, 42]. В дослщах [12] продемонстровано, що при шфшуванш ендотел1альних кл1тин в умовах in vitro рикетЫями вщбувалася активащя NF-KB та змши експреси ряду гешв, яю знаходяться пщ його контролем.
Для шших обл1гатних внутршньокл1тинних паразит1в основним мехатзмом, який перешкоджае апоптозу, служить пряма д1я на сигнальш шляхи, що ведуть до апоптозу. Особливо переконливо це показано для трьох патогенних для людини представниюв родини Chlamydiaea
Chlamydia trachomatis. B даний час вщомо, що Bei хламвдп володшть про- i антиапоптозною актившстю. Cl. Psittaci шдукуе апоптоз еттел1альних кл1тин i макрофапв, але в цей же час захищае макрофаги вщ зовтшшх апоптоз - шдукуючи сигнали [33].
В ход1 шфекци еттел1альних кл1тин i макрофапв, викликаних Cl. Psittaci [1, 2] (GPIG) i Cl. Trachomatis (LGV/1) в умовах in vitro, а також в клп-инах еттелш геталъного тракту мишей, шфкованих Cl. Trachomatis (MoPn) in vivo, спостертали ¿ндукцш апоптозу [13, 18, 24, 33]. При вивченш мехатзму шдукци кл1тинно! загибел1 на цих моделях показано, що хламш шдукували каспазонезалежний сигнальний шлях в результат! активаци бшка Вах i тиск нтозами його на мембрану м1тохондрш. Такий мехашзм може розглядатися як ушверсальна стресорна вщповщь на присутшсть внутр1шньокл1тинних паразита, яю виявляються на останшх стад1ях шфекци.
При шфекци, яку викликае Cl. тиск нто, в ештел1альних кл1тинах, моноцитах i макрофагах виявлена сильна антиапоптозна актившсть, що захищае кл1тини вщ загибел1 за дп р1зних фактор1в [9, 11, 17, 20, 25, 34]. Ештел1альш кл1тини, шфжоваш Cl. тиск нто були стшю до апоптозу [34]. Ештел1альш кл1тини шфжоваш Cl. тиск нто були стшю до апоптозу, шдукованого ФНП 2 i стауроспор1оном [16]. Як вщомо ФНП2 запускае рецепторний сигнальний шлях, в цей час коли стауроспорин шдукуе вихщ цитохрому С i3 м1тохондрш. Таким чином, експериментальш даш вказують на те, що хламщи можуть блокувати як зовшшш рецептори, так i внутршнш м1тохондр1альний шлях, який веде до апоптозу.
Ключовою ланкою розвитку апоптозу е вихщ цитохрому С i3 м1тохондрш. Виявлення цитохрому С за допомогою моноклокальних антитш в шфжованих хламвдях та нешфжованих кл1тин Нер-2.
Показано, що теля шдукци апоптозу як ФНП 2, так i стауроспорином, в контрольних кл1тинах цитохром С виявлявся дифузно в цитоплазм!, тод1 як в кл1тинах, яю мютили хламщш включения, цитохром С збер1гаеться в м1тохондр1ях [34]. Щ даш евщчать, що Cl. тиск нто блокуе апоптоз на етапах, яю передували виходу цитохрому С i3 м1тохондрш. Тим самим, пригшчуючи вихщ цитохрому С i3 м1тохондрш, хламщи можуть забезпечити резистентшсть шфжованих кл1тин до р1зних апоптозних сигнал1в.
Встановлено також, що хламщи блокують апоптоз ще на одному етат сигнального шляху. В дослщах з використанням без кл1тинних систем введения цитохрому С у цитоплазматичш екстракти, яю були отримаш i3 шфжованих
132
кл1тин, не викликало активаци тиск н [24]. Поряд з цим, е даш про те, що резистентшсть до апоптозу шфжованих Cl. тиск нто моноциив зв'язана з активащею NF-KB[14].
В окремих дослщах показано, що найбшьш ефективний захист вщ апоптозу спостер1гаеться в кл1тинах з довол1 крупними включениями що мютять велику кшьккть ретикулярних тшець i залежать вщ циклу розвитку хламщш [34].
Антиапоптозною актившстю володшть також i тиск нто форми хламщш, що утворюють др1бш включенш, що е метабол1чноактивними формами [27].
У Cl. тиск нто, пор1вняно з шшими хламвдями, виявлено найбшьш ч1ткий антиапоптозний ефект, для цього збудника характерно розвиток хрошчно! шфекци, що уражують не лише ресшраторний тракт. Для Cl.
тиск нто отримано найбшьш переконлив1 докази причетносп до розвитку серцево-судинних захворювань [10, 19, 22, 30, 31, 35, 38].
Моноцити кров! в яких персистують Cl. тиск нто е ланкою, що зв'язують ресшраторну та серцево-судинну шфекцш. 1нф1кован1 моноцити можуть сприяти дисем1нацй збудника та колошзаци ним тканин артер1альних судин. Так1 ¿нф1кован1 моноцити набувають стшкост1 до апоптозу в результат! активаци NF-KB, п1д контролем якого знаходиться також експрес1я деяких протизапальнихциток1н1в [40].
Таким чином, вияснення механ1зм1в регуляци апоптозу, як1 хлам1д1! реал1зують в умовах хрон1чно! ¿нфекцй in vivo, дае можлив1сть нам1тити hobí пщходи до л1кування хрон1чних ¿нфекц1й - регулювати антиапоптозну активн!сть хлам1д1й, тим самим допомагаючи кл1тинам господаря реал1зувати природний механ!зм захисту орган1зму проти ¿нфекц1йних агент1в шляхом апоптозу.
Л1тература
1. Владимирская Е.Б. Механизмы апоптоза клеток крови / Е.Б. Владимир // Лаб. Медицина. - 2001. - №4. - С.47-54
2. Копнин Б.П. Мишени действия онкогенов и опухолевых супрессоров : Ключ к понимания тиск н механизмов канцерогенеза / Б.П. Копнин // Биохимия. - 2000. - №65 (I). - С.5-33.
3. Мазурик В.К. Успихи в изучении механизмов регуляции клеточного цикла репарации ДНК и апоптоза при участии белка и гена р 53- перший шаг на пути к предсказываемой революции в лабораторной медицине XXI века / В.К. Мазурик // Лаб. Медицина. - 2001. - № 4. - C.33-43.
4. Маслянко Р.П. Апоптоз ¿мунокомпетентних кл1тин тварин р1зного в1ку / Р.П. Маслянко, Ю.Р. Кравщв // Наук. Вкник ЛДАВМ. - 2001. - Т. 1, № (4). - С. 157-164.
5. Фильченков А.А. Участие системы Fas/Fes-Лиганд в регуляции гомеостаза и функционировании клеток иммунной системы / А.А. Фильченков, Ю.М. Степанов //Аллергология и иммунология. - 2002. - 3(1). - С. 24-35.
133
6. Черных Е.Р. Апоптоз перефирических Т-клеток и его роль в патогенезе генералнзованой бактериальной инфекции / Е.Р. Черных, М.Н. Норкин, О.Ю. Леплина // Rus. J. Immunol. - 2001. - № 6. - C. 131-146.
7. Ярилин A.A. Апоптоз. Природа феномена и его роль в целосном организме / Ярилин А.А // Патол. Физиол. И тиск н. тиск н. - 1998. - № 2.
- С. 38-48.
8. Airenne S. Chlamydia pneumovriae infection in humanmonocyte /S. Airenne, H.M. Surcel // Infect. Immunol. - 2004. - V. 72. - P. 1445-1449.
9. Campbell L.A. Chlamydia pneumonia and cardiovascular disease/ L.A. Campbell, C.C. Kao, J.T.Grayston // Emerg. Infect Dis. - 2008. - V. 14. - P. 571579.
10. Carratelli C.R. Chlamydiapneumoniae infections prevent the programmed celeeath / C.R. Carratelli, A. Rizzo, M.R. Cataniaetal //Fems Microb. Lett. - 2002. - V. 215. - P. 69-74.
11. Clifton D.R. NF-Kappa B-dependent inhibition of apoptosis is essential for host cell survival daring Rickettsia rickettsia infection / D.R. Clifton, B.A. Goss // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2003. - V. 100. - P. 4646-4651.
12. Dean D. Present Chlamydia pneumonia infection resist apoptosis stimuli / D. Dean, V.C. Povers // Infect. Immun. - 2001. - V. 69. - P. 2442-2447.
13. Dechen R. Chlamidia pneumonia infection of vascular smooth musele and endothelial cells activates NF-kB and inductes tissue factor and PAJ-/expression / R. Dechen, M. Maass // Circulation. - 2004. - V. 105. - P. 1369-1373.
14. Ernhaw W.C. Mammalian caspases structure, activation, substrates and fanction during apoptosis /W.C. Ernshaw, R.L. Martins, S.H. Kaufman // Annu Rev.Riochem. - 2004. - V. 73. - P. 383-424.
15. Fan T. Inhibition of apoptosis in Chlamydia-infected cells : blocade of mitochondrial cytochrome C release and caspate activation / T. Fan, H. Ln, H. Hu // J. Exp Med. - 1998. - V. 187. - P. 487-496.
16. Fishes S.F. Characterization of antiapoptotic activities of Chlamydia pneumonia in human cells / S.F. Fisher, C. Schwarz // Infect. Immun. - 2001. - V. 69. - P. 7121-7129.
17. Gao L.Y. The Modulation of host cell apoptosis by intracellular lacterial pathogens / L.Y. Gao, Y.A. Kwasis // Trends Microbiol. - 2000. - V. 8. - P. 306-313.
18. Gaydos C.A. Replication of Chlamydial pneumonia in vitro in macrophages, endothelial cells and aortic artery smooth muscle cells / C.A.Gaydos // Infect. Immun. - 2001. - V. 69. - P. 1614-1620.
19. Geng Y. Chlamydia pneumonia inhibits apoptosis in human peripheral blood mononuclear cells through induction of JL-10 / Y. Geng // J. Immunol. - 2000.
- V. 164. - P. 5522-5529.
20. Grassme H. Molecular mechanisms of bacteria induced apoptosis / H. Grassme, V. Jendrossek // Apoptosis. - 2001. - P. 441-445.
21. Grayston J.T. Background and current knowledge of Chlamydia pneumonia and atherosclerosis / J.T. Grayston // Infect. Dis. - 2005. - V. 186. - P. 402-410.
134
22. Green D.R. Mitochondria and apoptosis / D.R. Green // Science. - 1998.
- V. 281.-P. 1309-1312.
23. Hacker G. Bacterial anti-ap opto tic activities / G.Hacker // FEMS Microbiol. Lett. - 2002. - V. 212. - P. 1-6.
24. Hilbi H. Shigella induced apoptosis in dependent on caspase- Whichbids to Ira B / H. Hilli, J.E. Moss // J. Biol.Chem. - 1998. - V. 273. - P. 32895-32900.
25. Jacobson M.D. Programmed cell death in animal development / M.D. Jacobson, M. Well, M.C. Raff // Cell. - 1997. - V.88. - P. 347-354.
26. Kalman S. Comparative genomes of Chlamydia pneumonia and C.trachonatis / S. Kalman, W. Michell, R. Marathe et al. // Nat Genet. - 1999. - V. 21. - P. 385-390.
27. Kelekar T. Bel-2 family proteins / T. Kelekar, C. Thomson // Cell. Biol. -1998. - V. 8. - P. 324-330.
28. Krull M. Signal Transduction pathways activated in endothelial cells following infection with chlamydia pnrumoniae / Krull M. // J. Immunol. - 1999. -V. 162. - P. 4834-2841.
29. Leinonen M. Infections and atherosclerosis / M.Leinonen, P. Saikku // Scand. Cardiovasc. - 2000. - V. 34. - P. 12-20.
30. Mahony J.B. Chlamydia pneumonia and atherosclerosis ; does the evidence support a causal or countrributory rale? / J.B. Mahony, B.K. Coombes // FEMS Microbiol. Lett. 2001. - V. 197. - P. 1-9.
31. O'connor L. Apoptosis and cell division / L. O'connor, D.C. Hung // Curr. Opin. Cell Biol. - 2000. - V. 12. - P. 257-263.
32. Ojcius D.M. Apoptosis of epithelial cells and macrophages due to infection with the obligate intracellular parogen Chlamydia psittaci / D.M. Ojcius // J.Immunol. - 1998. - V. 161. - P. 4220-4226.
33. Rajalingam K. Epithelial cells infected with Chlamidia pneumonia are resistant to apoptosis / K. Rajalingam, H. Younes, A. Muller et al. // Infect. Immun. -2001. - V. 69. - P. 7880-7889.
34. Saikku P.Chlamydia pneumonia in atherosclerosis / P. Sakku // I. Intern-Med. - 2000. - V. 247. - P. 391-396.
35. Sietier H. Meshanism and genes of cellular suicide / H. Sietier // Science.
- 1995. - V. 267. - P. 1445-1449.
36. Tato C.M. Host-pathogen interactions : subversion and utilization of the NF-KB pathway during infection / C.M. Tato, C.A. Hunter // Infect Immun. - 2002. -V. 70. - P. 3311-3317.
37. Taylor-Robinson D. Chlamydia pneumonia in arteries-the facts, their interpretation, and future studies / D. Taylor-Robinson, B. J.Thomas // -1998. - V. 51.
- P. 793-797.
38. Vaux D.L. The molecular biology of apoptosis / D.L. Vaux, A. Strasser // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1996. - V. 93. -P. 2239-2244.
39. Wahl C. Survival of Chlamydia pneumonia infected Mononac 6 cells dependent on FN-kB binding activity / C. Wahl, F. Oswald // Infect. Immun. - 2001.
- V. 69. - P. 7039-7045.
135
40. Wainzauch Y. The induction of apoptosis of bacterial pathologens / Y. Wainzauch // Annu Rev. Microbiol. - 2004. - V. 58. - P. 155-187.
41. Yoshife K. Intracellular infection by the human granulocytic ehrlichiosis agent inhibits human neutrophil apoptosis / K. Yoshife, H.Y. Kim // Infect. Immun. -2000. - 68. - P. 1125-1133.
Summary
Maslianko R.P., Kisera Ya.V., Bozhyk L.Ya
Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnology namedof S.Z. Gzickyj
Review on the influence of pathogenic bacteria on the apoptosis program of host cells. Many pathogenic bacteria process mechanisms to control cell dieth, which makes in possible to maintain the optimum conditions for the development of infection. The mechanism of induction and suppression of apoptosis, worked out by bacteria, are very variable and realized as the result of complex interaction of biologically active bacterial molecules with concrete targets of signal paths leading to apoptosis in case of intracellular parasitism the antiapoptosis activity of bacteria maybe regarded as one of the agents, ensuring the development of chronic infections.
Рецензент - д. б. н., професор Куртяк Б.М.
136
