Апоптоздың молекулалық-генетикалық механизмдері

Апоптоз күрделі, көп сатылы молекулалық каскадты механизм болып табылады.

Каспазаның цитоплазмалық протеазалары. Арнайы цитоплазмалық протезалар (каспазалар).

Жасушада каспазалар прокаспазалар түрінде болады. Қазіргі кезде 10-ға жуық каспаза ферменттері белгілі. Каспазалар белгілі жүйе бойынша, тармақты каскад ретінде бірін-бірі белсенді етуге қабілетті.

Пазмалеммадан келіп түсетін сигналға алғашқы жауап ретінде каспаза 8 ферменті активтенеді. Каспазалардың белсенді болуына митохондриядан босап шыққан факторлар да алып келуі мүмкін (мембраналардың өткізгіштігі жоғары болған жағдайда). Бұл протеаза AIF (2) (ApoptosisInducingFactor) және Apaf-1 ақуызы цитохром С бірлесіп, тікелей каспаза 9-белсендіреді (жартылай протеолиз арқылы).

Апоптоздың ең негізгі ферменті – каспаза 3. Ол каспаза 8 және 9 арқылы да белсенді бола алады. Каспаза 3 әсер ету нысанына каспаздық каскадтың басқа компоненттері (каспаза 6,7 және т.б.), сонымен қатар кейбір каспазалық емес ақуыздар жатады. Каспаза каскадын аяқтайтын звено кейде ICE (interleukin-convertingenzymes) деп аталады. Олардың негізгі қызметтері белгілі нысана ақуыздарының протеолизін шектеу.

Каспазалар апоптоз процесі кезінде ядролық және цитоплазмалық құрылымдармен – нысаналармен өзара әрекеттеседі. Каспазаның барлық нысандары белгісіз.

а) гистонды ақуыздар –Н1, ламин В ақуызы. Бұл ақуыздардың митоздың профазасында белсенді болуы нәтижесінде хромосоманың тығыздалуы және ядро қабықшасының микрокөпіршіктерге еруі жүреді. Апоптоз кезінде де осыған ұқсас құбылыстар: хромосоманың тығыздалуы және ядро қабықшасының еруі байқалады. Каспазалрдың протеолиздейтін объектісі хромосомалардың тығыздалуына қатысатын конденсин деп аталатын ақуыздар кешені болып есептеледі.

б) репликация және репарация ферменттері: топоизомеразалар, ДНҚ – протеинкиназалар, поли АДФ – рибозилполимераза (ДНҚ тізбегінде үзілулерді тігеді);

в) реттеуші ақуыздар – рRb жасушалық циклды реттейді;

г) эндонуклеазалардың ингибиторлары.

Каспазалардың әрекеті нәтижесінде ДНҚ – протеинкиназалар белсендендіріледі, бұл р53 ақуызының белсенді болуына және апоптозаға себеп болады.

р53 ақуызы апоптоздың негізгі ақуыздарының бірі.

Mdm2 ақуызы р53 ақуызының негізгі ингибиторы. Ол р53 ақуызының белсенділігін төмендетеді.

ARF немесе p19^ARF сияқты тағы реттеуші ақуыздар бар. Р53 ақуызымен байланысып, оның ыдырауын тежейді.

14-3-Зb ақуызы р53 факторының белсенділігіне әсер етеді.

Жасушада ДНҚ зақымдалуына («ішкі» апоптоз) жауап ретінде р53 ақуызының мөлшері мен белсенділігі өзгереді. ДНҚ молекуласы зақымдалған кезде, р53 ақуызына сигнал үш түрлі протеинкиназа (ПК) арқылы беріледі: ДНК-протеинкиназа, протеинкиназа ATM ақуызы, протеинкиназа-казеинкиназа.

Аталған ПК басқа, ДНҚ зақымдалуларын танитын, репарацияға қатысатын, ал мүмкін болмаған жағдайда р53 ақуызын белсенді етіп, апоптозға алып келетін басқа да факторлар бар. р53 ақуызының әсерінен болады:

1. Бірқатар «киллерлік» рецепторлар гендерінің белсенді болуы, яғни апоптоздың сигналдарын сезінетін рецепторлардың гендерінің активтенуі жүреді. Оларға Fas (Fas – рецептор) және KILLER/DR5 рецепторы жатады. Жасушаның сәйкес сигналдарға деген сезімталдығы жоғарлайды.

2. р21 генінің белсенді болуы нәтижесінде, циклин- Cdk кешенінің ингибиторы р21 ақуызының әсерінен жасушалық цикл тоқтайды. Циклдың тоқтауына GADD45 генінің белсенді болуы да әсер етеді. Gadd45 ақуызы циклин-Cdks кешенінің бірін бастырмалайды. Ол репликацияға қажетті PCNA ақуызымен байланысады.

3. Апоптоздың митохондриялық «тармақтарының» активтенуі.

а) р53 ақуызы митохондрия мембраналарының каналдарын жабатын ақуыздарды (bcl-2, bcl-x) бастырмалайды, ал каналдарды ашатын ақуыздарды (Bах) белсенді етеді. Каналдар арқылы каспазалық каскадты іске қосатын протеаза AIF және цитохром С сыртқа шығады.

б) PIG гендер тобын белсендендіріледі. Бұл гендермен түзілетін өнімдер жасушада белсенді радикалдар мен күшті тотықтырғыштардың жиналуына әсер етеді, нәтижесінде митохондрияның мембранасы зақымдалып, цитоплазмаға протеаза AIF және цитохром С шығуына жағдай жасалады.

4.Көрші жасушаларға әсер етуі. р53 ақуызы жойылып жатқан жасушадан бөлінетін өнімдері белсенді етеді. Кем дегенде, төмендегі екі әсер байқалады:

а) Ангиогенездің тоқтауы. TSP, BAS гендері арқылы іске асады. Апоптоз басталғанда жасушада көрші ұлпаларға тамырлардың түзілуін тежейтін ақуыздар бөлінеді. Бұл апоптоздың ісікті болдырамтын маңызды қызметінің негізі болып табылады.

б) Көршілес жасушалардың бөлінуінің тежелуі. р53 ақуызы жасуша пролиферациясын тежейтін ß-ингибин және ФНОß синтезін қамтамасыз етеді. Апоптоз іске қосылады. Бұл механизм де ісіктің алдын-алу әсерлерінің бірі болып табылады.

«Ішкі» апоптоз сатылары:

1) Жасуша ішілік құрылымдардың, әсіресе хромосомалар мен мембраналардың зақымдануы.

2) Арнайы протеинкиназалар және басқа модификациялық ферменттердің көмегімен р53 транскрипциялық факторына зақымдану, бұзылулар жайлы сигналды беру. р53 ақуызымен қатар, оның ингибиторы Mdm2 де модификацияланады. Қандай жағдай болмасын, сигналға жауап ретінде р53 факторының мөлшері (ыдыраудың баялауына байланысты) артады және белсенділігі жоғарылайды.

3) р53 ақуызының және мембрананың зақымдануына байланысты BCL – 2 тұқымдасына жататын гендер әсерінен митохондрия мембранасының өткізгіштігін жоғарылайды.

4) Каспазалық каскадтың іске қосылуы. Көптеген нысана ақуыздардың каспазалар әсерінен жартылай протеолизденеді.

5) Жартылай протеолиздің салдары түрліше болуы мүмкін:

а) хроматиннің тығыздалып жинақталуы (құрылымдық ақуыздар Н1 гистоны мен ламиннің протеолизі нәтижесінде);

б) ядролық нуклеазалардың белсенді болуы (олардың ингибиторларының протеолизі нәтижесінде).

в) плазмалемманың липидтік құрамының өзгеруі (мембранамен байланысқан ферменттердің белсенділігінің өзгеруі нәтижесінде).

Протеолиз кейбір сатыларды күшейту немесе қайта іске қосу арқылы апоптозға өздігінен бақыланатын үрдістің сипатын береді.

г) ДНҚ-протеинкиназаның белсенді болуы (жарым-жартылай протеолиз нәтижесінде), мұнымен қатар р53 ақуызының мөлшері мен активтілігін жоғарылайды.

д) рRb ақуызының протеолизі, E2F – DP транскрипциялық факторының ингибиторлық белсенділігін төмендетіп, жасушалық циклды іске қосады, ДНҚ репликациясы жүреді. Бұл ДНҚ құрылымының қайта зақымдалуына және «ішкі» апоптоздың қайтадан іске қосылуына алып келеді.

6) Эндонуклеазалардың әрекетінен хроматиндердің фрагментациясы жүреді.

7) Соңында төмендегідей морфологиялық өзгерістер жүреді: а) ядро мен цитоплазманың фрагментациясына байланысты апоптоздық денешіктердің түзілуі; ә) айналасындағы жасушалардың ол денешіктерді фагоцитоздауы.

Митогендер жеткіліксіз болғанда немесе антимитогендерден сигнал келгендегі апоптоз.