Интерфазная гибель клеток Понятийный аппарат Виды клеточной

Интерфазная гибель клеток

Понятийный аппарат: Виды клеточной гибели: Апоптоз – генетически контролируемая клеточная гибель, обусловленная воздействием на клетку Некроз – генетически не контролируемая гибель клетки под влиянием патогенных факторов Конечное дифференцирование – генетически обусловленная гибель клетки

Интерфазная гибель клеток не связана с процессом клеточного деления и предшествует вступлению клетки в митоз. Апопто з(греч. απόπτωσις — опадание листьев) — программируемая клеточная смерть, регулируемый процесс самоликвидации на клеточном уровне, в результате которого клетка фрагментируется на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной.

Классификация основных форм интерфазной гибели клеток ( предложена Гольдштейном и Окадой в 1969 г ) интерфазная гибель высокорадиочувствительных клеток гибель некоторых видов неделящихся или ограниченно делящихся клеток после облучения (малые лимфоциты, тимоциты, ооциты, эмбриональные клетки и др. ). Гибель происходит в первые часы после облучения в дозах 0, 1 – 4, 0 Гр. 1.

Классификация основных форм интерфазной гибели клеток ( предложена Гольдштейном и Окадой в 1969 г ) 2. Интерфазная гибель радиоустойчивых клеток - интерфазная гибель неделящихся или медленно делящихся клеток взрослого организма (гепатоциты, миоциты, нейроны и др. ). Этот вид ИГ наступает при дозах 10 -100 Гр. 3. Интерфазная гибель (10 -20 Гр) делящихся клеток в культуре.

Методы оценки интерфазной гибели радиочувствительных лимфойдных клеток 1. окраска специфическими красителями; 2. подсчет пикнотических ядер и безядерных клеток; 3. определение поглощения изотопов хрома-51; 4. определение уровня поглощения кислорода; 5. цитофлуориметрические, биохимические, электрофорез и др.

Интерфазная гибель - апоптоз Проточная цитофлуориметрия а - клетки в состоянии апоптоза б - контрольные клетки Краситель, флюоресцирующий при освещении ультрафиолетом © Соросовский образовательный журнал

Зачем гибнет клетка: Клетка выполнила свою функцию и стала ненужной организму Клетка состарилась и больше не может выполнять свои функции Клетка подверглась внешнему воздействию и больше не может выполнять свои функции или стала опасной для организма

Обзор механизмов гибели клетки:

Апоптоз: стадии Стадия обратимых изменений, во время которой процесс апоптоза может быть остановлен и клеточные структуры будут репарированы Стадия необратимых изменений, во время которой клеточные структуры разрушаются и клетка образует апоптотические тельца

Рецептор-зависимый путь передачи сигналов апоптоза

Апоптоз: морфологические изменения Уменьшение объема апоптирующей клетки Конденсация и фрагментация хроматина Изменение структуры клеточной мембраны и образование в ней инвагинаций, формирование апоптотических телец.

Апоптоз: морфологические изменения 1 2 Электронная микрофотография 1 - конденсированный хроматин 2 - инвагинация © Национальний медицинский университет имени А. А. Богомольца Научно-исследовательский лабораторный центр

Уменьшение объема Предполагается, что нарушение формы и объема клетки происходит в результате активации в апоптотических клетках трансглютаминазы – фермента который вызывает прогрессивное образование перекрестных связей в цитоплазматических белках, что приводит к формированию своеобразной оболочки под клеточной мембраной, подобно ороговевающим клеткам эпителия.

Конденсация хроматина Это наиболее характерное проявление апоптоза. Хроматин конденсируется по периферии, под мембраной ядра, при этом образуются четко очерченные плотные массы различной формы и размеров. Ядро же может разрываться на два или несколько фрагментов.

Механизм конденсации хроматина Он обусловлен расщеплением ядерной ДНК в местах, связывающих отдельные нуклеосомы, что приводит к развитию большого количества фрагментов, в которых число пар оснований делится на 180 -200. При электрофорезе фрагменты дают характерную картину лестницы. Эта картина отличается от таковой при некрозе клеток, где длина фрагментов ДНК варьирует.

Механизм конденсации хроматина Фрагментация ДНК в нуклеосомах происходит под действием кальций-чувствительной эндонуклеазы - в некоторых клетках находится постоянно (например, в тимоцитах), где она активируется появлением в цитоплазме свободного кальция, а в других клетках синтезируется перед началом апоптоза. Однако еще не установлено, каким образом после расщепления ДНК эндонуклеазой происходит конденсация хроматина.

Конденсация хроматина 1 2 3 4 © Laboratory of Ultrastructures and Virology, Istituto Superiore di Sanita’, Rome, Italy. Проточная цитофлуориметрия 1 - утрата связи с кариолеммой 2 - агрегация хроматина 3 - растворение хроматина 4 - апоптотические тельца

Конденсация хроматина © Laboratory of Ultrastructures and Virology, Istituto Superiore di Sanita’, Rome, Italy. Проточная цитофлуориметрия A- норма B- утрата связи с кариолеммой C- распад ядра D- образование апоптотических телец

Формирование апоптотических телец В апоптотической клетке первоначально формируются глубокие впячивания поверхности с образованием полостей, что приводит к фрагментации клетки и формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл, с или без фрагментов ядра.

Завершающий этап апоптоза 1 © Laboratory of Ultrastructures and Virology, Istituto Superiore di Sanita’, Rome, Italy. Сканирующая электронная микроскопия 1 - апоптотические тельца

Апоптоз: стадия 1 Fas. L Клеточные стрессы Облучение JNK-стресскиназа Fas-рецептор (гамма, УФ) Каспаза-8 Митохондрии Цитохром с p 53 Bcl-2 Bax Bad Каспаза- 9 Протеолиз белков Фрагментация ДНК Каспаза- 3

Каспазный каскад

Каспазы представляют собой цистеиновые протеазы, которые расщепляют аминокислотные последовательности после остатка аспарагиновой кислоты. образуются за счёт активации прокаспаз (молекулярная масса 32— 56 к. Да), в составе которых выделяют 3 домена: регуляторный Nконцевой домен (продомен), большую (17— 21 к. Да) и малую (10— 13 к. Да) субъединицы. Активация происходит путём протеолитического процессинга: все три домена расщепляются, отделяется продомен, а оставшиеся большая и малая субъединицы ассоциируются, образуя гетеродимер. Два гетеродимера в дальнейшем формируют тетрамер — полноценную каспазу с двумя каталитическими участками.

Дополнительные эффекторы апоптоза флавопротеин AIF, высвобождающийся из межмембранного пространства митохондрий, действует по независимому от каспаз пути. кальпаины — представители семейства цитозольных Ca 2+-активируемых цистеиновых протеаз. Их роль в апоптозе пока слабо охарактеризована.

Апоптоз: стадия 2 Протеолиз белков Потеря клеткой воды Клетка сморщивается Кариопикноз Фрагментация ДНК и утрата ею связи с кариолеммой Распыление хроматина Разрушение молекул нуклеиновых кислот Кариорексис (разрыв ядра) Дисфункция цитолеммы Появление «пузырей» на поверхности клетки Отшнуровывание и фагоцитоз апоптотических телец

Обобщенная схема апоптоза

Апоптоз: стадия 2 Электронная микрофотография а- контрольная клетка б- клетка в состоянии апоптоза © Соросовский образовательный журнал

Эпителиальная клетка. Апоптоз. Сканирующая электронная микроскопия Образование апоптотических телец © Laboratory of Ultrastructures and Virology, Istituto Superiore di Sanita’, Rome, Italy.

Апоптоз в кардиомиоцитах: 1 Электронная микрофотография В обоих случаях - поздний апоптоз 2 © Национальний медицинский университет имени А. А. Богомольца Научно-исследовательский лабораторный центр

Апоптотические тельца кардиомиоцита: Сканирующая электронная микроскопия © Laboratory of Ultrastructures and Virology, Istituto Superiore di Sanita’, Rome, Italy.

Апоптоз нейрона: 1 2 Электронная микрофотография 1 - ранний апоптоз 2 - поздний апоптоз © Национальний медицинский университет имени А. А. Богомольца Научно-исследовательский лабораторный центр

Апоптоз в гепатоцитах : 1 2 Электронная микрофотография В обоих случаях – поздний апоптоз © Национальний медицинский университет имени А. А. Богомольца Научно-исследовательский лабораторный центр

Способы влияния на клеточную гибель: Индукция апоптоза Ингибирование апоптоза

Индукторы апоптоза

Ингибиторы апоптоза

Способы влияния на клеточную гибель в клинике Индукция апоптоза при онкологических заболеваниях Ингибирование апоптоза при ишемии

Лауреаты Нобелевской премии в данной сфере: Сидней Бреннер, Роберт Хорвиц, Джон Салстон Нобелевская Премия в области Физиологии и Медицины за 2002 год совместно за их открытия в области "генетического регулирования развития организма и запрограммированной смерти клеток" ©

Перспективы: Ингибиторы и активаторы апоптоза и их применение при лечении сопряженных с клеточной гибелью заболеваний Процессы апоптоза при поражении клетки вирусами (ВИЧ) Снижение или повышение чувствительности клетки к ингибиторам и активаторам апоптоз

Некроз: стадии Некробиоз (фаза ранних изменений) Собственно некроз (фаза поздних изменений)

Некроз: морфологические изменения В первую очередь разрушаются специализированные элементы клеток и ядро Клетка практически не изменяет своего объема Окружающие клетку волокна соединительной ткани приобретают базофильную окраску и фрагментируются

Некроз: стадия 1 Индукция (патогенное воздействие) Утрата мембранного потенциала Поток ионов Ca 2+ в клетку Активация лизосомальных ферментов Ингибирование ферментов дыхательной цепи митохондрий

Некроз: стадия 2 Активация лизосомальных ферментов Эндонуклеазы Гидролиз Расщепление ДНК Разрушение специализиров анных органелл, кариопикноз, кариорексис, кариолизис Фосфолипазы Разрушение мембран Выход лизирующих ферментов с фрагментами органелл в межклеточное пространство Протеазы Деструкция Переваривание эндоскелета Воспаление

Некроз 1 2 Электронная микроскопия 1 - некроз лимфоцита 2 - (для сравнения) апоптоз лимфоцита © Национальний медицинский университет имени А. А. Богомольца Научно-исследовательский лабораторный центр www. caspases. com

Различия между апоптозом и некрозом

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !