Барышников А.Ю., Шишкин Ю.В. Иммунологические проблемы апоптоза

Оглавление

Предисловие

Последнее десятилетие отмечено постоянным нарастанием интереса широких кругов исследователей к открытому около лет назад явлению, названному "программированная клеточная смерть" или "апоптоз".

Поддержание гомеостаза, в том числе и клеточного, является одним из основных свойств всего живого. Оно осуществляется при уравновешивании процессов клеточной пролиферации и клеточной гибели. Изучению пролиферации посвящены многие исследования, и этот процесс во многом уже, учитывая успехи цитокинетики, не является тайным. Значительно меньший интерес существовал в отношении клеточной гибели, которая воспринималась достаточно просто – как реакция на какое-либо повреждение или на старение клетки.

Широкое внедрение в биологию термина "апоптоз", а главное – связанных с ним понятий, перевернуло сложившиеся годами представления о динамическом равновесии в организме. Многие ученые ставят открытие апоптоза в один ряд с открытием клеточного цикла. Изучение апоптоза в нормальных тканях позволило накопить сведения о развитии этого явления и в дальнейшем правильно трактовать полученные данные. Вскоре стало ясно, что с позиции апоптоза можно объяснить развитие многих патологических процессов, и в первую очередь – злокачественный рост. Можно признать, что после выяснения ряда этиологических моментов в развитии рака, используя представления об апоптозе, исследователи могут объяснить многие патогенетические аспекты опухолевой трансформации.

В любой клетке организма заложена генетически обусловленная программа, позволяющая при возникновении патологической мутации включить самоликвидацию. Уже установлены многие, наиболее важные этапы развития программированной клеточной гибели, а главное – те молекулярные механизмы, которые контролируют апоптоз.

Раньше онкологи ставили вопрос: "Почему после лечения опухолевая клетка остается жить?" Теперь же, после открытия апоптоза, акцент смещен в противоположную сторону: "Почему данная опухолевая клетка ответила гибелью на наше лечение, и что лежит в основе механизма ее гибели?" Большинство исследователей в области онкологии верят, что понимание молекулярного, биохимического и иммунологического аспектов контроля над апоптозом является центральной проблемой возникновения и контроля над опухолевым ростом.

Проблема апоптоза многогранна, и авторы решили осветить лишь иммунологические аспекты этого явления. Доказано, что экспрессия на клеточной поверхности антигена CD95(Fas/APO-1), протеина по своей структуре, характеризует способность клетки вступать в апоптоз. Пусковым моментом в этом процессе могут являться активированные лимфоциты, несущие функцию иммуного надзора, или специфические к этому антигену моноклональные антитела (МКА). Один из авторов является пионером в создании отечественных МКА, применяемых для диагностики как гемобластозов, так и солидных опухолей. В этой работе он представляет новые МКА IKO-160, примененные для изучения апоптоза у онкологических больных.

Представляемая монография является определенным этапом исследований по изучению апоптоза в Российском онкологическом научном центре им.Н.Н.Блохина РАМН. На основании анализа большого количества литературы и собственных данных авторы предлагают ознакомиться с их взглядами на роль программированной клеточной смерти в онкологической патологии, преимущественно – гемобластозов.

Настоящая книга предназначена для онкологов, гематологов, иммунологов, биологов.

Директор РОНЦ им.Н.Н.Блохина РАМН академик Н.Н.Трапезников

Введение

Основной закон нашей Вселенной – все рождается, живет и умирает. Биологическая жизнь всегда сопровождается и заканчивается смертью. Гомеостаз у млекопитающих контролируется не только клеточной пролиферацией и дифференцировкой, но также с помощью клеточной смерти. Клеточная смерть является важным компонентом в биологическом процессе. Наиболее часто встречающейся формой клеточной смерти является некроз, который вызывается повреждением клетки прямой травмой, токсическими агентами, такими как активные мембранные вещества и токсины, гипоксией и ишемией, @опосредованным комплементом клеточным лизисом и т.д. Однако около@проверить фразу. тридцати лет назад была описана другая форма клеточной смерти, названная программированной клеточной смертью, или апоптозом, которая отличается от некроза как по биохимическим, так и по морфологическим признакам [Kerr Y. et. al., 1972]. В переводе с греческого апоптоз означает опадание листьев, т.е. листопад. Апоптоз, в сущности, представляет собой самоубийство клетки, поскольку он осуществляется вследствие срабатывания собственных внутренних механизмов клеток.

Морфологически апоптоз характеризуется последовательными изменениями в ядре клетки, связанными с перевариванием хроматина и приводящими к фрагментации ДНК на части по 180 пар оснований [Arends M.Y. et. al., 1990]. Морфологическими проявлениями апоптоза являются сморщивание клетки и уменьшение ее размера, конденсация хроматина по периферии ядерной мембраны, распад ядра на несколько ядрышек. Эти ядрышки покрываются цитоплазматической мембраной, и клетка распадается на несколько апоптотических телец. Эти тельца затем фагоцитируются макрофагами. В цитоплазме происходят конденсация и сморщивание гранул, расширение эндоплазматического ретикулума. Мембрана теряет микроворсинки и нормальную складчатость, образует пузыревидные вздутия. Целостность мембраны нарушается позже. В отличие от некроза, апоптоз проявляется в разбросанных отдельных клетках асинхронно и не ассоциирован с воспалением. Апоп-тотические тельца фагоцитируются очень быстро, так как на их поверхности экспрессируются молекулы, распознаваемые фагоцитирующими клетками: тромбоспондин, фосфолипиды, содержащие фосфосерин, гликоконъюгаты, содержащие концевой $\beta$-D-N-ацетилглюкозамин.

Некроз характеризуется увеличением объема клетки, нарушением целостности мембраны, лизисом гранул и выходом содержимого клетки в межклеточное пространство с повреждением соседних клеток. Некроз всегда сопровождается воспалительной реакцией.

Проявлением апоптоза на молекулярном уровне служит фрагментация ДНК. Сначала образуются крупные фрагменты ДНК по 30000–700000 пар оснований. Затем происходит межнуклеосомная деградация ДНК, т.е. ее расщепление в результате формирования разрывов между нуклеосомами с формированием фрагментов, содержащих 180–190 пар оснований или кратных этим величинам. Эти фрагменты выявляются при горизонтальном электрофорезе в агарозном геле в виде "ДНК-овой лестницы" – отдельных полос, соответствующих дискретности по молекулярной массе образующихся фрагментов ДНК.

Деградация хроматина является активным процессом и зависит от температуры, блокируется азидом натрия, требует синтеза РНК и белка de novo, ингибируется при связывании ионов $\x Ca^{2+}$ и действии ионов $\x Zn^{2+}$.

Апоптоз является фундаментальным биологическим процессом, необходимым для удаления поврежденных, старых и инфицированных клеток. Он играет важную роль в цикле развития различных организмов, включая гельминтов, насекомых, амфибий, птиц, рыб и млекопитающих. Апоптоз занимает ведущее место в эмбриогенезе и инволюции тканей, в поддержании гомеостаза, в сохранении клеточного баланса в физиологических условиях, при удалении клеток с генетическими повреждениями, при лучевых поражениях, росте и терминальной дифференцировке. Он играет роль удаления избытка клеток, особенно в нервной и иммуной системе. В настоящее время стало ясно, что программированная клеточная смерть является важным механизмом поддержания корректного числа клеток в многоклеточном организме [Simon H.-U., 1996].

Апоптоз вовлечен в механизм развития большого количества заболеваний у человека. Предполагается, что развитие лейкоза и опухолевый рост являются результатом дисбаланса между пролиферацией клеток и программированной клеточной смертью [Sarraf C. et. al., 1986].

Апоптоз является одним из основных механизмов регулирования иммуной системы. В наиболее массовой форме апоптоз в лимфоцитах происходит в процессе их развития. При дифференцировке Т-клеток апоптоз происходит в кортикальных тимоцитах. При дифференцировке В-клеток наибольший апоптоз происходит в костном мозге. В иммуной системе реализуются три формы апоптоза: гибель клеток вследствие дефицита факторов роста; апоптоз, вызванный глюкокортикоидами и другими агентами со сходным действием; активационный апоптоз. Активационный апоптоз происходит в зрелых активированных лимфоцитах и развивается в результате дисбаланса активационных сигналов или вследствие связывания различных рецепторов для индукторов апоптоза.

Процесс апоптоза может быть структурно разделен на три независимые фазы: инициация, эффекторная фаза и деградация [Kroemer G. et. al., 1995; Marchetti P. et. al., 1996]. Фаза инициации может быть достигнута различными путями: удалением факторов роста и метаболизма, гипоксией, гипероксией, субнекротическим поражением химическими реагентами, физическими агентами, перекрестным связыванием соответствующих рецепторов, нарушением сигналов клеточного цикла и т.д. В течение эффекторной фазы различные инициирующие пути конвертируются в один (или несколько) общий путь апоптоза. Фаза деградации – также общая для всех инициирующих путей.

Около десяти лет назад был открыт на цитоплазматической мембране клеток первый специализированный рецептор для индукции апоптоза – CD95(Fas/APO-1). Связывание с рецептором моноклональных антител (МКА) или специфического лиганда CD95L/FasL индуцирует в чувствительных клетках апоптоз. Молекулярная масса этого рецептора – 48 кДа (килодальтон). CD95-рецептор принадлежит к суперсемейству фактора некроза опухолей/фактора роста нервов. С CD95(Fas/APO-1)-рецептором связано большое количество исследований, сделано множество принципиальных открытий и ему, в основном, будет посвящена настоящая монография.