Биохимия программируемой клеточной смерти

1. Днепропетровская государственная медицинская академия Кафедра биохимии, медицинской и фармацевтической химии Биохимия программируемой клеточной смерти Докладчик: Студентка 341 группы3 курса ДГМА Домащенко Алена Николаевна Научный руководитель: Профессор Шевцова Алла Ивановна Днепропетровск 2007

2. Физиологическая роль ПГК • Обеспечение программы индивидуального развития организма (эмбриогенеза и онтогенеза) и дифференцировки клеток. • Поддержание тканевого гомеостаза • Замедление апоптоза ведет к гиперплазии ткани, ускорение – к атрофии. • Защита от патогенов и клеток-мутантов Домащенко А.Н.

3. Компоненты апоптоза: • Каспазы • «Рецепторы смерти» клетки • Митохондриии цитохром с • Про- и антиапоптозные белки Клетки в состоянии апоптоза Нормальные клетки Домащенко А.Н.

4. Сравнительная характеристика Апоптоз Апоптоз - генетически запрограммированная гибель клетки. • Уменьшение объема клетки • Конденсация хроматина – пикноз • Фрагментация ядра –кариорексис • Фрагментация клетки на мембранные везикулы с внутриклеточным содержимым – апоптозные тельца • Концентрация на внешней стороне мембраны фосфатидилсерина – метка, по которой макрофаги узнают погибшие клетки Некроз Некроз - непрограммируемая, патологическая форма клеточной смерти. • Набухание клетки и органелл • Нарушение целостности цитоплазматической и внутриклеточных мембран • Выход содержимого цитоплазмы в межклеточное пространство, что приводит к развитию воспалительного процесса Домащенко А.Н.

5. Каспазы Каспазы (семейство Cys-Asp-протеаз) – ферменты, катализирующие ограниченное расщепление клеточных белковпо остаткам аспартата. По субстратной специфичности различают: • Инициирующие (каспазыI эшелона) - каспазы-2,-8,-9,-10 и -12 – активируют эффекторныекаспазы. • Эффекторные (каспазыII эшелона) - каспазы-3,-6,-7 - расщепляют актиновыефиламенты, ингибируют биосинтез белков и активируют ДНКазу. • Каспазы-1,-4,-5,-11,-13 – в апоптозе не участвуют. Домащенко А.Н.

6. Прокаспазы Структура прокаспаз: • N-концевое звено (продомен) • Промежуточный домен, предшественник большой субъединицы зрелого фермента • С-концевой домен, предшественник малой субъединицы зрелого фермента Домащенко А.Н.

7. Пути активации каспаз • Рецепторный «Индуцирующие смерть сигнальные комплексы» - DISK (death-inducing signaling complex) включают: • Fas-L– внеклеточный лиганд, относящийся к семейству фактора некроза опухолей (TNF – tumor necrosis factor). • Fas(«рецептор смерти») – трансмембранный белок, член семейства рецепторов TNF. • FADD (Fas-associated protein with death domain) – адаптерный белок. • Содержит 2 домена: DD (death domain – домен смерти) и DED (death-effector domain – домен эффектора смерти). • Прокаспаза-8 Домащенко А.Н.

8. Митохондриальный АФК, ионы Са → открытие гигантских пор → ↑ проницаемости внутренней мембраны митохондрий → набухание матрикса → разрыв наружной мембраны митохондрий → высвобождение апоптогенных белков: • цитохром С • прокаспазы-2,3,9 • белок AIF (apoptosis inducing factor) – апоптоз-индуцирующий фактор • белок SMAC (second mitochondria-derived activator of caspases) – второй митохондриальный фактор, индуцирующий апоптоз Домащенко А.Н.

9. Механизм действия апоптогенных белков Цитохром с AIF→цитоплазма → клеточное ядро → активация нуклеазы → фрагментация ДНК SMAC– вызывает активацию каспаз-3 и -9, связываясь с IAP, снимает их ингибирующее действие на каспазы. Цитоплазма Apoptosisprotease activating factor-1 – I фактор, активизирующий апоптоз Домащенко А.Н.

10. Рецепторный + митохондриальный Повреждение ДНК ведет к накоплению в клетке белкового продукта гена р53,который может останавливать деление клеток и индуцировать апоптоз. • Ответная реакция на образование белка р53 зависит от степени нарушения клеточного генома. • При умеренном нарушении клеточного генома происходит остановка клеточного деления, осуществляется репарация ДНК, и клетка продолжает свое существование. • При чрезмерном нарушении генома, когда ДНК уже не подчиняется репарации, включается рецепторный и цитохром с-зависимыйапоптозные каскады активации каспаз. • р53 активирует PUMA (p53 upregulated modulator of apoptosis), который затем связывает Bcl-2 и тем самым стимулирует выход цитохромас из митохондрий. Домащенко А.Н.

11. Апоптоз, зависимый от эндоплазматического ретикулума В ЭПР локализована прокаспаза-12, которая активируется при нарушении внутриклеточного Са-гомеостаза или накоплении избыточных количеств белка в ЭПР. Каспаза-12 активирует каспазу-3, приводящую в исполнение программу гибели клетки. Домащенко А.Н.

12. Регуляция апоптоза • Автономный механизм регуляции: • Белок FLIP (FLICE-inhibitory protein) -связывается с «индуцирующими смерть сигнальными комплексами», блокируя активацию каспазы-8 и передачу проапоптического сигнала от «рецепторов смерти» семейства TNFR. • Семейство Bcl-2 (B-cell leukaemia-2) – регулируют апоптоз на уровне митохондрий: • антиапоптозные белки - собственно Bcl-2, Bcl-xL, Bcl-w, Mcl-l, Al и Воо. • проапоптозные белки- Bax, Bad, Bok, Bcl-xS, Bak, Bid, Bik, Bim, Krk иMtd. Соотношение про- и антиапоптозных членов семейства Bcl-2определяет, жить клетке или умирать. • Семейство IAP (inhibitor of apoptosis proteins) – ингибируют эффекторныекаспазы. • NO блокирует апоптоз посредством избирательного нитрозилированияэффекторных каспаз. • Воздействие внешних факторов: Индукторы апоптоза – противовоспалительные цитокины, стероидные гормоны, NO и свободные радикалы. Ингибиторы апоптоза – провоспалительные цитокины, половые гормоны, некоторые вирусные белки. Домащенко А.Н.

13. Общий механизм апоптоза Домащенко А.Н.

14. Апоптоз и патологии Домащенко А.Н.

15. Лекарственные средства, индуцирующие апоптоз Лекарственные средства, ингибирующие апоптоз Терапия на основе апоптоза Злокачественные опухоли Аутоиммунные заболевания Предотвращение отторжения трансплантата Заболевания, характеризующиеся повреждением клеток: ишемические повреждения, нейродегенеративные заболевания Домащенко А.Н.

16. Благодарю за внимание!