Endokrina, parakrina i autokrina regulacija. Normalno se stanice dijele isključivo pod utjecajem različitih čimbenika unutarnje okoline tijela (i vanjskih čimbenika u odnosu na stanicu). To je njihova temeljna razlika od transformiranih stanica koje se dijele pod utjecajem endogenih podražaja. Postoje dvije vrste fiziološke regulacije – endokrina i parakrina. Endokrinu regulaciju provode specijalizirani organi (žlijezde unutarnje izlučivanje), uključujući hipofizu, nadbubrežne žlijezde, štitnjaču, paratiroidnu žlijezdu, gušteraču i spolne žlijezde. Produkte svoje aktivnosti izlučuju u krv i imaju opće djelovanje na cijeli organizam.
Parakrinu regulaciju karakterizira činjenica da u istom tkivu susjedne stanice utječu jedna na drugu preko djelatnih tvari koje se izlučuju i distribuiraju difuzijom. Ovi mitogeni stimulansi (polipeptidni faktori rasta) uključuju epidermalni faktor rasta, faktor rasta trombocita, interleukin-2 (faktor rasta T-stanica), faktor rasta živaca i mnoge druge.
Autokrina regulacija, karakteristična za tumorske stanice, razlikuje se od parakrine regulacije po tome što je ista stanica i izvor faktora rasta i njegova meta. Rezultat je stalna, samoodrživa mitogena "ekscitacija" stanice, što dovodi do neregulirane reprodukcije. U tom slučaju stanica ne treba vanjske mitogene podražaje i postaje potpuno autonomna.
Mitogeni prijenos signala je višefazni proces. Ovisno o tipu stanice i specifičnom mitogenom podražaju, implementira se jedan od mnogih signalnih putova. Takozvana kaskada MAP kinaze opisana je u nastavku kao "prototip".
Faktori rasta(regulatore proliferacije) izlučuju neke stanice, a na druge djeluju parakrino. To su male bjelančevine. Polipeptidni lanac EGF-a (epidermalni faktor rasta) sastoji se od npr. 53 aminokiseline. Postoji nekoliko obitelji čimbenika rasta, od kojih je svaka ujedinjena strukturnim i funkcionalnim sličnostima. Neki od njih potiču proliferaciju (npr. EGF i PDGF, trombocitni čimbenik rasta, trombocitni faktor rasta), dok je drugi (TGF-p, TNF, interferoni) potiskuju.
Receptori se nalaze na površini stanice. Svaka stanica ima svoj vlastiti repertoar receptora i, sukladno tome, svoj poseban skup odgovora. Vrlo važnu funkcionalnu obitelj čine takozvani receptori tirozin kinaze (TCR), koji imaju enzimsku (protein kinazu) aktivnost. Sastoje se od nekoliko domena (strukturni i funkcionalni blokovi): izvanstanične (u interakciji s ligandom - u u ovom slučaju s faktorom rasta), transmembranski i submembranski, koji posjeduju aktivnost tirozin protein kinaze. Ovisno o strukturi, TCR se dijele na nekoliko podrazreda.
Kada se vežu na faktore rasta (na primjer, EGF), molekule receptora se dimeriziraju, njihove intracelularne domene se približavaju jedna drugoj i induciraju međumolekularnu autofosforilaciju tirozina. Ovaj transmembranski prijenos signala je početak vala "pobuđenja", koji se zatim širi u obliku kaskade reakcija fosforilacije unutar stanice i na kraju dolazi do kromosomskog aparata jezgre. TCR imaju aktivnost tirozin kinaze, ali kako se signal kreće u stanicu, tip fosforilacije se mijenja u serin/treonin.
Ras proteini. Jedan od najvažnijih je signalni put koji uključuje Ras proteine (ovo je podfamilija tzv. G proteina koji tvore komplekse s guanil nukleotidima; Ras-GTP je aktivni oblik, Ras-GDP je neaktivni oblik). Ovaj put, jedan od glavnih u regulaciji stanične diobe kod viših eukariota, toliko je očuvan da njegove komponente mogu zamijeniti odgovarajuće homologe u stanicama drozofile, kvasca i nematoda. Posreduje brojne signale iz okoliša i čini se da djeluje u svakoj stanici tijela. Ras igra ulogu svojevrsne okretne šipke kroz koju mora proći gotovo svaki signal koji ulazi u ćeliju. Kritična uloga ovog proteina u regulaciji stanične diobe poznata je od sredine 1980-ih, kada je u mnogim ljudskim tumorima otkriven aktivirani oblik odgovarajućeg gena (Ras onkogena). Aktivacija onkogena (onkogeni su geni koji uzrokuju nereguliranu diobu stanica) jedan je od glavnih događaja karcinogeneze. Riječ je o oštećenju normalnog gena koji je uključen u regulaciju stanične reprodukcije (protoonkogen - normalni stanični gen koji je sposoban potaknuti rast tumora ako je njegova struktura poremećena), što ga čini trajno funkcionalnim (aktivnim) i time jednako kontinuirano inducira (neregulirana) dioba stanica. Budući da su mnogi stanični geni (protoonkogeni) uključeni u regulaciju stanične reprodukcije, čije oštećenje potencijalno može uzrokovati rast tumora, postoji odgovarajući broj (nekoliko desetaka, a možda i stotina) onkogena.
U specifičnoj situaciji Ras-posredovanog signalnog puta (na primjer, tijekom interakcije EGF-a s receptorom), dimerizacija potonjeg dovodi do autofosforilacije jednog od ostataka tirozina u njegovoj submembranskoj domeni. Kao rezultat toga, postaje moguće samosastavljanje ("regrutiranje" u kompleks) niza proteina koji se nalaze nizvodno u signalnom putu (protein adaptera Grb2, protein Sos1). Ovaj multiproteinski kompleks lokaliziran je u plazma membrani.
kaskada MAP kinaze. MAP kinaze (mitogenom aktivirane protein kinaze) su serin/treonin protein kinaze aktivirane kao rezultat mitogene stimulacije stanice. Kaskada kinaze nastaje kao posljedica sekvencijalne aktivacije jednog enzima drugim, koji je "viši" u signalnom putu. Kao posljedica stimulacije Ras proteina i stvaranja submembranskog kompleksa, povećava se aktivnost dviju citoplazmatskih serin/treonin MAP kinaza (poznatih i kao ERK1 i ERK2, izvanstaničnim signalom reguliranih proteinskih kinaza 1 i 2), koje se kreću od citoplazme do stanične jezgre, gdje fosforiliraju ključni faktori transkripcije su proteini koji reguliraju aktivnost različitih gena.
Aktivacija transkripcije. Skupinu gena koji određuju ulazak stanice u S fazu aktivira transkripcijski faktor AP-1 - kompleks proteina Jun i Fos (geni koji ih kodiraju - c-Jun i c-Fos, spadaju među proto -onkogeni; c - iz stanice, označava njihovo stanično podrijetlo za razliku od virusnih onkogena v-Jun i v-Fos). Ovi faktori transkripcije mogu međusobno djelovati kako bi formirali različite homo- i heterodimere koji se vežu na određene regije DNA i stimuliraju sintezu RNA u genima uz te regije. MAP kinaze povećavaju aktivnost AP-1 na dva načina:
neizravno, aktiviranje gena koji kodiraju ove faktore transkripcije, čime se povećava njihov sadržaj u stanici;
izravni, fosforilirajući ostatke serina i treonina uključene u njihov sastav.
Kao rezultat aktivacije gena nastaju proteini potrebni za sintezu DNA i naknadnu mitozu. Neki od novonastalih proteina (Fos, Jun, Myc), poznati kao proteini neposrednog odgovora, obavljaju regulatorne funkcije; Vežući se za određene dijelove DNA, oni aktiviraju susjedne gene. Drugu skupinu čine enzimi kao što su timidin kinaza, ribonukleotid reduktaza, dihidrofolat reduktaza, timidilat sintaza, ornitin dekarboksilaza, DNA polimeraze, topoizomeraze i enzimi koji su izravno povezani sa sintezom DNA. Osim toga, ukupna sinteza proteina je poboljšana, jer sa svakim ciklusom udvostručenja sve stanične strukture.
Implementacija mitogenog signala. Rezultat prijenosa mitogenog signala je provedba složenog programa stanične diobe.
Stanični ciklus. Stanice mogu biti u jednom od tri stanja - u ciklusu diobe, u fazi mirovanja s mogućnošću povratka u ciklus i, konačno, u fazi terminalne diferencijacije, u kojoj se sposobnost diobe potpuno gubi. Samo one stanice koje su zadržale sposobnost diobe mogu formirati tumore.
Ciklus udvostručenja različitih ljudskih stanica varira od 18 sati (stanice koštane srži) do 450 sati (stanice kripte debelog crijeva), prosječno 24 sata Mitoza (M) i sinteza DNA (S faza), između kojih postoje 2 međufaze ( gap) period - G1 i G2, najuočljiviji; Tijekom interfaze (razdoblje između dvije diobe) stanica raste i priprema se za mitozu. Tijekom faze G1 postoji trenutak (tzv. restrikcijska točka R) kada se bira između ulaska u sljedeći ciklus dijeljenja ili ulaska u fazu mirovanja G0. Ulazak stanice u ciklus diobe je probabilistički proces, određen kombinacijom niza uvjeta (unutarnjih i vanjskih); međutim, nakon odabira, sljedeći koraci se automatski dovršavaju. Iako se stanica može blokirati u jednoj ili drugoj fazi ciklusa diobe, to je obično zbog nekih posebnih okolnosti.
Posebno su važni u ciklusu trenuci kada stanica ulazi u fazu sinteze DNA (granica G/S faze) i mitoze (granica G2/M faze), gdje postoje jedinstvene “kontrolne točke” koje provjeravaju integritet DNA u u prvom slučaju ( njegova spremnost za replikaciju), au drugom - potpunost replikacije. Stanice s oštećenom ili nedovoljno repliciranom DNA blokiraju se na granicama odgovarajućih faza, čime se sprječava mogućnost prenošenja defekata u njezinoj strukturi na potomstvo u obliku mutacija, delecija i drugih poremećaja. Određeni sustav nadzora, koji očito postoji u stanici, inducira sustav popravka DNK, nakon čega se napredovanje stanice kroz ciklus može nastaviti. Alternativa popravku je apoptoza, koja radikalno eliminira opasnost od pojave klona defektnih (potencijalno tumorskih) stanica u tijelu. Konkretan izbor ovisi o mnogim uvjetima, uključujući individualne karakteristike stanice.
Proces replikacije DNA je složen i dugotrajan (traje nekoliko sati), budući da se sav genetski materijal stanice mora apsolutno točno reproducirati. Ako se u njoj pojave bilo kakve abnormalnosti, stanica je blokirana na pristupu mitozi (na granici G2/M faze) i također može biti podvrgnuta apoptozi. Zaštitni značaj kontrolnih točaka teško je precijeniti, jer njihovi funkcionalni nedostaci u konačnici rezultiraju tumorskom transformacijom stanice i progresijom već formiranog tumora.
Cikličke reakcije. Postoje dvije obitelji proteina koji “pokreću” staničnu ciklus - ciklin (cycNp)-ovisne serin/treonin protein kinaze (Cdk, cyclin-dependent kinases) i sami ciklini. Ciklini reguliraju aktivnost Cdks i time njihovu sposobnost da modificiraju ciljne strukture koje su izravno uključene u metamorfozu ciklusa. Uz njihovo sudjelovanje, provode se tako važne faze ciklusa kao što su dezintegracija nuklearne membrane, kondenzacija kromatina, formiranje vretena i niz drugih. Cdk su aktivni samo u kompleksu s jednim od ciklina. U tom smislu, okupljanje i aktivacija brojnih kompleksa Cdkciklina, kao i njihova disocijacija, ključne su točke staničnog ciklusa.
Kao što im ime govori, ciklini se sintetiziraju i razgrađuju u točno određenim točkama ciklusa, različitim za različite cikline. Postoje tri glavne klase njih: iLciklini, potrebni za prolaz GyS, S-ciklini - za prolaz kroz S-fazu, i G2 (ili mitotički) - ciklini za ulazak u mitozu. U stanicama sisavaca također postoji nekoliko obitelji Cdk uključenih u različite regulatorne utjecaje. Uklanjanje određenog ciklina iz unutarstanične okoline točno u određenom trenutku jednako je važno kao i njegova pojava (eliminacija ciklina iz unutarstanične okoline postiže se i njihovom razgradnjom i blokadom sinteze), na primjer u mitozi (pri granica meta- i anafaze) kao rezultat proteolize, jedan od ciklina se brzo razgrađuje; ako se to ne dogodi, tada se mitoza ne može dovršiti i ne dolazi do diobe stanica kćeri.
Promicanje u S fazu zahtijeva aktivaciju kinaza Cdk2, Cdk4 i Cdk6, koje su u interakciji s ciklinima α-faze (osobito ciklinom D). Kompleks Cdc2 s prvim ciklinom iLfaze inducira transkripciju gena za sljedeći ciklin, itd., pomičući stanice dalje duž ciklusa. Cdc2-ciklin D je u početku zamijenjen Cdc2-ciklinom E, koji je pak zamijenjen Cdc2-ciklinom A, koji aktivira aparat za sintezu DNA. Kada stanica uđe u S fazu, iLciklini se razgrađuju i ponovno se pojavljuju tek u G1 fazi sljedećeg ciklusa.
Kontrolne točke (engleski). Svaki stresor (na primjer, nedostatak hranjivih tvari, hipoksija, osobito oštećenje DNK) blokira kretanje kroz ciklus na jednoj od dvije gore navedene kontrolne točke. Tijekom tih zaustavljanja aktiviraju se mehanizmi nadzora koji mogu:
otkriti oštećenje DNK;
odašilju signal nevolje koji blokira sintezu DNK ili
mitoza;
aktiviraju mehanizme popravka DNK.
To osigurava stabilnost genoma. Kao što je gore spomenuto, kontrolni mehanizam G/S blokira replikaciju DNA i aktivira procese popravka (ili inducira apoptozu), dok kontrolni mehanizam G2/M inhibira mitozu dok se replikacija ne završi. Defekti u tim mehanizmima mogu dovesti do pojave stanica kćeri s oštećeni genom.
Mehanizam kontrolne točke uključuje Cdk-ciklin komplekse i brojne dodatne proteine - Rb, p53 i druge. Njihova kombinacija tvori sustav "kočnica" koje sprječavaju diobu stanice u nedostatku odgovarajućih podražaja. Geni koji kodiraju ove proteine nazivaju se supresorski geni. Poseban značaj ovog sustava leži u činjenici da je kancerogena transformacija stanice moguća tek nakon njezine inaktivacije. U somatskoj stanici postoje dva alela svakog gena, uključujući i supresorske gene, pa su stoga za njihovu inaktivaciju potrebna dva neovisna događaja (primjerice, brisanje jednog alela i mutacija drugog). Zbog toga se relativno rijetko pojavljuju “sporadični” tumori (razmjerno je mala vjerojatnost da se u jednoj stanici dogodi više neovisnih mutacija, a zahvate isti lokus obaju kromosoma), a iznimno su česti “obiteljski” tumori (u “ kancerogene” obitelji jedan od dva naslijeđena alela određenog supresorskog gena su inicijalno defektni). U potonjem slučaju, sustav "kočnica" u svim stanicama danog organizma osigurava samo jedan normalni alel, što oštro smanjuje njegovu pouzdanost i povećava rizik od razvoja tumora. Upravo se to događa kod nasljednog retinoblastoma (brisanje jednog Rb alela) i dr. nasljedni sindromi(delecija ili oštećenje jednog alela p53 ili drugih supresorskih gena).
U stanicama s neispravnim ili odsutnim p53 supresorskim proteinom, GyS kontrolna točka je neispravna. To se očituje u činjenici da oštećenje DNA izazvano ionizirajućim zračenjem ili bilo kojom drugom metodom ne dovodi do zaustavljanja stanice na granici G 1/S faze ili do kapoptoze. Kao rezultat, stanice s višestrukim abnormalnostima strukture DNA nakupljaju se u populaciji; Javlja se i s vremenom povećava genomska nestabilnost, što pridonosi nastanku novih staničnih klonova. Njihova prirodna selekcija je u osnovi progresije tumora - stalnog "odnosa" tumora prema sve većoj autonomiji i malignosti.
Apoptoza (ili programirana stanična smrt) je široko rasprostranjen biološki fenomen staničnog "samoubojstva", koji je induciran ili raznim vanjskim podražajima ili neriješenim "unutarnjim" sukobima (na primjer, nemogućnost popravka oštećenja DNK). Uloga apoptoze je velika ne samo u procesima formiranja tijekom embriogeneze (formiranje organa, zamjena nekih tkiva drugim, resorpcija privremenih organa itd.), Već iu održavanju homeostaze tkiva u tijelu odrasle osobe.
U regulaciji homeostaze tkiva, stanična smrt obavlja funkciju komplementarnu mitozi. U tumorskim stanicama program stanične smrti je u većini slučajeva blokiran, što značajno doprinosi povećanju tumorske mase.
Mehanizmi apoptoze. Od temeljne važnosti je činjenica da su mehanizmi apoptoze izrazito konzervativni i da zadržavaju svoje osnovne obrasce u evolucijski vrlo udaljenim organizmima. Ta je okolnost omogućila identifikaciju gena kod sisavaca (osobito kod ljudi) koji su homologni genima apoptoze u nematodama, organizmu u kojem je prvi put otkriven i proučavan genetski sustav koji kontrolira ovaj proces.
Kao rezultat toga, geni obitelji Bc1-2 identificirani su kod sisavaca. Uloga samog Bc1-2 i nekih njegovih homologa je antiapoptotička (prevencija stanične smrti), dok je kod ostalih članova obitelji, primjerice Baxa, proapoptotička. Proteini Bax i Bc1-2 sposobni su za međusobno stvaranje kompleksa. Ovisno o relativnom intracelularnom sadržaju pro- i anti-apoptotskih proteina, odlučuje se o sudbini određene stanice. Mehanizam djelovanja proteina iz obitelji Bc1-2 nije potpuno jasan.
Od velike funkcionalne važnosti je mehanizam apoptoze, induciran preko specifičnih receptora CD95 (transmembranski proteinski receptor od 45 kDa, koji kada se veže na specifičan ligand ili antitijela prenosi signal za apoptozu) i TNF-R (receptor faktora tumorske nekroze, receptor faktora nekroze tumora). Ovi receptori, ujedinjeni sličnošću izvanstaničnih domena, dio su velike obitelji. Ligandi (molekule koje specifično komuniciraju s TNF-R i CD95 receptorima) su TNF i CD95-L, redom, koji su transmembranski proteini, ali također mogu funkcionirati u topljivom, "slobodnom" obliku. S onkološke točke gledišta posebno je zanimljiv TNF, citokin kojeg proizvode mnoge stanice (makrofagi, monociti, limfne stanice, fibroblasti) kao odgovor na upalu, infekciju i druge stresore. Izaziva širok raspon ponekad suprotnih reakcija, uključujući vrućicu, šok, nekrozu tumora, anoreksiju; kao i imunoregulacijske promjene, stanična proliferacija, diferencijacija i apoptoza. U ovom slučaju, apoptoza se provodi uz sudjelovanje specifične cistein proteaze ICE, koja uništava mnoge intracelularne ciljne proteine. Prekomjerna ekspresija ICE u stanicama uzrokuje apoptozu. size=5 face="Times New Roman">
1. Faktori rasta(makrofagi, limfociti, fibroblasti, trombociti i dr.) – stimulacija proliferacije i ograničenje apoptoze.
2. Keyloni– glikoproteinski tkivno specifični inhibitori rasta.
3. fibronektin- fibroblast kemoatraktant.
4. Laminin-glavni adhezivni protein bazalnih membrana.
5. Syndekan-integralni proteoglikan stanične membrane, veže kolagen, fibronektin i trombospondin.
6. Trombospondin– glikoprotein, tvori komplekse sa sindekanom, kolagenom i heparinom, igra značajnu ulogu u sastavljanju koštanog tkiva.
Formiranje i provedba učinaka biološki aktivnih tvari (BAS) jedna je od ključnih karika upale. BAS osiguravaju prirodni razvoj upale, nastanak njezinih općih i lokalnih manifestacija, kao i ishod upale. Zato se biološki aktivne tvari često nazivaju "upalnih medijatora".
Upalni medijatori- to su lokalni kemijski signali koji se stvaraju, oslobađaju ili aktiviraju na mjestu upale, djeluju i uništavaju se i unutar mjesta. Medijatori upale (medijatori) shvaćaju se biološki djelatne tvari, odgovoran za nastanak ili održavanje određenih upalnih pojava, na primjer, povećana vaskularna propusnost, emigracija itd.
To su iste tvari koje se u uvjetima normalnog funkcioniranja organizma stvaraju u različitim organima i tkivima u fiziološkim koncentracijama i odgovorne su za regulaciju funkcija na staničnoj i tkivnoj razini. Tijekom upale, lokalno oslobađajući (zbog aktivacije stanica i tekućih medija) u velikim količinama, oni dobivaju novu kvalitetu - medijatore upale. Gotovo svi medijatori također su modulatori upale, tj. sposobni su povećati ili smanjiti težinu upalnih pojava. To je zbog složenosti njihovog utjecaja i njihove interakcije kako sa stanicama koje proizvode te tvari tako i međusobno. Sukladno tome učinak medijatora može biti aditivni (aditivni), potencirajući (sinergistički) i slabeći (antagonistički), a međudjelovanje medijatora moguće je na razini njihove sinteze, sekrecije ili učinaka.
Medijatorska veza je glavna u patogenezi upale. Koordinira međudjelovanje mnogih stanica – efektora upale, izmjenu staničnih faza na mjestu upale. Sukladno tome, patogenezu upale možemo zamisliti kao lanac višestrukih međustaničnih interakcija koje reguliraju medijatori-modulatori upale.
Upalni medijatori određuju razvoj i regulaciju alteracijskih procesa (uključujući promjene u metabolizmu, fizikalno-kemijskim parametrima, strukturi i funkciji), razvoj vaskularnih reakcija, eksudaciju tekućine i emigraciju krvnih stanica, fagocitozu, proliferaciju i reparativne procese na mjestu upale.
Većina medijatora radi svoje biološke funkcije specifično djelujući na receptore ciljnih stanica. Međutim, neki od njih imaju izravnu enzimsku ili toksičnu aktivnost (npr. lizosomske hidrolaze i reaktivni kisikovi radikali). Funkcije svakog medijatora regulirane su odgovarajućim inhibitorima.
Krvna plazma i upalne stanice mogu poslužiti kao izvori upalnih medijatora. U skladu s tim, postoje 2 velike skupine upalni medijatori: humoralni i stanični. Humoralnu
medijatori su uglavnom predstavljeni polipeptidima koji stalno cirkuliraju u krvi u neaktivnom stanju i sintetiziraju se uglavnom u jetri. Ovi posrednici čine tzv "sentinel polisustav krvne plazme". Stanični medijatori mogu se sintetizirati de novo (npr. metaboliti arahidonske kiseline) ili otpustiti iz staničnih zaliha (npr. histamin). Izvori staničnih medijatora na mjestu upale uglavnom su makrofagi, neutrofili i bazofili.
Od humoralnih medijatora upale najvažniji su derivati komplementa. Među gotovo 20 različitih proteina nastalih tijekom aktivacije komplementa, njegovi fragmenti C5a, C3a, C3b i kompleks C5b-C9 izravno su povezani s upalom. Štoviše, C5a i, u manjoj mjeri, C3a su medijatori akutna upala. C3b opsonizira patogenog agensa i prema tome potiče imunološku adheziju i fagocitozu. Kompleks C5b-C9 odgovoran je za lizu mikroorganizama i patološki promijenjenih stanica. Izvor komplementa je krvna plazma i manjim dijelom tkivna tekućina. Pojačana opskrba tkiva komplementom plazme jedna je od važnih svrha eksudacije. C5a, koji nastaje iz njega u plazmi i tkivnoj tekućini pod utjecajem karboksipeptidaze N, C5a des Arg i C3a povećavaju propusnost postkapilarnih venula. Istovremeno, C5a i C3a, kao anafilatoksini (tj. oslobađači histamina iz mastocita), povećavaju propusnost i izravno i neizravno preko histamina.Učinak C5a des Arg nije povezan s histaminom, već je ovisan o neutrofilima, tj. , provodi se zbog čimbenika propusnosti koji se oslobađaju iz polimorfonuklearnih granulocita - lizosomskih enzima i neenzimskih kationskih proteina, aktivnih metabolita kisika. Osim toga, C5a i C5a des Arg privlače neutrofile. Nasuprot tome, C3a praktički nema kemotaktička svojstva. Aktivne komponente komplement oslobađa ne samo histamin i granulocitne produkte, već i interyaukin-1, prostaglandine, leukotriene, čimbenik aktivacije trombocita, te djeluje sinergistički s prostaglandinima i supstancom P.
Kinins- vazoaktivni peptidi nastali iz kininogena (alfa2-globulini) pod utjecajem kalikreina u plazmi (nonapeptid bradikinin) i u tkivnoj tekućini (dekapeptid lizilbradikinin ili kalidin). Pokretač aktivacije kalikrein-kinin sustava je aktivacija Hagemanova faktora (faktor koagulacije krvi XII) tijekom oštećenja tkiva, koji pretvara prekalikreine u kalikreine.
Kinini posreduju arteriolarnu dilataciju i povećanu venularnu propusnost kontrahiranjem endotelnih stanica. Oni kontrahiraju glatke mišiće vena i povećavaju intrakapilarni i venski tlak. Kinini inhibiraju emigraciju neutrofila, moduliraju distribuciju makrofaga, stimuliraju migraciju i mitogenezu T limfocita i sekreciju limfokina. Oni također pojačavaju proliferaciju fibroblasta i sintezu kolagena i stoga mogu biti važni u reparativnim fenomenima i u patogenezi kronične upale.
Jedan od najznačajnijih učinaka kinina je aktivacija refleksa iritacijom osjetnih živčanih završetaka i na taj način posredovanjem upalne boli. Kinini uzrokuju ili pospješuju otpuštanje histamina iz mastocita i sintezu prostaglandina kod mnogih vrsta stanica, pa su neki od njihovih glavnih učinaka - vazodilatacija, kontrakcija glatkih mišića, bol - povezani s otpuštanjem drugih medijatora, posebice prostaglandina.
Aktivacija Hagemanova faktora pokreće ne samo proces stvaranja kinina, već i zgrušavanje krvi i fibrinolizu. U tom slučaju nastaju medijatori kao što su fibrinopeptidi i produkti razgradnje fibrina, koji su snažni hematraktanti. Osim toga, fibrinoliza i stvaranje krvnih ugrušaka u žilama lezije bitni su i za patološke i zaštitne pojave upale.
Od staničnih medijatora primarni interes je eikosanoida budući da su najvjerojatnije središnji medijator upalne reakcije. Tome ide u prilog dugotrajno održavanje proizvodnje eikosanoida u leziji, njihova bliska povezanost s ključni događaj upalni proces - infiltracija leukocita, snažan protuupalni učinak inhibitora njihove sinteze.
Glavnu ulogu u stvaranju eikosanoida na mjestu upale imaju leukociti, osobito monociti i makrofagi, iako ih stimulacijom potonjih stvaraju gotovo sve vrste jezgrinih stanica. Dominantni eikozanoidi na mjestu upale su gotovo uvijek prostaglandin (PG) E2, leukotrien (LT) B4 i 5-hidroksieikozatetraenska kiselina (5-HETE). Tromboksan (Tx) A2, PGF2alpha, PGD2, prostaciklin (PG12), LTC4, LTD4, LTE4 i drugi GETE također se stvaraju, ali u manjim količinama.
Glavni učinci eikosanoida na upalu su njihovi učinci na leukocite. PG, Tx i posebno LT su moćni hematraktanti i stoga igraju važnu ulogu u mehanizmima samoodržanja infiltracije leukocita. Sami PG ne povećavaju vaskularnu propusnost, ali, kao jaki vazodilatatori, povećavaju hiperemiju i, posljedično, eksudaciju. LTS4, JITD4, LTE4 povećavaju vaskularnu propusnost izravnom kontrakcijom endotelnih stanica, a LTV4 djeluje kao medijator ovisan o neutrofilima. PG i LT važni su u nastanku upalne boli. Istodobno, PGE2, bez izravne aktivnosti boli, povećava osjetljivost receptora aferentnih živčanih završetaka boli na bradikinin i histamin. PGE2 je snažan antipiretik, a povišena temperatura tijekom upale može biti djelomično posljedica njegovog oslobađanja. PG imaju ključnu ulogu u modulaciji upalnog procesa, provodeći dvosmjernu regulaciju eksudacije, emigracije i degranulacije leukocita te fagocitoze. Na primjer, PGE može potencirati razvoj edema uzrokovanog histaminom ili bradikininom, a PGF2alfa, naprotiv, može ga oslabiti. Sličan odnos između PGE i PGF2alfa također se odnosi na emigraciju leukocita.
Osobito širok raspon interakcija s drugim upalnim medijatorima karakterističan je za RT. Oni djeluju sinergistički u odnosu na bronhospazam s histaminom, acetilkolinom, PG i Tx, te stimuliraju otpuštanje PG i Tx. Modulacijska funkcija eikosanoida ostvaruje se promjenama u omjeru cikličkih nukleotida u stanicama.
Izvori histamin su bazofili i mastociti. Serotonin(neurotransmiter) kod ljudi, osim u malim količinama u mastocitima, nalazi se i u trombocitima i enterokromafinim stanicama. Zbog brzog oslobađanja tijekom degranulacije mastocita , sposobnost promjene lumena mikrožila i izazivanja izravne kontrakcije endotelnih stanica venula, histamin i serotonin smatraju se glavnim medijatorima početnih mikrocirkulacijskih poremećaja u žarištu akutne upale i neposrednoj fazi povećane vaskularne propusnosti. Histamin ima dvostruku ulogu u krvnim žilama i stanicama. Preko H2 receptora širi arteriole, a preko H1 receptora sužava venule i time povećava intrakapilarni tlak. Preko Hi receptora histamin stimulira, a preko Hg receptora inhibira emigraciju i degranulaciju leukocita. U normalnom tijeku upale, histamin djeluje pretežno preko Hg receptora na neutrofilima, ograničavajući njihovu funkcionalnu aktivnost, te preko Hi receptora na monocite, stimulirajući ih. Dakle, uz proupalne vaskularne učinke, ima i protuupalne stanične učinke. Serotonin također stimulira monocite na mjestu upale. Histamin provodi dvosmjernu regulaciju proliferacije, diferencijacije i funkcionalne aktivnosti fibroblasta te stoga može biti važan u reparativnim fenomenima. Modulacijski učinci histamina također su posredovani cikličkim nukleotidima.
Što se tiče interakcija biogenih amina na mjestu upale, poznato je da histamin preko Hi receptora može potaknuti ili pojačati sintezu prostaglandina, a preko Na receptora je inhibirati. Biogeni amini djeluju međusobno i s bradikininom, nukleotidima i nukleozidima te supstancom P kako bi povećali vaskularnu propusnost. Vazodilatacijski učinak histamina pojačan je u kombinaciji s acetilkolinom, serotoninom i bradikininom.
Glavni izvor lizosomski enzimi u žarištu upale su fagociti - granulociti i monociti-makrofagi. Unatoč golemom značaju fagocitoze u patogenezi upale, fagociti su prvenstveno mobilni prijenosnici medijatora-modulatora koji se luče izvanstanično. Oslobađanje lizosomskog sadržaja događa se tijekom njihove kemotaktičke stimulacije, migracije, fagocitoze, oštećenja i smrti. Glavne komponente lizosoma kod ljudi su neutralne proteinaze - elastaza, katepsin G i kolagenaze sadržane u primarnim, azurofilnim, granulama neutrofila. U procesima antimikrobne zaštite, uključujući upale, proteinaze se smatraju čimbenicima “drugog reda” nakon mehanizama ovisnih o kisiku (mijeloperoksidaza - vodikov peroksid) i mehanizama neovisnih o kisiku kao što su laktoferin i lizozim. Oni uglavnom osiguravaju lizu već ubijenih mikroorganizama. Glavni učinci proteinaza su posredovanje i modulacija upalnih pojava, uključujući i oštećenje vlastitih tkiva. Posrednički i modulacijski učinci proteinaza javljaju se u odnosu na vaskularnu propusnost, emigraciju i fagocitozu.
Povećanje vaskularne propusnosti pod utjecajem lizosomskih enzima nastaje zbog lize subendotelnog matriksa, stanjivanja i fragmentacije endotelnih stanica i praćeno je krvarenjem i trombozom. Stvaranjem ili razgradnjom najvažnijih kemotaktičkih tvari, lizosomski enzimi su modulatori infiltracije leukocita. Prije svega, to se odnosi na komponente sustava komplementa i kalikrein-kinin.
Lizosomski enzimi, ovisno o njihovoj koncentraciji, mogu sami pospješiti ili inhibirati migraciju neutrofila. U odnosu na fagocitozu, neutralne proteinaze također imaju niz učinaka. Konkretno, elastaza može formirati opsonin C3b; C3b je također važan za adheziju čestica na površinu neutrofila. Posljedično, sam neutrofil osigurava mehanizam za pojačavanje fagocitoze. I katepsin G i elastaza povećavaju afinitet Fc receptora neutrofilne membrane za imunoglobulinske komplekse i, prema tome, povećavaju učinkovitost preuzimanja čestica.
Također zahvaljujući sposobnosti lizosomskih enzima da aktiviraju sustav komplementa, kalikrein-kinin, koagulaciju i fibrinolizu te otpuštaju citokine i limfokine, razvija se upala koja se dugo vremena samoodrži.
Najvažnije svojstvo neenzimski kationski proteini, sadržan u azurofilnim i specifičnim granulama neutrofila, njihova su visoka mikrobicidna svojstva. S tim u vezi, oni su u sinergističkoj interakciji sa sustavom mijeloperoksidaza - vodikov peroksid. Kationski proteini se elektrostatskom interakcijom adsorbiraju na negativno nabijenu membranu bakterijske stanice. Zbog toga se narušava propusnost i struktura membrane te dolazi do smrti mikroorganizma, što je preduvjet za kasniju učinkovitu lizu lizosomskim proteinazama. Izvanstanično otpušteni kationski proteini posreduju kod povećane vaskularne propusnosti (uglavnom induciranjem degranulacije mastocita i oslobađanja histamina), adhezije i emigracije leukocita.
Glavni izvor citokini(monokini) tijekom upale stimuliraju se monociti i makrofagi. Osim toga, ove polipeptide proizvode neutrofili, limfociti, endotelne i druge stanice. Najviše proučavani citokini su interleukin-1 (IL-1) i faktor nekroze tumora (TNF). Citokini povećavaju vaskularnu propusnost (na način ovisan o neutrofilima), adheziju i emigraciju leukocita. Uz proupalna svojstva, citokini također mogu biti važni u izravnoj obrani tijela, potičući neutrofile i monocite da ubijaju, apsorbiraju i probavljaju invazivne mikroorganizme, kao i pojačavajući fagocitozu opsoniziranjem patogena.
Poticanjem čišćenja rana, proliferacije i diferencijacije stanica, citokini pospješuju reparativne procese. Uz to, oni mogu posredovati u destrukciji tkiva (degradacija matriksa hrskavice i resorpcija kosti) i tako igrati ulogu u patogenezi bolesti vezivnog tkiva, posebice reumatoidnog artritisa.
Djelovanje citokina uzrokuje i niz metaboličkih učinaka koji su u podlozi općih manifestacija upale - vrućica, pospanost, anoreksija, metaboličke promjene, stimulacija hepatocita za pojačanu sintezu proteina akutne faze, aktivacija krvnog sustava i dr.
Citokini međusobno djeluju, s prostaglandinima, neuropeptidima i drugim medijatorima.
Upalni medijatori također uključuju niz limfokini- polipeptidi koje proizvode stimulirani limfociti. Najviše proučavani limfokini koji moduliraju upalni odgovor su faktor inhibicije makrofaga, faktor aktivacije makrofaga i interleukin-2. Limfokini koordiniraju interakciju neutrofila, makrofaga i limfocita, čime reguliraju upalni odgovor u cjelini.
aktivni metaboliti kisika, Prije svega, slobodni radikali - superoksidni anionski radikal, hidroksilni radikal HO, perhidroksilni, zbog prisutnosti jednog ili više nesparenih elektrona u svojoj vanjskoj orbiti, imaju povećanu reaktivnost s drugim molekulama i stoga značajan destruktivni potencijal, što je važno u patogeneza upale. Izvor slobodnih radikala, kao i drugih posrednika i modulatora upale koji potiču iz kisika - vodikov peroksid (H 2 0 2), singletni kisik (f0 2), hipoklorid (HOC1) su: respiratorna eksplozija fagocita tijekom njihove stimulacije, kaskada arahidonske kiseline u procesu stvaranja eikosanoida, enzimski procesi u endoplazmatskom retikulumu i peroksisomima, mitohondrijima, citosolu, kao i autooksidacija malih molekula poput hidrokinona, leukoflavina, kateholamina itd.
Uloga aktivnih metabolita kisika u upali je, s jedne strane, povećanje baktericidne sposobnosti fagocita, as druge strane, njihova medijatorska i modulatorska funkcija. Posrednička uloga aktivnih metabolita kisika je zbog njihove sposobnosti da uzrokuju peroksidaciju lipida, oksidaciju proteina, ugljikohidrata i oštećenja nukleinskih kiselina. Ove molekularne promjene u pozadini su fenomena uzrokovanih aktivnim metabolitima kisika koji su karakteristični za upalu - povećana vaskularna propusnost (zbog oštećenja endotelnih stanica), stimulacija fagocita.
Modulacijska uloga , aktivni metaboliti kisika mogu se sastojati od pojačavanja upalnih pojava (poticanjem otpuštanja enzima i interakcijom s njima u oštećenju tkiva; ne samo iniciranjem, već i modulacijom kaskade arahidonske kiseline), i protuupalnim učincima (zbog inaktivacije lizosomalnih hidrolaze i drugi medijatori upale).
Reaktivni metaboliti kisika važni su u održavanju kronične upale.
Medijatori i modulatori upale također uključuju neuropeptidi- tvari koje oslobađaju C-vlakna kao rezultat aktivacije upalnog agensa multimodalnih nociceptora, koji igraju važnu ulogu u nastanku aksonskih refleksa u završnim granama primarnih aferentnih (osjetljivih) neurona. Najviše su proučavane supstanca P, peptid povezan s genom kalcitonina, neurokinin A. Neuropeptidi povećavaju vaskularnu propusnost, a ta je sposobnost uvelike posredovana posrednicima koji potječu iz mastocita. Između nemijeliniziranih živaca i mastocita postoje membranski kontakti koji osiguravaju komunikaciju između središnjeg živčanog sustava i mjesta upale.
Neuropeptidi međusobno djeluju sinergistički kako bi povećali vaskularnu propusnost kako međusobno tako i s histaminom, bradikininom, C5a, faktorom aktivacije trombocita, leukotrienom B4; antagonistički – s ATP-om i adenozinom. Oni također imaju potencirajući učinak na regrutiranje i citotoksičnu funkciju neutrofila i pojačavaju adheziju neutrofila na endotel venula. Osim toga, neuropeptidi povećavaju osjetljivost nociceptora na djelovanje različitih medijatora, posebice prostaglandina E2 i prostaciklina, te tako sudjeluju u rekreaciji upalne boli.
Uz gore navedene tvari, upalni medijatori također uključuju acetilkoliv i kateholamini, oslobađaju se stimulacijom kolina i adrenergičkih struktura. Acetilkolin uzrokuje vazodilataciju i igra ulogu u mehanizmu refleksa aksona arterijske hiperemije tijekom upale. Norepinefrin i adrenalin inhibiraju rast vaskularne propusnosti, djelujući uglavnom kao modulatori upale.
Stanični proliferacija- povećanje broja stanica putem mitoze,
što dovodi do rasta tkiva, za razliku od druge metode povećanja
mase (na primjer, edem). U živčanim stanicama nema proliferacije.
U odraslom tijelu razvojni procesi povezani s
s diobom i specijalizacijom stanica. Ovi procesi mogu biti normalni
normalan fiziološki, a usmjeren je na obnovu
organizma zbog povrede njegovog integriteta.
Važnost proliferacije u medicini određena je sposobnošću stanica
protok različitih tkiva do diobe. Proces ozdravljenja povezan je s diobom stanica
zacjeljivanje rana i obnavljanje tkiva nakon kirurških zahvata.
Proliferacija stanica je temelj regeneracije (oporavka)
izgubljeni dijelovi. Problem regeneracije me zanima-
dicines, za rekonstruktivnu kirurgiju. Postoje fiziološki,
reparativnu i patološku regeneraciju.
Fiziološki- prirodna obnova stanica i tkiva u
ontogeneza. Na primjer, promjena crvenih krvnih stanica, epitelnih stanica kože.
Reparativno- obnova nakon oštećenja ili smrti ljepila
struja i tkanine.
Patološki- proliferacija tkiva koja nisu identična zdravim tkivima;
Njam Na primjer, rast ožiljnog tkiva na mjestu opekline, hrskavice na
mjesto prijeloma, proliferacija stanica vezivnog tkiva na mjestu našeg
cervikalno tkivo srca, kancerogeni tumor.
U novije vrijeme postalo je uobičajeno odvajati stanice životinjskog tkiva prema njihovim svojstvima.
sposobnost podijeliti u 3 skupine: labilne, stabilne i statične.
DO labilan uključuju stanice koje se brzo i lako obnavljaju
u procesu vitalne aktivnosti tijela (krvne stanice, epitel, sluz)
gastrointestinalni trakt, epidermis itd.).
DO stabilan uključuju stanice organa kao što su jetra, gušterača,
duktalna žlijezda, žlijezde slinovnice itd., koje pokazuju ograničeno
nova sposobnost dijeljenja.
DO statički uključuju stanice miokarda i živčanog tkiva, koje
Neki, prema većini istraživača, ne dijele.
Proučavanje fiziologije stanice važno je za njezino razumijevanje
togenetičku razinu organizacije živih bića i mehanizme samoregulacije
stanice koje osiguravaju cjelovit rad cijelog organizma.
Poglavlje 6
GENETIKA KAKO ZNANOST. PRAVILNOSTI
NASLJEĐIVANJE ZNAKOVI
6.1 Predmet, zadaci i metode genetike
Nasljednost i varijabilnost temeljna su svojstva
svojstva živih bića, jer su svojstvena živim bićima bilo koje razine organizacije.
nizacija. Znanost koja proučava obrasce nasljeđivanja i varijabilnosti
vijest, zove se genetika.
Genetika kao znanost proučava nasljeđe i nasljeđe
varijabilnost, naime, bavi se s Sljedeći problema:
1) pohranjivanje genetskih informacija;
2) prijenos genetske informacije;
3) implementacija genetske informacije (upotreba iste u specifičnim
specifični znakovi razvoja organizma pod utjecajem vanjskog okruženja);
4) promjene genetske informacije (vrste i uzroci promjena,
mehanizmi).
Prva faza razvoja genetike - 1900–1912. Od 1900. - preuređen
Obrada G. Mendelovih zakona od strane znanstvenika H. De Vriesa, K. Corrensa, E. Cher-
mak Prepoznavanje G. Mendelovih zakona.
Druga etapa 1912–1925 - stvaranje kromosomske teorije T. Mor-
Gana. Treća etapa 1925–1940 - otkriće umjetne mutageneze i
genetski procesi evolucije.
Četvrta etapa 1940–1953 - istraživanje kontrole gena
fiziološkim i biokemijskim procesima.
Peta faza od 1953. do danas je razvoj molekularne
biologija.
Neki podaci o nasljeđivanju osobina bili su poznati
jako davno, ali znanstvena osnova za prijenos osobina bila je prva
izložio G. Mendel 1865. godine u djelu: “Pokusi na biljkama
hibridi." To su bile napredne misli, ali suvremenici nisu dali
značaj njegovog otkrića. Koncept “gena” nije postojao u to vrijeme i G. Men-
del je govorio o "nasljednim sklonostima" sadržanim u reproduktivnim stanicama
kah, ali njihova je priroda bila nepoznata.
1900. neovisno jedan o drugom H. De Vries, E. Chermak i K. Cor-
Rens je ponovno otkrio zakone G. Mendela. Ova godina se smatra godinom rođenja
razvoj genetike kao znanosti. Godine 1902. izradili su T. Boveri, E. Wilson i D. Setton
Izveli su pretpostavku o povezanosti nasljednih faktora s kromosomima.
Godine 1906. W. Betson uvodi pojam “genetika”, a 1909. V. Johansen -
"gen". Godine 1911. T. Morgan i suradnici formulirali su glavna načela
Zheniya kromosomska teorija nasljeđa. Dokazali su da geni
smješteni na određenim kromosomskim lokusima u linearnom redoslijedu, prema
cija određene značajke.
Osnovne metode genetike: hibridološka, citološka i
matematički. Genetika aktivno koristi metode drugih srodnih
znanosti: kemija, biokemija, imunologija, fizika, mikrobiologija itd.
Stanični ciklus je razdoblje života stanice od jedne diobe do druge ili od diobe do smrti. Stanični ciklus sastoji se od interfaze (perioda izvan diobe) i same stanične diobe.
Na kraju razdoblja G1 uobičajeno je razlikovati poseban trenutak koji se naziva R-točka (točka ograničenja, R-točka), nakon čega stanica nužno ulazi u S razdoblje unutar nekoliko sati (obično 1-2). Vremensko razdoblje između R-točke i početka S razdoblja može se smatrati pripremnim za prijelaz u S razdoblje.
Najvažniji proces koji se događa u S razdoblju je udvostručenje ili reduplikacija DNK. Sve ostale reakcije koje se u ovom trenutku odvijaju u stanici usmjerene su na osiguravanje sinteze DNA. Takvi pomoćni procesi uključuju sintezu histonskih proteina, sintezu enzima koji reguliraju i osiguravaju sintezu nukleotida i stvaranje novih DNA lanaca.
Prolazak stanice kroz sva razdoblja staničnog ciklusa je strogo kontroliran. Prolaskom stanice kroz stanični ciklus pojavljuju se i nestaju, aktiviraju se i koče posebne regulatorne molekule koje osiguravaju: 1) prolazak stanice kroz određeno razdoblje staničnog ciklusa i 2 prijelaz iz jednog razdoblja u drugo. Štoviše, kontrolira se prolazak kroz svako razdoblje, kao i prijelaz iz jednog razdoblja u drugo razne tvari. Sada ćemo pokušati otkriti koje su to tvari i čemu služe.
Opća situacija ide ovako. Stanica stalno sadrži posebne enzimske proteine koji fosforilacijom drugih proteina (na ostacima serina, tirozina ili treonina u polipeptidnom lancu) reguliraju aktivnost gena odgovornih za prolazak stanice kroz jedno ili drugo razdoblje staničnog ciklusa. Ovi enzimski proteini nazivaju se protein kinaze ovisne o ciklinu (cdc). Postoji nekoliko varijanti, ali sve imaju slična svojstva. Iako količina ovih protein kinaza ovisnih o ciklinu može varirati u različitim razdobljima staničnog ciklusa, one su stalno prisutne u stanici, neovisno o razdoblju staničnog ciklusa, odnosno ima ih u izobilju. Drugim riječima, njihova sinteza ili količina ne ograničava niti regulira prolaz stanica kroz stanični ciklus. Međutim, u patologiji, ako je njihova sinteza poremećena, njihov broj je smanjen ili postoje mutirani oblici s promijenjenim svojstvima, onda to, naravno, može utjecati na tijek staničnog ciklusa.
Zašto takve protein kinaze ovisne o ciklinu ne mogu same regulirati prolaz stanica kroz razdoblja staničnog ciklusa? Ispostavilo se da su u stanicama u neaktivnom stanju, a da bi se aktivirali i počeli djelovati potrebni su posebni aktivatori. Oni su ciklini. Ima ih također mnogo različiti tipovi, ali nisu stalno prisutni u stanicama: pojavljuju se i nestaju. U različitim fazama staničnog ciklusa nastaju različiti ciklini koji se vežu na Cdk i tvore različite komplekse Cdk-ciklin. Ovi kompleksi reguliraju različite faze staničnog ciklusa i stoga se nazivaju G1-, G1/S-, S- i M-Cdk (Sl. iz moje Sl. ciklini). Na primjer, prolaz stanice kroz G1 razdoblje staničnog ciklusa osigurava kompleks ciklin-ovisne protein kinaze-2 (cdk2) i ciklina D1, ciklin-ovisne protein kinaze-5 (cdk5) i ciklina D3. Prolaz kroz posebnu restrikcijsku točku (R-točku) razdoblja G1 kontrolira kompleks cdc2 i ciklina C. Prijelaz stanice iz razdoblja G1 staničnog ciklusa u razdoblje S kontrolira kompleks cdk2 i ciklin E. Za prijelaz stanice iz razdoblja S u razdoblje G2 potrebni su kompleks cdk2 i ciklin A. Protein kinaza 2 (cdc2) ovisna o ciklinu i ciklin B uključeni su u prijelaz stanice iz G2 razdoblje do mitoze (M razdoblje). Ciklin H u kombinaciji s cdk7 potreban je za fosforilaciju i aktivaciju cdc2 u kompleksu s ciklinom B.
Ciklini – nova klasa proteine koje je otkrio Tim Hunt i koji igraju ključnu ulogu u kontroli diobe stanica. Naziv "ciklini" dolazi od činjenice da se koncentracija proteina ove klase povremeno mijenja u skladu s fazama staničnog ciklusa (na primjer, pada prije početka stanične diobe).
Prvi ciklin otkrio je Hunt početkom 1980-ih, tijekom pokusa s jajima žaba i morskog ježa. Kasnije su ciklini pronađeni i u drugim živim bićima.
Ispostavilo se da su se ti proteini malo promijenili tijekom evolucije, kao i mehanizam kontrole staničnog ciklusa, koji je došao iz jednostavnih stanica kvasca u ljude u "očuvanom" obliku.
Timothy Hunt (R. Timothy Hunt), zajedno s kolegom Englezom Paulom M. Nurseom i Amerikancem Lelandom H. Hartwellom, dobio je Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu 2001. godine za otkriće genetskih i molekularnih mehanizama regulacije staničnog ciklusa – procesa koji neophodan je za rast, razvoj i sam opstanak živih organizama
Kontrolne točke staničnog ciklusa
1. Točka izlaska iz G1 faze, nazvana Start - kod sisavaca i restrikcijska točka kod kvasca. Nakon prolaska kroz restrikcijsku točku R na kraju G1, početak S postaje nepovratan, tj. pokreću se procesi koji vode do sljedeće stanične diobe.
2. Točka S – provjera točnosti replikacije.
3. G2/M prijelazna točka – provjera završetka replikacije.
4. Prijelaz iz metafaze u anafazu mitoze.
Regulacija replikacije
Prije početka replikacije, Sc ORC kompleks (kompleks za prepoznavanje porijekla) nalazi se na ori, točki početka replikacije. Cdc6 je prisutan tijekom cijelog staničnog ciklusa, ali njegova koncentracija raste rano u G1, gdje se veže na ORC kompleks, na koji se potom pridružuju Mcm proteini i formiraju predreplikacijski kompleks (pre-RC). Nakon što je pre-RC sastavljen, stanica je spremna za replikaciju.
Da bi započeo replikaciju, S-Cdk se veže na protein kinazu (?), koja fosforilira pre-RC. U ovom slučaju, Cdc6 disocira od ORC nakon početka replikacije i fosforilira se, nakon čega ga SCF ubikvitinira i razgrađuje. Promjene u pre-RC sprječavaju ponovno pokretanje replikacije. S-Cdk također fosforilira neke Mcm proteinske komplekse, što pokreće njihov izvoz iz jezgre. Naknadna defosforilacija proteina ponovno će pokrenuti proces stvaranja pre-RC.
Ciklini su aktivatori Cdk. Ciklini, poput Cdks, uključeni su u razne procese osim kontrole staničnog ciklusa. Ciklini se dijele u 4 klase ovisno o vremenu djelovanja u staničnom ciklusu: G1/S, S, M i G1 ciklini.
G1/S ciklini (Cln1 i Cln2 u S. cerevisiae, ciklin E u kralježnjaka) postižu maksimalnu koncentraciju u kasnoj G1 fazi, a smanjuju se u S fazi.
Kompleks G1/S ciklin-Cdk pokreće početak replikacije DNA isključivanjem različitih sustava koji potiskuju S-fazu Cdk u G1 fazi. G1/S ciklini također iniciraju duplikaciju centrosoma u kralježnjaka i stvaranje vretenastog tijela u kvasca . Smanjenje razine G1/S prati povećanje koncentracije S ciklina (Clb5, Clb6 u Sc i ciklin A u kralješnjaka), koji stvaraju kompleks S ciklin-Cdk koji izravno stimulira replikaciju DNA. Razine S ciklina ostaju visoke tijekom S, G2 faza i početka mitoze, gdje pomaže u pokretanju mitoze u nekim stanicama.
M-ciklini (Clb1,2,3 i 4 u Sc, ciklin B u kralježnjaka) pojavljuju se zadnji. Njegova koncentracija raste kako stanica ulazi u mitozu i doseže maksimum u metafazi. Kompleks M-ciklin-Cdk uključuje sklop vretena i poravnanje sestrinskih kromatida. Njegovo uništenje u anafazi dovodi do izlaska iz mitoze i citokineze. G1 ciklini (Cln3 u Sc i ciklin D u kralješnjaka) pomažu u koordinaciji rasta stanica s ulaskom u novi stanični ciklus. Neobični su jer njihova koncentracija ne varira s fazom staničnog ciklusa, već se mijenja kao odgovor na vanjske signale regulacije rasta.
Programirana stanična smrt
Godine 1972. Kerr i sur. objavio je članak u kojem su autori predstavili morfološke dokaze o postojanju stanja različitog od nekroze posebna vrsta staničnu smrt, koju su nazvali "apoptoza". Autori su izvijestili da strukturne promjene u stanicama tijekom apoptoze prolaze kroz dvije faze:
1. – stvaranje apoptotičkih tjelešaca,
2. – njihova fagocitoza i uništavanje od strane drugih stanica.
Uzroci smrti, morfološki i biokemijski procesi razvoja stanične smrti mogu biti različiti. Ali ipak se mogu jasno podijeliti u dvije kategorije:
1. Nekroza (od grčke nekroze - nekroze) i
2. Apoptoza (od grčkih korijena što znači "opadanje" ili "dezintegracija"), koja se često naziva programirana stanična smrt (PCD) ili čak samoubojstvo stanice (Sl. 354).
Dva puta stanične smrti
a – apoptoza (poticana stanična smrt): / – specifična stanična kompresija i kondenzacija kromatina, 2 – fragmentacija jezgre, 3 – fragmentacija staničnog tijela u niz apoptotičkih tjelešaca; b – nekroza: / – bubrenje stanice, vakuolarne komponente, kondenzacija kromatina (karioreksija), 2 – daljnje bubrenje membranskih organela, liza jezgrinog kromatina (karioliza), 3 – puknuće membranskih komponenti stanice – liza stanice
N. je najčešći nespecifični oblik stanične smrti. Može biti uzrokovan teškim oštećenjem stanica kao posljedicom izravne traume, zračenja, toksičnih tvari, hipoksije, lize stanica posredovane komplementom itd.
Nekrotični proces prolazi kroz nekoliko faza:
1) paranekroza - slična nekrotičnim, ali reverzibilnim promjenama;
2) nekrobioza - nepovratne distrofične promjene, karakterizirane prevlašću kataboličkih reakcija nad anaboličkim;
3) stanična smrt, čije je vrijeme teško odrediti;
4) autoliza - razgradnja mrtvog supstrata pod djelovanjem hidrolitičkih enzima mrtvih stanica i makrofaga. U morfološkom smislu, nekroza je ekvivalentna autolizi.
Unatoč ogromnoj količini posla, ne postoji usuglašena i precizna definicija pojma „apoptoza“.
Aloptoza se obično karakterizirala kao poseban oblik stanične smrti, različit od nekroze po morfološkim, biokemijskim, molekularno genetskim i drugim karakteristikama.
A. je stanična smrt uzrokovana unutarnjim ili vanjski signali, koji sami po sebi nisu otrovni niti destruktivni. A. je aktivan proces koji zahtijeva energiju, transkripciju gena i denovo sintezu proteina.
Osim zračenja i glukokortikoida, otkriven je značajan broj agenasa koji uzrokuju apoptozu ovih stanica:
Ca2+ ionofori
Adenozin
Ciklički AMP
Tributilkositar
Hipertermija
Studija kinetike razgradnje DNA u limfoidnim stanicama in vivo i in vitro pokazala je:
Prvi jasni znakovi raspadanja pojavljuju se u pravilu više od 1 sata nakon izlaganja, češće krajem 2. sata.
Internukleosomska fragmentacija traje nekoliko sati i završava uglavnom 6, rjeđe 12 sati nakon izlaganja.
Neposredno nakon početka razgradnje, analiza otkriva veliki broj malih fragmenata DNA, a omjer između velikih i malih fragmenata ne mijenja se značajno tijekom apoptoze.
Primjenom inhibitora sinteze ATP-a, sinteze proteina i transkripcije gena usporava se proces apoptoze. Ne postoji takva ovisnost u slučaju N.
Kao što se može vidjeti iz usporedbe definicija nekroze i apoptoze, postoje i sličnosti i značajne razlike između dva tipa stanične smrti.
| Karakteristično | Nekroza | Apoptoza |
| funkcionalni | nepovratni prekid njezine životne aktivnosti; | |
| morfološki | kršenje integriteta membrana, promjene u jezgri (piknoza, reksis, liza), citoplazmi (edem), destrukcija stanica; | gubitak mikrovila i međustaničnih kontakata, kondenzacija kromatina i citoplazme, smanjenje volumena stanice (skupljanje), stvaranje vezikula iz plazma membrane, fragmentacija stanica i stvaranje apoptotičkih tjelešaca; |
| biokemijski | poremećena proizvodnja energije, koagulacija, hidrolitička razgradnja proteina, nukleinskih kiselina, lipida; | hidroliza citoplazmatskih proteina i raspad internukleosomske DNA; |
| genetski | – gubitak genetske informacije; a završava autolizom ili heterolizom uz upalnu reakciju. | strukturno i funkcionalno restrukturiranje genetskog aparata i kulminira u njegovoj apsorpciji od strane makrofaga i (ili) drugih stanica bez upalne reakcije. |
Stanična smrt regulirana je međustaničnim interakcijama na različite načine. Mnoge stanice u višestaničnom organizmu zahtijevaju signale kako bi ostale na životu. U nedostatku takvih signala ili trofičkih čimbenika, u stanicama se razvija program "samoubojstva" ili programirane smrti. Na primjer, stanice neuronske kulture umiru u nedostatku neuronskog faktora rasta (NGF), stanice prostate umiru u nedostatku androgena testisa, stanice dojke umiru kad razina hormona progesterona padne itd. U isto vrijeme stanice mogu primati signale koji pokreću procese u ciljnim stanicama koji dovode do smrti kao što je apoptoza. Tako hidrokortizon uzrokuje smrt limfocita, a glutamat uzrokuje smrt živčanih stanica u kulturi tkiva; faktor nekroze tumora (TNF) uzrokuje smrt većine razne stanice. Tiroksin (hormon štitnjače) uzrokuje apoptozu stanica repa punoglavca. Osim toga, postoje situacije kada je apoptotička smrt stanica uzrokovana vanjskim čimbenicima, poput zračenja.
Koncept "apoptoze" uveden je pri proučavanju smrti nekih jetrenih stanica tijekom nepotpunog povezivanja portalne vene. U ovom slučaju opaža se osebujna slika stanične smrti, koja utječe samo na pojedinačne stanice u jetrenom parenhimu.
Proces počinje činjenicom da susjedne stanice gube kontakt, čini se da se smanjuju (izvorni naziv za ovaj oblik smrti je shrinkagenecrosis - nekroza kompresijom stanice), dolazi do specifične kondenzacije kromatina u jezgrama duž njihove periferije, zatim se jezgra fragmentira na odvojene dijelove, a zatim se sama stanica fragmentira u pojedinačna tjelešca omeđena plazmatskom membranom - apoptotička tjelešca.
Apoptoza je proces koji ne dovodi do lize ili rastakanja stanice, već do njezine fragmentacije i dezintegracije. Sudbina apoptotičkih tijela također je neobična: fagocitiraju ih makrofagi ili čak normalne susjedne stanice. U tom slučaju se ne razvija upalna reakcija.
Važno je napomenuti da u svim slučajevima apoptoze - bilo tijekom embrionalnog razvoja, u odraslom organizmu, normalno ili s patoloških procesa– morfologija procesa stanične smrti je vrlo slična. To može ukazivati na sličnost procesa apoptoze u različitim organizmima i različitim organima.
Istraživanja na različitim objektima pokazala su da je apoptoza rezultat genetski programirane stanične smrti. Prvi dokaz o prisutnosti genetskog programa stanične smrti (PCD) dobiven je proučavanjem razvoja nematode Caenorhabditiselegans. Ovaj crv se razvije u samo tri dana, a njegova mala veličina omogućuje praćenje sudbine svih njegovih stanica, od ranih faza fragmentacije do spolno zrelog organizma.
Pokazalo se da tijekom razvoja Caenorhabditiselegansa nastaje samo 1090 stanica, od kojih oko 131 živčana stanica spontano umire apoptozom, au tijelu ostaje 959 stanica. Otkriveni su mutanti kod kojih je poremećen proces eliminacije 131 stanice. Identificirana su dva gena, sed-3 i sed-4, čiji produkti uzrokuju apoptozu 131 stanice. Ako su ovi geni odsutni ili su promijenjeni u mutiranom Caenorhabditiselegansu, tada ne dolazi do apoptoze i odrasli organizam se sastoji od 1090 stanica. Pronađen je i drugi gen - sed-9, koji je supresor apoptoze: mutacijom sed-9 umire svih 1090 stanica. Analog ovog gena otkriven je kod ljudi: gen bcl‑2 također je supresor apoptoze u različitim stanicama. Pokazalo se da oba proteina kodirana ovim genima, Ced-9 i Bc1-2, imaju jednu transmembransku domenu i lokalizirani su u vanjskoj membrani mitohondrija, jezgri i endoplazmatskom retikulumu.
Pokazalo se da je sustav razvoja apoptoze vrlo sličan kod nematoda i kralježnjaka, sastoji se od tri dijela: regulatora, adaptera i efektora. U Caenorhabditiselegans regulator je Ced-9, koji blokira adapterski protein Ced-4, koji zauzvrat ne aktivira efektorski protein Ced-3, proteazu koja djeluje na citoskeletne i nuklearne proteine (tablica 16).
Stol 16. Razvoj programirane stanične smrti (apoptoza)
Znak ──┤ – inhibicija procesa, znak ─→ – stimulacija procesa
U kralješnjaka je ACL sustav složeniji. Ovdje je regulator protein Bc1-2, koji inhibira adapterski protein Apaf-1, koji potiče kaskadu aktivacije posebnih proteinaza - kaspaza.
Enzimi – sudionici u procesu apoptoze
Tako,
Jednom kad započne u stanici, takva se degradacija brzo nastavlja "do kraja";
Ne ulaze sve stanice u apoptozu odmah ili u kratkom vremenskom razdoblju, već postupno;
Do loma DNA dolazi duž poveznice (internukleosomske) DNA;
Razgradnju provode endo-, ali ne i egzonukleaze, a te se endonukleaze aktiviraju ili dobivaju pristup DNA ne kao rezultat izravne interakcije s agensom koji uzrokuje apoptozu, već neizravno, budući da od trenutka kada stanica prođe dosta vremena dolaze u kontakt s takvim sredstvom do početka razgradnje, pa stoga fragmentacija DNA nije prva karakteristična „apoptotička“ reakcija stanice na molekularnoj razini. Naime, ako bi se razgradnja pokrenula kao rezultat izravne interakcije endonukleaza ili kromatina s nekim agensom, tada bi u slučaju, primjerice, djelovanja ionizirajućeg zračenja, apoptoza nastupila brzo i istodobno u gotovo svim stanicama.
Na temelju ovih zaključaka, dešifriranje molekularnog mehanizma razvoja apoptoze "usredotočeno" je na identifikaciju endonukleaza(a) koje provode fragmentaciju DNA i mehanizama koji aktiviraju endonukleaze.
Endonukleaze
1. Razgradnju provodi DNaza I. Proces aktiviraju Ca2+ i Mg2+, a potiskuje Zn2+.
Međutim, postoje činjenice koje govore protiv sudjelovanja DNaze I u procesu fragmentacije DNA. Poznato je da je ovaj enzim odsutan u jezgri, međutim, ovaj argument nema veliku težinu, budući da relativno mala veličina njegovih molekula, 31 kDa, u slučaju poremećaja propusnosti nuklearne membrane čini sudjelovanje DNaze Ja u degradaciji DNK sasvim stvarno. Druga stvar je da kod obrade kromatina in vitro, DNaza I uzrokuje prekide ne samo u dijelu poveznice, već iu nukleosomskoj DNK.
2. Druga endonukleaza koja se smatra glavnim enzimom za razgradnju DNA je endonukleaza II [Barry 1993]. Ova nukleaza, prilikom obrade jezgre i kromatina, provodi internukleosomsku fragmentaciju DNA. Unatoč činjenici da njegova aktivnost ne ovisi o dvovalentnim metalnim ionima, pitanje sudjelovanja endonukleaze II u razgradnji DNA još nije riješeno, budući da se enzim ne nalazi samo u lizosomima, već se oslobađa i iz staničnih jezgri.
3. endonukleaza molekulske mase 18 kDa. Ovaj enzim izoliran je iz jezgri štakorskih timocita koji umiru apoptozom [Gaido, 1991.]. Nije ga bilo u normalnim timocitima. Aktivnost enzima očituje se u neutralnoj sredini i ovisi o Ca2+ i Mg2+.
4. γ-nukleaza molekulske mase 31 kDa, koja ima “klasičnu” ovisnost o ionima Ca, Mg i Zn. Aktivnost ovog enzima je povećana u jezgrama timocita štakora tretiranih glukokortikoidima.
5. endonukleaza molekulske mase 22,7 kDa, enzim čija se aktivnost javlja u jezgri timocita štakora tek nakon djelovanja glukokortikoida i potiskuju je isti inhibitori kao i internukleosomsku razgradnju DNA.
Kaspaze su cisteinske proteaze koje cijepaju proteine na asparaginsku kiselinu. U stanici se kaspaze sintetiziraju u obliku latentnih prekursora, prokaspaza. Postoje inicijatorske i efektorske kaspaze. Inicijatorske kaspaze aktiviraju latentne oblike efektorskih kaspaza. Više od 60 različitih proteina služi kao supstrat za djelovanje aktiviranih kaspaza. To je, na primjer, kinaza fokalne adhezijske strukture, čija inaktivacija dovodi do odvajanja apoptotskih stanica od njihovih susjeda; to su lamini koji se rastavljaju djelovanjem kaspaza; to su citoskeletni proteini (intermedijarni filamenti, aktin, gelsolin), čijom inaktivacijom dolazi do promjene oblika stanice i pojave mjehurića na njezinoj površini iz kojih nastaju apoptotička tjelešca; to je aktivirana CAD proteaza koja cijepa DNA u oligonukleotidne nukleosomske fragmente; to su enzimi za popravak DNA, čije potiskivanje sprječava obnovu strukture DNA, i mnogi drugi.
Jedan primjer odvijanja apoptotičkog odgovora može biti reakcija stanice na odsutnost signala potrebnog trofičkog faktora, kao što je faktor rasta živaca (NGF) ili androgen.
U citoplazmi stanica u prisutnosti trofičnih faktora, drugi sudionik reakcije je u neaktivnom obliku - fosforilirani protein Bad. U nedostatku trofičkog čimbenika, ovaj protein je defosforiliran i veže se na protein Bc1-2 na vanjskoj mitohondrijskoj membrani i time inhibira njegova antiapoptotička svojstva. Nakon toga se aktivira membranski proapoptotski protein Bax, otvarajući put ionima koji ulaze u mitohondrije. U isto vrijeme, citokrom c se oslobađa iz mitohondrija kroz pore formirane u membrani u citoplazmu, koja se veže na adapterski protein Araf-1, koji zauzvrat aktivira prokaspazu 9. Aktivirana kaspaza 9 pokreće kaskadu drugih prokaspaza, uključujući kaspazu 3, koja, budući da je proteinaza, počinje probaviti miješane proteine (lamine, citoskeletne proteine itd.), što uzrokuje apoptotičnu smrt stanice, njenu dezintegraciju na dijelove, u apoptotička tijela.
Apoptotička tjelešca, okružena plazmatskom membranom uništene stanice, privlače pojedine makrofage, koji ih gutaju i probavljaju pomoću svojih lizosoma. Makrofagi ne reagiraju na susjedne normalne stanice, ali prepoznaju apoptotičke. To je zbog činjenice da tijekom apoptoze dolazi do poremećaja asimetrije plazma membrane i na njezinoj površini se pojavljuje fosfatidilserin, negativno nabijen fosfolipid, koji se inače nalazi u citosolnom dijelu bilipidne plazma membrane. Dakle, kroz selektivnu fagocitozu, tkiva se čiste od mrtvih apoptotskih stanica.
Kao što je već spomenuto, apoptozu mogu uzrokovati brojni vanjski čimbenici, poput zračenja, djelovanja određenih toksina i inhibitora staničnog metabolizma. Nepovratna oštećenja DNK uzrokuju apoptozu. To je zbog činjenice da akumulirajući faktor transkripcije, protein p53, ne samo da aktivira protein p21, koji inhibira kinazu ovisnu o ciklinu i zaustavlja staničnu ciklus u G1 ili G2 fazi, već također aktivira ekspresiju bax gena , čiji proizvod pokreće apoptozu.
Prisutnost kontrolnih točaka u staničnom ciklusu neophodna je za određivanje završetka svake faze. Do zastoja staničnog ciklusa dolazi kada je DNA oštećena u G1 razdoblju, kada je replikacija DNA nepotpuna u S fazi, kada je DNA oštećena u G2 razdoblju i kada je veza između vretena i kromosoma poremećena.
Jedna od kontrolnih točaka staničnog ciklusa je sama mitoza, koja ne ulazi u anafazu ako vreteno nije pravilno sastavljeno i u nedostatku potpune veze mikrotubula s kinetohorima. U ovom slučaju nema aktivacije APC kompleksa, nema razgradnje kohezina koji povezuju sestrinske kromatide, niti razgradnje mitotskih ciklina koji su nužni za prijelaz u anafazu.
Oštećenje DNA sprječava stanice da uđu u S razdoblje ili mitozu. Ako ta oštećenja nisu katastrofalna i mogu se obnoviti reparativnom sintezom DNA, tada se blokada staničnog ciklusa uklanja i ciklus doseže svoj završetak. Ako je oštećenje DNA značajno, tada na neki način dolazi do stabilizacije i nakupljanja proteina p53, čija je koncentracija inače vrlo niska zbog njegove nestabilnosti. Protein p53 jedan je od transkripcijskih faktora koji stimulira sintezu proteina p21, koji je inhibitor CDC-ciklin kompleksa. To uzrokuje zaustavljanje staničnog ciklusa u fazi G1 ili G2. Tijekom bloka u G1 razdoblju, stanica s oštećenjem DNA ne ulazi u S fazu, jer to može dovesti do pojave mutantnih stanica, među kojima mogu biti i tumorske stanice. Blokada u G2 razdoblju također sprječava proces mitoze stanica s oštećenjem DNA. Takve stanice, s blokiranim staničnim ciklusom, naknadno umiru apoptozom, programiranom staničnom smrću (Slika 353).
Mutacijama koje dovode do gubitka gena proteina p53 ili njihovim promjenama ne dolazi do blokade staničnog ciklusa, stanice ulaze u mitozu, što dovodi do pojave mutiranih stanica, od kojih je većina nesposobna za život, druge rađaju na maligne stanice.
Selektivno oštećenje mitohondrija, pri čemu se citokrom c oslobađa u citoplazmu, također je čest uzrok apoptoze. Posebno mitohondrije i druge stanične komponente pate od stvaranja toksičnih reaktivnih kisikovih spojeva (ATS), pod čijim utjecajem se u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani stvaraju nespecifični kanali visoke propusnosti za ione, uslijed čega dolazi do bubrenja mitohondrijskog matriksa i pucanja vanjske membrane. U tom slučaju proteini otopljeni u međumembranskom prostoru zajedno s citokromom c ulaze u citoplazmu. Među oslobođenim proteinima su čimbenici koji aktiviraju apoptozu i prokaspazu 9.
Mnogi toksini (ricin, toksin difterije i dr.), kao i antimetaboliti, mogu uzrokovati smrt stanice putem apoptoze. Kada je sinteza proteina u endoplazmatskom retikulumu poremećena, tamo lokalizirana prokaspaza 12 sudjeluje u razvoju apoptoze, koja aktivira niz drugih kaspaza, uključujući i kaspazu 3.
Eliminacija je uklanjanje pojedinačnih stanica putem apoptoze, a opaža se i kod biljaka. Ovdje apoptoza uključuje, kao u životinjskim stanicama, fazu indukcije, fazu efektora i fazu razgradnje. Morfologija smrti biljne stanice slična je promjenama u životinjskim stanicama: kondenzacija kromatina i fragmentacija jezgre, oligonukleotidna degradacija DNA, kompresija protoplasta, njegova fragmentacija u vezikule, ruptura plazmodezmata itd. Međutim, protoplastne vezikule uništavaju hidrolaze samih vezikula, budući da biljke nemaju stanice slične fagocitima. Dakle, PCD se javlja tijekom rasta stanica korijenske klobuke, tijekom stvaranja perforacija u listovima te tijekom stvaranja ksilema i floema. Opadanje lišća povezano je sa selektivnom smrću stanica u određenoj zoni reznice.
Biološka uloga apoptoze, odnosno programirane stanične smrti, vrlo je velika: to je uklanjanje otpadnih ili nepotrebnih stanica. u ovoj fazi razvoj stanica, kao i uklanjanje promijenjenih ili patoloških stanica, osobito mutantnih ili zaraženih virusima.
Dakle, da bi stanice postojale u višestaničnom organizmu potrebni su signali za njihov opstanak – trofički čimbenici, signalne molekule. Ti se signali mogu prenositi na daljinu i uhvatiti ih odgovarajuće molekule receptora na ciljnim stanicama (hormonska, endokrina signalizacija), to može biti parakrina komunikacija kada se signal prenosi na susjednu stanicu (na primjer, prijenos neurotransmitera). U nedostatku takvih trofičkih čimbenika provodi se program apoptoze. Istodobno, apoptozu mogu izazvati signalne molekule, na primjer, tijekom resorpcije repa punoglavaca pod utjecajem tiroksina. Osim toga, djelovanje brojnih toksina koji utječu na pojedine dijelove staničnog metabolizma također može uzrokovati staničnu smrt apoptozom.
Apoptoza u patogenezi bolesti
1. U imunološkom sustavu
2. ONKOLOŠKE BOLESTI
3. VIRUSNE INFEKCIJE (koje izazivaju apoptozu: humana imunodeficijencija, anemija kokoši; inhibitori apoptoze: citomegalovirus, Epstein-Barr, herpes)
4. A. i NEURONI MOŽDANE KORE
NAČELA KOREKCIJE STANIČNE APOPTOZE
Otkriće reguliranog procesa stanične smrti - apoptoze - omogućilo je da se na određeni način utječe na njegove pojedine faze u svrhu regulacije ili korekcije.
Biokemijski procesi razvoja apoptoze mogu se hipotetski podijeliti u nekoliko faza:
Djelovanje faktora koji uzrokuje apoptozu;
Prijenos signala od receptorske molekule do stanične jezgre;
Aktivacija gena specifičnih za apoptozu;
Sinteza proteina specifičnih za apoptozu
Aktivacija endonukleaza
Fragmentacija DNA (slika 2.4).
Trenutačno se smatra da ako stanica umre apoptozom, onda se podrazumijeva mogućnost terapijske intervencije, a ako uslijed nekroze, onda je takva intervencija nemoguća. Na temelju spoznaja o regulaciji programirane stanične smrti, koristi se širok raspon lijekova koji utječu na taj proces u različitim tipovima stanica.
Stoga se informacije o regulaciji stanične apoptoze posredovane receptorima uzimaju u obzir pri liječenju tumora ovisnih o hormonima.
Terapija za blokiranje androgena propisana je za rak prostate.
Rak dojke često prolazi kroz regresiju uz upotrebu antagonista estrogenskih receptora.
Podaci o biokemijskim putovima prijenosa signala za regulaciju apoptoze omogućuju učinkovitu primjenu antioksidativne terapije, lijekova koji reguliraju koncentraciju kalcija, aktivatora ili inhibitora različitih protein kinaza itd. u svrhu korekcije apoptoze u različitim vrstama stanica.
Svijest o ulozi apoptoze u staničnoj smrti intenzivirala je potragu za farmakološkim učincima koji štite stanice od apoptoze.
Inhibitori specifičnih proteaza aktivno se proučavaju kao farmakološka sredstva. To su obično tri- ili tetrapeptidi koji sadrže asparaginsku kiselinu (Asp). Upotreba takvih proteaza u terapeutske svrhe ograničena je njihovom slabom sposobnošću prodiranja u stanice. Međutim, unatoč tome, in vivo pokusi uspješno su koristili Z-VAD-FMK, inhibitor širokog spektra proteaza sličnih ICE, za smanjenje područja infarkta u modelima moždanog udara.
U narednim godinama možemo očekivati pojavu novih lijekovi za liječenje i prevenciju razne bolesti, čija će osnova biti princip regulacije procesa apoptoze.
Najučinkovitiji pristupi za ispravljanje apoptoze su oni povezani s regulacijom gena specifičnih za apoptozu. Ovi pristupi temelj su genske terapije, jednog od obećavajućih područja liječenja pacijenata s bolestima uzrokovanim disfunkcijom pojedinih gena.
Načela genske terapije uključuju sljedeće korake:
Identifikacija sekvence DNA koja će se tretirati;
Određivanje vrste stanica u kojima će se provoditi tretman;
Zaštita DNA od hidrolize endonukleazama;
Transport DNA u stanicu (nukleus).
Pristupi genske terapije dopuštaju
Pojačati rad pojedinih gena (transformacija gena koji inhibiraju apoptozu, npr. gen bcl‑2),
Smanjite njihovu ekspresiju. Za selektivnu inhibiciju ekspresije gena trenutno se koristi tehnika antisense oligonukleotida (antisense). Primjenom antisensa smanjuje se sinteza određenih proteina, što utječe na regulaciju procesa apoptoze.
Mehanizam djelovanja antisensa aktivno se proučava. U nekim slučajevima, kratki (13-17 baza) antisense oligonukleotidi, koji imaju sekvence komplementarne nukleotidnim sekvencama glasničke RNA (mRNA) pojedinačnih proteina, mogu učinkovito blokirati genetske informacije u fazi koja prethodi transkripciji (Slika 2.5). Ovi se oligonukleotidi vežu za DNA i tvore trostruku spiralnu strukturu. Takvo vezanje može biti nepovratno ili uzrokovati selektivno otpuštanje kompleksa tripleta, što u konačnici dovodi do inhibicije ekspresije gena i stanične smrti. U drugim slučajevima dolazi do komplementarnog vezanja antisense na mRNA, što uzrokuje poremećaj translacije i smanjenje koncentracije odgovarajućeg proteina.
Trostruki kompleks
Riža. Regulacija ekspresije gena antisense oligonukleotidima.
Trenutno je uvjerljivo pokazano da tehnologija koja koristi antisense ima veliki značaj za regulaciju pojedinih gena u staničnoj kulturi. Uspješno suzbijanje gena bcl-2 u pokusima na staničnoj kulturi budi nadu za buduću upotrebu antisensa za liječenje pacijenata oboljelih od raka. Mnogi in vitro pokusi su pokazali da antisensi uzrokuju inhibiciju stanične proliferacije i diferencijacije. Ovaj rezultat potvrđuje izglede za terapeutsku upotrebu ove tehnologije.
V. Flemming formulirao je ideju mitoze kao cikličkog procesa, čija je kulminacija cijepanje svakog kromosoma u dva kromosoma kćeri i njihova raspodjela među dvije novoformirane stanice. U jednostaničnih organizama životni vijek stanice poklapa se sa životnim vijekom organizma. U tijelu višestaničnih životinja i biljaka razlikuju se dvije skupine stanica: koje se stalno dijele (proliferirajuće) i koje miruju (statične). Zbirka proliferirajućih stanica tvori proliferativni bazen.
U skupinama proliferirajućih stanica, interval između završetka mitoze u matičnoj stanici i završetka mitoze u njezinoj stanici kćeri naziva se staničnim ciklusom. Stanični ciklus kontroliraju određeni geni. Kompletan stanični ciklus uključuje interfazu i samu mitozu. Zauzvrat, sama mitoza uključuje kariokinezu (diobu jezgre) i citokinezu (diobu citoplazme).
Stanični ciklus sastoji se od interfaze (perioda izvan diobe) i same stanične diobe.
Ako će se stanica ikada podijeliti, tada će se interfaza sastojati od 3 razdoblja. Neposredno nakon izlaska iz mitoze, stanica ulazi u predsintetsko ili G1 razdoblje, potom prelazi u sintetsko ili S razdoblje te potom u postsintetsko ili G2 razdoblje. Interfaza završava G2 periodom i nakon nje stanica ulazi u sljedeću mitozu.
Ako stanica ne planira ponovnu diobu, čini se da izlazi iz staničnog ciklusa i ulazi u razdoblje mirovanja ili G0 razdoblje. Ako se stanica u G0 periodu želi ponovno podijeliti, tada napušta G0 period i ulazi u G1 period. Dakle, ako je stanica u G1 razdoblju, onda će se sigurno podijeliti prije ili kasnije, a da ne govorimo o S i G2 razdoblju, kada će stanica sigurno ući u mitozu u bliskoj budućnosti.
Razdoblje G1 može trajati od 2-4 sata do nekoliko tjedana ili čak mjeseci. Trajanje S-razdoblja varira od 6 do 8 sati, a G2 razdoblje - od nekoliko sati do pola sata. Trajanje mitoze je od 40 do 90 minuta. Štoviše, najkraća faza mitoze može se smatrati anafazom. Potrebno je samo nekoliko minuta.
Razdoblje G1 karakterizira visoka sintetička aktivnost, tijekom koje stanica mora povećati svoj volumen do veličine matične stanice, a time i broj organela i raznih tvari. Nije jasno zašto, ali prije nego što stanica uđe u sljedeću mitozu, mora imati veličinu jednaku matičnoj stanici. I dok se to ne dogodi, stanica ostaje u G1 razdoblju. Očigledno, jedina iznimka od ovoga je cijepanje, u kojem se blastomeri dijele bez dostizanja veličine izvornih stanica.
Na kraju razdoblja G1 uobičajeno je razlikovati poseban trenutak koji se naziva R-točka (restrikcijska točka, R-točka), nakon čega stanica nužno ulazi u S-razdoblje unutar nekoliko sati (obično 1-2). Razdoblje između R-točke i početka S-periode može se smatrati pripremnim za prijelaz u S-period.
Najvažniji proces koji se događa u S-periodi je udvostručenje ili reduplikacija DNK. Sve ostale reakcije koje se događaju u ovom trenutku usmjerene su na osiguranje sinteze DNA - sinteza proteina histona, sinteza enzima koji reguliraju i osiguravaju sintezu nukleotida i stvaranje novih lanaca DNA.
Bit razdoblja G2 trenutno nije sasvim jasna, ali tijekom tog razdoblja dolazi do stvaranja tvari potrebnih za proces mitoze (proteini mikrotubula vretena, ATP).
Prolazak stanice kroz sva razdoblja staničnog ciklusa strogo je kontroliran posebnim regulacijskim molekulama koje osiguravaju:
1) prolazak stanice kroz određeno razdoblje staničnog ciklusa
2) prijelaz iz jednog razdoblja u drugo.
Štoviše, prolazak kroz svako razdoblje, kao i prijelaz iz jednog razdoblja u drugo, kontroliraju različite tvari. Jedan od sudionika regulacijskog sustava su ciklin-ovisne protein kinaze (cdc). Oni reguliraju aktivnost gena odgovornih za prolazak stanice kroz jedno ili drugo razdoblje staničnog ciklusa. Postoji ih nekoliko varijanti, a sve su stalno prisutne u stanici, neovisno o razdoblju staničnog ciklusa. Ali da bi protein kinaze ovisne o ciklinu radile, potrebni su posebni aktivatori. Oni su ciklini. Ciklini nisu stalno prisutni u stanicama, već se pojavljuju i nestaju. To je zbog njihove sinteze i brzog uništenja. Postoje mnoge vrste poznatih ciklina. Sinteza svakog ciklina odvija se u strogo određenom razdoblju staničnog ciklusa. U jednom periodu nastaju jedni ciklini, a u drugom drugi. Dakle, sustav "ciklini - protein kinaze ovisne o ciklinu" kontrolira kretanje stanice kroz stanični ciklus.
Regulacija staničnog ciklusa
Na temelju proliferativnog potencijala razlikuju se tri skupine stanica:
1. Statične ili neproliferirajuće stanice – ne množe se u normalnim fiziološkim uvjetima. Kromatin je toliko kondenziran da je isključena transkripcijska aktivnost jezgre (segmentirani leukociti, mastociti, eritrociti). Statičke stanice također uključuju miocite i neurone u kojima je kromatin dekondenziran, što je povezano s obavljanjem specifičnih funkcija u odsutnosti proliferacije.
2. Rastuće ili sporo proliferirajuće stanice s niskom mitotskom aktivnošću (limfociti, hondrociti, hepatociti).
3. Obnavljanje staničnih populacija, u kojima se visoka razina proliferacije kompenzira smrću stanica. U tim populacijama, većina stanica prolazi terminalnu (konačnu) diferencijaciju i umire (hematopoetski sustav). Matične stanice zadržavaju svoj proliferativni potencijal tijekom cijelog života.
Posebna skupina stanica koje se neprestano razmnožavaju su stanice raka. To su zauvijek mlade, besmrtne ("besmrtne") stanice.
Postoji endogena (unutarnja) i egzogena (vanjska) regulacija proliferacije. Čimbenici koji suzbijaju proliferaciju nazivaju se inhibitori proliferacije. Čimbenici koji povećavaju vjerojatnost proliferacije nazivaju se stimulatori proliferacije ili mitogeni. Određeni peptidi mogu biti mitogeni.
