Контрольные пункты клеточного цикла

Контрольные пункты в клеточном цикле необходимы для подготовки клетки к переходу в следующую стадию.

В случае неподготовленности клетки переход запрещается.

Если повреждения обнаружены в фазе G1, то ген р53 (или белок р53) вызывает задержку клетки в G1, до тех пор пока ферменты репарации восстановят повреждение.

В клетках метастатических опухолей оба аллеля р53 неактивны, повреждения ДНК реплицируются, что приводит к росту опухолей. Если ошибки или мутации обнаружены в процессе репликации (в фазе S), то клетка не может выйти из S фазы, до исправления ошибок и проведения точной репликации ДНК.

Так же регулируется переход из G2 в митоз (М). Если повреждения не устранены, то ген р53 дает сигнал к переходу клетки в апоптоз.

Поэтому ген р-53 назван стражем генома.

Типы повреждений ДНК:

- изменение оснований (замена, вставка, делеция);

- появление димеров;

- действие электромагнитных излучений.

Различные ткани обладают разной митотической активностью:

Они делятся:

1) стабильные;

2) растущие;

3) обнавляющиеся;

Стабильные ткани – в них клетки не делятся, количество ДНК в них постоянно (клетки ЦНС).

Растущие ткани – отдельные клетки делятся путем митоза (клетки почек, желез внутренней секреции, скелетной и сердечной мускулатуры). За счет деления клеток размер тканей увеличивается.

Обнавляющие ткани – погибшие клетки заменяются новыми (эпидермис, костный мозг, слизистые ЖКТ).

Значение митоза:

1) генетическая стабильность;

2) рост;

3) бесполое размножение;

4) регенерация.

Апоптоз – это генетически запрограммированный активный процесс смерти клетки, протекающий с потреблением энергии. Это особая форма клеточной смерти. Природа снабдила клетки не только механизмами защиты и репарации, но и механизмом самоубийства или суицида.

Старение клетки приводит к катабиозу (ката-вниз, био-жизнь) и смерти клеток. Смерть клеток – это необратимое прекращение явлений жизнедеятельности, утрата способности к росту, размножению.

Клетки имеют разную продолжительность жизни, он существуют практически до конца жизни организма, выполняя специфическую функцию. Другие клетки появляются, чтобы выполнить определенную задачу. Например: при метаморфозе головастик лягушки теряет жабры и хвост. Клетки этих органов запрограммированы на определенную продолжительность жизни. В гибели таких клеток активную роль играют специальные генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы.

Апоптоз – означает «листопад». Программа апоптоза может запускаться при следующих обстоятельствах:

1) неудовлетворительное состояние самой клетки т.е. (апоптоз изнутри).

2) «негативная сигнализация снаружи», она передается через рецепторы клетки, т.е. – (апоптоз по команде).

Апоптоз изнутри.

Пусковым механизмом может быть:

1) Различные повреждения хромосом (разрывы ДНК, сшивки цепей ДНК);

2) Повреждения внутриклеточных мембран в результате перекисного окисления липидов.

Эти повреждения вызываются внешними факторами: облучением, изменением температуры, химическими соединениями, оксидом азота, радикалами. Ускорять данные изменения могут стрессы, нарушение питания клеток (например: уменьшение нейронов головного мозга с возрастом. Апоптоз в данном случае вызывает болезнь Паркинсона). Т.о. апоптоз направлен на уничтожение дефектных клеток.

Апоптоз по команде.

1.Такой апоптоз связан с онтогенезом:

-1 гибель клеток куколки при метаморфозе насекомых;

-2 зачатков хорды в эмбриогенезе;

-3 быстрая инволюция органов у горбуши после нереста, которая заканчивается смертью.

2.Формирование и функционирование иммунной системы.

3.Развитие кроветворных клеток всех рядов (лимфоидных). Для развития данных клеток требуются определенные цитокины.

4.В женской репродуктивной системе:

-гибель клеток (ооцитов, фолликулярных клеток);

-гибель желтого тела;

-гибель лактоцитов молочной железы после прекращения лактации.

Морфология апоптоза и некроза.

Этапы развития апоптоза:

1.Конденсация хроматина и сжатие клетки (вследствие конденсации цитоплазмы);

Хроматин располагается по периферии ядра в виде плотной гомогенной массы. Цитоплазма уменьшается в объеме, клетка меняет свою форму.

2.Фрагментация ядра и цитоплазмы с образованием апоптозных телец. Ядро распадается на фрагменты, окруженные ядерной оболочкой и содержащий плотные массы хроматина. В клетке образуются глубокие впячивания, образуются лопасти, которые постепенно отшнуровываются и их называют апоптозные тельца, в которых могут быть ядерные фрагменты или участки цитоплазмы.

3.Фагоцитоз апоптозных телец окружающими клетками. К фагоцитоз апоптозных телец способны не только фагоциты, но все окружающие клетки. Клетки распознают апоптозные тела по изменениям в поверхности плазмолеммы.

Некроз.

Некроз – это процесс развивается при повреждениях клетки, при изменении условий ее существования (нарушение кровотока). При таких условиях механизмы апоптоза не работают.

Некроз протекает очень быстро, повреждается мембрана, нарушается ее проницаемость, клетка набухает, при повреждении лизосом наступает автолиз (самопереваривание) клетки. Могут начаться воспалительные процессы.

Ферменты и апоптоз.

Каспазы – это цитоплазматические протеазы. Каспазы способны разрывать пептидные связи, которые образованы аспаргиновой кислотой.

В семейство каспаз входят 10 ферментов, они способны активировать друг друга, под действием сигнала, идущего от плазмолеммы, с помощью посредников (первой активируется каспаза 8).

Активацию каспаз вызывают факторы, полученные из митохондрий (при повышенной проницаемости их мембран). Эти протеазы активируют каспазу 9.

Для работы кеаспаз необходимо условие: отсутствие в клетке ингибиторов каспаз, которыми являются особые белки (ингибиторы апоптоза).

Мишенями каспаз служат:

1.Цитоплазматические и ядерные белки (гистоны Н1), ламины;

2.Ферменты репликации и репарации (топоизомеразы);

3.Регуляторные белки (контролирующие клеточный цикл);

4.Ингибиторы эндонуклеаз.

Эндонуклеазы

При апоптозе эндонуклеазы разрушают ДНК до фрагментов (и крупных и мелких), действуя на линкерные участки. Кроме каспаз и эндонуклеаз, способствующих апоптозу, в клетке накапливаются сильные окислители, которые являются сильным повреждающим фактором и вызывают апоптоз клетки (это накопление оксида азота, супероксидного и гидроксидного радикалов, пероксид нитрита, нитритов, нитратов и др.)

В клетке происходит окислительный стресс, к которому очень чувствительны мембраны, нарушается их проницаемость, что важно для начала апоптоза.

В норме в клетке действует система антиоксидантной защиты (каталаза, супероксидисмутаза, пероксидаза). При окислительном стрессе эти ферменты не справляются с большим количеством окислителей.

Т.о. изменения плазмолеммы позволяют поглотить апоптозные тельца соседним клеткам.