Для человека старение всегда имело важное значение. В настоящее время наука уделяет проблеме старения особое внимание, в связи с чем с каждым годом появляются новые факты, которые позволяют глубже понять механизмы данного процесса.
В начале 80-х годов 20 века впервые появилось высказывание о том, что старение может возникнуть в результате плейетропного эффекта группы генов, несущих информацию об апоптозе. При этом старению может способствовать как увеличение чувствительности клеток к апоптозу, так и ее снижение.
Апоптоз — это многофазный процесс, играющий жизненно важную роль в процессе эмбрионального и онтогенетического развития. Во взрослом организме он наблюдается в различных типах тканей, где выполняет функцию гомеостатической регуляции. Выделяют следующие фазы апоптоза:
- Инициаторная фаза — на этом этапе происходит активация и перенос проапоптотического сигнала. Стимулом к запрограммированной гибели могут выступать такие факторы, как: белковые продукты протоонкогенов, молекулы-лиганды мембранных рецепторов смерти, цитотоксические лекарственные препараты, вирусы и др. Белки, принимающие участие в апоптозе, можно разделить на две функциональные группы:
– белки-триггеры, участвующие в запуске проапоптотического сигнала;
– белки-модуляторы, способствующие переносу «сигнала смерти».
- Эффекторная фаза характеризуется активацией каспазной системы клетки.
- В фазу деградации клеточный материал подвергается деструкции.
- В финальной фазе апоптоза происходит «очистка» (умирающая клетка поглощается макрофагами).
В настоящее время известно три генеральных пути апоптоза:
– митохондриальный (Вcl-2-зависимый) путь;
– липидный путь;
– путь, опосредованный через «рецепторы смерти».
Во время эффекторной фазы митохондриального пути апоптоза происходит увеличение концентрации кальция в цитоплазме. Главными источниками избытка кальциевых ионов в клетке являются межклеточные пространства, матрикс митохондрий и эндоплазматический ретикулум. Исследования показали, что увеличение цитозольного Ca 2+ происходит, как на ранних, так и на поздних стадиях апоптотического пути. И оба процесса- высвобождение кальция из эндоплазматического ретикулума и его емкостный приток через Ca 2+ -активированные каналы предположительно являются апоптогенными.
Митохондриальный путь Всl-2-зависимый. Большое количество Всl-2 постоянно презентировано на внешней митохондриальной мембране. Он и его гомологи (Всl-xL, Mcl-l и др.) защищают клетку от апоптоза. Фактор Всl-2 поддерживает инактивированное состояние проапоптотического белкового комплекса, в состав которого входят прокаспаза-9 (Арaf-З), адаптер Араf-1, флавопротеин AIF, цитохром с (Араf-2), фактор Smac и ряд других факторов. Среди белков Вcl-2-семейства существует также группа апоптоз- опосредующих факторов (например, Вах, Ваd, Вid, Вс1-xs и др.). Для активации процесса апоптоза необходимо связывание Всl-2, что приводит к нейтрализации ингибирующего действия последнего. Такое связывание может осуществляться любым из проапоптотических факторов Всl-2-семейства. Стимуляция метаботропных рецепторов способствует высвобождению кальция из внутриклеточных запасов и повышению его уровня в цитоплазме. Незначительное увеличение цитозольного кальция стимулирует поглощение его митохондриями, находящимися в непосредственной близости к ЭПР. В нормальных условиях клетки млекопитающих экпрессируют низкий уровень Bax, растворенного в цитозоле. В условиях стресса происходит сверхэкспрессия клетками проапоптотических белков, которые могут перемещаться из цитозоля в митохондриальные мембраны. На уровне митохондрий Bax может олигомеризоваться и образовывать поры, что приводит к высвобождению цитохрома С и кальция в цитозоль. Стимулы, которые мобилизуют кальций из внутриклеточных запасов, также могут вызывать транслокацию Bax и увеличение его токсичности. Оказавшись в митохондриях, Bax способствует увеличению проницаемости их мембран. Это приводит к тому, что компоненты из ранее блокированного комплекса освобождаются и свободно выходят в цитоплазму. В условиях присутствия АТФ и цитохрома С белок Араf-1 олигомеризуется и повторно связывается с прокаспазой-9 по специфическому каспаз-связывающему домену. Происходит активация протеиназы. Каспаза-9 приводит к активации каспазу-3, а она, в свою очередь, активирует другие эффекторные каспазы (каспазу-6 и -7) и вызывает протеолиз различных субстратов. Цистеиновые протеиназы инактивируют белки, защищающие клетку от апоптоза, расщепляют структурные белки, нарушают работу ферментных систем, приводят к фрагментации ДНК, уничтожают сигнальные системы клетки.
Высвобождение апоптоз-индуцирующего фактора также приводит к стимуляции каскада активации протеаз через каспазу- 3 и нарушению работы ядерного аппарата.
Результаты исследований американского онколога Стенли Корсмейера и его коллег показали, что в эмбриональных фибробластах мышей, в которых проапоптозные гены Bcl-2 семейства Bax и Bak были удалены, происходит значительное снижение кальция в эндоплазматическом ретикулуме, и, что «молчание» Bcl-2 в этих клетках частично восстанавливало его значение до контрольных уровней. Эти данные являются подтверждением гипотезы о том, что движение кальция из ЭПР в митохондрии является ключевым процессом в некоторых апоптотических путях.
Апоптоз неделящихся клеток (нейроны, кардиомиоциты и клетки ретинального пигментного эпителия) является главной причиной возрастзависимых дегенеративных изменений. Изменения про- и антиапоптозных факторов в клетках иммунной системы может являться причиной иммунного старения в целом.
При исследовании процесса апоптоза хондроцитов в суставных хрящах мышей и крыс было выявлено повышение уровня этого типа клеточной гибели, что в свою очередь способствует увеличению риска возрастной хрящевой дегенерации. Такой же процесс наблюдается в межпозвоночных дисках при старении человека. Образуемые хондроцитами апоптотические тела проявляют функциональные свойства, которые могут приводить к кальцификации хряща.
Стареющие фибробласты приобретают выраженную устойчивость к апоптозу — теряют способность снижать экспрессию антиапоптозного гена Bcl-2 в ответ на апоптотический сигнал. Такое состояние может нарушать функцию соединительной ткани, приводя к накоплению нефункциональных стареющих клеток.
Таким образом, в одних типах тканей старение сопровождается повышением уровня апоптотической гибели клетки (нейроны, миоциты, клетки иммунной системы), тогда как в других возможна устойчивость к апоптозу. По- видимому, гены продолжительности жизни обуславливают долгожительство, в том числе и через регуляцию апоптоза.
Литература:
- Владимиров Ю. А. Дизрегуляция проницаемости мембран митохондрий, некроз и апоптоз / Ю. А. Владимиров // Дизрегуляционная патология. — М.: Медицина, 2002.
- Fink S. L. Apoptosis, pyroptosis, and necrosis: mechanistic description of dead and dying eukaryotic cells / S. L. Fink, B. T. Cookson // Infect. Immun. — 2005.
- Митохондрии в программированной гибели клетки: различные механизмы гибели / М. Бра, Б. Квинан, С. А. Сузин // Биохимия. — 2005.
- Role mitochondria in apoptosis / E. Gulbins, S. Drechers, J. Bock // Exp. Physiol. — 2003.
