Митохондриальный механизм индукции апоптоза

25.10.2015

Как и во всех вышеприведенных механизмах развития апопотоза, митохондриальный механизм также сопровождается активацией каспаз и деградацией ДНК. Однако начальные его механизмы отличаются от вышеописанных. Эта форма апоптоза развивается в условиях стрессирования клетки при действии неблагоприятных факторов (токсинов, глюкокортикоидов, цитостатиков, облучения и пр.) или при дефиците внеклеточных сигналов (индуцируются цитокинами, контактными взаимодействиями с другими клеточными элементами и пр.), необходимых для выживания клетки. Критической стадией в развитии процесса гибели клетки является высвобождение из поврежденных митохондрий цитохрома С, который индуцирует активацию каспаз.
Под влиянием неблагоприятных для клетки факторов ее митохондрии набухают, нарушается целостность их мембраны, и в цитозоль клетки высвобождается цитохром С, где он связывается в присутствии АТФ с белком Apaf-1 (от Apoptotic protease activating factor-1 — фактор 1 активации апоптотических протеаз) и стимулирует его олигомеризацию. Образованная апоптосома (комплекс цитохром C-Apaf-1) вовлекает в процесс образования сигнального пути инициаторную прокаспазу-9, которая в составе такого комплекса активируется и индуцирует активацию эффекторной каспазы-3 (без АТФ и цитохрома С каспаза-3 не активируется). Субстратом для каспазы-3 служит латентный профермент I-CAD (от Inhibitor of CAD). В результате расщепления каспазой-3 профермента I-CAD высвобождается активированная каспазой ДНКаза CAD (от Caspase-activated DNase), которая фрагментирует ДНК, что собственно составляет основу апоптоза.
Важную роль в регуляции апоптоза играет белок — продукт гена р53. Этот белок индуцирует развитие апоптоза преимущественно при накоплении нерепарированных разрывов ДНК, блокирует клетки в фазе G1/S клеточного цикла.
Целостность митохондрий и митохондриальный механизм индукции апоптоза контролируют продукты протоонкогенов семейства Bcl-2. Белки этого семейства подразделяются на две группы. Одна из них содержит белки-индукторы апоптоза (Вах, Bak, Rok/Mtd, Bcl-Xs, Bid, Bad, Bik/Nbk, Bik, Hrk, Bim/Nod, Nip3, Nix/Bnip3, Puma, Noxa), другие белки являются ингибиторами апоптоза (Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w, Mcl-1, Al/Bfl-1, Boo/Diva, NR-13). Белки этих групп заякорены во внешней мембране митохондрий и находятся в постоянном динамическом равновесии, нарушение которого определяет выживание клетки или ее гибель (рис. 10.6).

Митохондриальный механизм индукции апоптоза

На основании функциональной активности и особенностей строения белки семейства Вс1-2 подразделяются на три подсемейства.
> Белки подсемейства Вс1-2 несут защитную функцию, характеризуются гомологичной последовательностью, особенно в 4-х доменах BH (от Bcl-2 homology — гомолог Всl-2) - BH1, ВН2, ВН3, ВН4. Членами этого подсемейства являются белки Bcl-2, Bcl-Xl, Bcl-w, Mcl-1, Al, Boo.
> Белки подсемейства Bax характеризуются проаптотической активностью и гомологичностью доменов BH1, ВН2 и ВН3, но не ВН4. Членами подсемейства являются белки Вах, Bok и Bak. Отдельные члены этого подсемейства, например белок Mtd, имеют 4 гомологичных домена BH.
> Белки подсемейства «только ВНЗ» (ВНЗ-only subfamily). Эти белки также характеризуются проапоптотической активностью, но имеют только один домен BH — ВН3. Членами этого подсемейства являются белки Bik, Bid, Bad, Bim, Noxa, Puma.
В регуляции апоптоза важная роль принадлежит домену ВН3. Именно этот домен важен для проявления белком проапоптотической активности, тогда как домен ВН4, в дополнение к доменам BH1 и ВН2, обеспечивает проявление белком антиапоптотической активности. Особенность белков семейства Bcl-2 заключается в их способности взаимодействовать друг с другом и формировать гомо- и гетеродимеры. Эта особенность является основой для регуляции апоптоза. Встраиваясь в белки подсемейства Всl-2, домен подсемейства «только ВНЗ» превращает их в форму с проапоптотической активностью, а встраиваясь в белки подсемейства Вах, активирует домен ВНЗ, который в нормальных условиях находится в белке в неактивном состоянии. Иначе говоря, белки семейства Всl-2 обеспечивают регуляцию жизни и смерти клетки либо путем гетеродимеризации между анти- или проапоптотическими белками, либо в результате независимых функций этих белков.
Важная регуляторная роль белков семейства Всl-2 заключается также в их способности блокировать в нормальных условиях высвобождение из митохондрий цитохрома С, а также активность белка Apaf-1 и каспазы-9. Однако при соединении с проаптотическими белками эта способность утрачивается.
В процессе индукции апоптоза из митохондрий, помимо цитохрома С, высвобождаются флавопротеин AIF (от Apoptosis-inducing factor — фактор, индуцирующий апоптоз) и эндонуклеаза G (EndoG). AIF под влиянием апоптотических стимулов транслоцируется из митохондрий в ядро, где вызывает фрагментацию ДНК и конденсацию хроматина. Эндонуклеаза также транслоцируется из митохондрий в ядро и фрагментирует ДНК на отдельные нуклеосомы независимо от действия каспаз и фермента CAD. Кроме указанных молекул в процессе апоптоза высвобождаются и другие митохондриальные белки — Sniac/Diablo и Omi/HtrA2. Их содействие апоптозу заключается в том, что они нейтрализуют белки-ингибиторы апоптоза IAP (от Inhibitors of apoptosis), которые в норме подавляют процесс активации каспаз (рис. 10.7).
В отличие от рецепторного механизма апоптоза, не требующего для его развития синтеза de novo РНК и белка, при индукции митохондриального механизма апоптоза необходим синтез РНК и белка de novo.
Митохондриальный механизм индукции апоптоза