Диссертация (1174191), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Ломоносова, кафедры Общей имедицинской биофизики Медико-биологического факультета ФГБОУ ВОРНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, и сотрудников Факультетафундаментальной медицины ФГБОУ ВО МГУ им. М.В. ЛомоносоваПубликацииПо теме диссертации опубликовано 6 работ: 2 статьи в рецензируемыхотечественных журналах, рекомендованных ВАК, 2 статьи в международныхжурналах, 2 тезиса докладов122ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ2.1 Апоптоз и липидная пероксидация2.1.1 Роль апоптоза в развитии болезней человекаМеханизм смерти клеток, называемый апоптоз [105], является одним изважнейших механизмов поддержания гомеостаза у позвоночных [160].Расшифровка механизмов апоптоза показала, что это - жестко контролируемыйпроцесс, который обычно протекает по внутриклеточному, так называемомумитохондриальному пути [76].
При активации митохондриального путиапоптоза путем стресса клеток стресс и/или повреждения ДНК, из митохондрийв цитозоль выходит несколько ключевых белков, в том числе цитохром с(ЦитС) и фактор апоптоза Apaf-1 (от Apoptotic protease activating factor-1 —фактор 1 активации апоптотических протеаз). Выход ЦитС в цитозоль связан спермеабилизацией (увеличением проницаемости) внешней митохондриальноймембраны.Нарушения нормального течения процесса апоптоза приводят к развитиюмногих патологий [113, 145, 159], в том числе и к онкологическимзаболеваниям.
Согласно данным PubMed, c 2014 года публикуется не менее 4,5тысяч статей в год, в названии которых присутствует слово «apoptosis».Огромное количество исследований направлено на поиск средств и способовуправления этим явлением: как его запуском – для лечениям заболеваний,вызванных патологическим «самоубийством» клеток (например инфаркты[132], болезнь Альцгеймера [53], болезнь Паркинсона, которую большинствоисследователей связывают с патологическим апоптозом клеток мозга,вырабатывающих дофамин, в результате окислительного стресса [69, 73, 184]),так и ингибированием – для борьбы с онкологическими заболеваниямивсевозможными путём угнетения S-фазы и запуска апоптоза на G2-фазе [38,117], его индукции путём эпигенетической регуляции транскрипции [42, 58]или с помощью использования некодирующих РНК, в том числе микроРНК[115, 154, 183, 185].
Так в работе [115] предлагается с помощью микроРНК13ингибировать трансляцию антиапоптотического белка Bcl2, что в конечномсчете ведёт к активации каспазы 3. Воздействие похожим образом на другиеподобные белки исследовалось в работе [185].Апоптоз, развивающийся по митохондриальному пути и вызванныйокислительным стрессом, является не только причиной преждевременногостарения высших животных и человека [36], но также медленной смертирастений [2-5].2.1.2 Апоптоз по митохондриальному путиПод влиянием неблагоприятных для клетки факторов её митохондриинабухают, нарушается целостность их мембраны, и в цитозоль клеткивысвобождается цитохром с [155].
Этому предшествует образование егокомплекса с кардиолипином, имеющего пероксидазную активность [9, 15, 19,20, 23, 24, 27, 28, 33, 47, 54, 96, 108, 128, 179].Липидная пероксидация, катализируемая комплексом цитохрома c скардиолипином, вызывает нарушение барьерных свойств сначала внутренней,а потом и наружной мембраны митохондрий, а затем и выход цитохрома с вцитозоль.
Там он в присутствии АТФ связывается с белком Apaf-1 истимулирует его олигомеризацию и образование апоптосом, что приводит кактивации каспаз и развитию каскада реакций, приводящих к смерти клетки[52]. Ключевую роль в связывании с Apaf-1 в молекуле цитохрома c играютаминокислотные остатки Gly56, Lys72, Pro76 и Ile81 [80].
Образованнаяапоптосома (комплекс цитохром с - Apaf-1) вовлекает в процесс образованиясигнального пути инициаторную прокаспазу-9, которая в составе такогокомплекса активируется и индуцирует активацию эффекторной каспазы-3 (безАТФ и цитохрома С каспаза-3 не активируется), которая активируетпрофермент I-САD (от Inhibitor of CAD), в результате чего высвобождаетсяактивированная каспазой ДНКаза САD (от Caspase-activated DNase), котораяфрагментирует ДНК [129].14Стоит отметить, что выход цитохрома с из митохондрии объясняютнесколько гипотез: открывание пор и онкотическое набухание митохондрий;образование пор олигомерами белка Bax; образование пор комплексом Bax +VDAC; появление пор вследствие дестабилизации липидного слоя; набуханиематрикса и разрыв наружной мембраны [12].2.1.3 Липидная пероксидация и апоптозВ целом, можно выделить три последовательных этапа липиднойпероксидации в митохондриях: образование первичных (супероксидных)радикалов дыхательной цепью митохондрий, образование радикалов липидакомплексом цитохрома c с кардиолипином и цепное окисление липидов,инициированное этими радикалами [15, 19, 20, 23, 24, 27, 116, 120].
Этипроцессы можно считать ключевыми причинами развития апоптоза помитохондриальному пути.Дальнейшееразвитиеокислительногострессарасширяетобластьклеточных повреждений, вовлекая в них нуклеиновые кислоты. Ядерная ДНКустойчивее к действию АФК, чем митохондриальная [7]; при накоплениинерепарированных разрывов ДНК, белок - продукт гена p53 индуцируетразвитие апоптоза, преимущественно блокируя клетки в фазе G1/S клеточногоцикла [32].2.1.4 Возможность активации апоптоза в раковых клеткахРаковые клетки обладают свойством противостоять апоптозу, которыйорганизм использует для элиминации поврежденных, недееспособных илипросто уже не нужных клеток. Онкогенные мутации, которые нарушаютапоптоз, являются причиной инициации опухоли, её прогрессирования иметастазирования. В последние годы появляется все больше и большедоказательств того, что многие (а, возможно, и все) агенты противораковойхимиотерапии вызывают смерть опухолевых клеток in vitro и in vivo за счетзапуска механизмов апоптоза [81].
Противоопухолевые агенты, направленныена эти цели, перечислены в обзоре [74], где они классифицированы как15действующие на апоптотические белки внешнего, внутреннего и общего путиразвития апоптоза (см. также [119]). К сожалению, раковые клетки быстровырабатывают механизм выброса чужеродных, в том числе и противораковыхлекарственных средств. Необходим поиск и разработка более эффективнойраковой терапии. Каган и сотрудники показали, что для развития апоптозанеобходимо образование Цит-КЛ и проявление им пероксидазной активности.При этом, подразумевалось, что Цит-КЛ представляет из себя мембранносвязанный ЦитС. В связи с этим, новым подходом в борьбе с раковымиклетками может стать использование природного инициатора апоптоза –комплекса цитохрома с с кардиолипином.Разумно предположить, что, доставив ЦитС внутрь клетки, можноинициировать апоптоз в раковых клетках.
Однако для большинства белков, втом числе и для ЦитС, клеточные мембраны непроницаемы. С целью решенияданной проблемы в последнее время были предложены различные наносистемы внутриклеточной доставки ЦитС, такие как мезопористые наночастицкремнезема [127], наночастицы на полимерной основе [142] и наночастицы наоснове липопротеинов [107]. Большинство этих систем используют в качественосителя ЦитС синтетические соединения, т.
е. пытаются имитироватьестественное событие, используя не природные соединения. Против подобногорода соединений, равно как и против химических соединений, входящих всостав противораковых лекарственных препаратов, раковые клетки выработалимеханизмы, приводящие к развитию резистентности.В работе [179] для решения этой проблемы был использован природныйапоптоген – комплекс Цит-КЛ, который участвует в апоптозе в качествекатализатора липидной пероксидации. Полученные данные показаны на Рис.
1.Видно, что и те, и другие подвергаются апоптозу (зеленые столбики) и некрозу(красные столбики) под действием Цит-КЛ (СytC-TOCL). Эти данные могутпослужить началом создания нового типа лекарственных препаратов, которые,будучи элементами самой клетки, оказывают действие на раковые клетки,нечувствительные к синтетическим препаратам.16Рис. 1. Апоптогенное и цитотоксическое действие Цит-КЛ на раковые клеткияичника [179]А2780 – исходные раковые клетки.
A2780-Adr – клетки, обладающие резистентностьюк противораковым препаратам. Видно, что и те, и другие клетки подвергаютсяапоптозу (зеленые столбики) и некрозу (красные столбики) под действием Цит-КЛ(СytC-TOCL).Цитотоксическое действие комплекса Цит-КЛ в расчете на молярнуюконцентрацию ЦитС было очень эффективным. Значения IC50 составили 0,022мкМ и 0,037 мкм для обычных раковых клеток A2780 и резистентных клетокA2780-Adr, соответственно. В Табл.
1 дано сравнение значений IC50 наиболеечасто используемых противоопухолевых препаратов для лечения ракаяичников, взятые из базы данных геномики лекарственной чувствительности(GDSC) [186]. Видно, что Цит-КЛ значительно эффективнее большинствапрепаратов, проверенных на этой клеточной линии. Особенно важно, чточувствительные к лекарству клетки A5080-Adr были почти так жевосприимчивы к действию Цит-КЛ, как клетки их родительской клеточнойлинией A2780.
Между тем известно, что клеточные линии A5080-Adr в 18-6517раз более устойчивы к противораковым препаратам по сравнению с A2780 [126,130, 144].Табл. 1. Наиболее часто используемые противораковые лекарственные средства и ихзначения IC50 для линии клеток рака яичника человека A2780.СредствоIC50 (µM)Cisplatin4.9305-Fluorouracil1.970Doxorubicin0.069Methotrexate0.047Cyt-CL0.022Gemcitabine0.007Docetaxel0.0052.1.5 Окислительный стрессОкислительный стресс – это «дисбаланс между оксидантами иантиоксидантами в пользу оксидантов, что потенциально может привести кповреждению», термин был введён в научную литературу в 1985 году Г. Зисом[152].Ещё в начале XX века были описаны реакции образования гидроксильныхрадикалов под действием перекиси водорода в присутствии ионов железа [77](реакция двухвалентного железа с пероксидом водорода, в которой образуетсягидроксильный радикал была названа реакцией Фентона):Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH● + OH−Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + OOH● + H+Одним из основных радикалов при окислительном стрессе являетсясупероксид O2●−, образующийся при взаимодействии радикала семихинона18HQ●и молекулярного кислорода на внутренней стороне внутренней мембранымитохондрий и вступающий в ряд реакций, важнейшие из которых:Превращение в перекись водорода, катализируемое супероксиддисмутазой(СОД):●O2− + ●O2− + 2H+ → H2O2 + O2Переход трёхвалентного железа из железосерных центров в двухвалентноес высвобождением из них:●O2− + Fe3+ → O2 + Fe2+Образование пероксинитрита:●O2− + ●NO → ONOO−Пероксинитрит способствует активации перекисного окисления липидов,что в итоге ведёт к апоптозу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
