1.1.3. Пути передачи внутриклеточных сигналов к развитию апоптоза (частные события)

В процессе передачи внутриклеточного сигнала, приводя­щего к развитию апоптоза, существуют две фазы. Более ран­няя из них весьма вариабельна, и ее характер зависит от вида пусковых механизмов. Следующая фаза универсальна для всех разновидностей апоптоза (рис. 1.3, табл. 1.3).

Как уже указывалось выше, первая фаза передачи апопто-генного сигнала может быть различной в зависимости от вида сигнала, что иллюстрируют следующие примеры.

В случае Fas-зависимого апоптоза связывание Fas-лиганда с тримерным Fas-рецептором приводит к конформационным из­менениям в цитоплазматическом домене смерти Fas-рецептора. Это создает возможность его связывания с аналогичным доме­ном адапторной молекулы FADD (Fas-associated death domain), a затем — с таким же доменом белка RIP (Receptor interacting pro­tein) (см. рис. 1.2). Образующийся комплекс активирует фер­мент каспазу 8, или FLICE (FADD-like IL-ip-converting enzyme), что означает включение общего пути развития апоптоза (см. далее). Аналогичные события происходят при действии ФНО через рецептор TNFR1. Только в этом случае с рецептором взаи­модействует адапторный белок TRADD (TNFR-associated death domain), с которым связывают FADD и RIP (см. рис. 1.2).

В случаях передачи сигнала к апоптозу через рецепторы для антигена на начальных этапах используются факторы, уча­ствующие в запуске обычных активационных сигналов, преж­де всего ферменты тирозинкиназы, связанные с мембранными рецепторами (в случае связывания TCR — p56^lck и ZAP-70). Как и при активации лимфоцитов, передача сигнала регулиру­ется тирозинфосфатазами — CD45 и 1D.

Факторы и структура

Роль в развитии апоптоза

Рецепторы: Fas (Аро-1, CD95), рецептор ФНО (TNFR1), TCR-CD3, BCR

Молекулы, связанные с рецепторами: FADD, TRADD, RIP (связаны с Fas, TNFR1); тирозинкиназы р56^,ск, ZAP-70 (связаны с TCR-CD3)

Онкосупрессор и связанные с ним факторы: р53, p21

Факторы передачи активационного сигнала: Са^WAFI

²⁺, кальциневрин

Транскрипционные факторы: C-myc, Nur-77, ALG-2, ALG-3, NFAT, NFkB, TDAG51

Факторы, связанные с циклинами: Киназа p34^cdc, фосфатаза cdc25A

Факторы, контролирующие апоптоз: Ингибиторы: Bcl-2, Bc1-Xl, Mcll, Bfll, А20. Стимуляторы: Вах, Bcl-xs, Bad, Bak, Bik

Каспазы: Каспазы 1—13, Mch-6

Мишени каспаз в ядре: PARP (поли-АДФ-рибозилполиме-раза), Rb, топоизомераза I, ламин, фодрин, UlsnRNP, ДНК-зависимые протеинкиназы

Эндонуклеазы: Цитоплазматическая ДНК-полиме-раза I, ядерная I-подобная ДНК-полимераза, ядерная эндонуклеаза CAD, Са²⁺, Мв²⁺-зависимые эндо­нуклеазы р18 и р49

Вирусные факторы: р53 бакуловируса, СгтА вируса ос-повакцины, Е1В12 К аденовируса, BHR вируса Эпштейна—Барр

Воспринимают внешние сиг­налы к развитию апоптоза

Обеспечивают передачу апо-птогенных сигналов с ре­цепторов внутрь клетки

р53 воспринимает эндоген­ные сигналы к развитию апоптоза, р21 определяет их передачу

Внутриклеточная передача апоптогенного сигнала

Участвуют в активации генов, необходимой для реализации апоптоза

Провоцируют развитие апо­птоза, обеспечивая продви­жение клеток по циклу

Ингибиторы подавляют реа­лизацию программы гибели клетки, стимуляторы способ­ствуют ей

Конвергенция сигналов, при­водящих к реализации апо­птоза

Предположительно обеспечи­вают осуществление эффек-торной фазы (активации эн-донуклеаз, деградации ДНК)

Обусловливают деградацию хроматина, в частности меж-нуклеосомные разрывы ДНК

Подавляют развитие апоптоза клеток-мишеней вирусов

_I

Гибель клетки

Рис. 1.3. Сигнализация и последовательность внутриклеточных со­бытий при развитии апоптоза, индуцированного различными воздей­ствиями. Множественность пусковых механизмов и единство конеч­ных механизмов реализации апоптоза.

Стимулирование ключевого фермента активации лимфо­цитов — протеинкиназы С — форболовыми эфирами обычно предотвращает апоптоз, но в некоторых случаях, наоборот, может привести к его развитию. Повышение внутриклеточно­го уровня Са²⁺, как уже упоминалось, может служить сигналом к развитию апоптоза (в отличие от ситуации с активацией клетки, при этом не требуется активации протеинкиназы С). Эффект Са²⁺ реализуется, по-видимому, не столько через пря­мое стимулирование эндонуклеаз, сколько через включение механизма, связанного с активацией фосфатазы кальциневри-на, способствующей формированию транскрипционного фак­тора NF-AT, поскольку циклоспорин А и FK506, блокирую­щие активность кальциневрина, предотвращают развитие ак-тивационного апоптоза. Активация «дистальных» киназ, на­пример Raf-зависимых киназ МАР-каскада, подавляет разви­тие апоптоза.

Таким образом, сигнальные пути, приводящие к активации и апоптозу лимфоцитов, на начальных этапах передачи сигна­ла имеют общие компоненты.

В реализации апоптоза участвует ряд транскрипционных факторов, ответственных за активацию клеток (т.е. за их выход из фазы покоя в цикл) или за продвижение по циклу. К ним прежде всего относятся факторы Nur-77 и с-тус. Экс­прессия с-тус в условиях неполноты ростового сигнала приво­дит к экспрессии гена — активатора циклинзависимых ки­наз — фосфатазы cdc 25 А; их преждевременная экспрессия в клетках, не защищенных от реализации программы гибели, приводит эти клетки к выходу в цикл и автоматическому раз­витию апоптоза. Этот механизм срабатывает, в частности, при Fas-опосредованном апоптозе.

К механизмам выхода клеток в цикл также имеет отноше­ние уже упоминавшийся фактор, участвующий во включении механизма апоптоза, — р53 [Levine et al., 1994]. Этот белок на­зывают онкосупрессором, поскольку его присутствие приво­дит к гибели клеток с нарушениями в геноме, так как при му­тациях гена р53 и нарушении синтеза нативного белка р53 такие клетки выживают и становятся источником злокачест­венного роста. Белок р53 участвует также в индукции радиа­ционного апоптоза. В норме белок р53 не синтезируется, экс­прессия его гена индуцируется облучением, действием проти­воопухолевых химиопрепаратов и ряда других агентов. Пока не вполне ясно, каким образом он воспринимает сигнал о раз­рывах ДНК и других генетических нарушениях. Его участие в индукции апоптоза связано, с одной стороны, с активацией гена WAF, кодирующего ингибитор циклинзависимых киназ p21^WAF1/c , и провокацией вступления клетки в цикл (с учас­тием продуктов генов Rb и с-тус), а с другой стороны — с супрессией синтеза Вс1-2 и активацией фактора Вах, димерная форма которого активирует каспазу Ich-1, т.е. обусловливает переход ко второму — универсальному этапу индукции апо­птоза (см. далее).

К аналогичному результату приводят начальные события запуска гибели клеток-мишеней при действии на них цитоток-сических Т-лимфоцитов или естественных киллеров. В этих случаях в мембране клеток-мишеней в результате полимериза­ции перфорина образуются поры, и в эти клетки проникают гранзимы — протеазы, специфически разрывающие пептид­ные связи около остатков аргинина. Мишенями этих гранзи-мов служат неактивные предшественники сериновых протеаз, которые под влиянием гранзимов переходят в активную форму и участвуют в развитии апоптоза. Гранзимы (прежде всего гранзим В) благодаря активации киназы p34^cdc обуслов­ливают также несвоевременное вступление клетки в цикл.

Таким образом, ранние этапы передачи внутриклеточного сигнала, приводящего к развитию апоптоза, различны при действии разных индукторов. Для них характерно использова­ние факторов, участвующих в передаче других внутриклеточ­ных сигналов, в частности сигналов, приводящих к активации клетки. Эти различные пути приводят к одинаковым результа­там, обязательными компонентами которых являются актива­ция каспаз, способствующая развитию апоптоза, и неадекват­ное вступление клеток в цикл.