Каждый день в организме погибает большое количество клеток, а на смену им образуется равное количество новых.
Для поддержания клеточного гомеостаза организм постоянно удаляет ненужные, старые и потенциально опасные клетки.
Одним из известных механизмов клеточной гибели является клеточный апоптоз. Он представляет собой программируемый процесс на генетическом уровне.
Смерть клетки происходит согласно контролируемой программе.
Кроме того, клеточный апоптоз в отличие от некроза характеризуется «аккуратностью».
Мембрана погибшей клетки остается целой, содержимое клетки не покидает ее границ, а воспалительная реакция не активируется.
Этот механизм имеет важное значение для медицины, так как лежит в основе развития многих заболеваний.
Когда активируется апоптоз?
Физиологические ситуации:
- Разрушение клеток в процессе эмбриогенеза. Начальный этап развития организма сопровождается образованием избыточного клеточного материала, уничтожение которого происходит путем апоптоза в строго определённых местах и времени. Иначе говоря, гистогенез и органогенез тесно связаны с активацией апоптоза. Пример: удаление перепонок между зачатками пальцев.
- Инволюция гормонозависимых тканей после прекращения гормональной стимуляции. Пример: разрушение эндометрия во время менструального цикла, атрофия яичников в период менопаузы, постлактационное уменьшение молочной железы и атрофия простаты после кастрации.
- Ликвидация потенциально опасных лимфоцитов, которые могут реагировать на собственные ткани.
- Смерть клеток, которые уже послужили во благо организму. Например, гибель нейтрофилов при остром воспалительном ответе и лимфоцитов в конце иммунного ответа.
Патологические ситуации:
- Поврежденная ДНК. Радиоактивные и цитотоксические противоопухолевые препараты, а также гипоксия могут повредить ДНК либо напрямую, либо через производство свободных радикалов. Если система репарации не может справиться с повреждением, то клетка активирует внутренние механизмы, которые индуцируют апоптоз. Это является лучшей стратегией, так как существует риск злокачественного перерождения клеток.
- Накопление неправильно сложенных белков в эндоплазматическом ретикулуме. Это явление называется эндоплазматическим стрессом. Неправильно сложенные белки могут появится из-за мутаций в генах или при повреждениях свободными радикалами. Апоптоз, возникающий в результате таких накоплений, наблюдается, например, при нейродегенеративных заболеваниях (болезнь Альцгеймера, Паркинсона и др.).
- Гибель клеток при вирусных инфекциях. Потеря инфицированных клеток также обусловлена апоптозом, который может быть вызван вирусами (при аденовирусной и ВИЧ-инфекциях) или иммунной системой хозяина (при вирусном гепатите). За последнее отвечают цитотоксические Т-лимфоциты, которые убивают инфицированные клетки, устраняя резервуары инфекционного заболевания. Этот же механизм, опосредованный Т-клетками, наблюдается при гибели опухолевых клеток и при отторжении трансплантата.
Внутриклеточный протеолитический каскад
Активируют апоптоз внутриклеточные ферменты — каспазы (caspases). Они относятся к классу протеолитических ферментов (протеазы), так как расщепляют пептидные связи в белках. Буква «с» в «caspases» указывает на то, что в активном центре протеаз находится аминокислота цистеин, «asp» — на то, что расщепление последовательности аминокислот происходит после остатка аспарагиновой кислоты. Каспазы в клетке находятся в неактивной форме (в виде проферментов) и активируются только в процессе апоптоза.
Существует два класса каспаз: инициаторные (каспазы-2, -8, -9 и -10) и эффекторные (каспазы-3, -6 и -7). Первые отвечают за начало апоптоза, вторые же регулируют расщепление клеточных компонентов. Процесс развивается, как каскад, то есть состоит из нескольких ферментативных реакций. Субстратом на каждой стадии является белок, который в результате реакции превращается в активный фермент. Этот фермент в свою очередь использует другой белок в качестве субстрата, превращая его в активный фермент. И так повторяется несколько раз.
Каспазами разрушается множество белков, среди которых белки ядерной пластинки и белок-ингибитор активности эндонуклеазы. Расщепление последнего ведет к тому, что эндонуклеаза начинает разрезать ДНК. Разрушаются белки цитоскелета и клеточной адгезии, которые соединяют клетки друг с другом. Такой каспазный каскад необратим.
В препарате находится комбинация 3 сенолитических агентов, ингибиторов нескольких членов семейства антиапоптотических белков.
Ингибирует Bcl-xL, Bcl-2/Bcl-xL/Bcl-w, Bcl-2/Bcl-xL или Bcl-xL/Bcl-w.
Один из самых важных продуктов компании «Сово-Сова».
Является базовым препаратом для омоложения, восстановления организма.
Предназначен для профилактики заболеваний, расстройств ассоциированных со стареющими клетками.
Он способствует задержке и остановке возрастных расстройств и заболеваний.
Активизирует механизм запрограммированной гибели старых клеток.
Облегчает их удаление и замену новыми.
Супресен удаляет до 20-25% старых клеток.
Терапия онкологических заболеваний и апоптоз
Ингибирование апоптоза лежит в основе развития всех опухолей. А значит, наиболее очевидной стратегией лечения является нацеленность на причины, которые подавляют гибель клеток. Для преодоления антиапоптотического эффекта белков Bcl-2 и Bcl-xL в опухолевых заболеваниях существует три стратегии:
- прекращение транскрипции их генов,
- разрушение мРНК с помощью антисмысловых олигонуклеотидов,
- атака мелкомолекулярными препаратами.
Стратегия первая
Некоторые стероиды и ретиноиды активируют транскрипционные факторы, которые регулируют синтез мРНК. Они представляют собой потенциально «лекарственные» модуляторы транскрипции гена Bcl-2 и Bcl-xL. Например, экспрессия Bcl-2 зависит от эстрогена в молочной железе.
Следовательно, антиэстрогены, такие как тамоксифен, ингибируют экспрессию Bcl-2 в клеточных линиях рака молочной железы, способствуя развитию чувствительности к цитотоксическим противоопухолевым препаратам, таким как доксорубицин.
Стратегия вторая
Антисмысловые олигонуклеотиды — цель на мРНК. Антисмысловые олигонуклеотиды (Antisense oligonucleotides) представляют собой короткие последовательности одноцепочечной ДНК, которые могут связываться с мРНК, что сопровождается ее разрушением.
Один из перспективных препаратов — облимерсен натрия. Он представляет собой натриевую соль фосфоротиоатного антисмыслового олигонуклеотида. Препарат ингибирует мРНК гена Bcl-2. Он был успешно протестирован в сочетании с другими противораковыми агентами при различных типах рака, таких как множественная миелома, мелкоклеточный рак легких, меланома и неходжкинская лимфома.
Модификация искусственных нуклеотидов делает нуклеотидную цепь устойчивой к расщеплению нуклеазами и повышают период полувыведения в организме. В данном случае использовалось добавление фосфоротиоата (PS) в основную цепь (замена одного из кислородных остатков фосфатной цепи на серу)
Стратегия третья
BH3 миметики — это вещества, связывающиеся с рецепторами белков, на которые действуют сами BH3. Они необходимы для активации апоптоза. Эти белки нейтрализуют антиапоптотическое белки Bcl2 или активируют Bak и Bax. Разработаны BH3-имитирующие молекулы, выполняющие те же функции, что и BH3 белки.
Например, вещество ABT-737, которое ингибирует Bcl2-белки. BH3-белки, взаимодействуют с длинной гидрофобной канавкой в белке Bcl2, тем самым инактивируя последние. Препарат ABT-737 был спроектирован с помощью кристаллической структуры этой канавки.
Р53 в качестве лекарственной цели
Ген белка р53 отключен из-за мутаций примерно у 50% всех злокачественных опухолей. Повышение производства белка р53 в клетке может быть методом противораковой терапии. В нормальных клетках белок p53 обычно поддерживается на низком уровне, поскольку он подвержен ингибированию белком MDM2. В ответ на повреждения ДНК p53 видоизменяется.
Это позволяет ему избежать контроля MDM2 и начать накапливаться в клетке. Содержание гена MDM2 увеличено в некоторых типах опухолей, поэтому активного белка р53 становится меньше. Взаимодействие между p53 и MDM2 является мишенью в противораковой терапии. С этой целью были разработаны препараты, которые блокируют белок-белковые взаимодействия. Среди них Nutlin-3, ингибирующий взаимодействие p53/MDM2.
Большая часть того, что известно об апоптозе, стала понятна только недавно. Основная идея разработки терапевтических препаратов для лечения рака основана на том факте, что поврежденные клетки обычно встают на путь апоптоза, поддерживая нормальное для ткани количество клеток. Однако это явление сильно нарушается в раковых клетках. Обнаружение ключевых участников апоптоза и их взаимодействие с другими значимыми участниками создает условия для поиска новых методов терапии рака.