III Regolatori della proliferazione. Guida allo studio: Meccanismi molecolari della regolazione del ciclo cellulare Regolazione dei processi di proliferazione Tabella

1. Fattori di crescita(macrofagi, linfociti, fibroblasti, piastrine, ecc.) - stimolazione della proliferazione e limitazione dell'apoptosi.

2. Keylon- inibitori della crescita tessuto-specifici della glicoproteina.

3. fibronectina- chemiotattico dei fibroblasti.

4. Laminina- la principale proteina adesiva delle membrane basali.

5. Syndekan-proteoglicano integrale delle membrane cellulari, lega il collagene, la fibronectina e la trombospondina.

6. Trombospondina- la glicoproteina, forma complessi con syndecan, collagene ed eparina, svolge un ruolo significativo nell'assemblaggio del tessuto osseo.

La formazione e la realizzazione degli effetti delle sostanze biologicamente attive (BAS) è uno degli anelli chiave dell'infiammazione. BAS assicura la natura regolare dello sviluppo dell'infiammazione, la formazione delle sue manifestazioni generali e locali, nonché i risultati dell'infiammazione. Ecco perché BAS è spesso indicato come mediatori infiammatori.

Mediatori infiammatori- si tratta di segnali chimici locali che si formano, rilasciano o si attivano nel focolaio dell'infiammazione, agiscono e si distruggono anche all'interno del focolaio. I mediatori dell'infiammazione (mediatori) sono sostanze biologicamente attive responsabili dell'insorgenza o del mantenimento di alcuni fenomeni infiammatori, come l'aumento della permeabilità vascolare, l'emigrazione, ecc.

Si tratta delle stesse sostanze che, nelle condizioni di vita normale dell'organismo, essendosi formate in vari organi e tessuti in concentrazioni fisiologiche, sono responsabili della regolazione delle funzioni a livello cellulare e tissutale. Durante l'infiammazione, essendo rilasciati localmente (a causa dell'attivazione di cellule e mezzi liquidi) in grandi quantità, acquisiscono una nuova qualità: i mediatori dell'infiammazione. Quasi tutti i mediatori sono anche modulatori dell'infiammazione, cioè sono in grado di potenziare o attenuare la gravità dei fenomeni infiammatori. Ciò è dovuto alla complessità della loro influenza e alla loro interazione sia con le cellule che producono queste sostanze che tra loro. Di conseguenza, l'effetto di un mediatore può essere additivo (additivo), potenziante (sinergico) e indebolinte (antagonista) e l'interazione dei mediatori è possibile a livello della loro sintesi, secrezione o effetti.

Il collegamento del mediatore è il principale nella patogenesi dell'infiammazione. Coordina l'interazione di molte cellule - effettori dell'infiammazione, il cambiamento delle fasi cellulari al centro dell'infiammazione. Di conseguenza, la patogenesi dell'infiammazione può essere immaginata come una catena di molteplici interazioni intercellulari regolate da mediatori-modulatori dell'infiammazione.

I mediatori dell'infiammazione determinano lo sviluppo e la regolazione dei processi di alterazione (compresi i cambiamenti nel metabolismo, i parametri fisico-chimici, la struttura e la funzione), lo sviluppo delle reazioni vascolari, l'essudazione fluida e l'emigrazione delle cellule del sangue, la fagocitosi, la proliferazione e i processi riparativi al centro dell'infiammazione.

La maggior parte dei mediatori svolge le proprie funzioni biologiche agendo specificamente sui recettori delle cellule bersaglio. Tuttavia, alcuni di essi hanno un'attività enzimatica o tossica diretta (ad esempio, idrolasi lisosomiali e radicali reattivi dell'ossigeno). Le funzioni di ciascun mediatore sono regolate dai corrispondenti inibitori.

Il plasma sanguigno e le cellule infiammatorie possono fungere da fonti di mediatori dell'infiammazione. In accordo con ciò, si distinguono 2 grandi gruppi di mediatori dell'infiammazione: umorale e cellulare. Umorale

i mediatori sono principalmente rappresentati da polipeptidi che circolano costantemente nel sangue in uno stato inattivo e sono sintetizzati principalmente nel fegato. Questi mediatori costituiscono il cosiddetto Il polisistema sentinella del plasma sanguigno. Mediatori cellulari possono essere sintetizzati de novo (p. es., metaboliti dell'acido arachidonico) o rilasciati dai depositi cellulari (p. es., istamina). Le fonti di mediatori cellulari al centro dell'infiammazione sono principalmente macrofagi, neutrofili e basofili.

Dei mediatori infiammatori umorali, i più importanti sono derivati ​​del complemento. Tra le quasi 20 diverse proteine ​​formate durante l'attivazione del complemento, i frammenti C5a, C3a, C3b e il complesso C5b-C9 sono direttamente correlati all'infiammazione. Allo stesso tempo, C5a e, in misura minore, C3a sono mediatori dell'infiammazione acuta. C3b opsonizza l'agente patogeno e quindi promuove l'adesione immunitaria e la fagocitosi. Il complesso C5b-C9 è responsabile della lisi dei microrganismi e delle cellule patologicamente alterate. La fonte del complemento è il plasma sanguigno e, in misura minore, il fluido tissutale. Una maggiore fornitura di complemento plasmatico al tessuto è uno degli scopi importanti dell'essudazione. C5a, formato da esso nel plasma e nel fluido tissutale sotto l'influenza della carbossipeptidasi N, C5a des Arg e C3a aumenta la permeabilità delle venule postcapillari. Allo stesso tempo, C5a e C3a, essendo anafilatossine (cioè liberatori di istamina dai mastociti), aumentano la permeabilità sia direttamente che indirettamente attraverso l'istamina.L'effetto di C5a des Arg non è associato all'istamina, ma è dipendente dai neutrofili, cioè permeabilità fattori rilasciati dai granulociti polimorfonucleati - enzimi lisosomiali e proteine ​​​​cationiche non enzimatiche, metaboliti dell'ossigeno attivo. Inoltre, C5a e C5a des Arg attirano i neutrofili. Al contrario, C3a non ha praticamente proprietà chemiotattiche. I componenti attivi del complemento rilasciano non solo istamina e prodotti granulocitici, ma anche interyakin-1, prostaglandine, leucotrieni, fattore di attivazione piastrinica e interagiscono sinergicamente con le prostaglandine e la sostanza P.

kinins- peptidi vasoattivi formati da chininogeni (alfa2-globuline) sotto l'influenza di callicreine nel plasma (bradichinina nonapeptide) e nel fluido tissutale (lisilbradichinina decapeptide o callidina). Il fattore scatenante per l'attivazione del sistema callicreina-chinina è l'attivazione del fattore Hageman (XII fattore di coagulazione del sangue) in caso di danno tissutale, che converte le precallicreine in callicreine.

Le chinine mediano l'espansione delle arteriole e aumentano la permeabilità delle venule mediante la contrazione delle cellule endoteliali. Contraggono la muscolatura liscia delle vene e aumentano la pressione intracapillare e venosa. Le chinine inibiscono l'emigrazione dei neutrofili, modulano la distribuzione dei macrofagi, stimolano la migrazione e la mitogenesi dei linfociti T e la secrezione delle linfochine. Aumentano anche la proliferazione dei fibroblasti e la sintesi del collagene e quindi possono essere importanti nei fenomeni riparativi e nella patogenesi dell'infiammazione cronica.

Uno degli effetti più significativi delle chinine è l'attivazione dei riflessi stimolando le terminazioni dei nervi sensoriali e mediando così il dolore infiammatorio. Le chinine causano o aumentano il rilascio di istamina dai mastociti, la sintesi di prostaglandine da parte di molti tipi di cellule, quindi alcuni dei loro effetti principali - vasodilatazione, contrazione della muscolatura liscia, dolore - sono associati al rilascio di altri mediatori, in particolare le prostaglandine.

L'attivazione del fattore Hageman innesca non solo il processo di formazione della chinina, ma anche la coagulazione del sangue e la fibrinolisi. In questo caso si formano mediatori come i fibrinopeptidi e i prodotti di degradazione della fibrina, che sono potenti chemoattrattivi. Inoltre, la fibrinolisi e la formazione di coaguli di sangue nei vasi del focus sono essenziali sia nei fenomeni patologici che protettivi dell'infiammazione.

Dei mediatori cellulari di fondamentale interesse sono eicosanoidi poiché molto probabilmente sono l'anello mediatore centrale della reazione infiammatoria. Ciò è evidenziato dal mantenimento a lungo termine della produzione di eicosanoidi nel focus, dalla loro stretta relazione con l'evento chiave del processo infiammatorio - l'infiltrazione dei leucociti e dal potente effetto antinfiammatorio degli inibitori della loro sintesi.

Il ruolo principale nella produzione di eicosanoidi al centro dell'infiammazione è svolto dai leucociti, in particolare monociti e macrofagi, sebbene siano formati da quasi tutti i tipi di cellule nucleari su stimolazione di quest'ultimo. Gli eicosanoidi predominanti al centro dell'infiammazione sono quasi sempre la prostaglandina (PG) E2, il leucotriene (LT) B4 e l'acido 5-idrossiicosatetraenoico (5-HETE). Si formano anche trombossano (Tx) A2, PGF2alfa, PGD2, prostaciclina (PG12), LTS4, LTD4, LTE4 e altri GETE, sebbene in quantità minore.

I principali effetti degli eicosanoidi nell'infiammazione sono sui leucociti. PG, Tx e soprattutto LT sono potenti agenti chemiotattici e svolgono quindi un ruolo importante nei meccanismi di autosostenimento dell'infiltrazione leucocitaria. I PG di per sé non aumentano la permeabilità vascolare, ma, essendo forti vasodilatatori, aumentano l'iperemia e, di conseguenza, l'essudazione. LTC4, JITD4, LTE4 aumentano la permeabilità vascolare mediante contrazione diretta delle cellule endoteliali e LTV4 agisce come mediatore dipendente dai neutrofili. PG e LT sono importanti nella genesi del dolore infiammatorio. Allo stesso tempo, la PGE2, senza avere un'attività diretta del dolore, aumenta la sensibilità dei recettori delle terminazioni nervose del dolore afferente alla bradichinina e all'istamina. La PGE2 è un potente agente antipiretico e la febbre durante l'infiammazione può essere in parte dovuta al suo rilascio. I PG svolgono un ruolo chiave nella modulazione del processo infiammatorio attraverso la regolazione bidirezionale dell'essudazione, dell'emigrazione e della degranulazione dei leucociti e della fagocitosi. Ad esempio, le PGE sono in grado di potenziare lo sviluppo dell'edema causato dall'istamina o dalla bradichinina, mentre la PGF2alfa, al contrario, può essere indebolita. Una relazione simile tra PGE e PGF2alfa si applica anche all'emigrazione leucocitaria.

Una gamma particolarmente ampia di interazioni con altri mediatori dell'infiammazione è caratteristica della LT. Interagiscono sinergicamente rispetto al broncospasmo con istamina, acetilcolina, PG e Tx, stimolano il rilascio di PG e Tx. La funzione modulatoria degli eicosanoidi viene svolta attraverso cambiamenti nel rapporto dei nucleotidi ciclici nelle cellule.

Fonti istamina sono basofili e mastociti. Serotonina(neurotrasmettitore) nell'uomo, oltre che in piccola quantità nei mastociti, si trova anche nelle piastrine e nelle cellule enterocromaffini. A causa del rapido rilascio durante la degranulazione dei mastociti , la capacità di modificare il lume dei microvasi e causare la contrazione diretta delle cellule endoteliali venulari, l'istamina e la serotonina sono considerati i principali mediatori dei disturbi microcircolatori iniziali al centro dell'infiammazione acuta e della fase immediata di aumento della permeabilità vascolare. L'istamina svolge un ruolo dualistico sia nei vasi che nelle cellule. Attraverso i recettori H2, dilata le arteriole e attraverso i recettori H1 restringe le venule e quindi aumenta la pressione intracapillare. Attraverso i recettori Hi, l'istamina stimola e attraverso i recettori Hg inibisce l'emigrazione e la degranulazione dei leucociti. Nel normale decorso dell'infiammazione, l'istamina agisce principalmente attraverso i recettori Hg sui neutrofili, limitandone l'attività funzionale, e attraverso i recettori Hi sui monociti, stimolandoli. Pertanto, insieme agli effetti vascolari pro-infiammatori, ha effetti cellulari anti-infiammatori. La serotonina stimola anche i monociti nel sito dell'infiammazione. L'istamina regola bidirezionalmente la proliferazione, la differenziazione e l'attività funzionale dei fibroblasti e, pertanto, può essere importante nei fenomeni riparativi. Gli effetti modulatori dell'istamina sono anche mediati dai nucleotidi ciclici.

Per quanto riguarda le interazioni delle ammine biogeniche al centro dell'infiammazione, è noto che l'istamina può innescare o migliorare la sintesi delle prostaglandine attraverso i recettori Hi e inibirla attraverso i recettori H. Le ammine biogeniche interagiscono sia tra loro che con bradichinina, nucleotidi e nucleosidi, sostanza P nell'aumentare la permeabilità vascolare. L'effetto vasodilatatore dell'istamina è potenziato in combinazione con acetilcolina, serotonina e bradichinina.

fonte principale enzimi lisosomiali al centro dell'infiammazione ci sono i fagociti - granulociti e monociti-macrofagi. Nonostante la grande importanza della fagocitosi nella patogenesi dell'infiammazione, i fagociti sono principalmente portatori mobili di mediatori-modulatori extracellulari secreti. Il rilascio di contenuti lisosomiali viene effettuato durante la loro stimolazione chemiotattica, migrazione, fagocitosi, danno, morte. I componenti principali dei lisosomi umani sono le proteinasi neutre elastasi, la catepsina G e le collagenasi contenute nei granuli primari, azzurrofili, dei neutrofili. Nei processi di protezione antimicrobica, inclusa l'infiammazione, le proteinasi appartengono ai fattori di "secondo ordine" dopo i meccanismi ossigeno-dipendenti (mieloperossidasi - perossido di idrogeno) e ossigeno-indipendenti come la lattoferrina e il lisozima. Forniscono principalmente la lisi di microrganismi già uccisi. I principali effetti delle proteinasi sono la mediazione e la modulazione dei fenomeni infiammatori, compreso il danno ai propri tessuti. Gli effetti mediatori e modulatori delle proteinasi si svolgono in relazione alla permeabilità vascolare, all'emigrazione, alla fagocitosi.

Un aumento della permeabilità vascolare sotto l'influenza degli enzimi lisosomiali si verifica a causa della lisi della matrice subendoteliale, dell'assottigliamento e della frammentazione delle cellule endoteliali ed è accompagnato da emorragia e trombosi. Formando o scomponendo le sostanze chemiotattiche più importanti, gli enzimi lisosomiali sono modulatori dell'infiltrazione leucocitaria. Prima di tutto, ciò riguarda i componenti del sistema del complemento e la callicreina-chinina.

Gli enzimi lisosomiali, a seconda della concentrazione, possono essi stessi potenziare o inibire la migrazione dei neutrofili. In relazione alla fagocitosi, anche le proteinasi neutre hanno una serie di effetti. In particolare, l'elastasi può formare opsonina C3b; C3b è anche importante per l'adesione delle particelle alla superficie dei neutrofili. Di conseguenza, il neutrofilo stesso fornisce un meccanismo per potenziare la fagocitosi. Sia la catepsina G che l'elastasi aumentano l'affinità del recettore Fc della membrana dei neutrofili per i complessi immunoglobulinici e, di conseguenza, migliorano l'efficienza di assorbimento delle particelle.

Inoltre, a causa della capacità degli enzimi lisosomiali di attivare i sistemi complemento, callicreina-chinina, coagulazione e fibrinolisi, rilasciare citochine e linfochine, l'infiammazione si dispiega e si autosostiene per lungo tempo.

La proprietà più importante proteine ​​cationiche non enzimatiche, contenuto sia nei granuli azzurrofili che in quelli specifici dei neutrofili, è la loro elevata attività microbicida. A questo proposito, sono in interazione sinergica con il sistema mieloperossidasi-perossido di idrogeno. Le proteine ​​cationiche vengono adsorbite sulla membrana caricata negativamente di una cellula batterica mediante interazione elettrostatica. Di conseguenza, la permeabilità e la struttura della membrana vengono disturbate e si verifica la morte del microrganismo, che è un prerequisito per la successiva efficace lisi delle sue proteinasi lisosomiali. Le proteine ​​cationiche rilasciate extracellularmente mediano l'aumento della permeabilità vascolare (principalmente inducendo la degranulazione dei mastociti e il rilascio di istamina), l'adesione e l'emigrazione dei leucociti.

fonte principale citochine(monochine) nell'infiammazione sono monociti e macrofagi stimolati. Inoltre, questi polipeptidi sono prodotti da neutrofili, linfociti, cellule endoteliali e di altro tipo. Le citochine più studiate sono l'interleuchina-1 (IL-1) e il fattore di necrosi tumorale (TNF). Le citochine aumentano la permeabilità vascolare (via neutrofila-dipendente), l'adesione e l'emigrazione dei leucociti. Insieme alle proprietà pro-infiammatorie, le citochine possono anche essere importanti nella difesa diretta del corpo, stimolando neutrofili e monociti a uccidere, assorbire e digerire i microrganismi invasori, oltre a migliorare la fagocitosi mediante opsonizzazione dell'agente patogeno.

Stimolando la pulizia della ferita, la proliferazione cellulare e la differenziazione, le citochine migliorano i processi riparativi. Insieme a questo, possono mediare la distruzione dei tessuti (degradazione della matrice cartilaginea e riassorbimento osseo) e, quindi, svolgere un ruolo nella patogenesi delle malattie del tessuto connettivo, in particolare l'artrite reumatoide.

L'azione delle citochine provoca anche una serie di effetti metabolici che sono alla base delle comuni manifestazioni di infiammazione: febbre, sonnolenza, anoressia, alterazioni metaboliche, stimolazione degli epatociti per una maggiore sintesi delle proteine ​​​​della fase acuta, attivazione del sistema sanguigno, ecc.

Le citochine interagiscono tra loro, con prostaglandine, neuropeptidi e altri mediatori.

I mediatori dell'infiammazione includono anche un certo numero di linfochine- polipeptidi prodotti da linfociti stimolati. Le linfochine più studiate che modulano la risposta infiammatoria sono il fattore inibitorio dei macrofagi, il fattore di attivazione dei macrofagi e l'interleuchina-2. Le linfochine coordinano l'interazione di neutrofili, macrofagi e linfociti, regolando così la risposta infiammatoria in generale.

Metaboliti attivi dell'ossigeno, Prima di tutto, i radicali liberi - radicale anione superossido, radicale idrossile HO, peridrossile, a causa della presenza di uno o più elettroni spaiati nella loro orbita esterna, hanno una maggiore reattività con altre molecole e, quindi, un significativo potenziale distruttivo, che è importante nella patogenesi dell'infiammazione. La fonte di radicali liberi, così come altri derivati ​​​​dell'ossigeno di mediatori e modulatori dell'infiammazione - perossido di idrogeno (H 2 0 2), ossigeno singoletto (f0 2), ipocloruro (HOC1) sono: scoppio respiratorio dei fagociti durante la loro stimolazione, arachidonico cascata acida nel processo di formazione di eicosanoidi, processi enzimatici nel reticolo endoplasmatico e perossisomi, mitocondri, citosol, nonché l'autossidazione di piccole molecole, come idrochinoni, leucoflavine, catecolamine, ecc.

Il ruolo dei metaboliti attivi dell'ossigeno nell'infiammazione consiste, da un lato, nell'aumentare la capacità battericida dei fagociti e, dall'altro, nelle loro funzioni mediatrici e modulatrici. Il ruolo di mediatore dei metaboliti dell'ossigeno attivo è dovuto alla loro capacità di causare perossidazione lipidica, ossidazione di proteine, carboidrati e danni agli acidi nucleici. Questi cambiamenti molecolari sono alla base dei fenomeni causati dai metaboliti dell'ossigeno attivo caratteristici dell'infiammazione: aumento della permeabilità vascolare (a causa del danno alle cellule endoteliali), stimolazione dei fagociti.

Ruolo modulatore , i metaboliti attivi dell'ossigeno possono consistere sia nell'aumentare i fenomeni infiammatori (inducendo il rilascio di enzimi e interagendo con essi nel danno tissutale; non solo iniziando, ma anche modulando la cascata dell'acido arachidonico), sia in effetti antinfiammatori (dovuti all'inattivazione dei lisosomi idrolasi e altri mediatori dell'infiammazione).

I metaboliti reattivi dell'ossigeno svolgono un ruolo importante nel mantenimento dell'infiammazione cronica.

Detti anche mediatori e modulatori dell'infiammazione neuropeptidi- sostanze rilasciate dalle fibre C come risultato dell'attivazione da parte di un agente infiammatorio dei nocicettori polimodali, che svolgono un ruolo importante nell'insorgenza dei riflessi degli assoni nei rami terminali dei neuroni afferenti primari (sensibili). I più studiati sono la sostanza P, il peptide correlato al gene della calcitonina, la neurochinina A. I neuropeptidi aumentano la permeabilità vascolare e questa capacità è ampiamente mediata da mediatori derivati ​​dai mastociti. Esistono giunzioni di membrana tra nervi non mielinizzati e mastociti che forniscono la comunicazione tra il sistema nervoso centrale e il centro dell'infiammazione.

I neuropeptidi interagiscono sinergicamente nell'aumentare la permeabilità vascolare sia tra loro che con istamina, bradichinina, C5a, fattore attivante piastrinico, leucotriene B4; antagonisticamente - con ATP e adenosina. Hanno anche un effetto potenziante sull'attrazione e sulla funzione citotossica dei neutrofili, migliorano l'adesione dei neutrofili all'endotelio della venula. Inoltre, i neuropeptidi aumentano la sensibilità dei nocicettori all'azione di vari mediatori, in particolare la prostaglandina E2 e la prostaciclina, partecipando così alla ricostruzione del dolore infiammatorio.

Oltre alle sostanze di cui sopra, includono anche i mediatori dell'infiammazione acetilcoliv e catecolamine, rilasciato per eccitazione della colina e delle strutture adrenergiche. L'acetilcolina provoca vasodilatazione e svolge un ruolo nel meccanismo del riflesso assonale dell'iperemia arteriosa durante l'infiammazione. La noradrenalina e l'epinefrina inibiscono la crescita della permeabilità vascolare, agendo principalmente come modulatori dell'infiammazione.

Cellulare proliferazione- aumento del numero di cellule per mitosi,

portando alla crescita del tessuto, a differenza di un altro modo per aumentarlo

masse (ad esempio, edema). Le cellule nervose non proliferano.

Nell'organismo adulto, i processi di sviluppo associati a

con divisione cellulare e specializzazione. Questi processi possono essere entrambi

piccolo fisiologico, e finalizzato al ripristino dell'or-

organismo a causa della violazione della sua integrità.

Il significato della proliferazione in medicina è determinato dalla capacità delle cellule

corrente di diversi tessuti alla divisione. Il processo di guarigione è associato alla divisione cellulare.

guarigione delle ferite e riparazione dei tessuti dopo interventi chirurgici.

La proliferazione cellulare è alla base della rigenerazione (recupero)

parti perdute. Il problema della rigenerazione è di interesse per

medicinali, per chirurgia ricostruttiva. Distinguere tra fisiologico

rigenerazione riparativa e patologica.

Fisiologico- ripristino naturale di cellule e tessuti in

ontogenesi. Ad esempio, il cambiamento dei globuli rossi, le cellule epiteliali della pelle.

Riparativo- recupero dopo danneggiamento o morte dell'adesivo

corrente e tessuti.

Patologico- proliferazione di tessuti non identici ai tessuti sani

mmm. Ad esempio, la crescita del tessuto cicatriziale nel sito di un'ustione, cartilagine - a

sito di frattura, moltiplicazione delle cellule del tessuto connettivo nel sito del nostro

tessuto cervicale del cuore, un tumore canceroso.

Recentemente, è stata consuetudine dividere le cellule dei tessuti animali secondo

capacità di dividersi in 3 gruppi: labile, stabile e statico.

A labile includere celle che possono essere aggiornate rapidamente e facilmente

durante la vita dell'organismo (cellule del sangue, epitelio, muco

fermare il tratto gastrointestinale, l'epidermide, ecc.).

A stabile includere cellule di organi come il fegato, il pancreas

ghiandola, ghiandole salivari, ecc., che rilevano limitato

nuova capacità di dividere.

A statico includono le cellule del miocardio e del tessuto nervoso, che

la segale, secondo la maggior parte dei ricercatori, non condivide.

Lo studio della fisiologia cellulare è essenziale per comprenderla.

il livello togenetico dell'organizzazione dei viventi ei meccanismi di autoregolazione

cellule che assicurano il funzionamento olistico dell'intero organismo.

Capitolo 6

GENETICA COME LA SCIENZA. REGOLARITA'

EREDITÀ SEGNI

6.1 Oggetto, compiti e metodi della genetica

Ereditarietà e variabilità sono proprietà fondamentali

esseri viventi, poiché sono caratteristici degli esseri viventi di qualsiasi livello di organizzazione

declassamento. La scienza che studia i modelli di ereditarietà e cambiamento

vosti, si chiama genetica.

La genetica come scienza studia l'ereditarietà e l'ereditarietà

volatilità, vale a dire, tratta co Prossimo i problemi:

1) conservazione delle informazioni genetiche;

2) trasferimento di informazioni genetiche;

3) implementazione dell'informazione genetica (il suo uso in uno specifico

segni di un organismo in via di sviluppo sotto l'influenza dell'ambiente esterno);

4) cambiamento delle informazioni genetiche (tipi e cause dei cambiamenti,

meccanismi).

La prima fase nello sviluppo della genetica - 1900-1912 Dal 1900 - ri-

coprendo le leggi di G. Mendel dagli scienziati H. De Vries, K. Correns, E. Cher-

papavero. Riconoscimento delle leggi di G. Mendel.

Seconda fase 1912-1925 - la creazione della teoria cromosomica di T. Mor-

Ghana. Terza fase 1925-1940 - scoperta della mutagenesi artificiale e

processi genetici dell'evoluzione.

Quarta tappa 1940–1953 - ricerca sul controllo genico

processi fisiologici e biochimici.

La quinta tappa dal 1953 ad oggi è lo sviluppo del molecolare

biologia.

Erano note informazioni separate sull'ereditarietà dei tratti

per molto tempo, tuttavia, la base scientifica per la trasmissione dei segni è stata la prima

esposto da G. Mendel nel 1865 nell'opera: “Esperimenti sulla pianta

ibridi". Queste erano idee avanzate, ma i contemporanei non hanno dato

il significato della sua scoperta. Il concetto di "gene" non esisteva ancora a quel tempo, e G. Men-

del ha parlato delle "inclinazioni ereditarie" contenute nelle cellule sessuali

kah, ma la loro natura era sconosciuta.

Nel 1900, indipendentemente l'uno dall'altro, H. De Vries, E. Chermak e K. Kor-

Rens riscoprì le leggi di G. Mendel. Quest'anno è considerato l'anno di nascita

della genetica come scienza. Nel 1902 T. Boveri, E. Wilson e D. Setton realizzarono

Lali ha suggerito la relazione di fattori ereditari con i cromosomi.

Nel 1906 W. Betson introdusse il termine "genetica" e nel 1909 W. Johansen -

"gene". Nel 1911, T. Morgan e colleghi formularono i principi fondamentali

zheniya teoria cromosomica dell'ereditarietà. Hanno dimostrato che i geni

situato in determinati loci di cromosomi in un ordine lineare,

un certo segno.

I principali metodi di genetica: ibridologico, citologico e

matematico. La genetica utilizza attivamente i metodi di altri correlati

scienze: chimica, biochimica, immunologia, fisica, microbiologia, ecc.

Il ciclo cellulare è il periodo della vita di una cellula da una divisione all'altra, o dalla divisione alla morte. Il ciclo cellulare è costituito dall'interfase (un periodo al di fuori della divisione) e dalla divisione cellulare stessa.

Alla fine del periodo G1, è consuetudine distinguere un momento speciale chiamato punto R (punto di restrizione, punto R), dopodiché la cellula entra necessariamente nel periodo S entro poche ore (di solito 1-2). Il periodo di tempo tra il punto R e l'inizio del periodo S può essere considerato propedeutico alla transizione al periodo S.

Il processo più importante che avviene nel periodo S è il raddoppio o la duplicazione del DNA. Tutte le altre reazioni che si verificano in questo momento nella cellula mirano a garantire la sintesi del DNA. Tali processi ausiliari includono la sintesi di proteine ​​istoniche, la sintesi di enzimi che regolano e assicurano la sintesi di nucleotidi e la formazione di nuovi filamenti di DNA.

Il passaggio della cellula attraverso tutti i periodi del ciclo cellulare è strettamente controllato. Quando le cellule si muovono attraverso il ciclo cellulare, in esse compaiono e scompaiono speciali molecole regolatrici, attivate e inibite, che forniscono: 1) il passaggio della cellula attraverso un certo periodo del ciclo cellulare e 2 il passaggio da un periodo all'altro. Inoltre, il passaggio attraverso ogni periodo, così come il passaggio da un periodo all'altro, è controllato da varie sostanze. Ora proveremo a scoprire cosa sono queste sostanze e cosa fanno.

La situazione generale si presenta così. La cellula contiene costantemente speciali proteine ​​enzimatiche che, mediante fosforilazione di altre proteine ​​(tramite residui di serina, tirosina o treonina nella catena polipeptidica), regolano l'attività dei geni responsabili del passaggio della cellula attraverso un particolare periodo del ciclo cellulare. Queste proteine ​​enzimatiche sono chiamate protein chinasi ciclina-dipendenti (cdc). Ne esistono diverse varietà, ma hanno tutte proprietà simili. Sebbene il numero di queste protein chinasi dipendenti dalla ciclina possa variare in diversi periodi del ciclo cellulare, esse sono costantemente presenti nella cellula, indipendentemente dal periodo del ciclo cellulare, cioè sono presenti in eccesso. In altre parole, la loro sintesi o quantità non limita né regola il passaggio delle cellule attraverso il ciclo cellulare. Tuttavia, in patologia, se la loro sintesi è compromessa, il loro numero è ridotto o ci sono forme mutanti con proprietà alterate, allora questo, ovviamente, può influenzare il corso del ciclo cellulare.

Perché tali chinasi proteiche dipendenti dalla ciclina non sono in grado di regolare il passaggio delle cellule attraverso i periodi del ciclo cellulare? Si scopre che si trovano nelle cellule in uno stato inattivo e, affinché si attivino e inizino a funzionare, sono necessari attivatori speciali. Sono cicline. Ne esistono anche di molti tipi diversi, ma non sempre sono presenti nelle cellule: compaiono e scompaiono. Nelle diverse fasi del ciclo cellulare si formano diverse cicline che, legandosi a Cdk, formano diversi complessi Cdk-ciclina. Questi complessi regolano diverse fasi del ciclo cellulare e sono quindi chiamati G1-, G1/S-, S- e M-Cdk (Figura dalle mie figure cicline). Ad esempio, il passaggio di una cellula attraverso il periodo G1 del ciclo cellulare è fornito da un complesso di protein chinasi-2 ciclina-dipendente (cdk2) e ciclina D1, protein chinasi-5 ciclina-dipendente (cdk5) e ciclina D3. Il passaggio attraverso uno speciale punto di restrizione (punto R) del periodo G1 controlla il complesso di cdc2 e ciclina C. La transizione della cellula dal periodo G1 del ciclo cellulare al periodo S è controllata dal complesso di cdk2 e ciclina E. La transizione della cellula dal periodo S al periodo G2 richiede il complesso cdk2 e la ciclina A. La proteina chinasi-2 ciclina-dipendente (cdc2) e la ciclina B sono coinvolte nella transizione della cellula dal periodo G2 a mitosi (periodo M). La ciclina H in combinazione con cdk7 è necessaria per la fosforilazione e l'attivazione di cdc2 in complesso con ciclina B.

Le cicline sono una nuova classe di proteine ​​scoperte da Tim Hunt che svolgono un ruolo chiave nel controllo della divisione cellulare. Il nome "cicline" è apparso a causa del fatto che la concentrazione di proteine ​​\u200b\u200bdi questa classe cambia periodicamente in base alle fasi del ciclo cellulare (ad esempio, cade prima dell'inizio della divisione cellulare).

La prima ciclina fu scoperta da Hunt all'inizio degli anni '80 mentre faceva esperimenti con uova di rana e di riccio di mare. Successivamente, le cicline sono state trovate in altri esseri viventi.

Si è scoperto che queste proteine ​​\u200b\u200bsono cambiate poco nel corso dell'evoluzione, così come il meccanismo di controllo del ciclo cellulare, che è passato dalle semplici cellule di lievito all'uomo in una forma "in scatola".

Timothy Hunt (R. Timothy Hunt), insieme al collega inglese Paul M. Nurse e all'americano Leland H. Hartwell, ha ricevuto il premio Nobel per la fisiologia o la medicina nel 2001 per la scoperta dei meccanismi genetici e molecolari della regolazione del ciclo cellulare - un processo che è essenziale per la crescita, lo sviluppo e l'esistenza stessa degli organismi viventi

Punti di controllo del ciclo cellulare

1. Il punto di uscita dalla fase G1, chiamato Inizio - nei mammiferi e punto di restrizione nel lievito. Dopo aver attraversato il punto di restrizione R alla fine di G1, l'inizio di S diventa irreversibile, cioè vengono avviati i processi che portano alla successiva divisione cellulare.
2. Punto S - verifica dell'accuratezza della replica.

3. Punto G2/M-transizione - verifica del completamento della replica.
4. Transizione dalla metafase all'anafase della mitosi.

Regolazione della replica

Prima dell'inizio della replicazione Sc, il complesso ORC (complesso di riconoscimento dell'origine) risiede su ori, l'origine della replicazione. Cdc6 è presente durante tutto il ciclo cellulare, ma la sua concentrazione aumenta all'inizio di G1, dove si lega al complesso ORC, a cui si uniscono poi le proteine ​​Mcm per formare il complesso pre-replicativo (pre-RC). Dopo l'assemblaggio pre-RC, la cella è pronta per la replica.

Per avviare la replicazione, S-Cdk si lega a una protein chinasi (?), che fosforila pre-RC. Allo stesso tempo, Cdc6 si dissocia da ORC dopo l'inizio della replicazione e viene fosforilata, dopodiché viene ubiquitinata da SCF e degradata. Le modifiche a pre-RC impediscono il riavvio della replica. S-Cdk fosforila anche alcuni complessi proteici Mcm, che ne innescano l'esportazione dal nucleo. La successiva defosforilazione delle proteine ​​riavvierà il processo di formazione del pre-RC.

Le cicline sono attivatori di Cdk. Le cicline, così come le Cdk, sono coinvolte in vari processi oltre al controllo del ciclo cellulare. Le cicline sono suddivise in 4 classi a seconda del tempo di azione nel ciclo cellulare: cicline G1/S, S, M e G1.
Le cicline G1/S (Cln1 e Cln2 in S. cerevisiae, ciclina E nei vertebrati) raggiungono il picco nella tarda fase G1 e diminuiscono nella fase S.

Il complesso G1/S ciclina-Cdk innesca l'inizio della replicazione del DNA disattivando vari sistemi che inibiscono la fase S Cdk nella fase G1. Le cicline G1/S avviano anche la duplicazione del centrosoma nei vertebrati e la formazione del corpo del fuso nel lievito. La diminuzione dei livelli di G1/S è accompagnata da un aumento della concentrazione di S cicline (Clb5, Clb6 in Sc e ciclina A nei vertebrati), che forma il complesso S ciclina-Cdk, che stimola direttamente la replicazione del DNA. Il livello di ciclina S rimane elevato durante le fasi S, G2 e l'inizio della mitosi, dove assiste all'inizio della mitosi in alcune cellule.

Le cicline M (Clb1,2,3 e 4 in Sc, ciclina B nei vertebrati) compaiono per ultime. La sua concentrazione aumenta quando la cellula entra in mitosi e raggiunge il suo massimo in metafase. Il complesso M-ciclina-Cdk include l'assemblaggio del fuso e l'allineamento dei cromatidi fratelli. La sua distruzione in anafase porta all'uscita dalla mitosi e dalla citocinesi. Le cicline G1 (Cln3 in Sc e ciclina D nei vertebrati) aiutano a coordinare la crescita cellulare con l'ingresso in un nuovo ciclo cellulare. Sono insoliti perché la loro concentrazione non cambia con la fase del ciclo cellulare, ma cambia in risposta a segnali regolatori di crescita esterni.

Morte cellulare programmata

Nel 1972, Kerr et al. ha pubblicato un articolo in cui gli autori hanno presentato prove morfologiche dell'esistenza di un tipo speciale di morte cellulare che differisce dalla necrosi, che hanno chiamato "apoptosi". Gli autori hanno riferito che i cambiamenti strutturali nelle cellule durante l'apoptosi passano attraverso due fasi:

1° - la formazione di corpi apoptotici,

2o - la loro fagocitosi e distruzione da parte di altre cellule.

Le cause della morte, i processi della natura morfologica e biochimica dello sviluppo della morte cellulare possono essere diversi. Tuttavia, possono essere chiaramente suddivisi in due categorie:

1. Necrosi (dal greco pekrosis - necrosi) e

2. Apoptosi (dalle radici greche, che significa "cadere" o "disintegrazione"), che è spesso chiamata morte cellulare programmata (PCD) o anche suicidio cellulare (Fig. 354).

Due percorsi di morte cellulare

a – apoptosi (morte cellulare pronunciata): / – contrazione specifica della cellula e condensazione della cromatina, 2 – frammentazione del nucleo, 3 – frammentazione del corpo cellulare in un numero di corpi apoptotici; b - necrosi: / - gonfiore della cellula, componenti vacuolari, condensazione della cromatina (carioressi), 2 - ulteriore gonfiore degli organelli della membrana, lisi della cromatina nucleare (cariolisi), 3 - rottura dei componenti della membrana della cellula - lisi cellulare

N. è la forma non specifica più frequente di morte cellulare. Può essere causato da gravi danni alla cellula a seguito di traumi diretti, radiazioni, esposizione ad agenti tossici per ipossia, lisi cellulare mediata dal complemento, ecc.

Il processo necrotico passa attraverso una serie di fasi:

1) paranecrosi - simile ai cambiamenti necrotici, ma reversibili;

2) necrobiosi - alterazioni distrofiche irreversibili, caratterizzate dalla predominanza delle reazioni cataboliche su quelle anaboliche;

3) morte cellulare, il cui momento di insorgenza è difficile da stabilire;

4) autolisi - decomposizione di un substrato morto sotto l'azione di enzimi idrolitici di cellule morte e macrofagi. In termini morfologici, la necrosi equivale all'autolisi.

Nonostante l'enorme numero di lavori, non esiste una definizione concordata e precisa del concetto di "apoptosi".

L'aloptosi è solitamente caratterizzata come una forma speciale di morte cellulare, diversa dalla necrosi in termini di caratteristiche morfologiche, biochimiche, genetiche molecolari e di altro tipo.

A. è la morte cellulare causata da segnali interni o esterni, che di per sé non sono tossici o distruttivi. A. è un processo attivo che richiede energia, trascrizione genica e sintesi proteica denovo.

È stato trovato un numero significativo di agenti che causano l'apoptosi di queste cellule, oltre alle radiazioni e ai glucocorticoidi:

Ionofori Ca2+

adenosina

AMP ciclico

Tributilstagno

ipertermia

Lo studio della cinetica della degradazione del DNA nelle cellule linfoidi in vivo e in vitro ha mostrato:

I primi segni distinti di decadimento compaiono, di norma, più di 1 ora dopo l'esposizione, più spesso entro la fine della 2a ora.

La frammentazione internucleosomica continua per diverse ore e termina principalmente in 6, meno spesso 12 ore dopo l'esposizione.

Immediatamente dopo l'inizio della degradazione, l'analisi rivela un gran numero di piccoli frammenti di DNA e il rapporto tra frammenti grandi e piccoli non cambia significativamente durante l'apoptosi.

L'uso di inibitori della sintesi di ATP, della trascrizione proteica e genica rallenta il processo di apoptosi. Non esiste tale dipendenza nel caso di N.

Come si può vedere dal confronto delle definizioni di necrosi e apoptosi, ci sono sia somiglianze che differenze significative tra i due tipi di morte cellulare.

La morte cellulare è regolata dalle interazioni intercellulari in vari modi. Molte cellule in un organismo multicellulare hanno bisogno di segnali per rimanere in vita. In assenza di tali segnali o fattori trofici, le cellule sviluppano un programma di "suicidio" o morte programmata. Ad esempio, le cellule della coltura neuronale muoiono in assenza del fattore di crescita neuronale (NGF), le cellule della prostata muoiono in assenza di androgeni testicolari, le cellule del seno muoiono quando il livello dell'ormone progesterone diminuisce, ecc. Allo stesso tempo, le cellule possono ricevere segnali che attivano processi nelle cellule bersaglio che portano alla morte per apoptosi. Pertanto, l'idrocortisone provoca la morte dei linfociti e il glutammato provoca la morte delle cellule nervose nella coltura tissutale, il fattore di necrosi tumorale (TNF) provoca la morte di una varietà di cellule. La tiroxina (ormone tiroideo) provoca l'apoptosi delle cellule della coda del girino. Inoltre, ci sono situazioni in cui la morte cellulare per apoptosi è causata da fattori esterni, come le radiazioni.

Il concetto di "apoptosi" è stato introdotto nello studio della morte di alcune cellule epatiche con legatura incompleta della vena porta. In questo caso si osserva un quadro peculiare della morte cellulare, che colpisce solo le singole cellule del parenchima epatico.

Il processo inizia con il fatto che le cellule vicine perdono i contatti, sembrano ridursi (il nome originale di questa forma di morte è restringimentogenecrosi - necrosi per compressione cellulare), si verifica una specifica condensazione della cromatina nei nuclei lungo la loro periferia, quindi il nucleo è frammentato in parti separate, dopodiché la cellula stessa si è frammentata in singoli corpi, delimitati dalla membrana plasmatica, - corpi apoptotici.

L'apoptosi è un processo che porta non alla lisi, non alla dissoluzione della cellula, ma alla sua frammentazione, disintegrazione. Anche il destino dei corpi apoptotici è insolito: vengono fagocitati dai macrofagi o anche da normali cellule vicine. In questo caso, non si sviluppa una reazione infiammatoria.

È importante notare che in tutti i casi di apoptosi, sia durante lo sviluppo embrionale, sia in un organismo adulto, nei processi normali o patologici, la morfologia del processo di morte cellulare è molto simile. Ciò può indicare la comunanza dei processi di apoptosi in diversi organismi e in diversi organi.

Studi su vari oggetti hanno dimostrato che l'apoptosi è il risultato dell'attuazione della morte cellulare geneticamente programmata. La prima evidenza della presenza di un programma genetico per la morte cellulare (PCD) è stata ottenuta studiando lo sviluppo del nematode Caenorhabditiselegans. Questo verme si sviluppa in soli tre giorni e le sue piccole dimensioni consentono di tracciare il destino di tutte le sue cellule, dalle prime fasi della scissione all'organismo sessualmente maturo.

Si è scoperto che durante lo sviluppo di Caenorhabditiselegans si formano solo 1090 cellule, di cui una parte delle cellule nervose nella quantità di 131 pezzi muore spontaneamente per apoptosi e 959 cellule rimangono nel corpo. Sono stati trovati mutanti in cui il processo di eliminazione di 131 cellule era disturbato. Sono stati identificati due geni ced-3 e ced-4, i cui prodotti causano l'apoptosi in 131 cellule. Se questi geni sono assenti o alterati nel mutante Caenorhabditiselegans, l'apoptosi non si verifica e l'organismo adulto è costituito da 1090 cellule. È stato trovato anche un altro gene, ced-9, che è un soppressore dell'apoptosi: quando ced-9 è mutato, tutte le 1090 cellule muoiono. Un analogo di questo gene è stato trovato nell'uomo: il gene bcl-2 è anche un soppressore dell'apoptosi in varie cellule. Si è scoperto che entrambe le proteine ​​codificate da questi geni, Ced-9 e Bc1-2, hanno un dominio transmembrana e sono localizzate nella membrana esterna dei mitocondri, dei nuclei e del reticolo endoplasmatico.

Il sistema di sviluppo dell'apoptosi si è rivelato molto simile nei nematodi e nei vertebrati; consiste di tre anelli: un regolatore, un adattatore e un effettore. In Caenorhabditiselegans, il regolatore è Ced-9, che blocca la proteina adattatrice Ced-4, che a sua volta non attiva la proteina effettrice Ced-3, una proteasi che agisce sulle proteine ​​citoscheletriche e nucleari (Tabella 16).

Scheda. 16. Sviluppo della morte cellulare programmata (apoptosi)

Segno ──┤ - inibizione del processo, segno ─→ - stimolazione del processo

Nei vertebrati, il sistema PCD è più complesso. Qui, il regolatore è la proteina Bc1–2, che inibisce la proteina adattatrice Apaf‑1, che stimola la cascata di attivazione di speciali proteinasi, le caspasi.

Enzimi - partecipanti al processo di apoptosi

Così,

Una volta iniziata nella cella, tale degradazione procede rapidamente "fino alla fine";

Non tutte le cellule entrano in apoptosi contemporaneamente o in un breve periodo di tempo, ma gradualmente;

Le rotture del DNA si verificano lungo il DNA del linker (internucleosomiale);

La degradazione viene effettuata da endo-, ma non da esonucleasi, e queste endonucleasi vengono attivate o ottengono l'accesso al DNA non come risultato dell'interazione diretta con un agente che induce l'apoptosi, ma indirettamente, poiché passa un tempo considerevole dal momento in cui le cellule entrano in contatto con tale agente all'inizio della degradazione e quindi la frammentazione del DNA non è la prima caratteristica risposta "apoptotica" della cellula a livello molecolare. Infatti, se la degradazione fosse innescata dall'interazione diretta delle endonucleasi o della cromatina con un agente, allora, ad esempio, nel caso dell'azione delle radiazioni ionizzanti, l'apoptosi si verificherebbe rapidamente e simultaneamente in quasi tutte le cellule.

Sulla base di queste conclusioni, la decifrazione del meccanismo molecolare dello sviluppo dell'apoptosi si è "focalizzata" sull'identificazione delle endonucleasi che effettuano la frammentazione del DNA e dei meccanismi che attivano le endonucleasi.

Endonucleasi

1. La degradazione è effettuata dalla DNasi I. Il processo è attivato da Ca2+ e Mg2+ e inibito da Zn2+.

Tuttavia, ci sono fatti che testimoniano contro il coinvolgimento della DNasi I nel processo di frammentazione del DNA. Pertanto, è noto che questo enzima è assente nel nucleo, tuttavia, questo argomento non è molto pesante, poiché la dimensione relativamente piccola delle sue molecole, 31 kDa, nel caso di una violazione della permeabilità della membrana nucleare, rende la partecipazione della DNasi I alla degradazione del DNA è abbastanza reale. Un'altra cosa è che durante l'elaborazione in vitro della cromatina, la DNasi I provoca rotture non solo nella parte del linker, ma anche nel DNA nucleosomiale.

2. Un'altra endonucleasi considerata il principale enzima di degradazione del DNA è l'endonucleasi II [Barry 1993]. Questa nucleasi, durante l'elaborazione di nuclei e cromatina, esegue la frammentazione del DNA internucleosomiale. Nonostante la sua attività non dipenda da ioni metallici bivalenti, la questione della partecipazione dell'endonucleasi II alla degradazione del DNA non è stata ancora risolta, poiché l'enzima non si trova solo nei lisosomi, ma viene anche rilasciato dai nuclei delle cellule.

3. endonucleasi con peso molecolare di 18 kDa. Questo enzima è stato isolato dai nuclei di timociti di ratto morenti per apoptosi [Gaido, 1991]. Era assente nei timociti normali. L'attività dell'enzima si manifesta in un ambiente neutro e dipende da Ca2+ e Mg2+.

4. γ-nucleasi con peso molecolare di 31 kDa, che ha una dipendenza "classica" dagli ioni Ca, Mg e Zn. L'attività di questo enzima era aumentata nei nuclei di timociti di ratti trattati con glucocorticoidi.

5. endonucleasi con peso molecolare di 22,7 kDa un enzima la cui attività si manifesta nei nuclei dei timociti di ratto solo dopo l'azione dei glucocorticoidi e viene soppressa dagli stessi inibitori della degradazione del DNA internucleosomiale.

Le caspasi sono proteasi della cisteina che scindono le proteine ​​all'acido aspartico. Nella cellula, le caspasi sono sintetizzate sotto forma di precursori latenti, le procaspasi. Ci sono caspasi inizianti ed effettrici. Le caspasi iniziali attivano forme latenti di caspasi effettrici. Più di 60 diverse proteine ​​fungono da substrati per l'azione delle caspasi attivate. Questa è, ad esempio, la chinasi delle strutture di adesione focale, la cui inattivazione porta alla separazione delle cellule apoptotiche dai loro vicini; questi sono lamini, che vengono smontati sotto l'azione delle caspasi; si tratta di proteine ​​​​del citoscheletro (filamenti intermedi, actina, gelsolina), la cui inattivazione porta a un cambiamento nella forma della cellula e alla comparsa di bolle sulla sua superficie, che danno origine a corpi apoptotici; è una proteasi CAD attivata che scinde il DNA in frammenti nucleosomiali oligonucleotidici; questi sono enzimi di riparazione del DNA, la cui soppressione impedisce il ripristino della struttura del DNA e molti altri.

Un esempio del dispiegamento di una risposta apoptotica sarebbe la risposta di una cellula all'assenza di un segnale da un fattore trofico richiesto, come il fattore di crescita nervoso (NGF) o un androgeno.

Nel citoplasma delle cellule in presenza di fattori trofici, un altro partecipante alla reazione, la proteina Bad fosforilata, è in una forma inattiva. In assenza di un fattore trofico, questa proteina è defosforilata e si lega alla proteina Bc1–2 sulla membrana mitocondriale esterna, inibendo così le sue proprietà antiapoptotiche. Successivamente, la proteina proapoptotica di membrana Bax viene attivata, aprendo la strada agli ioni che entrano nei mitocondri. Allo stesso tempo, il citocromo c viene rilasciato dai mitocondri attraverso i pori formati nella membrana nel citoplasma, che si lega alla proteina adattatrice Apaf-1, che a sua volta attiva la pro-caspasi 9. La caspasi 9 attivata innesca una cascata di altri pro-caspasi, inclusa la caspasi 3, che, essendo proteinasi, iniziano a digerire proteine ​​​​miste (lamine, proteine ​​​​citoscheletriche, ecc.), Che provocano la morte cellulare apoptotica, la sua disintegrazione in parti, in corpi apoptotici.

I corpi apoptotici, circondati dalla membrana plasmatica della cellula distrutta, attirano i singoli macrofagi, che li inglobano e li digeriscono con i loro lisosomi. I macrofagi non reagiscono alle cellule normali adiacenti, ma riconoscono quelle apoptotiche. Ciò è dovuto al fatto che durante l'apoptosi, l'asimmetria della membrana plasmatica viene disturbata e sulla sua superficie appare fosfatidilserina, un fosfolipide caricato negativamente, che normalmente si trova nella parte citosolica della membrana plasmatica bilipidica. Pertanto, mediante fagocitosi selettiva, i tessuti vengono, per così dire, ripuliti dalle cellule apoptotiche morte.

Come accennato in precedenza, l'apoptosi può essere causata da una serie di fattori esterni, come le radiazioni, l'azione di alcune tossine e gli inibitori del metabolismo cellulare. Il danno irreversibile al DNA provoca l'apoptosi. Ciò è dovuto al fatto che il fattore di trascrizione accumulato, la proteina p53, non solo attiva la proteina p21, che inibisce la chinasi ciclina-dipendente e interrompe il ciclo cellulare nella fase G1 o G2, ma attiva anche l'espressione di il gene bax, il cui prodotto innesca l'apoptosi.

La presenza di punti di controllo nel ciclo cellulare è necessaria per determinare il completamento di ciascuna fase. L'arresto del ciclo cellulare si verifica quando il DNA è danneggiato nel periodo G1, quando il DNA è replicato in modo incompleto nella fase S, quando il DNA è danneggiato nel periodo G2 e quando la connessione del fuso di divisione con i cromosomi viene interrotta.

Uno dei punti di controllo nel ciclo cellulare è la mitosi stessa, che non va in anafase se il fuso non è correttamente assemblato e in assenza di connessioni complete tra microtubuli e cinetocori. In questo caso, non vi è alcuna attivazione del complesso APC, nessuna degradazione delle coesine che collegano i cromatidi fratelli e nessuna degradazione delle cicline mitotiche, necessaria per la transizione all'anafase.

Il danno al DNA impedisce alle cellule di entrare nel periodo S o nella mitosi. Se questi danni non sono catastrofici e possono essere ripristinati grazie alla sintesi riparativa del DNA, il blocco del ciclo cellulare viene rimosso e il ciclo giunge alla fine. Se il danno al DNA è significativo, in qualche modo si verifica la stabilizzazione e l'accumulo della proteina p53, la cui concentrazione è normalmente molto bassa a causa della sua instabilità. La proteina p53 è uno dei fattori di trascrizione che stimola la sintesi della proteina p21, che è un inibitore del complesso CDK-ciclina. Questo fa sì che il ciclo cellulare si fermi allo stadio G1 o G2. Quando si blocca nel periodo G1, una cellula con danno al DNA non entra nella fase S, poiché ciò potrebbe portare alla comparsa di cellule mutanti, tra le quali potrebbero esserci cellule tumorali. Il blocco nel periodo G2 impedisce anche il processo di mitosi delle cellule con danno al DNA. Tali cellule, con un ciclo cellulare bloccato, successivamente muoiono per apoptosi, morte cellulare programmata (Fig. 353).

Con mutazioni che portano alla perdita dei geni della proteina p53, o con i loro cambiamenti, non si verifica il blocco del ciclo cellulare, le cellule entrano nella mitosi, che porta alla comparsa di cellule mutanti, la maggior parte delle quali non sono vitali, mentre altre danno origine a tumori maligni cellule.

Anche il danno selettivo ai mitocondri, in cui il citocromo c viene rilasciato nel citoplasma, è una causa frequente di apoptosi. I mitocondri e altri componenti cellulari sono particolarmente colpiti dalla formazione di specie reattive dell'ossigeno tossico (ATC), sotto l'azione delle quali si formano canali non specifici con elevata permeabilità ionica nella membrana mitocondriale interna, a seguito della quale la matrice mitocondriale si gonfia e il rotture della membrana esterna. Allo stesso tempo, le proteine ​​​​disciolte nello spazio intermembrana, insieme al citocromo c, entrano nel citoplasma. Tra le proteine ​​rilasciate ci sono i fattori che attivano l'apoptosi e la pro-caspasi 9.

Molte tossine (ricina, tossina difterica, ecc.), così come gli antimetaboliti, possono causare la morte cellulare per apoptosi. Quando la sintesi proteica è compromessa nel reticolo endoplasmatico, la pro-caspasi 12 localizzata è coinvolta nello sviluppo dell'apoptosi, che attiva una serie di altre caspasi, inclusa la caspasi 3.

Eliminazione: la rimozione di singole cellule mediante apoptosi si osserva anche nelle piante. Qui, l'apoptosi include, come nelle cellule animali, una fase di induzione, una fase effettrice e una fase di degradazione. La morfologia della morte delle cellule vegetali è simile ai cambiamenti nelle cellule animali: condensazione della cromatina e frammentazione nucleare, degradazione dell'oligonucleotide del DNA, contrazione del protoplasto, sua frammentazione in vescicole, rottura dei plasmodesmi, ecc. Tuttavia, le vescicole protoplastiche vengono distrutte dalle idrolasi delle vescicole stesse, poiché le piante non hanno cellule analoghe ai fagociti. Pertanto, la PCD si verifica durante la crescita delle cellule della cuffia radicale, durante la formazione di perforazioni nelle foglie e durante la formazione di xilema e floema. La caduta delle foglie è associata alla morte selettiva delle cellule in una determinata area del taglio.

Il ruolo biologico dell'apoptosi, o morte cellulare programmata, è molto ampio: è la rimozione di cellule che si sono fatte strada o che non sono necessarie in un dato stadio di sviluppo, nonché la rimozione di cellule alterate o patologiche, in particolare mutanti o infettato da virus.

Quindi, affinché le cellule esistano in un organismo multicellulare, sono necessari segnali per la loro sopravvivenza: fattori trofici, molecole segnale. Questi segnali possono essere trasmessi a distanza e catturati dalle molecole del recettore appropriato sulle cellule bersaglio (segnalazione ormonale, endocrina), può essere una connessione paracrina quando il segnale viene trasmesso a una cellula vicina (ad esempio, trasmissione di un neurotrasmettitore). In assenza di tali fattori trofici, viene implementato il programma di apoptosi. Allo stesso tempo, l'apoptosi può essere indotta da molecole di segnalazione, ad esempio durante il riassorbimento della coda dei girini sotto l'azione della tiroxina. Inoltre, l'azione di un certo numero di tossine che influenzano i singoli legami del metabolismo cellulare può anche causare la morte cellulare attraverso l'apoptosi.

L'apoptosi nella patogenesi delle malattie

1. Nel sistema immunitario

2. MALATTIE ONCOLOGICHE

3. INFEZIONE VIRALE (induzione dell'apoptosi: c. immunodeficienza umana‚ c. anemia di pollo; inibizione dell'apoptosi: citomegalovirus‚ c. Epstein-Barr‚ c. herpes)

4. A. e NEURONI DELLA CORTECCIA CEREBRALE

PRINCIPI DI CORREZIONE DELL'APOPTOSI CELLULARE

La scoperta del processo regolato della morte cellulare - l'apoptosi - ha permesso di influenzare in un certo modo le sue singole fasi per regolare o correggere.

I processi biochimici dello sviluppo dell'apoptosi possono essere ipoteticamente suddivisi in più fasi:

L'azione di un fattore che provoca l'apoptosi;

Trasmissione del segnale dalla molecola del recettore al nucleo cellulare;

Attivazione di geni specifici per l'apoptosi;

Sintesi di proteine ​​specifiche per l'apoptosi

Attivazione delle endonucleasi

Frammentazione del DNA (Fig. 2.4).

Attualmente si ritiene che se la cellula muore per apoptosi, allora è implicita la possibilità di un intervento terapeutico, se a causa della necrosi, allora tale intervento è impossibile. Sulla base della conoscenza della regolazione della morte cellulare programmata, viene utilizzata un'ampia gamma di farmaci per influenzare questo processo in vari tipi di cellule.

Pertanto, le informazioni sulla regolazione mediata dal recettore dell'apoptosi cellulare vengono prese in considerazione nel trattamento dei tumori ormono-dipendenti.

La terapia di blocco degli androgeni è prescritta per il cancro alla prostata.

Il cancro al seno spesso regredisce con l'uso di antagonisti del recettore degli estrogeni.

Le informazioni sulle vie di trasmissione del segnale biochimico della regolazione dell'apoptosi consentono di utilizzare efficacemente la terapia antiossidante, i farmaci che regolano la concentrazione di calcio, gli attivatori o gli inibitori di varie chinasi proteiche, ecc. per correggere l'apoptosi in vari tipi di cellule.

La consapevolezza del ruolo dell'apoptosi nella morte cellulare ha intensificato la ricerca di effetti farmacologici che proteggano le cellule dall'apoptosi.

Gli inibitori di proteasi specifiche vengono attivamente studiati come agenti farmacologici. Questi sono, di regola, tri- o tetrapeptidi contenenti acido aspartico (Asp). L'uso di tali proteasi per scopi terapeutici è limitato dalla loro scarsa capacità di penetrare all'interno della cellula. Tuttavia, nonostante ciò, Z-VAD-FMK, un inibitore ad ampio spettro di proteasi simili a ICE, è stato utilizzato con successo in esperimenti in vivo per ridurre l'area dell'infarto in un modello di ictus.

Nei prossimi anni, possiamo aspettarci l'emergere di nuovi farmaci per il trattamento e la prevenzione di varie malattie, la cui base sarà il principio di regolazione dei processi di apoptosi.

Gli approcci più efficaci per la correzione dell'apoptosi sono quelli associati alla regolazione dei geni specifici dell'apoptosi. Questi approcci costituiscono la base della terapia genica, una delle aree promettenti di trattamento per i pazienti con malattie causate dal funzionamento alterato dei singoli geni.

I principi della terapia genica includono i seguenti passaggi:

Identificazione della sequenza di DNA da trattare;

Determinazione del tipo di celle in cui verrà effettuato il trattamento;

Protezione del DNA dall'idrolisi da parte delle endonucleasi;

Trasporto del DNA nella cellula (nucleo).

Gli approcci di terapia genica lo consentono

Migliorare il lavoro dei singoli geni (trasformazione dei geni che inibiscono l'apoptosi, come il gene bcl-2),

Indebolisci la loro espressione. Per l'inibizione selettiva dell'espressione genica, viene attualmente utilizzata la tecnica dell'oligonucleotide antisenso (antisenso). L'uso di antisensi riduce la sintesi di alcune proteine, che influisce sulla regolazione del processo di apoptosi.

Il meccanismo d'azione dell'antisenso è attivamente studiato. In alcuni casi, gli oligonucleotidi antisenso corti (13-17 basi), che hanno sequenze complementari alle sequenze nucleotidiche dell'RNA messaggero (mRNA) delle singole proteine, possono effettivamente bloccare l'informazione genetica nella fase precedente alla trascrizione (Fig. 2.5). Questi oligonucleotidi, legandosi al DNA, formano una struttura elicoidale tripletta. Tale legame può essere irreversibile o causare la scissione selettiva del complesso tripletto, che alla fine porta all'inibizione dell'espressione genica e alla morte cellulare. In altri casi, si verifica un legame complementare dell'antisenso all'mRNA, che provoca una violazione della traduzione e una diminuzione della concentrazione della proteina corrispondente.

complesso di triplette

Riso. Regolazione dell'espressione genica mediante oligonucleotidi antisenso.

Ora è stato dimostrato in modo convincente che la tecnologia antisenso è di grande importanza per la regolazione dei singoli geni nella coltura cellulare. La riuscita soppressione del gene bcl-2 negli esperimenti di coltura cellulare fa sperare nell'uso futuro dell'antisenso per il trattamento dei malati di cancro. Molti esperimenti in vitro hanno dimostrato che gli antisensi causano l'inibizione della proliferazione e differenziazione cellulare. Questo risultato conferma le prospettive per l'uso terapeutico di questa tecnologia.

La crescita del tumore è una conseguenza di una violazione dell'omeostasi tissutale, mantenuta da un equilibrio tra proliferazione cellulare e morte (apoptosi). Un aumento della massa cellulare tumorale può essere dovuto sia all'aumento della proliferazione che all'inibizione dell'apoptosi. La probabilità di "fallimenti" nei meccanismi di mantenimento di questa omeostasi è abbastanza reale nelle condizioni degli effetti cancerogeni dei fattori ambientali.

Disturbi ereditari nei meccanismi dell'omeostasi tissutale sono causati da alcuni danni alla struttura del DNA.

Una normale cellula in divisione con DNA danneggiato smette di dividersi fino a quando il danno non è completamente riparato oppure si autodistrugge (apoptosi). Quest'ultima opzione è preferibile perché la perdita della cella potrebbe non avere conseguenze. La conservazione di una tale cellula rappresenta una minaccia mortale per l'organismo della comparsa di un clone di cellule difettose (potenzialmente tumorali). La crescita del tumore è possibile solo quando le cellule difettose sono in grado di "scivolare" attraverso la barriera protettiva dell'apoptosi.

Di seguito una breve descrizione dei disturbi che provocano la trasformazione delle cellule normali in cellule maligne.

Nel corpo esistono due tipi di regolazione fisiologica della riproduzione cellulare: endocrina e paracrina (figura 12.1). Le molecole regolatrici sono secrete dalla cellula e agiscono esternamente (attraverso il flusso sanguigno, sulle cellule vicine o su se stesse). I semicerchi ispessiti raffigurati sulla superficie della membrana cellulare sono siti recettoriali.

regolazione endocrina.

È svolto dalle ghiandole endocrine (ipofisi, surreni, tiroide, paratiroidi, pancreas e gonadi). Secernono i prodotti della loro attività nel sangue e hanno un effetto generalizzato su tutto il corpo.

regolazione paracrina.

Contrariamente alla regolazione endocrina, la regolazione paracrina consiste nel fatto che le sostanze attive secrete dalle cellule si diffondono per diffusione e agiscono sulle cellule bersaglio vicine. È così che agiscono, ad esempio, gli stimolanti mitogeni (fattori di crescita polipeptidici): fattore di crescita epidermico, fattore di crescita piastrinico, interleuchina-2 (fattore di crescita delle cellule T), fattore di crescita nervoso, ecc.

Riso. 12.1. Schema di regolazione endocrina (a), paracrina (b) e autocrina (c).

regolazione autocrina.

Differisce dalla regolazione paracrina in quanto la stessa cellula è la fonte del fattore di crescita e il suo bersaglio. Di conseguenza, può verificarsi il fenomeno di "eccitazione" mitogenica incessante e autosufficiente della cellula, che porta a una riproduzione non regolata. La cellula non ha bisogno di stimoli mitogeni esterni e diventa completamente autonoma. La regolazione autocrina può spiegare i meccanismi della cancerogenesi. Per fare ciò, spieghiamo prima il concetto chiamato "arco riflesso" mitogeno.

Riso. 12.2. "Arco riflesso" del segnale mitogeno

Nella regolazione di sistemi complessi, per quanto diversi tra loro, si riscontrano caratteristiche comuni. Esiste una somiglianza fondamentale tra l'attività riflessa dell'organismo e l'attività mitotica della cellula (Fig. 12.2).

La linea di fondo è che alla periferia del sistema (organismo, cellula) ci sono vari recettori specializzati (occhio, orecchio, tattile e olfattivo - nel primo caso; recettori del fattore di crescita - nel secondo); i segnali esterni da loro percepiti vengono trasmessi nel sistema (sotto forma di impulsi lungo i nervi sensoriali o sotto forma di cascate di reazioni di fosforilazione); quindi il segnale viene elaborato nel centro (il sistema nervoso centrale o nel nucleo cellulare) e l'informazione per via centrifuga (sotto forma di impulsi lungo i nervi motori o con l'ausilio di molecole di mRNA) entra negli organi esecutivi e ne induce l'attività ( motore, secretorio - nel primo caso e mitotico - nel secondo).

Il trasferimento del segnale mitogenico dalla periferia della cellula al suo nucleo avviene come una cascata di reazioni di fosforilazione tramite protein chinasi (enzimi che fosforilano le proteine). Esistono tre tipi di protein chinasi (tirosina, serina e treonina) in base alla loro capacità di fosforilare amminoacidi specifici. I gruppi fosfato svolgono il ruolo di interruttori molecolari: modificando la conformazione di determinate strutture proteiche (domini), possono “accendere” o “spegnere” la loro attività (intendendo l'attività enzimatica, la capacità di legare il DNA e la capacità di formare proteine- complessi proteici).

L'onda centripeta degli impulsi mitogeni nella forma più semplificata si riduce al trasferimento di un gruppo fosfato come un bastone da una protein chinasi all'altra. In definitiva, raggiunge le proteine ​​regolatrici nucleari, le attiva attraverso la fosforilazione e quindi induce la riprogrammazione del genoma. Va notato che l'attività delle protein chinasi in quasi tutte le fasi del trasferimento del segnale mitogenico è bilanciata dall'attività degli enzimi che le contrastano, le fosfatasi defosforilanti delle proteine. L'equilibrio degli effetti positivi e negativi è una proprietà fondamentale della regolazione della divisione cellulare, manifestata a qualsiasi suo livello.

Il flusso di informazioni diretto in modo opposto (centrifugo, dal nucleo al citoplasma) sotto forma di molecole di mRNA determina la risposta specifica della cellula al segnale mitogenico: vengono sintetizzate molte nuove proteine ​​che svolgono funzioni strutturali, enzimatiche e regolatorie.

Nella struttura di molte proteine ​​​​segnali esistono peculiari "nodi di aggancio" di vario tipo, progettati per le interazioni proteina-proteina. Poiché una molecola può avere diversi siti di questo tipo, esiste la possibilità di autoassemblaggio di strutture multicomponente molto complesse necessarie per la trasduzione del segnale e la regolazione della trascrizione. L'aggiunta di nuovi elementi alla struttura viene talvolta definita "reclutamento". Gli stessi blocchi strutturali possono formare strutture significativamente diverse, che conferiscono al sistema flessibilità funzionale e proprietà di intercambiabilità dei suoi singoli elementi.

La riproduzione non regolata della cellula trasformata può essere immaginata, se continuiamo l'analogia con l'arco riflesso, come conseguenza del verificarsi di un focus di eccitazione "stagnante" nell'uno o nell'altro collegamento nella via di trasmissione del segnale mitogenico. Il danneggiamento di un gene e, di conseguenza, un difetto strutturale in una qualsiasi delle proteine ​​di segnalazione che possono fissarlo in uno stato permanentemente attivo (cioè renderlo indipendente dalle autorità regolatorie "superiori") è uno dei principali meccanismi di carcinogenesi .

I geni normali coinvolti nel trasferimento del segnale mitogeno e potenzialmente capaci di tale trasformazione sono chiamati proto-oncogeni.

L'equilibrio di fattori positivi e negativi, come notato sopra, è una proprietà fondamentale di qualsiasi sistema di regolazione complesso, compreso quello che controlla la divisione cellulare. I proto-oncogeni sono elementi di regolazione positiva; sono acceleratori della divisione cellulare e, in caso di trasformazione in oncogeni, si manifestano come tratto dominante.

Allo stesso tempo, in esperimenti di lunga data sulla formazione di heterokaryons (prodotti della fusione cellulare in coltura), è stato stabilito che la proprietà della tumorigenicità (la capacità di formare tumori quando trapiantati in animali) si comporta come un tratto recessivo - heterokaryons . formati dalla fusione di cellule normali e trasformate (tumorali), si comportano come normali. Pertanto, le cellule normali contengono chiaramente fattori che inibiscono la divisione cellulare e sono in grado di normalizzarla quando vengono introdotte in una cellula tumorale. Molti di questi fattori proteici sono stati identificati; i geni che li codificano sono chiamati geni soppressori.

Riso. 12.3. Schema del ciclo cellulare (spiegazioni nel testo)

Pertanto, la completa trasformazione della cellula è il risultato di diversi eventi genetici: l'attivazione dell'oncogene o degli oncogeni e l'inattivazione del gene o dei geni che svolgono funzioni di soppressione.

La base della cancerogenesi è una violazione del ciclo di divisione. Le cellule del corpo si trovano in uno dei tre possibili stati (Fig. 12.3):

1. in un ciclo;
2. nella fase di riposo con la possibilità di riprendere il ciclo;
3. nella fase di differenziazione finale, in cui la capacità di dividere è completamente persa (come, ad esempio, i neuroni del cervello). Naturalmente, solo le cellule in grado di dividersi possono formare tumori.

Il ciclo di raddoppio di diverse cellule umane varia in modo significativo: da 18 ore nelle cellule del midollo osseo a 50 ore nelle cellule della cripta del colon. I suoi periodi principali sono la mitosi (M) e la sintesi del DNA (fase S), tra i quali si distinguono due periodi intermedi: G e G 2. Durante l'interfase (il periodo tra due divisioni), la cellula cresce e si prepara alla mitosi.

Durante la fase G 1 c'è un momento cruciale (il cosiddetto punto di restrizione R) in cui si decide se la cellula entrerà nel successivo ciclo di divisione o preferirà la fase di riposo G 0, in cui può rimanere indefinitamente. Come già accennato, le cellule finalmente differenziate sono costantemente a riposo, mentre quelle che hanno conservato la capacità di dividersi possono riprendere il ciclo con opportuna stimolazione da parte di fattori esterni, e le fasi successive vengono eseguite automaticamente.

Contrariamente alla cellula tumorale "asociale", una cellula normale obbedisce ai segnali provenienti dal corpo (stimolo mitogenico). Se a un certo momento una cellula normale ha le condizioni necessarie (massa e contenuto proteico sufficienti, concentrazione di calcio, apporto di nutrienti) e riceve anche uno stimolo mitogeno, allora entra nel successivo ciclo di divisione. In assenza di un segnale esterno, una cellula normale esce dal ciclo, e questa è la sua fondamentale differenza da una cellula tumorale, che viene stimolata a dividersi da stimoli endogeni.

Quando una cellula si divide, ci sono due momenti critici: la fase di sintesi del DNA e l'ingresso nella mitosi, quando operano una sorta di "punti di controllo" (punti di controllo). In questi "punti" viene verificata la prontezza al raddoppio (replicazione) del DNA (nel primo caso) e la completezza della replicazione (nel secondo caso). Se il DNA nella cellula è danneggiato, la sua duplicazione viene bloccata prima dell'inizio della divisione. Di conseguenza, lo stadio che può riparare il danno al DNA e trasmetterlo alla prole è bloccato. Un obiettivo simile viene raggiunto dall'apoptosi e il percorso scelto dalla cellula (blocco della divisione o apoptosi) dipende da molte condizioni.

Il processo di replicazione del DNA richiede diverse ore. Durante questo periodo, tutto il materiale genetico deve essere riprodotto in modo assolutamente accurato. In caso di eventuali deviazioni, il progresso della cellula nel ciclo viene bloccato o può subire l'apoptosi. Se i "punti di controllo" stessi sono difettosi, i difetti nel genoma non vengono eliminati, vengono trasmessi alla prole e sussiste il pericolo di trasformazione maligna della cellula.

Come accennato in precedenza, la divisione cellulare richiede un segnale mitogeno, il cui trasferimento è un processo a più stadi.

A seconda del tipo di cellula e dello specifico stimolo mitogenico, viene realizzato uno dei tanti percorsi di segnalazione. Ad esempio, i fattori di crescita agiscono in modo mediato dai recettori della tirosin chinasi proteica e dalla cascata della chinasi MAP (proteina attivata dal mitogeno), cioè una cascata di reazioni di fosforizzazione derivanti dall'attivazione mitogenica della cellula.

Fattori di crescita (regolatori della proliferazione).

I fattori di crescita sono secreti da alcune cellule e agiscono in modo paracrino su altre. Queste sono piccole proteine; la catena polipeptidica dell'EGF (fattore di crescita epidermico) è costituita, ad esempio, da 53 amminoacidi. Esistono diverse famiglie di fattori di crescita, i cui membri sono uniti da omologia strutturale e somiglianza funzionale. Alcuni stimolano la proliferazione (ad esempio, EGF e PDGF - fattore di crescita derivato dalle piastrine, fattore di crescita piastrinico), mentre altri (TGF-p, TNF, interferoni) lo sopprimono.

Recettori per fattori di crescita.

I recettori si trovano sulla superficie cellulare. Ogni cellula ha il proprio insieme di recettori e, di conseguenza, un insieme di risposte. I recettori della tirosina chinasi sono costituiti da diversi domini: extracellulari (che interagiscono con il ligando), transmembrana e sottomembrana, con attività tirosina-proteina chinasica.

Quando si legano a fattori di crescita (ad esempio EGF), le molecole del recettore avviano reazioni, a seguito delle quali si verifica il trasferimento del segnale transmembrana - l'emergere di quell'onda di "eccitazione", che poi si propaga sotto forma di una cascata di reazioni di fosforilazione nel cellula e grazie alla quale lo stimolo mitogenico raggiunge infine l'apparato genetico del nucleo .

Proteine ​​Ras..

Una delle più importanti è la via di segnalazione che coinvolge le proteine ​​Ras (questa è una sottofamiglia delle cosiddette proteine ​​G che formano complessi con nucleotidi guanilici; Ras-GTP è la forma attiva, Ras-GDP è inattiva). Questo percorso è uno dei principali nella regolazione della divisione cellulare negli eucarioti superiori: è così conservativo che i suoi componenti sono in grado di sostituire i corrispondenti omologhi nelle cellule di Drosophila, lievito e nematodi. Media una varietà di segnali provenienti dall'ambiente esterno e funziona, con ogni probabilità, in ogni cellula del corpo. Le proteine ​​​​Ras svolgono il ruolo di una sorta di tornello attraverso il quale deve passare quasi tutti i segnali che entrano nella cellula. Il ruolo critico di questa proteina nella regolazione della divisione cellulare è noto sin dalla metà degli anni '80, quando la forma attivata del gene corrispondente (l'oncogene Ras) fu trovata in molti tumori umani.

La via di segnalazione mediata da Ras controlla la cosiddetta cascata MAP chinasi. L'attività degli enzimi coinvolti nelle cascate chinasiche è bilanciata dall'attività delle fosfatasi che le contrastano e sono sotto lo stesso stretto controllo. L'attivazione delle MAP chinasi provoca l'induzione di un certo numero di fattori di trascrizione e, di conseguenza, la stimolazione dell'attività di un certo numero di geni.

Pertanto, se in una cellula normale la conformazione attiva della proteina di segnalazione si forma solo sotto l'influenza di uno stimolo esterno e ha un carattere transitorio, allora nella cellula trasformata (e nei suoi cloni) è fissata in modo permanente.

La proliferazione è la fase finale dello sviluppo dell'infiammazione, fornendo la rigenerazione tissutale riparativa nel sito del focus dell'alterazione.

La proliferazione si sviluppa fin dall'inizio dell'infiammazione insieme ai fenomeni di alterazione ed essudazione.

Lungo la periferia della zona infiammatoria inizia la riproduzione degli elementi cellulari, mentre al centro del focolaio possono ancora progredire i fenomeni di alterazione e necrosi.

La proliferazione del tessuto connettivo e degli elementi cellulari specifici dell'organo raggiunge il suo pieno sviluppo dopo la "pulizia" dell'area danneggiata dai detriti cellulari e dai patogeni infettivi dell'infiammazione da parte dei macrofagi tissutali e dei neutrofili. A questo proposito, va notato che il processo di proliferazione è preceduto dalla formazione di barriere neutrofile e monocitiche, che si formano lungo la periferia della zona di alterazione.

Il recupero e la sostituzione dei tessuti danneggiati inizia con il rilascio di molecole di fibrinogeno dai vasi e la formazione di fibrina, che forma una sorta di rete, una struttura per la successiva riproduzione cellulare. Già lungo questa struttura, i fibroblasti formatisi rapidamente sono distribuiti al centro della riparazione.

La divisione, la crescita e il movimento dei fibroblasti è possibile solo dopo il loro legame alla fibrina o alle fibre di collagene. Questa connessione è fornita da una proteina speciale: la fibronectina.

La riproduzione dei fibroblasti inizia lungo la periferia della zona infiammatoria, fornendo la formazione di una barriera fibroblastica. All'inizio, i fibroblasti sono immaturi e non hanno la capacità di sintetizzare il collagene. La maturazione è preceduta da un riarrangiamento strutturale e funzionale interno dei fibroblasti: ipertrofia del nucleo e del nucleolo, iperplasia dell'EPS, aumento del contenuto di enzimi, in particolare fosfatasi alcalina, esterasi aspecifica e b-glucuronidasi. Solo dopo la ristrutturazione inizia la collagenogenesi.

I fibroblasti che si moltiplicano intensamente producono mucopolisaccaridi acidi - il componente principale della sostanza intercellulare del tessuto connettivo (acido ialuronico, condroitin acido solforico, glucosamina, galattosamina).

In questo caso, la zona dell'infiammazione non è solo incapsulata, ma vi è anche una graduale migrazione dei componenti cellulari e acellulari del tessuto connettivo dalla periferia al centro, la formazione di uno scheletro del tessuto connettivo nel sito di primario e secondario alterazione.

Insieme ai fibroblasti, si moltiplicano anche altri tessuti e cellule ematogene. Le cellule endoteliali proliferano dalle cellule dei tessuti e formano nuovi capillari. Attorno ai capillari neoformati si concentrano mastociti, macrofagi, neutrofili, che rilasciano sostanze biologicamente attive che promuovono la proliferazione dei capillari.

I fibroblasti insieme ai vasi neoformati formano il tessuto di granulazione. Si tratta, in sostanza, di un tessuto connettivo giovane, ricco di cellule e capillari a parete sottile, le cui anse sporgono sopra la superficie del tessuto sotto forma di granuli.

Le principali funzioni del tessuto di granulazione sono: protettiva - previene l'influenza di fattori ambientali sul focus dell'infiammazione e riparativa - riempiendo il difetto e ripristinando l'utilità anatomica e funzionale dei tessuti danneggiati.

La formazione del tessuto di granulazione non è strettamente necessaria. Dipende dalle dimensioni e dalla profondità del danno. Il tessuto di granulazione di solito non si sviluppa durante la guarigione di ferite cutanee contuse o danni minori alla mucosa (Kuzin M.I., Kostyuchenko B.M. et al., 1990).

Il tessuto di granulazione si trasforma gradualmente in un tessuto fibroso chiamato cicatrice.

Nel tessuto cicatriziale, il numero di vasi diminuisce, si svuotano, il numero di macrofagi, i mastociti diminuiscono e l'attività dei fibroblasti diminuisce.

Una piccola parte degli elementi cellulari situati tra i filamenti di collagene rimane attiva. Si presume che i macrofagi tissutali che hanno mantenuto la loro attività partecipino al riassorbimento del tessuto cicatriziale e assicurino la formazione di cicatrici più morbide.

Parallelamente alla maturazione delle granulazioni, si verifica l'epitelizzazione della ferita. Inizia nelle prime ore dopo il danno e già durante il primo giorno si formano 2-4 strati di cellule epiteliali basali.

La velocità di epitelizzazione è fornita dai seguenti processi: migrazione, divisione e differenziazione delle cellule. L'epitelizzazione di piccole ferite viene effettuata principalmente a causa della migrazione delle cellule dallo strato basale. Le ferite più grandi vengono epitelizzate a causa della migrazione e della divisione mitotica delle cellule dello strato basale, nonché della differenziazione dell'epidermide in rigenerazione. Il nuovo epitelio forma il confine tra lo strato danneggiato e quello sottostante, previene la disidratazione dei tessuti della ferita, una diminuzione degli elettroliti e delle proteine ​​​​in esso contenute e previene anche l'invasione di microrganismi.

Anche gli elementi cellulari specifici degli organi e dei tessuti partecipano al processo di proliferazione. Dal punto di vista delle possibilità di proliferazione di elementi cellulari organo-specifici, tutti gli organi e i tessuti possono essere classificati in tre gruppi:

Il primo gruppo può comprendere organi e tessuti i cui elementi cellulari hanno una proliferazione attiva o praticamente illimitata sufficiente a compensare completamente il difetto di struttura nella zona dell'infiammazione (epitelio della pelle, mucose delle vie respiratorie, mucosa delle tratto gastrointestinale, sistema genito-urinario, tessuto ematopoietico e così via).

Il secondo gruppo comprende tessuti con capacità rigenerative limitate (tendini, cartilagine, legamenti, tessuto osseo, fibre nervose periferiche).

Il terzo gruppo comprende quegli organi e tessuti in cui gli elementi cellulari organo-specifici non sono in grado di proliferare (muscolo cardiaco, cellule del SNC).

I fattori che stimolano lo sviluppo dei processi di proliferazione sono:

1. Il procollagene e la collagenasi dei fibroblasti interagiscono per tipo di autoregolazione e forniscono un equilibrio dinamico tra i processi di sintesi e distruzione del tessuto connettivo.

2. La fibronectina prodotta dai fibroblasti determina la migrazione, la proliferazione e l'adesione delle cellule del tessuto connettivo.

3. Il fattore stimolante i fibroblasti, secreto dai macrofagi tissutali, assicura la riproduzione dei fibroblasti e le loro proprietà adesive.

4. Le citochine mononucleari stimolano i processi proliferativi nel tessuto danneggiato (IL-1, TNF, epidermico, piastrinico, fattori di crescita dei fibroblasti, fattori chemiotattici). Alcune citochine possono inibire la proliferazione dei fibroblasti e la formazione del collagene.

5. Il peptide del gene correlato alla calcitonina stimola la proliferazione delle cellule endoteliali e la sostanza P induce la produzione di TNF nei macrofagi, che porta a una maggiore angiogenesi.

6. Le prostaglandine del gruppo E potenziano la rigenerazione aumentando l'afflusso di sangue.

7. Keylon e anti-keylon prodotti da varie cellule, agendo sul principio del feedback, possono attivare e inibire i processi mitotici al centro dell'infiammazione (Bala Yu.M., Lifshits V.M., Sidelnikova V.I., 1988).

8. Le poliammine (putrescina, spermidina, spermina) presenti in tutte le cellule dei mammiferi sono vitali per la crescita e la divisione cellulare.

Forniscono la stabilizzazione delle membrane plasmatiche e la struttura superavvolta del DNA, la protezione del DNA dall'azione delle nucleasi, la stimolazione della trascrizione, la metilazione dell'RNA e il suo legame con i ribosomi, l'attivazione di DNA ligasi, endonucleasi, protein chinasi e molti altri processi cellulari. La sintesi potenziata delle poliammine, che promuovono i processi proliferativi, è nota nel focus dell'alterazione (Berezov T.T., Fedoronchuk T.V., 1997).

9. Nucleotidi ciclici: il cAMP inibisce e il cGMP attiva i processi di proliferazione.

10. Concentrazioni moderate di sostanze biologicamente attive e ioni idrogeno stimolano i processi rigenerativi.

Maggiori informazioni sull'argomento Meccanismi per lo sviluppo della proliferazione al centro dell'infiammazione:

1. Caratteristiche generali e meccanismi di sviluppo delle reazioni vascolari al centro dell'infiammazione acuta. Meccanismi di attivazione della formazione di trombi al centro dell'infiammazione
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