НЕКРОЗ и АПОПТОЗ: Некроз - гибель клетки при действии па-тогенного агента. Апоптоз - программированная гибель клеток.
СР
Са2+/Н+обменник
Са2+-каналы СаАТФаза
3. НАРУШЕНИЕ 2-ичных МЕССЕНДЖЕРОВ:сигнал в клетку передается через посредников – от них и от набора белков-эффекторов зависит специфичность реакции клетки той или иной ткани, а также особенности реакции внутри клеток (клетка разбита на ряд отделов, структурирована!).
А. РЕЦЕПТОРНЫЙ ЭНДОЦИТОЗ – поступление гормонов, антител в клетку и ядро (стероидные гормоны имеют рецепторы в ядре!). Пример патологии: семейная наследственная гиперхолестеринэмия.
Б. ЦИКЛАЗЫ – ферменты образования цАМФ, цГМФ – обычно связаны с Са2+ механизмами, но могут влиять на ионные каналы прямо.
В. Са2+ извне, из митохондрий, из саркоплазматического ретикулума поступает разными механизмами: Са2+/Na+ обменники (антипортеры), Са2+ АТФ-азы (насосы), Са2+/Н+ обменники. Обычно повреждаются в ходе снижения энергообеспечения (АТФазы), при повреждения плазматической мембраны. Кальций действует через циклазы и фосфодиэстеразы (цАМФ), кальмодулин и тропонин, через фосфолипазу А (ФЛа) которая активирует синтез арахидоновой кислоты и затем эйкозоноидов с баллансом лейкотриенов и простагландинов.
Г. G-БЕЛКИ: это ГТФ-связывающие белки мембраны, интегрируют сигнал от нескольких типов воздействия на клетку и передают его множеству эффекторных белков клетки.
Основные направления эффекта в клетке:
1.Цциклазы®цАМФ®Протеинкиназа А (ПКА)®фосфорилирование с активированием клеточных белков;
или цАМФ®Na+каналы ®потенциал клеток.
2. Активация Фосфолипазы С (ФЛС): ®повышение инозинтрифосфата (ИТФ)®выход Са2+ из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму ®прямые или кальмодулин- или тропонин- опосредованные воздействия на белки клетки;
или повышение синтеза диацилглицерина (ДАГ)®активация протеинкиназы С (ПКс)®фосфорилирование и активация (часто вместе с Са2+) белков клетки.
Пример нарушений: псевдопаратиреоз при дефекте гена G-белков и снижении реакции клеток к паратиреоидным гормонам. Пример 2: холерный токсин повышает активность G-белка и продукцию цАМФ в слизистой кишечника, что активирует потерю воды.
4. ПОВРЕЖДЕНИЯ ЯДРА: Типичные адаптивные реакции: при повреждении ДНК (облучение, температура, химические реакции, токсичны, ионы тяжелых металлов) ® репарация ДНК с активацией белка р53 – замораживающего клеточный цикл в G1 фазе и при недостатке репарации активирующего апоптоз.
Стандартно активируются также метилированиехроматина (инактивация пластических процессов) и АДФ-рибозилирование хроматина что «склеивает» разрыва ДНК, но полиАДФрибозилполимераза (ПАРП) может гиперактивироваться и истощать энерго-пул НАД*Н, что ведет как к энерго-истощению клетки, так и нарушает распад пуринов, они теперь образуют ксантины и АФК (*О2-) повреждающие клетку.
Типичен также аварийный синтез ряда белков: активация генов раннего ответа (c-fos, c-myc, c-jun как подготовка к гипертрофии и пролиферации клетки), антионкогенов (р53 белок),
генов маркеров старения и повреждения клеток (особый белок ионных каналов, к которому имеются аутоантитела, активирующие также фагоцитоз таких клеток);
белки теплового шока (БТШ) – комплекс белков со свойствами детергентов и ограниченного протеолиза, защищающих клетку от самых различных агентов путем поддержания нативной конформации клеточных белков (антиденатурирующие эффекты) + блокада клеточного стресса (т.к. часть БТШ - это рецепторы стероидных гормонов ядра) + стабилизация цитоскелета + антигипоксическое действие + ограниченный протеолиз (малые БТШ, 8-12 кДА = убиквитины) – способствуют протеолизу денатурированных белков и активируют р53 белок с активацией апоптоза клеток.
5. ПОВРЕЖДЕНИЕ ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ:
типичные повреждения: перекисное окисление, фосфолипазой активируемый гидролиз мембран, механо-осмотическое растяжение и адсорбция на мембране полиэлектролитов.
Это ведет к: изменению функции рецепторов, ионных каналов, пиноцитоза, к выходу внутриклеточных метаболитов (синдром цитолиза – АДФ, ионы, ферменты, субстраты клеток); изменяет мембранный потенциал (ведет к набуханию клеток из-за нарушения транспортных систем ионов) к баллонной дистрофии и сглаживанию градиентов ионов; вход ионов Na+ и Са2+ активирует мембранную фосфилипазу А и изменяет синтез и баланс лейкотриенов – простагландинов.
Пример: генетическая недостаточность циклоксигеназы®повышает синтез лейкотриенов и ведет к симптомам псевдо-бронхиальной астмы (синдром Видаля – реакция на аспирин).
6. ПОВРЕЖДЕНИЕ ЦИТОСКЕЛЕТА: микротрубочки (тубулин и пр.), актин (тонкие филаменты), миозин (толстые филаменты), промежуточные филаменты (десмин и др.).
Выполняют функции: каркаса клетки, движения (псевдоподии, реснички, фагоцитоз, хемотаксис), питания (пиноцитоз), движения внутриклеточных органоидов, гранул; прикрепление клетки к субстрату, поры митохондрий и ядра (Са-зависимая пора митохондрий активирует через специальный ядерный белок апоптоз клетки), обеспечивает передачу сигнала в клетку и упорядочивает движение веществ и сигналов в клетке (структурирует пространство в клетке). Примеры нарушения: синдром Чедиак-Хигаши – изменение полимеризации микротрубочек – снижение фагоцитоза – повышение гнойной инфекции. Пример 2: синдром «ленивых фагоцитов» при сахарном диабете (снижение энергообеспечения движения).Пример 3: гипоксия – энергетические паралич цитоскелета. Пример 4: вирусы часто имеют рецепторы к цитоскелету и образующие антитела к вирусам атакуют собственный цитоскелет (агрессивный хронический гепатит). Пример 5: токсины со спецификой к цитоскелету: цитохалазины, фаллоидин (бледная поганка), колхицин.
Пример 6: агрегация микрофиламентов ведет к галинозу (избыток меди при болезни Вильсона, Врожденный цирроз печени, Сахарный диабет, тяжелое ожирение). Пример 7: онкогенез сопровождается фосфорилированием винкулина ®отсоединение клеток от подложки и метастазирование опухолевых клеток.
7. ПОВРЕЖДЕНИЯ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН:
Саркоплазматический ретикулум - типичные реакции: набухание и изменение конфигурации в клетке; отсоединение рибосом – от шероховатого ретикулума как результат энергодефицита (ведет к снижению пластических процессов); нарушение транспорта синтезируемых белков ®зернистая дистрофия клетки; гладкий ретикулум – содержит цитохром Р450 (оксигеназы, детоксицирующая система клетки). Пример адаптации: типичная реакции цитохром Р450-системы на токсины – активация, фенобарбитал активирует неспецифически и длительно эту систему и повышает резистентность к многим ядам (и лекарствам), активирует распад билирубина (лечение фенобарбиталом гемолитической болезни новорожденных).
АппаратГольджи: центральная сортировочная станция клетки для всех синтезируемых белков (кодирующие ферменты и гликозилированые белки содержит). Пример патологии: болезни накопления в т.ч. лизосомные часто локализуется поломка здесь – изменение гликозилирования белков.
8. ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИЗОСОМ:I-ичных и II-ичных (фаголизосом). Содержат гидролазы, кислую среду, АФК. При ограниченных повреждениях клеток набухают, но непроницаемы. При некробиозе – распад лизосом, аутофагия органоидов (самоубийство клетки). Но нормальный фагоцитоз может быть не завершен – коклюшные бактерии, персиситирующие в фагоцитах пыль кремния, титана, алмазов (силикозы), антиген (туберкулез) – ГЗТ с грануломатозом; недопереваренные остатки – липофусцин (старение нервных клеток).
Типичная реакция: набухание лизосом – реакция на гипоксию, ацидоз, голодание, облучение, дефицит и избыток вит. А, Е, Д, яды и др. Диагностика: накопление нейтрального красного. Кислая среда – эффект протонной ловушки – накопление слабоосновных соединений. Мембранотропные токсины для лизосом: афлотоксин (аутолиз клеток печени), спорофузарин (некроз миндалин и панцитопения). Стабилизаторы мембран лизосом – антибиотик фосфомицин.
Болезнинакопления (недопереваренные остатки и усиленный транспорт): липидов (гликолипиды – цереброзиды, сфинголипиды – для нервных клеток), гликогенозы (для мышц и печени – миопатии).
9. ПОВРЕЖДЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ:МХ-энергостанции клетки (АТФ – 70% энергии за счет окислетельного фосфорилирования – НАД*Н, сукцината), участие в метаболизме жирных кислот и синтез стероидов, а также депо Са2+ (в т.ч. для окостенения хрящей). Эффект Пастера (нет в опухолевых клетках) – торможение гликолиза и повышение окислительного фосфорилирования в присутствии кислорода. По теории Митчела энергия, высвобождаемая в цепи цитохромов, запасается как протонный градиент на мембране МХ и затем обратным потоком Н+ синтезируется АТФ (АТФ-синтазой – обратной АТФазой). Разобщение окислительного фосфорилирования (динитрофенол) - продукция тепла а не АТФ (генетический дефект и др.).
Типовая адаптивно-патологическая реакция МХ: набухание (в норме небольшая – при активации дыхания), избыточное набухание – при большинстве повреждений из-за повышения проницаемости мембраны для всех ионов и детергентного эффекта жирных кислот (перестают расшеплятся в митохондриях и омыляют мембрану).
Снижение функции МХ: снижение цикла трикарбоновых кислот (отравление аммиаком), нехватка коферментов (коQ, вит.В2, РР, меди, железа), гипоксия.
Гипоксия: важнейший механизм поражения МХ: повышение проницаемости мембраны для всех ионов, набухание и разрыв МХ. Повреждение МХ – центральный механизм гибели клетки при гипоксии! Это также причина перехода любых форм гипоксии к тканевой гипоксии (порочный круг), восстановление напряжения кислорода ткани может уже не помочь – неотвратимый распад МХ является важнейшим механизмом повреждения при гипоксии. Другие формы тканевой гипоксии: блокада ферментов МХ (цианиды).
Митохондриальныеболезни: генетические дефекты (передаются по материнской линии через яйцеклетку – у МХ своя генетика, внеядерная!): карнитина (снижение транспорта субстратов в МХ), дефицит АТФаз, дефицит цитохромов, дефицит НАД*Н окисления. Проявления: гипоксия клетки, некрозы мышц и нейронов (гистологически мышцы выглядят как «красные изорванные волокна» ).
Некрозу предшествует паранекроз (обратимый) и некробиоз.
Частичный некроз – в местах концентрации патогенного агента.
НЕКРОЗ: под действием токсинов, физических факторов, гипоксии и пр.; характерны: раннее разрушение мембраны, лизис цитоплазмы, набухание МХ, пикноз ядра с диффузной деградацией хроматина, прекращение синтеза белка, разрушение лизосом с клеточным ацидозом и аутоперевариванием, типичен воспалительный процесс и нарушение архитектоники тканей; типично наличие патологии.
АПОПТОЗ (ПКГ): под действием активации генной программы (в ходе эмбрионального развития и онтогенеза – тимус); при недостаточности трофических влияний на клетки; при патологических процессах самых различных – гипоксии (инфаркт миокарда в т.ч.); интоксикациях (септицемия); ионизирующем облучении и пр. (обычно при некомпенсируемости повреждений ДНК при облучении), при малигнизации клетки (важен ген р53 – «страж целостности генома»)
Характерн для апоптоза: мембрана сохраняется долго, цитоплазма конденсируется и фрагментируется, ядро конденсируется и хроматин «разрезается» эндонуклеазами между нуклеосомами на четкие части, обязательно активируется синтез белка – апоптоз это активный процесс активации генов; рано снижается потенциал митохондрий которые затем теряют кальций и набухают и высвобождают апоптический фактор - белок действующий на ядро клетки; процесс ведет к формированию апоптических плотных телец, они быстро (минуты, часы) фагоцитируются без воспаления, не меняя цитоархитектонику.
Главныемеханизмыапоптоза: активация эндонуклеаз ядра расщепляющих ДНК и снижение мембранного потенциала митохондрий, что ведет к энергетическому голоду клетки (один, оба механизма).
В проведении сигнала к апоптозу играют роль: Са2+ и кальмодулин саркоплазматического ретикулума и митохондрий; выход из митохондрий белка-индуктора апоптоза хроматина; при любых формах апоптоза активируется синтез АФК (Н2О2 отводят роль передачи апоптического сигнала и внутри клетки и между клетками!).
АФК важны для модификации мембранных липидов, что ведет к фагоцитозу апоптозных телец (сигнал к фагоцитозу – появление на мембране фосфатидилсерина).
Важны также активирующиеся ферменты–каспазы, которые конвергируют различные сигналы к апоптозу внутри клетки. Каспазы активно синтезируются в клетке при индукции апоптоза (требуется синтез РНК и белка их). Известен цитохром с – зависимый апоптоз с реализацией эффекта через каспазу.
В ходе апоптоза активируются гены – важнейший - р53 и снижается ингибитор апоптоза – Bcl-2.
По запускуапоптоза различают: рецепторный механизм: глюкокортикоиды при апоптозе тимоцитов, рецепторы к фактору некроза опухолей (ФНО) и специфический апоптозный рецептор - Fas;
генный механизм (активация генных программ в эмбриогенезе – рассасывание хвоста головастика);
запуск при повреждении клетки (повреждение ДНК или митохондрий, появление цитохрома-с в цитоплазме или повышение АФК).
ЗАБОЛЕВАНИЯ НАРУШЕНИЯ АПОПТОЗА: СНИЖЕНИЕ АПОПТОЗА: ведет к опухолям, аутоиммунным заболеваниям, частым вирусным инфекциям, нейропролиферативным заболеваниям.
ПОВЫШЕНИЕ АПОПТОЗА наблюдается при: нейродегенеративных заболеваниях (болезнь Альцгеймера, миотрофии); болезни крови (апластическая анемия, миелодиспластический синдром); ишемия (инфаркт, инсульт, реперфузионные поражения); токсические повреждения печени и почек, СПИД.