Информационный блок
Задания в тестовой форме
Цель занятия
Регуляция размножения клеток
Изучить основные механизмы вне- и внутриклеточной регуляции жизненного цикла клетки при митозе; ознакомиться с понятиями протоонкогенов, онкогенов, антионкогенов и их биологической ролью в процессах злокачественной трансформации клеток; дифференцировать морфологические признаки апоптоза и некроза
Выберите один правильный ответ:
1. Протоонкогены -
а) гены-супрессоры
б) гены-активаторы
в) энхансеры
г) промоторы
2. Протоонкогены контролируют
а) синтез ДНК
б) репарацию ДНК
в) нормальное деление клетки
г) смену фаз митотического цикла
3. Онкогены -
а) гены-супрессоры клеточного размножения
б) мутантные протоонкогены
в) гены-активаторы репарации ДНК
г) гены-активаторы редупликации ДНК
4. Угнетают деление клетки
а) антионкогены
б) гены-операторы
в) промоторы
г) энхансеры
5. К антионкогенам относится
а) Г6ФДГ
б) ТДФ
в) ДАХ
г) Р53
6. Функция гена р53
а) репарация ДНК
б) редупликация ДНК
в) рестрикция ДНК
г) транскрипция ДНК
7. Химическая природа факторов роста
а) углеводы
б) белки
в) ДНК
г) РНК
8. Функция кейлонов
а) приостанавливают деление
б) усиливают деление клетки
в) подавляют деление
г) нарушают дифференцировку
9. Запрограммированная генетически гибель клетки
а) эндомитоз
б) некроз
в) апоптоз
г) политения
10. Гибель клетки при действии неблагоприятных факторов
а) эндомитоз
б) некроз
в) апоптоз
г) политения
Эталоны ответов: 1б, 2в, 3б, 4а, 5г, 6а, 7б, 8в, 9в, 10б.
Регуляция жизненного цикла может осуществляться внутриклеточными факторами и внеклеточно. Остановимся навнеклеточной регуляции. Общий контроль активности деления клеток обеспечивают факторы различной природы, к которым относятся протоонкогены, антионкогены, факторы роста, кейлоны.
Протоонкогены - группа генов-активаторов, контролирующих нормальное клеточное деление и дифференцировку. Продукты этих генов -особые белки воздействуют на разные механизмы регуляции деления клетки: на уровне активирующего сигнала, его рецептора в мембране, второго посредника или транскрипции. К настоящему времени известно более 50 протоонкогенов.
Активация функции протоонкогенов и развитие опухолей.Изменения структуры и усиление активности экспрессии протоонкогенов вызывает развитие опухолей, что определило их название. Повышение активности протоонкогенов может быть связано с изменениями строения ДНК (в результате мутаций), увеличением количества генов (генной амплификации) или их размещением вблизи активного промотора. Измененные мутацией, но активные протоонкогены называются онкогенами.
Злокачественная трансформация клетки может возникнуть не только вследствие повышения активности протоонкогенов, но и в результате снижения активности другой группы генов, называемых антионкогенами. Антионкогены – гены, продукты которых – белки-супрессоры опухолевого роста, угнетают деление клеток. Из них наиболее подробно изучены гены RB (ретинобластомы), DCC, APC, WT1, NF1 и р53. Открытие гена p53 удостоено Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2002 г.
Ген р53 - один из наиболее мощных и универсальных антионкогенов (естественный онкосупрессор) - обеспечивает поддержание стабильности генетического аппарата («охранитель» клеточного генома) и контролирует клеточный цикл. В нормальных условиях его экспрессия умеренная, при повреждении ДНК она резко усиливается. Активация гена р53 приводит к остановке клеточного цикла для репарации ДНК, в которой активное участие принимает продукт этого гена - белок р53 - благодаря способности связываться с поврежденным участком ДНК и регулировать восстановление его структуры. При тяжелых повреждениях, не устранимых путем репарации ДНК, р53 запускает программу апоптоза. Оба вида реакций защищают организм от репликации и амплификации (умножения) генетически поврежденного материала. Белок р53 индуцирует синтез продуктов генов р21, р15 и р16, которые блокируют особые ферменты (циклинзависимые киназы), обеспечивающие переход G1→S и прохождение других периодов клеточного цикла.
Инактивация функции антионкогенов и развитие опухолей. Потеря функции гена р53 (в результате мутации) приводит к утрате контроля над клеточным циклом: клетки-мутанты продолжают активно пролиферировать, несмотря на повреждения ДНК. Выявлена четкая связь между утратой функции гена р53 и развитием более 50 видов злокачественных опухолей у человека. Так, изменения гена р53 обнаружены в 55-70% случаев рака легкого, в 25-30% - рака молочной железы. Опухоли с потерей функции гена р53 характеризуются наиболее злокачественным течением. В некоторых видах опухолей (в 60% меланом и лейкозов, в 80% глиом) обнаруживаются изменения гена р16; описаны опухоли, связанные с дефектами гена р15. Клетки рака шейки матки часто содержат инактивированные гены RB и р53. Мутация гена RB обнаруживается при ретинобластоме, опухолях костей, мочевого пузыря, легкого и молочной железы. Делеция гена DCC характерна для опухолей толстой и прямой кишки, АРС - для аденоматозного полипоза толстой кишки.
Факторы роста являются важными стимуляторами клеточного деления. Они представляют собой белки, усиливающие митотическую активность в определенных тканях (тканях-мишенях). Их действие опосредуется специфическими рецепторами на плазмолемме клеток. К ним относятся фактор роста нервов (ФРН), эпидермалъный фактор роста (ЭФР), тромбоцитарный фактор роста (ТРФР), инсулиноподобные факторы роста (ИФР), фактор роста фибробластов (ФРФ), колониестимулирующие факторы (КСФ) - стимуляторы отдельных этапов гематопоэза, интерлейкины (ИЛ) -1, -2 и -3. Список факторов роста постоянно расширяется. Высказывается предположение, что большинство типов клеток реагирует не на один специфический фактор роста, а на их комбинации. Некоторые факторы роста циркулируют в крови, но большинство действует в тканях локально (паракринно).
Факторы, подавляющие клеточное деление - кейлоны представляют собой класс гормоноподобных регуляторов. Они являются полипептидами или гликопротеинами и обладают тканевой и клеточной специфичностью. Кейлоны образуются всеми зрелыми дифференцированными клетками и локально воздействуют на незрелые клетки этой же ткани, способные к делению. Они обеспечивают поддержание численности клеточной популяции. Уменьшение численности популяции клеток (например, потеря клеток эпидермиса при ранении или лейкоцитов при кровотечении) вызывает снижение ингибирующего воздействия кейлонов и подъем митотической активности в соответствующей ткани. Кейлоны участвуют в регуляции роста тканей, заживления ран, иммунных реакций и других процессах.
В организме клетки большинства тканей постоянно разрушаются, погибают и замещаются. Эти процессы происходят не только вследствие патологии, но в ходе нормальной жизнедеятельности (физиологическая регенерация, эмбриональное развитие). Различают два внешне похожих, но принципиально различных типов гибели клеток: апоптоз и некроз.
Апопто́з генетически обусловленный процесс физиологической гибели клеток. При апоптозе ядро и цитоплазма уменьшаются в объеме, распадаются на глыбки и растворяются, что связано с активацией гидролитических ферментов лизосом. Морфологически апоптоз проявляется гибелью единичных, беспорядочно расположенных клеток, что сопровождается формированием округлых, окруженных мембраной телец («апоптотические тельца»), которые тут же фагоцитируются окружающими клетками. Апоптоз наряду с пролиферацией и миграцией клеток обеспечивает дифференцировку и специализацию тканей, способствует приобретению характерных для определенного биологического вида признаков организации. Например, у эмбриона человека в результате апоптоза исчезают закладки шейных ребер и зачатки хвоста, образуются полости тела и просветы сосудов. Он является механизмом постоянного контроля размеров органов. При снижении апоптоза происходит накопление клеток, например, опухолевый рост. При увеличении апоптоза наблюдается прогрессивное уменьшение количества клеток в ткани, развивается ее атрофия. Генетический контроль апоптоза обеспечивает ген p53. Белок - продукт этого гена способен при определенных условиях блокировать клеточное деление и запускать процесс самоликвидации дефектной клетки.
Явления апоптоза и некроза настолько похожи, а механизм апоптоза выяснен совсем недавно, что еще нередко для описания некоторых физиологических процессов разрушения клеток вместо термина «апоптоз» используют термин «некроз».
Некро́з омертвение ткани под влиянием нарушения кровообращения, химического или термического воздействия (ожог, отморожение), травмы и др. Область некроза окружается особой зоной клеток, которые затем отторгаются или подвергаются гнойному расплавлению; на месте дефекта ткани образуется рубец. Некроз клеток возникает в нефизиологических условиях, в связи с действием неблагоприятных факторов, то есть это процесс патологический. В результате некроза происходит выпадение функции в связи с гибелью структурных элементов ткани или органа и интоксикацией, обусловленной наличием очага воспаления.