1.1.2. Многообразие пусковых механизмов апоптоза

В развитии апоптоза выделяют 3 стадии: индукторную, эф-фекторную и стадию деградации. Если две последние едины для всех разновидностей апоптоза, то первая стадия проявля­ется весьма разнообразно в зависимости от типа клеток и ин­дукторных факторов. Это разнообразие можно объединить в две группы, в одну из которых войдут ситуации, когда про­грамма гибели включается внешними факторами, а в дру­гую — случаи, когда эта программа предсуществует в клетке и реализуется в отсутствие защитных факторов (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Разновидности сигналов, приводящих к развитию аноптоза

Происхождение сигнала

Природа сигнала

Примеры

Внеклеточные сигналы

Внутриклеточные сигналы

факто-

Дефицит ров

Антиген

Гормон

его

Цитокин или аналог (FasL)

цитоки-

Повреждение хро­мосом, другие из­менения хроматина

Дефицит нов

Дефицит антигенов

Дефицит корецеп-тора

Отрицательная селекция ти-моцитов

Действие глюкокортикоидов

Fas-зависимый апоптоз, ци­толиз, вызванный ФНОа или ФНОР

Радиационная гибель лим­фоцитов в интерфазе. Дейст­вие топоизомераз

Гибель кроветворных клеток при дефиците цитокинов. Гибель активированных Т-клеток в отсутствие ИЛ-2

Гибель В-клеток в зароды­шевых центрах

Апоптоз при активации Т-клеток в отсутствие сигна­ла с CD28

Наиболее детально изучен вариант с индукцией апоптоза внешними воздействиями — экзогенной индукцией. Только в этом случае можно с определенностью говорить о рецепции (восприятии) сигнала, вызывающего развитие апоптоза. Наи­более полно проанализированы условия экзогенной индукции апоптоза Т-лимфоцитов, особенно их незрелой формы — кор­тикальных тимоцитов. Классическими индукторами апоптоза тимоцитов служат кортикостероиды. Как известно, они про­никают в клетку и проявляют свое действие через рецепторы, локализующиеся в ядре. Поскольку отнюдь не все клетки гиб­нут под действием кортикостероидов, возникает вопрос о воз­можности различной интерпретации клеткой однотипного сигнала. Примером специфичности действия индукторов апоптоза на клетки определенных типов могут служить также эстрогены и андрогены, которые индуцируют апоптоз преиму­щественно эпителиальных клеток.

Более распространенным вариантом восприятия сигналов является рецепция сигналов к апоптозу через мембранные ре­цепторы, при которой проблема интерпретации сигнала также весьма актуальна. Так, сигнал, поступающий в Т-лимфоциты через рецептор для антигена (комплекс TCR-CD3), который в норме приводит к активации пролиферации клеток, в опреде­ленных условиях вызывает их апоптоз, обозначаемый как ак-тивационный. Сигнал может подаваться при воздействии на рецептор антигена, суперантигена, митогенного. лектина, антител, способных перекрестно сшивать молекулы рецепто­ра. Индукция апоптоза при этом может происходить при вы­полнении одного из следующих условий:

• при отсутствии дополнительного сигнала (костимуляции через молекулу CD28 рецептора);

• при повторном действии лиганда на активированные клетки;

• в отсутствие ростовых факторов, прежде всего интерлей-кина 2 (ИЛ-2);

• после предварительного перекрестного сшивания моле­кул CD4.

Аналогичная ситуация создается при активации В-лимфоци-тов через связывание рецептора BCR (В cell receptor); условием индукции апоптоза в этом случае является, в частности, отсутст­вие костимуляции через мембранную молекулу CD40. Сигнал к развитию апоптоза может подаваться также через другие мем­бранные структуры лимфоцитов — CD2, молекулы главного комплекса гистосовместимости класса I р",- и р₂-интегрины и т.д.

Апоптоз могут индуцировать некоторые цитокины, в первую очередь фактор некроза опухоли а (ФНО). Сигнал гибели пода­ется через один из двух рецепторов ФНО — р55 (TNFR1). Эти рецепторы ФНО ответственны за реализацию самых разнооб-

Fvv3 TNF

FasL

Fas

TNFR1

Мембрана

Домены смерти

_ООО

FADD

RIP

Домены UUU смерти'

СЗЗ TRADD Г-^^Ч FADD

[

RIP

Активация каспаэы 8

Активация эффекторных каспаэ

Расщепление молекул-мишеней

АПОПТОЗ|

Рис. 1.2. Молекулярные взаимодействия при ин­дукции апоптоза через Fas-рецептор и рецептор ФНО (TNFR1).

TRADD, FADD, RIP -бел­ки, передающие сигнал апо­птоза; FasL и TNF — индук­торы апоптоза; TNFR1 и Fas — рецепторы сигналов апоптоза. Пояснения в тексте.

разных эффектов ФНО; оба они относятся к семейству рецепто­ров фактора роста нервов, однако лишь TNFR1 имеет цитоплаз-матический домен гибели, через который передается летальный сигнал (см. далее). В схематической форме последствия взаимо­действия ФНО и TNFR1 представлены на рис. 1.2. Некоторые цитокины, например ИЛ-2 и интерферон у, в зависимости от си­туации могут либо индуцировать, либо предотвращать развитие апоптоза. Такая «амбивалентность» эффектов свойственна и ряду других факторов: ингибиторам синтеза белка, активаторам и ингибиторам активности киназ и т.д.

Существует группа рецепторов, для которых передача сиг­нала к развитию апоптоза является основной, если не единст­венной функцией. Это Fas-рецептор (АРО-1, CD95) и белки группы DR (Death receptors — «рецепторов смерти»): DR3

(APO-3), DR4 (TRAIL-R1), DR5 (TRAIL-R2). Все они отно­сятся к тому же семейству рецепторов фактора роста нервов, к которому принадлежат рецепторы ФНО, а также мембранные молекулы CD30 и CD40, и, подобно TNFR1, имеют цитоплаз-матический «домен смерти» (см. рис. 1.2). Лучше других изу­чен Fas-рецептор (36 кДа), который появляется на поверхнос­ти клеток спонтанно (на гепатоцитах, на части кортикальных тимоцитов) или под влиянием активации (на зрелых лимфо­цитах). Естественным лигандом этого рецептора и источником сигнализации, приводящей к развитию апоптоза, является Fas-лиганд — молекула с мол. массой 46 кДа (в мембране он представлен преимущественно тримерной формой), гомоло­гичная ФНО, CD40L и ряду других молекул, служащих лиган-дами для семейства рецептора фактора роста нервов. Fas-ли­ганд присутствует на клетках «иммунологически привилегиро­ванных органов», о чем далее будет сказано подробнее.

Ситуация с предсуществующей программой гибели клетки (эндогенной индукцией апоптоза) выяснена в значительно меньшей степени, чем индукция апоптоза внешними агентами. Ряд примеров эндогенного формирования программы гибели может быть почерпнут из развития кроветворных клеток. На не­которых этапах этого развития клетки автоматически гибнут, будучи лишены сывороточных факторов и/или определенных цитокинов. В роли факторов выживания кроветворных клеток обычно выступают колониестимулирующие факторы и другие гемопоэтические цитокины. Аналогичная ситуация возникает при активации лимфоцитов: Т-клетки, стимулированные анти­геном или митогеном, погибают, если их лишить ИЛ-2. В этом случае гибель может быть предотвращена добавлением любо­го из цитокинов, рецепторы которых имеют общую у-цепь, — ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-7, ИЛ-9 и ИЛ-15. Очевидно, защитный сигнал в этом случае подается через эту у-цепь. Наконец, большинство клеток различных типов при росте в культуре (и, вероятно, in vivo) подвергаются апоптозу, если их лишить контакта с меж­клеточным матриксом, например переведя в суспензию. В этом случае защитный сигнал передается через молекулы в,-интегри-нов. Приведенные примеры, однако, не проясняют, в чем состо­ит программа гибели и как она формируется.

Примером эндогенного сигнала к развитию апоптоза явля­ется также накопление нерепарированных разрывов ДНК, на­личие которых реализуется при участии ядерного белка р53. Дополнительным условием гибели при этом является слабый синтез эндогенных защитных факторов типа Вс1-2 (см. далее). Это происходит, например, в кортикальных тимоцитах, а также при радиационном поражении лимфоцитов и т.д. В пос­леднем случае факторами, способствующими включению про­граммы апоптоза, могут служить, помимо разрывов ДНК, про­дукты переокисления липидов, а также экспрессия облучен­

ными клетками Fas-лиганда. Эндогенным условием развития апоптоза может быть повышение внутриклеточного уровня Са²⁺, которое можно моделировать действием кальциевых ио-нофоров. Реализации эндогенной программы гибели клетки могут препятствовать, помимо экзогенных факторов выжива­ния, эндогенные факторы типа Bcl-2, Bcl-x_u о которых будет подробнее сказано далее.

Таким образом, условия индукции апоптоза весьма разно­образны и могут быть сведены к действию внешних факторов, воспринимаемому рецепторами (не всегда специализирован­ными на этой функции), и/или отсутствию защиты от реали­зации внутренней программы апоптоза. В зависимости от си­туации (тип клеток, их состояние, сопутствующие воздейст­вия) один и тот же фактор может как индуцировать, так и по­давлять развитие апоптоза.