цитология сессия билеты 2. 1. Условие необходимые при деление нормальной клетки
 Скачать 93.24 Kb.
|
Пострепликативная репарацияTип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей повреждённые участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка RecA Пострепликативная репарация была открыта в клетках E. coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения. - мисс - мэтч репарация; Мисмэтч-репарация исправляет ошибки, возникающие в результате нарушения комплементарности пар AT или GC в дочерней цепи при включении в них некомплементарных нуклеотидов. Особенность данного механизма, состоит в том, что он способен отличить «старую» цепь ДНК от «новой» и исправить именно вновь синтезированную. В основе данного феномена лежит то важное свойство, что материнская цепь несет в последовательностях GATC аденины с присоединенными к ним сразу после окончания репликации метальными группами. Вследствие этого во время следующего цикла репликации материнская и дочерняя цепи становятся структурно различимыми, так как до окончания данного цикла дочерняя цепь остается неметилированной. Именно в этот временной промежуток и должны быть исправлены ошибки спаривания оснований. Генетическая репарация неспаренных оснований обнаружена в клетках и человека, и дрожжей. Механизм коррекции ошибок такого типа, базирующийся на сочетанном действии продуктов четырех генов mut (И, L, S и U) и получивший название «система MutHSLU», достаточно хорошо изучен у E. coti. Такое взаимодействие протекает в несколько этапов, на первом из которых к паре некомплементарных оснований присоединяется MutS — белковый продукт гена mutS, распознающего нарушения такого типа. Соединившись с участком, включающим неправильное основание, этот белок сразу же образует комплекс и с продуктом гена mutt. Сформированный трехчленный комплекс активирует продукт гена тutН (до этого момента находившийся в латентном состоянии) для связывания с ближайшей неметилированной последовательностью GATC. Обладающий эндонуклеазной активностью продукт гена тutН может разрезать дочернюю цепь как с 5'-, так и с З'-стороны от аденина. В первом случае к белку MutH присоединится экзонуклеаза, которая разрушит дочернюю цепь в направлении 5'-3' до места неверного спаривания и несколько дальше. А во втором — другая экзонуклеаза, c 3'-5'-активностью, двигаясь по дочерней цепи ДНК, также разрушит ее ошибочный фрагмент. Дальнейший ход событий аналогичен описанным этапам ресинтеза и лигирования концов в ходе эксцизионной репарации. Механизм коррекции, при котором восстановлению подвергается определенная цепь ДНК, называется направленным. Эксцизионная репарация обнаружена как у простейших, так и в культуре клеток млекопитающих. В частности в культуре клеток здоровых людей после облучения ее ультрафиолетом через 20 ч из ДНК исчезает до 90% тиминовых димеров (со скоростью около 40 000 димеров в час). - SOS- репарация. SOS-репарация – один из видов репарации, который осуществляется индуцибельными ферментами. Этот механизм включается для спасения клетки в условиях, когда нарушения ДНК реально угрожают ее жизнеспособности, тем самым: - снижается скорость репликации, что делает процесс репарации более эффективным; - блокируется деление клеток; - индуцируется синтез ряда белков, участвующих в образовании олигонуклеотидов. +Действие SOS-репарации носит кратковременный характер, и примерно через 40-60 мин она переключается на конститутивную репарацию. 18. Биологическое и медицинское значение репарации ДНК. Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённых при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических реагентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации. Биологическое значение репарации ДНК заключается в резком снижении частоты мутаций, большинство которых оказываются летальными и полулетальными или же снижающими жизнеспособность организмов, вызывающими аномалии и обусловливающими тератогенез. Благодаря репарации ДНК повышается устойчивость генотипа организма к повреждающим агентам (мутагенам). 19. Апоптоз, типы и причины. попто́з (др.-греч. ἀπόπτωσις — «листопад», от ἀπό- + πτωσις «падение») — регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Фрагменты погибшей клетки обычно очень быстро (в среднем за 90 минут) фагоцитируются макрофагами либо соседними клетками, минуя развитие воспалительной реакции. Морфологически регистрируемый процесс апоптоза продолжается 1—3 часа. Одной из основных функций апоптоза является уничтожение дефектных (повреждённых, мутантных, инфицированных) клеток. В многоклеточных организмах апоптоз к тому же задействован в процессах дифференциации и морфогенеза, в поддержании клеточного гомеостаза, в обеспечении важных аспектов развития и функционирования иммунной системы. Апоптоз наблюдается у всех эукариотов, начиная от одноклеточных простейших и вплоть до высших организмов. В программируемой смерти прокариотов участвуют функциональные аналоги эукариотических белков апоптоза. Апоптоз появляется в течение эмбрионального развития, особенно в комплексе органов, где субпопуляция клеток избирательно уничтожается. Например, многие нейроны погибают внутри развивающегося мозга и «самореактивные» лимфоциты элиминируются внутри тимуса. Нарушение апоптоза в эмбриогенезе может приводить к внутриутробной гибели плода, врожденным уродствам или различным заболеваниям, в том числе злокачественным. У взрослых апоптоз может быть определен особенно в тканях, подвергнутых обратимому расширению, например, в гормонзависимых клетках груди и простаты после оперативного лечения гормональной опухоли. Можно выделить два направления в изучении апоптоза. С одной стороны, исследуются существующие сигнальные и рецепторные пути, регулирующие апоптоз. Эти данные можно использовать, применяя эндогенные медиаторы. С другой стороны, ведется поиск веществ, способных направленно воздействовать на процессы апоптоза, подавляя или активируя его. Причины апоптоза Этот феномен является результатом действия различных факторов, приводящих к гибели клетки. Это могут быть неспецифические факторы, такие как температура, токсические агенты, оксиданты, свободные радикалы, гамма- и УФ-излучение, бактериальные токсины и др. Во всех этих случаях происходит индукция апоптоза, но при увеличении дозы соответствующего агента развивается некроз клетки. Поскольку апоптоз физиологическое явление, то в организме должны быть факторы, приводящие к ПКГ. В настоящее время известно, что таковыми могут быть как внутриклеточные сигналы, так и внешние, опосредующие свое действие через рецепторные системы, которые сами по себе не являются токсическими или деструктивными. Среди физиологических наибольший интерес вызывают гормоны. Известно, что они могут выступать как индукторами, так и ингибиторами гибели клетки в зависимости от стадии ее дифференцировки (например, половые гормоны). Центральное место в исследовании апоптогенного действия гормонов принадлежит изучению влияния глюкокортикоидов (ГК) на лимфоидные клетки. Чувствительность Т-клеток к ГК зависит от стадии развития лимфоцитов. Пре-Т-клетки костного мозга и незрелые Т-клетки тимуса чувствительны к физиологическим дозам ГК. Определенные субпопуляции зрелых Т-лимфоцитов (натуральные киллеры, цитотоксические Т-лимфоциты) претерпевают апоптоз под действием ГК. Также гибнут пре-В-клетки и незрелые В-клетки. Зрелые В-лимфоциты не чувствительны к ГК. Другим физиологическим регулятором ПКГ являются цитокины (обширная группа белков, регулирующих пролиферацию и дифференцировку клеток при связывании со специфическими рецепторами на клетках-мишенях). Цитокины подразделяются на три большие группы (в зависимости от структуры и функции): ростовые факторы, семейство Фактора некроза опухоли и спиральные цитокины (интерлейкины, интерфероны). Эффект цитокинов на клетки также неоднозначен: для одних клеток они выступают в роли индуктора, для других – в роли ингибитора апоптоза. Это зависит от типа клетки, стадии ее дифференцировки и фукционального состояния. Наличие в организме физиологических факторов — индукторов и ингибиторов апоптоза — позволяет сделать вывод, что ПКГ зависит от соотношения этих регуляторов. 20. Стадии развития апоптоза. Стадия инициации. На этой стадии патогенный агент либо сам является информационным сигналом, либо обусловливает генерацию сигнала в клетке и его проведение к внутриклеточным регуляторным структурам и молекулам. Инициирующие апоптоз стимулы могут быть трансмембранными или внутриклеточными. Трансмембранные сигналы подразделяют на отрицательные и положительные. Отрицательные сигналы обусловливают отсутствие или прекращение воздействия на клетку различных факторов роста, регулирующих деление и созревание клетки. Положительные сигналы генерируют запуск программы апоптоза. Так, связывание TNFα (FasL) с его мембранным рецептором CD95 (Fas) активирует программу смерти клетки. Среди внутриклеточных стимулов апоптоза зарегистрированы избыток Н+, свободные радикалы липидов и других веществ, повышенная температура, внутриклеточные вирусы и гормоны, реализующие свой эффект через ядерные рецепторы (например, глюкокортикоиды). Стадия программирования. На этой стадии специализированные белки либо реализуют сигнал к апоптозу путём активации исполнительной функции, либо блокируют потенциально летальный сигнал. Выделяют два варианта реализации стадий программирования: 1) путём прямой активации эффекторных каспаз и эндонуклеаз (минуя геном клетки) и 2) опосредованной через геном передачи сигнала на эффекторные каспазы и эндонуклеазы. Прямая передача сигнала осуществляется через адапторные белки, гранзимы и цитохром С. Опосредованная передача сигнала подразумевает репрессию генов, кодирующих ингибиторы апоптоза, и активацию генов, кодирующих промоторы апоптоза. Стадия реализации программы состоит в собственно гибели клетки, осуществляемой посредством активации протеолитического и нуклеолитического каскадов. Непосредственными исполнителями процесса «умертвления» клетки являются Ca2+,Mg2+ -зависимые эндонуклеазы и эффекторные каспазы. В результате разрушения белков и хроматина в процессе апоптоза клетка подвергается деструкции, когда в ней формируются и отпочковываются фрагменты клетки, содержащие остатки органелл, цитоплазмы, хроматина и цитолеммы, то есть апоптозные тельца. Стадия удаления фрагментов погибших клеток. На поверхности апоптозных телец экспрессируются лиганды, с которыми взаимодействуют рецепторы фагоцитирующих клеток. Фагоциты быстро обнаруживают, поглощают и разрушают апоптозные тельца. Благодаря этому содержимое разрушенной клетки не попадает в межклеточное пространство. 21. Генетический контроль процесса апоптоза. Белок р-53 — элемент системы контроля за апоптозом Центральным компонентом системы контроля за апоптозом является белок р53. Именно на р53 сходятся многообразные сигналы, сообщающие о возникновении «нештатной» ситуации. При этом происходит быстрое увеличение экспрессии р53 и переход в функционально активное состояние.р-53 запускает ряд внутриклеточных процессов, ведущих к самоограничению или к самоубийству клетки. Дикий тип гена р53 (mtр-53) индуцирует апоптоз, а протоонкогеныВсl-2 и Всl-х его блокируют. В результате мутации гена дикого типа образуется мутантный тип гена р53 (mtp-53) и клетка теряет способность к естественной смерти (апоптозу), следствием чего является возникновение опухоли. Дикий тип гена р-53 является геном-супрессором, ингибирующим трансформацию клеток, мутантный ген р-53 является онкогеном, который, наряду с другими онкогенами, участвует в механизмах канцерогенеза. Дикий ген р-53 не только индуцирует апоптоз, но также блокирует клеточный цикл, возможно, совместно с с-myc-геном, на стадии G1 или перехода фазы G1 в S-фазу. Дикий тип человеческого гена р53 и температуро-чувствительные мутанты индуцируют экспрессию СD95(Fаs/АР0-1)-антигена. Когда клетки линий Н358, Н460 и К562 трансфецировалитемпературо-чувствительными мутантами, то экспрессия СD95(Fаs/АР0-1)-антигена повышалась в 4-6 раз. Таким образом, онкоген вызывает в клетках два эффекта: он останавливает клетки в G1/S фазе клеточного никла и является триггером апоптоза. Семейство Всl-2-белков, регулирующих апоптоз Всl-2. Первым обнаруженным белком, регулирующим апоптоз, был Всl-2, кодируемый протоонкогеномВсl-2.Транслокация гена приводила к развитию фолликулярнойлимфомы у человека. Затем было выявлено целое семейство Всl-2-генов, контролирующих апоптоз. Белки семейства Всl-2 не имеют гомологичных аминокислотных последовательностей с другими белками. Однако, трехмерная структура Всl-хL похожа на трехмерную структуру порообразующих доменов некоторых бактериальных токсинов, которыедействуют как каналы для ионов или белков. Близкими по структуре к Всl-хL являются дифтерийный токсин, который транспортирует фрагменты токсина через клеточную мембрану, и бактериальные порообразующие колли-цины, которые убивают Е. соli путем образования неселективных ионовых каналов. Исходя из этой близости, предположили, что семейство белков Всl-2 может функционировать как каналы для ионов и белков. Повышенная экспрессия Всl-2 ингибирует транзит веществ из митохондрий, тогда как сверхэкспрессияВах индуцирует транзит. Подобно другим белкам, регулирующим мегапоры на мембране, Всl-2 и Вах могут модулировать мегапоры или участвовать в образовании мега- пор, возможно, контролируя поток ионов, закрывая или открывая мегапоры. Блокирующее действие на апоптоз Всl-2 может заключаться в блокаде транспорта из митохондрий питохрома С, являющегося важнейшим звеном в каскаде реализации сигнала смерти. Регуляция экспрессии СD95(Fas/АР0-1)-рецептора другими клеточными рецепторами Моноклональные антитела (МКА) против поверхностных клеточных рецепторов вызывают регуляцию экспрессии СD95(Fas/ АРО-1)-рецептора. Перекрестное связывание МКА против С04 или оболочечного протеина gp160 человеческого вируса иммунодефицита с нефракционированными моно-нуклеарами периферической крови индуцирует апоптоз. Однако механизм индукции апоптоза с помощью МКА анти-СD4 неясен. Связывание МКА анти-СD4 или протеина gр160 индуцирует в клетках повышение экспрессии СD95(Fas/АР0-1)- антигена и мРНК этого антигена. Добавление тирозин протеин киназыгенистина или иммунодепрессанта циклоспорина А отменяло этот эффект. Повышение экспрессии СD95(Fas/АР0-1)-антигена коррелировало с повышением апоптоза. В дополнение, перекрестное связывание с анти-СD4 индуцировало продукцию гамма- интерферона и ТNР-а в отсутствии секреции интерлейкина-2 и интерлейкина-4. МКА к-гамма-интерферон и ТNF-а блокировали апрегуляцию (повышение экспрессии) СD95(Fas/АРО-1)- рецептора. 22. Канцерогенез. Канцерогенные факторы, классификация, их роль в возникновении опухолевой трансформации клеток. Канцерогенез – это многоступенчатый процесс накопления изменений в геноме клеток, приводящий к появлению «асоциальных клеток», характеризующихся морфологическим, функциональным, биохимическим атипизмом, автономным ростом, «ускользанием» клеток от гуморальных и нервных влияний. Индуцировать канцерогенез способны многие химические агенты, условно разделяемые на канцерогены и промоторы. Канцерогены (например, бензпирены, афлатоксин Bs) быстро действуют на клетки-мишени, что необходимо, но не всегда достаточно для опухолевой трансформации. Механизм трансформирующего действия канцерогенов изучен мало; все канцерогены обладают мутагенным эффектом. Для его выявления используют тест Эймса, определяющего способность повышать частоту мутаций у бактерий (например, рода Salmonella). Промоторы (например, форболмиристат ацетат, гормоны яичников) стимулируют деление клеток. Для злокачественной трансформации, вызванной канцерогеном, требуются по крайней мере два цикла их деления. Действие промотора обратимо и само не является канцерогенным. ' Чтобы вызвать трансформацию, он должен действовать после обработки клеток канцерогеном. Физические онкогены Трансформирующее действие, основанное на мутагенном эффекте, проявляют УФ- и ионизирующее излучение. В частности, широко известно, что избыточное солнечное излучение — этиологический фактор развития злокачественной меланомы. Мишень такого воздействия — нуклеиновые кислоты. Излучение приводит к появлению дефектов в геноме. Онкогенные вирусы Способностью трансформировать инфицированные клетки обладают некоторые ДНК- и РНК-содержащие вирусы — онкогенные, или онковирусы. ДНК-содержащие онкогенные вирусы. Трансформацию способны вызывать папова-, герпес- и аденовирусы. Злокачественной трансформации подвергается небольшая часть заражённых клеток, что обусловлено развитием абортивной вирусной инфекции клеток. Трансформированные клетки сохраняют один или несколько вирусных геномов, встроенных в геном клетки-хозяина. РНК-содержащие онкогенные вирусы. Среди РНК-геномных вирусов трансформирующими свойствами обладают только ретровирусы. Под действием обратной транскриптазы, закодированных в геноме вирусов, в инфицированной клетке синтезируются двухцепочечные замкнутые ДНК-копии генома вируса. Последний встраивается в клеточный геном хозяина, нарушая контроль над пролиферацией. В подобных ситуациях провирусы играют роль носителей онкогенов. В геномах только ретровирусов выделено до 35 онкогенов; каждый из них имеет клеточный гомолог (протоонкоген). 23. Протонкогены и онкогены, понятия, их роль в возникновении и развитии опухолевой трансформации клеток. Онкоге́н — ген, продукт которого может стимулировать образование злокачественной опухоли. Мутации, вызывающие активацию онкогенов, повышают шанс того, что клетка превратится в раковую клетку. Считается, что гены-супрессоры опухолей (ГСО) предохраняют клетки от ракового перерождения, и, таким образом, рак возникает либо в случае нарушения работы генов-супрессоров опухолей, либо при появлении онкогенов Протоонкоген — обычный ген, который может стать онкогеном из-за мутаций или повышения экспрессии. Многие протоонкогены кодируют белки, которые регулируют клеточный рост и дифференцировку. Протоонкогены часто вовлечены в пути передачи сигнала и в регуляцию митоза, обычно через свои белковые продукты. После активации (происходящей из-за мутации самого протоонкогена или других генов) протоонкоген становится онкогеном и может вызвать опухоль. Примерами продуктов протоонкогенов являются белки, вовлеченных в сигнальные пути — белок RAS, а также белки WNT, Myc, ERK и TRK. Протоонкоген может стать онкогеном путём относительно незначительной модификации его естественной функции. Существует три основных пути активации: Мутация внутри протоонкогена, которая: меняет структуру белка, повышает активность белка (фермента), при которой утрачивается регуляция экспрессии соответствующего гена. Повышение концентрации белка путём: повышения экспрессии гена (нарушение регуляции экспрессии); повышения стабильности белка, увеличение периода его жизни и, соответственно, активности в клетке; дупликации гена (хромосомная перестройка), в результате чего концентрация белка в клетке удваивается. Транслокация (хромосомная перестройка), которая вызывает: повышение экспрессии гена в нетипичных клетках или в нетипичное время экспрессию постоянно активного гибридного белка. Такой тип перестройки в делящихся стволовых клетках костного мозга приводит к лейкемии у взрослых. 24. Антионкогены, механизмы противоопухолевой защиты. Антионкогеном (супрессорным геном) называется ген, который: а) в норме оказывает инактивирующее влияние на процессы пролиферации и (или) способствует клеточной гибели; б) инактивируется в опухолях; в) осуществляет реверсию злокачественного фенотипа в экспериментах по трансфекции. Наиболее известным супрессорным геном является ген р53. Он кодирует небольшой белок, осуществляющий огромное число разнообразных защитных функций. В частности, р53 дирижирует ответом клетки на повреждение ДНК посредством взаимодействия с другими регуляторными белками и, в зависимости от ситуационного контекста, инициирует процессы блокировки клеточного цикла, репарации ДНК, апоптоза. Помимо этого р53 является фактором транскрипции, т.е. регулирует уровень экспрессии целого ряда генов. Другой хорошо изученный супрессорный ген - RB1 - участвует в контроле деления клеток. К супрессорным генам с определенными оговорками можно отнести практически все гены, участвующие в поддержании геномной стабильности. Наследственные мутации во многих из них - BRCA1, BRCA2, MLH1, MSH2 - являются причиной так называемых семейных раковых синдромов. Значимым событием первого десятилетия XXI века является открытие принципиально нового класса биологически активных молекул - микроРНК, которые представляют собой очень короткие некодирующие последовательности (около 20 нуклеотидов). МикроРНК способны связываться с комплементарными участками кодирующих РНК, что приводит к угнетению трансляции и (или) деградации последних. К настоящему моменту идентифицировано примерно 5 сотен микроРНК. Каждая из этих молекул отвечает за функционирование десятков генов-мишеней. Таким образом, микроРНК являются уникальным инструментом координации процессов функционирования генов. Многочисленные работы свидетельствуют о несомненной роли микроРНК в онкогенезе. Различные представители этого класса молекул могут выполнять как онкогенные, так и антионкогенные функции. Современная наука полагает, что для возникновения трансформированного клеточного клона необходимо как минимум 5-9 мутаций в разных онкогенах и антионкогенах; меньшее количество мутаций почти всегда компенсируется защитными системами организма. Подобная особенность объясняет возрастное распределение онкологических заболеваний: большинство опухолей проявляют себя лишь во второй половине жизни, так как для их манифестации необходима целая цепь мутационных событий. 25. Онковирусы, их роль в возникновении опухолевой трансформации. Онкогеном называется ген, который: а) в норме оказывает активирующее влияние на процессы пролиферации и/или препятствует клеточной гибели; б) активируется в опухолях; в) проявляет трансформирующие свойства в экспериментах по трансфекции. Онкогены необходимы для нормального функционирования (обновления) тканей; их работа находится под строгим контролем сигнальных систем организма. Соматическая мутация в онкогене приводит к независимости клетки от внешних регулирующих влияний, т.е. клеточный клон, находясь в условиях аутостимуляции, приобретает способность к неконтролируемому размножению. Генетические повреждения в онкогенах могут возникать вследствие случайного мутационного процесса, однако вероятность мутаций существенно повышается при увеличении канцерогенной нагрузки. При вирусном канцерогенезе у животных вирус содержит уже активированную версию онкогена и, таким образом, является лишь транспортной формой последнего. У человека, напротив, большинство опухолей возникает за счет активации (мутации) эндогенных онкогенов. Активация одного онкогена почти всегда компенсируется. Процесс злокачественной трансформации требует сочетанных нарушений в нескольких онкогенах. К настоящему моменту идентифицированы сотни онкогенов. Они принадлежат к самым разнообразным классам белков и могут выполнять широкий спектр клеточных функций. Наиболее хорошо изучены протеинкиназы - ферменты, осуществляющие регуляцию активности белков-мишеней посредством фосфорилирования. Протеинкиназы делятся на 2 класса: тирозинкиназы и серин-треониновые киназы. Тирозинкиназы несколько легче поддаются изучению, поэтому сведения об их причастности к возникновению опухолей представлены в достаточно обширном объеме. К наиболее исследованным тирозинкиназам относятся мембранные белки EGFR, HER2, KIT, цитоплазматические ферменты SRC, ABL и т.д. В качестве примеров серин-треониновых киназ, вовлеченных в процесс онкогенеза, можно привести белки АКТ, PKC и т.п. Большую известность получили работы, посвященные изучению ГТФаз, особенно онкобелков семейства RAS. Значительное число известных онкогенов кодирует регуляторы транскрипции; к наиболее изученным ядерным онкобелкам относятся MYC, FOS и JUN. 26. Злокачественные опухоли, стадии развития, свойства. Злокачественная опухоль — это опухоль, свойства которой чаще всего (в отличие от свойств доброкачественной опухоли) делают её крайне опасной для жизни организма, что и дало основание называть её «злокачественной». Злокачественная опухоль состоит из злокачественных клеток. |