Apoptosis-Like Death
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПУТИ ЗАПРОГРАММИРОВАННОЙ ГИБЕЛИ

FOUR DEATHS И A FUNERAL: FROM CASPASES TO ALTERNATIVE MECHANISMS

Marcel Leist, Marja Jäättelä
Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, 589-598 (2001)

Обнаружены механизмы, контролирующие клеточную гибель независимо от каспаз.
Запрограммированная клеточная гибель (ЗКГ) важна для развития и поддержания многоклеточных организмов. Она обычно связана с активацией CASPASES , конденсацией хроматина и появлением маркеров для PHAGOCYTOSIS на клеточной поверхности. Апоптоз четко отличается от др.программ гибели

Box 1 | Four patterns of death: from apoptosis to necrosis
Apoptosis is defined by stereotypic morphological changes, especially evident in the nucleus where the chromatin condenses to compact и apparently simple geometric (globular, crescent-shaped) figures. Other typical features include phosphatidylserine exposure, cytoplasmic shrinkage, zeiosis и the formation of apoptotic bodies (with nuclear fragments)

(Box.2) In its most classic form, apoptosis is observed almost exclusively when caspases, in particular caspase-3, are activated. When death can be blocked by inhibition of any signal или activity (for example, caspases) within the target cell, then the simplest condition for programmed cell death (ЗКГ) is met. Apoptotic morphology results from one of the most elaborate forms of ЗКГ, и it may be viewed as a far end of a continuum of death modes, with varying contributions of the cellular machinery.

Apoptosis-like ЗКГ is used here to describe forms of ЗКГ with chromatin condensation that is less compact/complete than in apoptosis (geometrically more complex и lumpier shapes), и with the display of phagocytosis-recognition molecules before lysis of the plasma membrane. Any degree и combination of other apoptotic features can be found. Most published forms of 'caspase-independent apoptosis' fall into this class. Notably, some classic 'caspase-dependent apoptosis' models, such as tumour-necrosis-factor-induced death of MCF-7 cells, also have this morphology. For comparative examples see

(Box.2).

Necrosis-like ЗКГ is used here to define ЗКГ in the absence of chromatin condensation, или at best with chromatin clustering to speckles. Varying degrees of other apoptosis-like features - including externalization of phosphatidylserine - might occur before the lysis. Necrotic ЗКГ usually involves specialized caspase-independent signalling pathways. However, caspase-8 might be activated и caspase-1-driven necrosis has also been observed A subgroup of necrotic ЗКГ models are often classified as 'aborted apoptosis'; that is, a standard apoptosis programme is initiated, then blocked at the level of caspase activation и finally terminated by alternative, caspase-independent routes.

Accidental necrosis/cell lysis is the conceptual counterpart to ЗКГ, as it is prevented only by removal of the stimulus. It occurs after exposure to high concentrations of detergents, oxidants, ionophores или high intensities of pathologic insult. Necrosis is often associated with cellular OEDEMA (organelle swelling) и devoid of zeiosis (see movies 3 и 4 online). The necrotic tissue morphology is, in large part, due to post-mortem events (occurring after lysis of the plasma membrane).





(Box.2)| Nuclear alterations in different forms of programmed cell death


Неожидано установлена способность определенных клеток выживать при активировании про-апоптических каспаз. Затем выявлена апоптоз-подобная гибель клеток   без активации эффекторных каспаз  и сигналов, исходящих от ключевых факторов апоптоза  - включая DEATH RECEPTORS и сами caspases - м. вызывать не-апоптическую гибель (Box 1).
Модификации способа гибели не затрагивают эффективное удаление гибнущих клеток. Итак, м. существовать некоторые альтернативные caspase-независимые пути гибели, которые гарантируют наюежное и невоспалительное удаление тел.
Links


DATABASE LINKS
Bax | CED-9 | Bcl-2 | CED-3 | poly(ADP) ribose polymerase | CD2 | TNF | p21-activated kinase-2 | cathepsin D | cathepsin B | TNFR1 | Fas | FADD | Daxx | ASK1 | JNK1 | Hsp27 | Bak | Bid | Bim | Bcl-xL | DIABLO/Smac | AIF | CAD | ORP150 | Myc | E2F | CDC25 | survivin | p53 | p19arf | PML | RARα | CD47 | Bin1 | APP | ataxins | presenilins | huntingtin | tau | α-synuclein | PTEN
FURTHER INFORMATION
Cell Death Society | Jäättelä lab


Парадоксально, однако, у эмбрионов лепка органов протекает нормально (хотя и замедленно) и при отсутствии обычных для апоптоза компонентов, таких как caspase-9 и Apaf-1. Очевидно, что формообразование эмбрионов происходит вторичным каспаза-незаивимым путем.
Guido Kroemer, Josef Penninger и др. клонировали и охарактеризовали apoptosis-inducing factor (AIF), митохондриальный фактор, высвобождаемый в ответ на стимулы, вызывающие гибель. Микроинъекции рекомбинантного AIF в цитоплазму клеток ведет к апоптической реакции так же как воздействие phosphatidylserine на клеточную поверхность.
Теперь установлено, что генетическая инактивация AIF устраняет гибель в моделях раннего эмбриогенеза. Авт. использовали гомологичную рекомбинацию для разрушения гена aif в embryonic stem (ES) клетках мышей. Затем, воспроизводя условия раннего развития авт. культивировали агрегаты AIF-дефицитных ES клеток в отсутствие leukaemia inhibitory factor и питающих клеток. В этих условиях клетки развиваются в эмбриоидные тела - многоклеточные агрегаты, содержащие наружный слой энтодермальных клеток и плотную сердцевину недифференцированных эктодермальных клеток. Клетки внутри этой внутренней сердцевины подвержены волне клеточной гибели в процессе образования внутренней полости (cavitation).
В эмбриоидных телах от AIF-дефицитных ES клеток, cavitation полностью блокирована. Они подтвердили, что этот видимый блок клеточной гибели не связан просто с увеличением клеточной пролиферации. Во время кавитации в эмбриоидных телах дикого типа, caspase-3 - нижестоящий эффектор caspase-9/Apaf-1 - обычно активаирован. Kroemer, Penninger и др. изучили эмбриоидные тела происходящие из caspase-9-/- и apaf-1-/- ES клеток. В обоих случаях, хотя caspase-3 больше не активировалась процесс кавитации протекал нормально. Затем было установлено, что AIF-зависимая клеточная гибель, наблюдаемая во время кавитации не зависит от caspase-зависимого пути гибели.
Предполагается, что AIF м. "представлять собой путь апоптоза, который приносит в жертву каспазный путь". AIF гомологи идентифицированы во всем metazoan phyla, известно также, что растения или одноклеточные организмы, у которых не обнаружили каспаз, тем не менее подвергаются запрограммированной гибели.

ORIGINAL RESEARCH PAPER Joza, N. et al. Essential role of the mitochondrial apoptosis-inducing factor in programmed cell death. Nature 410, 549-554 (2001) | Article | PubMed |
FURTHER READING Daugas, E. et al. Apoptosis-inducing factor (AIF): a ubiquitous mitochondrial oxidoreductase involved in apoptosis. FEBS Lett. 476, 118-123 (2000) | Article | PubMed |

Evolution of cell death principles

Эволюционное давление сформировало несколько программ клеточной гибели по мере усложнения и увеличения продолжительности жизни организмов. Последовательности, кодирующие каспазы, отсутствуют у многих неживотных видов. Несмотря на это растения и некоторые одноклеточные эукариоты подвергаются ЗКГ в условиях стресса. Напр., у дрожжей апоптоз-подобная гибель связана с фрагментацией ДНК, ZEIOSIS , PHOSPHATIDYLSERINE EXPOSURE и конденсацией хроматина, она м. селективно запускаться  или блокироваться с помощью Bax-подобных или CED-9-родственных генов, соотв. Более того, запрограммированная PARAPTOSIS -подобная гибель обнаружена у каспаза-дефицитной  слизистой плесни.
Внесение caspases и особенно митохондриального CED-9/Bcl-2-обусловленного переключения на гибель м. представлять собой исправление старой каспаза-независимой программы гибели. Одна форма крайней специализации представлена соматической гибелью клеток у нематод Caenorhabditis elegans, которые расположены на ветви филогенетического дерева, которая отделилась раньше от ветви, идущей к млекопитающим. Потребность в ЗКГ у C. elegans приспособлена к специфическим нуждам  и дивергировала далеко от таковых у млекопитающих. Т.к. давление среды очень низкое у этих коротко-живущих организмов, чтобы вызывать flexible death реакции, то его оказалось достаточным лишь для оптимизации одной стереотипической каспаза-зависимой программы апоптоза. У млекопитающих, контроль с помощью митохондриальных белков м.б. ненужным , а большая часть деградирующих энзимов привносится фагоцитирующими клетками скорее, чем самими погибидщими клетками. Апоптоз у  C. elegans часто клеточно автономный — т.е. не получает сигналов и не контролируется извне, вся система death рецепторов у них, по-видимому, отсутствует. В соответствии с этой минимальной программой соматическая  ЗКГ несущественна для выживания и развития C. elegans . Рудиментарные остатки альтернативной апоптической программы, однако, все еще обнаруживаются в MALE LINKER CELL , в которых ЗКГ , которая м.б. независимой от CED-3, запускается извне.
Система запрограммированной клеточной гибели млекопитающих представлена оппозитной формой эволюционного направления, при которой помимо множества каспаз др. цистеиновые протеазы и митохондриальные факторы выполняют дополнительную роль во время развития и жизни. Исключительная природа некоторых факторов (нокаутная летальность) комбинируется с перекрыванием других  (трудности интерпретации при нокауте). Попрежнему остается неясным, какие  механизмя являбются существенными для предопределения гибели и какие детерминируеют только фенотипический исход.

ЗКГ can take many forms

Если строго руководствоваться морфологическими критеримми апоптоза — включая геометрическую форму хроматина после его конденсации

Box.2 | Nuclear alterations in different forms of programmed cell death

— каспазы кажутся необходимыми для апопоза (Box 1). Однако, именется много форм 'апоптоз-подобной ЗКГ', при которых хроматин кондесируется в менее геометрические формы, а маркеры для фагоцитоза на плазматических мембранах (оболочках клеток) присутствуют еще до лизиса клеток. Ряд моделей гибели клеток, которая происходит в отсутствие активации каспаз, попадает в эту категорию (Box 2). Более того, анализ динамики клеточных мембран при разных моделях гибели  показывает, что важный признак апоптоза, zeiosis, м. появляться независимо от активации каспаз (см. movies 1 и 2 online).
ЗКГ м. также происходить в отсутствии конденсайии хроматина. Такиая некроз-подобная ЗКГ  является результатом активности клеточных процессов, которые м.б. перехвачены с помощью, напр.,  oxygen-radical scavengers, ингибирования  poly(ADP) ribose polymerase PARP или мутаций внутриклеточных сигнальных молекул. Далее, каспаза-независимая модель ЗКГ включает autophagy — характеризующуюся образованием больших, происходящих из лизосом, цитозольных вакуолей  — и DARK CELL DEATH в специализированных клетках, таких как хондроциты и нейроны.
Ингибирование активации каспаз не обязательно защищает от стимулов, вызывающих гибель. Напротив, это м. усиливать каспаза-независимые программы гибели. Эти программы м. вызывать апоптоз-подобную ЗКГ, аутофйагию или даже некроз. Во мнгих экспериментальных моделях апоптоза, включая те, что запускаются death рецепторами, cancer drugs, growth-factor deprivation, STAUROSPORINE , anti-CD2, oncogenes, COLCHICINE или экспрессией  Bax-родственных белков, существование back-up путей гибели обнаруживается после  ингибирования активности каспаз фармакоциптическими PAN-CASPASE INHIBITORS . Однако, плучены указания. подтверждающие, что такие 'second-line' механизмы м. участвовать и нормальной физиологии и патологии.Напр., каспазные пути м.б. инактивированы не только фармакологическими ингибиторами, но и др. факторами, таким как мутации,  снижение энергии,  nitrative/oxidative стресс, др. протеазы, которые активируются одновременно, члены семейства INHIBITOR OF APOPTOSIS PROTEIN (IAP) или ряд вирусных белков, которые м. заставить молчать каспазы.
После ингибирования каспаз альтернативные пути гибели выходят на поверхность и  in vivo. Они используются в процессах, таких как негативная селекция лимфоцитов, эмбрональное удаление межпальцевых перепонок, обусловленные  tumour necrosis factor (TNF) повреждения печени и гибель хондроцитов, котролирующих продольный рост костей. Эти примеры м.б. верхушкой айсберга. И перекрывающиеся пути гибели, инициируемые одиночным стимулом м.б. скорее правилом, чем исключением. Изучение потенциальных пересеченирй путей гибели, ведущих к разным фенотипическим исходам, м. позволить понять, какие события в действительности детерминируют решение погибнуть.

The funeral: removal of corpses

Классическая каспаза-зависимая програмаа  опитимзирована, чтобы гарантировать, что сигналы к фагоцитозу будут переданы до того, как содержимое клетки м.б. высвобождено.  Доминантой поступления сигнала в клетках млдекопитающих является транслокация phosphatidylserine на наружный листок  плазматической мембраны. Этот 'eat-me' индикатор не связан с активацией каспаз во многих модельных системах и не-апоптически погибающие  эукариотические клетки м. эффективно фагоцитороваться. Механизмы, приводящие к транслокации phosphatidylserine и фагоцитозу в клетках, подвергшихся каспаза-независимой гибели, включают нарушения гомоестаза клеточного кальция и активацию  протеин киназы С. Не-каспазные  cysteine proteases также м. участвовать в этом альтернативном сигнальном пути. Напр., активность cathepsin B необходима для транслокации phosphatidylserine в некоторых опухолевых клетках, вызываемых TNF. Во время апоптоз-подобной гибели тромбоцитов, сигналs к фагоцитозу селективно блокированы с помощью ингибиторов calpain. Наконец, генетический анализ C. elegans показал, что те же самые  phagocytosis recognition molecules участвуют в удалении тел, которые продуцируются  каспаза-зависимым апоптозом и каспаза-независимым некрозом.

Signalling in caspase-independent ЗКГ

Некоторые молекулярные медиаторы классического каспаза-обусловленного апоптического пути достаточно охарактеризованы.  Альтернативные программы гибели также м. вызываться

(Табл.1)  | Death by more than a thousand cuts

и переключаться с помощью death рецепторов (Рис. 1) или митохондриальных альтераций (Рис. 2).

(Рис.1.)  |  Multiple death pathways triggered by death receptors.

(Рис.2.)  |  Mitochondrial roles in caspase-independentЗКГ.

Non-caspase proteases. Каспазами обусловленное расщепление специфических субстратов объясняет некоторые их характерных особенностей апоптоза: напр., расщепление inhibitor of caspase-activated DNase (ICAD) ведет к изменениям хроматина; расщепление lamins вызывает сморщивание ядра; расщепление цитоскелетных белков ведет к реорганизации цитозоля; а расщепление p21-activated kinase-2 или Rho-активируемой serine/threonineкиназы ведет к blebbing.
При альтернативном пути используются др. протеазы (напр., cathepsins, calpains, serine proteases и the proteasome complex; Table 1). Подтверждена их роль как существенных кофакторов, стоящих выше или ниже каспаз в некоторых моделях гибели клеток. Более того, многие некаспазные протеазы м. расщеплять, по крайней мере, некоторые классические каспазные субстраты, указывая тем самым, что они м. также  воспроизводить клеточные эффекты каспаз. Получены доказательства и для способности других протеаз индуцировать апоптоз-подобную ЗКГ в отсуствие активации каспаз, напр., cathepsins D и B при camptothecin-индуцированной гибели клеток опухоли печени; cathepsin B в клетках фибросаркомы, обработанных TNF;  proteasome в обработанных колхицином нейронах; и calpains в клетках рака груди, обработанных vitamin-D.  

Death receptors as triggers. Наиболее изучены члены семейства death рецепторовTNF receptor-1 (TNFR1) и Fas (известный также как CD95 или Apo-1). TNF-индуцированная гибель м. принимать форму или апоптоза или некроза, способность Fas индуцировать некроз-подобную ЗКГ, установлена недавно. В активированных первичных Т лимфоцитах, этот каспаза-независимая  некроз-подобная ЗКГ , по-видимому, в некоторых случаях  является доминирующим типом гибели. Это м. объяснить, почему ингибирование каспаз  в Т лимфоцитах у мышей  in vivo не вызывает lymphadenopathy и/или аутоиммунного заболевания, обычно наблюдаемых у мышей при инактивирующих мутациях  Fas или Fas лиганда.

Демонстрация, что caspase-8 рекрутируется лиганд-активированными  рецепторами посредством ассоциированного с рецепторами DEATH DOMAIN белка FADD привела к первой молекулярной модели апоптоза, индуцируемого death рецепторами (Рис.1 ). Позднее, было предположено, что и Fas также индуцирует альтернативные апоптозу программы, обеспечивая рекрутирование  ядерного Daxx белка к рецепторам и затем активируя apoptosis-stimulating kinase 1 (ASK1) и Jun amino-terminal kinases (JNK1/2). Однако, былиполучены противоречащие данные. Эти противоречия м.б. разрешены, ели будет показано, что во многих клетках Daxx–ASK1–JNK путь, который не ингибируется pan-caspase ингибиторами, м.б. или перекрыт более  быстрой индукцией  каспазного пути или блокирован  с помощью экспрессии малого heat-shock protein Hsp27. Установлено, что ASK1 существенен также для TNF-triggered апоптоза в первичных фибробластах, но его активирование с помощью TNF, по-видимому, нуждается в REACTIVE OXYGEN SPECIES (ROS) вместо Daxx. Остается выяснить является ли TNFR1–ROS–ASK1 путь каспаза-независимым. TNF м. индуцировать cathepsin-B-опосредованную апопто-подобную  программу, даже в отсуствие активности каспаз.
Молекулярные механизмы, лежащие в основе некроз-подобной ЗКГ, которая м.б. индуцирована с помощью death рецепторов, также недавно установлены. Программы некроза, индуцированные с помощью death рецепторов, зависят от киназной активности  receptor-interacting protein (RIP) и образования ROS. В то время как функция FADD в целом и как важного caspase-8 recruiter при death-receptor-iиндуцированном апоптозе хорошо, его роль в некротическом пути более сложна.  Хотя FADD существеннен для Fas-индуцированной некроз-подобной ЗКГ, он блокирует TNFR1-индуцированный некроз, возможно, путем активации caspase-8. Итак, конц. FADD м.б. одним из переключателей  между апоптическим и некротическим путем, запускаемыми TNF.
Mitochondria as triggers. Многие модели ЗКГ используют некоторые формы митохондрильного контороля (Рис. 2). Про-апоптические родственные Bcl-2 белки - такие как Bax, Bak, Bid и Bim — играют доминантную роль в митохондриальном звене передачи сигналов ЗКГ. Эти белки транслоцируются в митохондрии или изменяют их конформацию и взаимодействуют с партнерами на митохондриях, в ответ на различные ведущие к гибели стимулы. Регуляторным проивовесом на этом уровене явлюятся антиапототические членыT того же самого семейства (напр., Bcl-2 и Bcl-xL). В конечном счете, соотношение death и survival сигналов, определяемое с помощью белков Bcl-2 семества, предопределяет будет клетка жить или погибнет.
Три пути гибели запускаются  митохондриальными изменениями (Рис. 2). Каспазный путь, ведущий к классическому апоптозу,  инициируется высвоождением  цитохрома c из митохондриального межмембранного пространства. Вместе с др. существенными факторами, такими как АТФ,  он запускает сборку APOPTOSOME комплекса, который образует матрицу для эффективного процессинга каспаз.  В качестве дальнейшего защитного механизма caspase-inhibitory факторы (IAPs) удаляются  с помощью дополнительных белков (DIABLO/Smac), которые высвобождаются из митохондрий прежде экзекуции каспаз, в результате последние могут становиться полностью активными и продуцируют типичную апоптическую морфологию.
Второй миохондриальный путь к гибели ведет к некротической ЗКГ, без активации каспаз. Прекрасным примером является TNF-индуцированная некроз-подобная ЗКГ, обусловливаемая с помощью продуцируемого митохондриями ROS. Внутриклеточный контроль этого пути выявляется по чувствительности его к ослабляющему действию антиоксидантов.
Tретий отдельный путь от митохондрий - это высвобождение apoptosis-inducing factor AIF из межмембранного пространства. Установлено, что этот фактор контролирует ЗКГ во время раннего развития — имеются все признаки ранней морфогенетической гибели, включая  высвобождение цитохрома  c, которые устраняются делецией AIF. AIF индуцирует каспаза-независимое образование  больших (50 kb) хроматиновых фрагментов, тогда как фрагменты олигосомной ДНК генерируются только тогда, когда активируется caspase-activated DNase (CAD). Это биохимическое отличие отражается в виде легих морфологических отличий в форме конденсированного хроматина (Рис.2.) (Box 2)
Часто более, чем один из этих трех путей активируются одновременно.  Судьба клетки  (и механизм гибели) детерминируется с помощью относительных скоростей каждого из процессов в данной модельной системе и с помощью антогонистов  индивидуальных путей, которые дифференциально экспрессируются  в разных типах клеток. Однако, наблдение,  что  AIF, cytochrome c и ROS/Ca2+ высвобождаютя вместе в данной модели не обязательно означает, что все пути конкурентно запускаются  с помощью митохондрий. Скорее, AIF, caspases и ROS оказывают обратное влияние на митохондрии, вызывая достаточные структурные и функциональные повреждения, чтобы запустить высвобождение других факторов гибели, независимо от вышестоящих сигналов.
Дефекты на любой ступени пути cytochrome c или AIF будут приводить к переключению с апоптотической гибели  к некротической. Такая гибель клеток все еще будет полностью удовлетворять критериям ЗКГ, т.к. она блокируется анти-апоптическими онкогенами Bcl-2 или Bcr-Abl, или иди делецией проапоатического гена Bax. Подавление каспаз, также, изменяет способ гибели, но не степень, если сигнал достиг митохондрий. Итак, очевидно, что во многих моделях гибели клеток главные контролеры ЗКГ оперируют на митохондриальном уровне, тогда как решения о форме гибели принимаются на уровне активации каспаз.
Имеются, однако, случаи, при которых экспрессия Bcl-2 не является защитной и при которой митохондрии не м. иметь регуляторной ролт. Хотя альтернативные контрольные механизмы охараетеизованы недостаточно, появляются кандидаты, включая различные хапероновые системы, такие как хитшоковые белки, или ORP150. Органеллы, которые не привлекали внимания ранее, такие как  endoplasmic reticulum и лизосомы, м. также играть существенную роль в контроле гибели.

Complex control of tumour cell death

Парадоксально, клеточная пролиферация индуцируется с помощью усиленной активности ONCOPROTEINS (таких как Myc, E1A, E2F и CDC25) или инактивации tumour-супрессорных белков (напр.. ретинобластомный белок) , часто ассоциируют с активацией каспаз и ускорением апоптоза. Связь деления клеток с клеточной гибелью, как полагают, действует как барьер, который д.б. обойдден, чтобы возник рак.  На самом деле, высокая экспрессия анти-апоптических белков (Bcl-2, Bcl-xL, survivin, Bcr-Abl) и/или инактивация про-апоптических tumour-супрессорных белков (p53, p19arf, PTEN , контролирующие каспаза-зависимые пути апоптоза, часто обнаруживаются в опухолях человека.
Alternative death pathways in cancer. Несмотря на тяжелые дейекты в классическом пути апоптоза, опухолевые клетки не теряют способности принять решение о гибели. И напротив, спонтанный апоптоз широко распространен в агрессивных опухолях и большинство из них отвечают на определенную терапию. Единственным объяснением м.б. то, что разные стратегии используются опухолевыми клетками , чтобы избежать апоптоза, однако они недостаточны для противодействия летальным сигналам, связанными с  трансформацией. Или, возможно, что дефекты в сигнальных путях, которые ведут к активации каспаз, м. позволить каспаза-независимым путям гибели приобретать доминирующую роль в гибели опухолевых клеток.
Альтернативные пути гибели м. б. усилены трансформацией (Рис.3). Напр., онкогенные Ras м. индуцировать caspase- и Bcl-2-независимую аутофагическую гибель, а  tumour-ассоциированное Src-семейство киназ м. вовлекаться в каспаза-независимую  цитоплазматическую экзеекуцию апоптических программ, индуцируемых аденовирусным белком E4orf4. Более того, ассоциированные с трансформацией каспаза- , p53- и Bcl-2-независимые апоптоз-подобные программы гибели м.б. активированы в линиях опухолевых клеток разного происхождения в результате деплеции 70-kDa heat-shock protein (Hsp70). Этой гибели предшествует транслокация активных  cysteine cathepsins из лизосом в цитозоль, а ингибиторы их активности частично защищают от гибели. Интересно что cysteine cathepsins, как и др. не-каспазные протеазы, экспрессируются на высоком уровне в агрессивных опухолях. Так, экспрессия ингибиторов протеаз м. увеличивать шансы опухолевых клеток выжить при нарушении альтернатиыных путей гибели.

(Рис.3.)  |  Alternative death pathways as regulators of tumour cell survival и as putative targets for cancer therapy.

Альтенативные пути гибели м. также функционировать и на ступени туморогенеза для ограничения формирования опухолей.  Bin1,  tumour-suppressor белок, который часто отсуствует или функционально инактивирован в опухолях человека, м. активировать каспаза-независимую апоптооз-подобную гибель. этот процесс м.б. блокирован serine protease ингибитором или simian virus large T антигеном, но не избыточной экспрессией Bcl-2 или инактивацией p53. Сходным образом, promyelocytic leukaemia (PML)/α онкопротеин также ингибирует каспаза-независимую ЗКГ, индуцированную  с помощью PML tumour-suppressor белка. Интересно, что цитоплазматические апоптические признаки, индуцированные эктопической экспрессией PML, м.б. даже усилены с помощью  pan-caspase ингибиторов. Следует, однако, отметить, что  PML/RARα кроме того взаимодействует с активацией каспаз в некоторых моделях клеточоной гибели.
From theory to therapy. Хотя большинство терапий опухолей связано с индукцией классического апоптоза, потенциальные лекарства, связанные с др. путями гибели, ткеж обнаруживаются (Рис.3). Напр., ингибитор topoisomerase camptothecin индуцирует cathepsin D/B-опосредованную апопто-подобную ЗКГ в клетках hepatocellular карциномы; активация thrombospondin рецепторов (CD47)запускает запрограммированный некроз в В-клетках chronic lymphoma; интерфероны  и arsenite инициируют каспаза-независимый путь гибели, возможно посредством  PML; а EB 1089, синтетический аналог витамина D, убивает клетки опухоли груди посредством каспаза-независимой апоптоз-подобной ЗКГ, опосредованной calpains. Более того, усиление гибели опухолевых клеток наблюдается in vitro, когда коомбинируются стимулы, активирующие  разные death-индуцирующие протеазы, указывая тем самым, что активирование различных путей ЗКГ одновременно м.б. эффективным средством лечения. 

Экспериментальные ген-терапевтические подходы также указывают на альтернативные пути гибели как мишени терапии опухолей. Напр., экспрессия Bin1 или аденовирусного белка E4orf4, а также depletion Hsp70, вызывают опухоль-специфическую индукцию каспаза-независимую апоптоз-подобную ЗКГ.

Alternative cell death in the nervous system

Гибель клеток во врзрослой нервной системе вызывает серьезные осложнениря для всего организма. Быстрый каспазный каскад, который благоприятен для эффективного удаления нежелательных или быстро замещаемых клеток, вреден для развивающегося головного мозга и должен тонко контролироваться. Напр., нейроны м. выживать несмотря на высвобождение митохондриями цитохрома c, следовательно, они не получают одновременно вторичного сигнала, ведущего к приобретению 'competence to die'. Экспрессируемые нейронами ингибирующие апоптоз белки (IAP, NAIP) забуфферивают каспазную систему и их необходимо сначала инактивировать, чтобы запустить классический апоптоз.  Эта способность буфферинга м. позволить локализовать активацию каспаз (внутри синапсов или нейритов, напр.) или севестрирование активных каспаз, без запуска каскада смерти, затрагивающего весь нейрон. Нейроны, подвергшиеся стрессу,  м. также приобрести временную учтойчивость, которая позволит им выдержать др. летальные воздействия —  excitotoxins, напр. Такие условия благоприятсвуют активации медленных каспаза-независимых путей элиминации, при которых  поврежденные органеллы  перевариваются внутри клетки, испытавшей стресс,  и  увеличивают шансы восстановления и возвращения до тех пор пока процесс не закончится.
Хотя некоторые каспаз-зависимые апоптозы м. появляться и в головном мозге взрослых, по крайней мере частично ЗКГ при хронических нейродегенеративных болезнях осуществляется с помощью альтернативных механизмов  и обусловаливает различия в морфологии (Рис.4). Др. вариант наблюдается при острых инсультах, таких как ишемия или травматические повреждения головного мозга. В этих случаях нейроны внутри одой области головного мозга подвергаются стрессам разной интенсивности, которые запускают разные программы гибели.  Некоторые из основных excitotoxic процессов, такие как митохондриальные нарушения и рассеяние потенциала клеточной мембраны, дифференциально нарушают различные вторичные пути ЗКГ. Напр., быстрое истощение  АТФ или нарушение внтриклеточной композиции ионов, нарушают цитохромом c-индуцированную активацию каспаз, а массивная продукция nitric oxide или активация calpain непосредственно инактивируют каспазы. Соответственно, гибель клеток обнаруживает смешанные признаки апоптоза и некроза и м.  доминировать или каспазы или калпаины в качестве execution протеаз, или обнаруживается активация PARP, как контролера запрограммированного некрооза. Др. группа протеаз, обусловливающая ишемическую болезнь, - это  cysteine cathepsins. Они м. взаимодействовать с calpains, на это указывает обнаруживаемая массивная ЗКГ в головном мозге мышей, у которых отсутствует ингибитор cathepsin  cystatin B.

(Рис.4.)  |  Different modes of neuronal death.

Специальная форма нейронов (с проекциями в 40,000 раз более длинными, чем тело клетки) позволяет дегенеративным процессам локализоваться в частях нейрона и задействовать различные процессы гибели  в различных подразделах клетки. Напр., синаптические повржедния  и регрессия нейритов м. осуществляться с помощью Bcl-2- и каспаза-независимых механизмов, тогда как финальная элиминация клетки м. зависеть от каспаз или протеосомных активностей. роль каспаз как усилителей  финальной фазы дегенерации клеток м.б. использована при многих общераспространенных заболеваниях. Продолжительная жизнь нейронов в комбинации с их зависимостью от  внутриклеточного транспорта делает их чувствительными  к медленным формам гибели, связанными с образованием внутриклеточных пептидных агрегатов, с участием amyloid-αprecursor protein (APP), ataxins, presenilins, huntingtin, tau и α. Большинство из эих белков являются мишенями для каспаз и становятся более токсичными после расщепления, каспазы м. вносить свой вклад в ускорение гибели нейрона в конце каспаза-независимой фазы дегенерации.

Outlook

Важная роль каспаза-независимой/альтерантивной гибели для развития опухолевой immunity сейчаст очевидна. Установлено, что способ передачи клеток контролирует HORIZONTAL распространение онкогенной информации и инфекции. Т.к. эти процессы м.б. усилены с помощью активации каспаз, то классический путь апоптоза м., фактически, быть вредным для организма. Это м. объяснить необходимость очень тонкого контроля активации каспаз на клеточном энергетическом уровне.  Кажущийся паралдокс, что связанные с гибелью АТФ-истощенные клетки не "позволяют" активировать каспазы, м.б. объяснен тем фактом, что такие клетки могут высвобождать активированные каспазы  во внеклеточное пространство во время преждевременного лизиса. Итак, не-апоптическа гибель м не только быть пассивной, но в некоторых случаях м.б. желательной  death option для долгоживущих организмов, имеющих дело с опухолями, инфекциями и др. нелетальными для тканей воздействиями в течение всей жизни.


Сайт создан в системе uCoz