V. Flemming je formulisao ideju mitoze kao cikličkog procesa, čija je kulminacija cijepanje svakog hromozoma na dva kćerka hromozoma i njihova raspodjela između dvije novonastale stanice. Kod jednoćelijskih organizama životni vijek ćelije poklapa se sa životnim vijekom organizma. U tijelu višećelijskih životinja i biljaka razlikuju se dvije grupe stanica: koje se stalno dijele (proliferiraju) i miruju (statične). Zbirka proliferirajućih ćelija formira proliferativni bazen.
U grupama proliferirajućih ćelija, interval između završetka mitoze u roditeljskoj ćeliji i završetka mitoze u njenoj ćeliji kćeri naziva se ćelijski ciklus. Ćelijski ciklus kontrolišu određeni geni. Kompletan ćelijski ciklus uključuje interfazu i samu mitozu. Zauzvrat, sama mitoza uključuje kariokinezu (nuklearna dioba) i citokinezu (citoplazmatska dioba).
Ćelijski ciklus se sastoji od interfaze (period izvan diobe) i same diobe ćelije.
Ako će se ćelija ikada podijeliti, tada će se međufaza sastojati od 3 perioda. Neposredno nakon izlaska iz mitoze, stanica ulazi u presintetski ili G1 period, zatim prelazi u sintetički ili S period, a zatim u postsintetički ili G2 period. Interfaza se završava G2 periodom i nakon njega ćelija ulazi u sljedeću mitozu.
Ako ćelija ne planira da se ponovo deli, onda se čini da izlazi iz ćelijskog ciklusa i ulazi u period mirovanja ili G0 period. Ako ćelija u G0 periodu želi ponovo da se podeli, tada napušta G0 period i ulazi u G1 period. Dakle, ako je ćelija u G1 periodu, onda će se sigurno podeliti pre ili kasnije, a da ne govorimo o S i G2 periodima, kada će ćelija definitivno ući u mitozu u bliskoj budućnosti.
G1 period može trajati od 2-4 sata do nekoliko sedmica ili čak mjeseci. Trajanje S-perioda varira od 6 do 8 sati, a G2 perioda - od nekoliko sati do pola sata. Trajanje mitoze je od 40 do 90 minuta. Štaviše, najkraća faza mitoze se može smatrati anafazom. Potrebno je samo nekoliko minuta.
G1 period karakteriše visoka sintetička aktivnost, tokom koje ćelija mora povećati svoj volumen do veličine matične ćelije, a samim tim i broj organela i različitih supstanci. Nije jasno zašto, ali prije nego što ćelija uđe u sljedeću mitozu, mora imati veličinu jednaku majčinoj ćeliji. I dok se to ne dogodi, ćelija nastavlja da ostaje u G1 periodu. Očigledno, jedini izuzetak od ovoga je cijepanje, u kojem se blastomeri dijele bez dostizanja veličine izvornih ćelija.
Na kraju G1 perioda uobičajeno je razlikovati poseban trenutak koji se zove R-tačka (restrikciona tačka, R-tačka), nakon čega ćelija nužno ulazi u S-period u roku od nekoliko sati (obično 1-2). Vremenski period između tačke R i početka S-perioda se može smatrati pripremnim za prelazak u S-period.
Najvažniji proces koji se dešava u S-periodu je udvostručenje ili reduplikacija DNK. Sve ostale reakcije koje se dešavaju u ovom trenutku imaju za cilj osiguranje sinteze DNK - sintezu histonskih proteina, sintezu enzima koji reguliraju i osiguravaju sintezu nukleotida i formiranje novih lanaca DNK.
Suština G2 perioda trenutno nije sasvim jasna, ali u tom periodu dolazi do stvaranja supstanci neophodnih za proces mitoze (proteini mikrotubula vretena, ATP).
Prolazak ćelije kroz sve periode ćelijskog ciklusa je strogo kontrolisan posebnim regulatornim molekulima koji obezbeđuju:
1) prolazak ćelije kroz određeni period ćelijskog ciklusa
2) prelazak iz jednog perioda u drugi.
Štaviše, prolazak kroz svaki period, kao i prelazak iz jednog perioda u drugi, kontrolišu različite supstance. Jedan od učesnika u regulatornom sistemu su protein kinaze zavisne od ciklina (cdc). Oni reguliraju aktivnost gena odgovornih za prolazak ćelije kroz jedan ili drugi period ćelijskog ciklusa. Ima ih nekoliko varijanti i svi su stalno prisutni u ćeliji, bez obzira na period ćelijskog ciklusa. Ali da bi protein kinaze zavisne od ciklina radile, potrebni su posebni aktivatori. Oni su ciklini. Ciklini nisu stalno prisutni u ćelijama, već se pojavljuju i nestaju. To je zbog njihove sinteze i brzog uništenja. Poznate su mnoge vrste ciklina. Sinteza svakog ciklina odvija se u strogo određenom periodu ćelijskog ciklusa. U jednom periodu nastaju neki ciklini, au drugom drugi. Dakle, sistem “ciklini - ciklin zavisne protein kinaze” kontroliše kretanje ćelije kroz ćelijski ciklus.
Regulacija ćelijskog ciklusa
Na osnovu njihovog proliferativnog potencijala razlikuju se tri grupe ćelija:
1. Statične ili neproliferirajuće ćelije - ne razmnožavaju se u normalnim fiziološkim uslovima. Kromatin je toliko kondenziran da je isključena transkripcijska aktivnost jezgra (segmentirani leukociti, mastociti, eritrociti). Statičke ćelije također uključuju miocite i neurone u kojima se dekondenzira kromatin, što je povezano s obavljanjem specifičnih funkcija u odsustvu proliferacije.
2. Rastuće ili sporo proliferirajuće ćelije sa niskom mitotičkom aktivnošću (limfociti, hondrociti, hepatociti).
3. Obnavljanje populacija ćelija, u kojima je visok nivo proliferacije nadoknađen smrću ćelije. U ovim populacijama, većina ćelija prolazi kroz terminalnu (konačnu) diferencijaciju i umire (hematopoetski sistem). Matične ćelije zadržavaju svoj proliferativni potencijal tokom svog života.
Posebna grupa stanica koje se stalno razmnožavaju su ćelije raka. Ovo su zauvek mlade, besmrtne („besmrtne“) ćelije.
Postoji endogena (unutrašnja) i egzogena (vanjska) regulacija proliferacije. Faktori koji potiskuju proliferaciju nazivaju se inhibitori proliferacije. Faktori koji povećavaju vjerovatnoću proliferacije nazivaju se stimulatori proliferacije ili mitogeni. Određeni peptidi mogu biti mitogeni.
Proliferacija je završna faza razvoja upale, koja osigurava reparativnu regeneraciju tkiva na mjestu promjene.
Proliferacija se razvija od samog početka upale zajedno sa fenomenima alteracije i eksudacije.
Proliferacija ćelijskih elemenata počinje duž periferije upalne zone, dok u centru lezije fenomen alteracije i nekroze još može napredovati.
Proliferacija vezivnog tkiva i ćelijskih elemenata specifičnih za organ dostiže puni razvoj nakon „čišćenja“ oštećenog područja od ćelijskog detritusa i infektivnih agenasa upale tkivnim makrofagima i neutrofilima. S tim u vezi, treba napomenuti da procesu proliferacije prethodi stvaranje barijera neutrofila i monocita, koje se formiraju duž periferije zone alteracije.
Obnova i zamjena oštećenog tkiva počinje oslobađanjem molekula fibrinogena iz krvnih žila i formiranjem fibrina, koji čini svojevrsnu mrežu, okvir za kasniju reprodukciju stanica. Već duž ovog okvira, brzo formirani fibroblasti se distribuiraju na mjestu popravke.
Podjela, rast i kretanje fibroblasta moguće je tek nakon što se vežu za fibrin ili kolagena vlakna. Ovu vezu osigurava poseban protein - fibronektin.
Proliferacija fibroblasta počinje duž periferije upalne zone, osiguravajući stvaranje fibroblastične barijere. Prvo, fibroblasti su nezreli i nemaju sposobnost sintetiziranja kolagena. Sazrevanju prethodi unutrašnje strukturno i funkcionalno restrukturiranje fibroblasta: hipertrofija jezgra i nukleolusa, hiperplazija ER, povećan sadržaj enzima, posebno alkalne fosfataze, nespecifične esteraze, b-glukuronidaze. Tek nakon restrukturiranja počinje kolagenogeneza.
Intenzivno razmnožavajući fibroblasti proizvode kisele mukopolisaharide - glavnu komponentu međustanične supstance vezivnog tkiva (hijaluronska kiselina, hondroitinsumporna kiselina, glukozamin, galaktozamin).
U ovom slučaju, zona upale nije samo inkapsulirana, već dolazi do postupne migracije staničnih i acelularnih komponenti vezivnog tkiva od periferije ka centru, formiranja vezivnog skeleta na mjestu primarne i sekundarne alteracije.
Uz fibroblaste, množe se i druga tkiva i hematogene ćelije. Endotelne ćelije proliferiraju iz ćelija tkiva i formiraju nove kapilare. Oko novonastalih kapilara koncentrirani su mastociti, makrofagi i neutrofili koji oslobađaju biološki aktivne tvari koje potiču proliferaciju kapilara.
Fibroblasti, zajedno sa novonastalim sudovima, formiraju granulaciono tkivo. To je u suštini mlado vezivno tkivo, bogato ćelijama i tankozidnim kapilarama, čije petlje strše iznad površine tkiva u obliku granula.
Glavne funkcije granulacionog tkiva su: zaštitna – sprječava utjecaj faktora okoline na izvor upale, i reparativna – popunjavanje defekta i vraćanje anatomske i funkcionalne korisnosti oštećenih tkiva.
Formiranje granulacionog tkiva nije striktno neophodno. To ovisi o veličini i dubini oštećenja. Granulaciono tkivo se obično ne razvija tokom zarastanja rana na koži od modrica ili manjih oštećenja sluzokože (Kuzin M.I., Kostyuchenok B.M. et al., 1990).
Granulaciono tkivo se postepeno pretvara u fibrozno tkivo koje se naziva ožiljak.
U ožiljnom tkivu se smanjuje broj krvnih žila, one postaju prazne, smanjuje se broj makrofaga i mastocita, a smanjuje se aktivnost fibroblasta.
Mali dio ćelijskih elemenata, smješten među kolagenim filamentima, ostaje aktivan. Pretpostavlja se da makrofagi tkiva koji ostaju aktivni učestvuju u resorpciji ožiljnog tkiva i osiguravaju stvaranje mekših ožiljaka.
Paralelno sa sazrijevanjem granulacija dolazi do epitelizacije rane. Počinje u prvim satima nakon oštećenja, a u toku prvog dana formiraju se 2-4 sloja bazalnih epitelnih ćelija.
Brzinu epitelizacije osiguravaju sljedeći procesi: migracija, dioba i diferencijacija stanica. Epitelizacija malih rana provodi se uglavnom zbog migracije stanica iz bazalnog sloja. Veće rane epiteliziraju se zbog migracije i mitotičke diobe stanica u bazalnom sloju, kao i diferencijacije regenerirajućeg epiderma. Novi epitel čini granicu između oštećenog i donjeg sloja, sprečava dehidraciju tkiva rane, smanjenje elektrolita i proteina u njemu, a takođe sprečava invaziju mikroorganizama.
U procesu proliferacije učestvuju i ćelijski elementi organa i tkiva specifični za organe. Sa stanovišta mogućnosti proliferacije ćelijskih elemenata specifičnih za organ, svi organi i tkiva se mogu svrstati u tri grupe:
Prva grupa može uključivati organe i tkiva čiji ćelijski elementi imaju aktivnu ili praktički neograničenu proliferaciju, dovoljnu da u potpunosti nadoknadi strukturni defekt u području upale (epitel kože, sluzokože respiratornog trakta, sluznica gastrointestinalni trakt, genitourinarni sistem, hematopoetsko tkivo itd.).
U drugu grupu spadaju tkiva sa ograničenim regenerativnim sposobnostima (tetive, hrskavica, ligamenti, koštano tkivo, periferna nervna vlakna).
U treću grupu spadaju oni organi i tkiva u kojima ćelijski elementi specifični za organ nisu sposobni za proliferaciju (srčani mišić, ćelije CNS-a).
Faktori koji stimulišu razvoj procesa proliferacije su:
1. Prokolagen i fibroblast kolagenaza međusobno djeluju prema tipu autoregulacije i obezbjeđuju dinamičku ravnotežu između procesa sinteze i destrukcije vezivnog tkiva.
2. Fibronektin, koji proizvode fibroblasti, određuje migraciju, proliferaciju i adheziju ćelija vezivnog tkiva.
3. Fibroblast stimulirajući faktor, koji luče tkivni makrofagi, osigurava proliferaciju fibroblasta i njihova adhezivna svojstva.
4. Citokini mononuklearnih ćelija stimulišu proliferativne procese u oštećenom tkivu (IL-1, TNF, epidermalni, trombocitni, fibroblastični faktori rasta, hemotaktički faktori). Neki citokini mogu inhibirati proliferaciju fibroblasta i stvaranje kolagena.
5. Kalcitonin vezan gen peptid stimuliše proliferaciju endotelnih ćelija, a supstanca P indukuje proizvodnju TNF-a u makrofagima, što dovodi do pojačane angiogeneze.
6. Prostaglandini grupe E potenciraju regeneraciju povećanjem opskrbe krvlju.
7. Keyloni i antikejloni koje proizvode različite ćelije, djelujući na principu povratne sprege, mogu aktivirati i inhibirati mitotičke procese u žarištu upale (Bala Yu.M., Lifshits V.M., Sidelnikova V.I., 1988).
8. Poliamini (putrescin, spermidin, spermin), koji se nalaze u svim ćelijama sisara, vitalni su za rast i deobu ćelija.
Oni osiguravaju stabilizaciju plazma membrana i superheličnu strukturu DNK, zaštitu DNK od djelovanja nukleaza, stimulaciju transkripcije, metilaciju RNK i njeno vezivanje za ribozome, aktivaciju DNK ligaza, endonukleaza, protein kinaza i mnoge druge ćelijske procese. Pojačana sinteza poliamina, koji potiču proliferativne procese, primećena je u fokusu promene (Berezov T.T., Fedoronchuk T.V., 1997).
9. Ciklični nukleotidi: cAMP inhibira, a cGMP aktivira procese proliferacije.
10. Umjerene koncentracije biološki aktivnih supstanci i vodikovih jona su stimulansi regenerativnih procesa.
Više o temi Mehanizmi razvoja proliferacije u žarištu upale:
- Opće karakteristike i mehanizmi razvoja vaskularnih reakcija u žarištu akutne upale. Mehanizmi aktivacije stvaranja tromba na mjestu upale
- Mehanizmi emigracije leukocita. Uloga leukocita u žarištu upale
- Neurotrofni uticaji i proliferacija tokom upale
- Osobine metaboličkih poremećaja na mjestu upale
- Molekularni ćelijski mehanizmi razvoja primarne i sekundarne alteracije. Klasifikacija inflamatornih medijatora. Karakteristike njihovog biološkog djelovanja
- Značajke razvoja upalne reakcije ovisno o lokalizaciji upale, reaktivnosti tijela i prirodi etiološkog faktora. Uloga starosti u nastanku upale
Cellular proliferacija- povećanje broja ćelija putem mitoze,
što dovodi do rasta tkiva, za razliku od druge metode njegovog povećanja
mase (na primjer, edem). Nema proliferacije u nervnim ćelijama.
U tijelu odrasle osobe razvojni procesi povezani sa
sa diobom i specijalizacijom ćelija. Ovi procesi mogu biti normalni
normalan fiziološki, a usmjeren je na obnavljanje
organizma zbog narušavanja njegovog integriteta.
Važnost proliferacije u medicini određena je sposobnošću ćelija
struja različitih tkiva do diobe. Proces ozdravljenja povezan je s diobom stanica
zacjeljivanje rana i obnavljanje tkiva nakon operativnih zahvata.
Proliferacija ćelija je u osnovi regeneracije (oporavka)
izgubljeni delovi. Mene zanima problem regeneracije -
liječnici, za rekonstruktivnu hirurgiju. Postoje fiziološki,
reparativna i patološka regeneracija.
fiziološki- prirodna obnova ćelija i tkiva u
ontogenija. Na primjer, promjena crvenih krvnih stanica, epitelnih stanica kože.
Reparativni- restauracija nakon oštećenja ili smrti ljepila
struja i tkanine.
Patološki- proliferacija tkiva koja nisu identična zdravim tkivima;
Yum. Na primjer, rast ožiljnog tkiva na mjestu opekotine, hrskavice na
mjesto prijeloma, proliferacija ćelija vezivnog tkiva na mjestu našeg
cervikalno tkivo srca, kancerozni tumor.
Nedavno je uobičajeno da se ćelije životinjskog tkiva odvajaju prema njihovim svojstvima.
sposobnost podjele u 3 grupe: labilne, stabilne i statične.
TO labilan uključuju ćelije koje se brzo i lako obnavljaju
u procesu vitalne aktivnosti organizma (krvne ćelije, epitel, sluz)
gastrointestinalni trakt, epidermis itd.).
TO stabilan uključuju ćelije organa kao što su jetra, gušterača,
duktalne žlijezde, pljuvačne žlijezde, itd., koji pokazuju ograničeno
nova sposobnost podjele.
TO statički uključuju ćelije miokarda i nervnog tkiva, koje
Neki, prema većini istraživača, ne dijele.
Proučavanje fiziologije ćelije je važno za njeno razumevanje
genetski nivo organizacije živih bića i mehanizmi samoregulacije
ćelije koje obezbeđuju integralno funkcionisanje celog organizma.
Poglavlje 6
GENETIKA KAKO NAUKA. REGULARITIKE
NASLJEĐIVANJE ZNAKOVI
6.1 Predmet, zadaci i metode genetike
Nasljednost i varijabilnost su osnovna svojstva
svojstva živih bića, budući da su karakteristična za živa bića bilo kojeg nivoa organizacije.
nizacija. Nauka koja proučava obrasce naslijeđa i varijabilnosti
vesti, to se zove genetika.
Genetika kao nauka proučava nasljednost i nasljednost
varijabilnost, naime, bavi se sa sljedeći probleme:
1) skladištenje genetskih informacija;
2) prenos genetskih informacija;
3) implementacija genetičke informacije (upotreba istih u specifičnim
specifični znakovi organizma u razvoju pod uticajem spoljašnje sredine);
4) promjene u genetskim informacijama (vrste i uzroci promjena,
mehanizmi).
Prva faza razvoja genetike - 1900–1912. Od 1900 - redizajniran
Pokrivanje G. Mendelovih zakona od strane naučnika H. De Vriesa, K. Corrensa, E. Cher-
mak Prepoznavanje G. Mendelovih zakona.
Druga faza 1912–1925 - stvaranje hromozomske teorije T. Mor-
Gana. Treća faza 1925–1940 - otkriće umjetne mutageneze i
genetski procesi evolucije.
Četvrta faza 1940–1953 - istraživanje kontrole gena
fiziološke i biohemijske procese.
Peta faza od 1953. do danas - razvoj molekularnog
biologija.
Poznate su neke informacije o nasljeđivanju osobina
veoma davno, ali naučna osnova za prenošenje osobina bila je prva
izložio G. Mendel 1865. u djelu: “Ogledi na biljci
hibridi." To su bile napredne misli, ali savremenici nisu davali
značaj njegovog otkrića. Koncept “gena” u to vrijeme nije postojao i G. Men-
del je govorio o “nasljednim sklonostima” sadržanim u reproduktivnim stanicama
kah, ali njihova priroda je bila nepoznata.
Godine 1900, nezavisno jedan od drugog, H. De Vries, E. Chermak i K. Cor-
Rens je ponovo otkrio zakone G. Mendela. Ova godina se smatra godinom rođenja
razvoj genetike kao nauke. Godine 1902. T. Boveri, E. Wilson i D. Setton su napravili
Iznijeli su pretpostavku o povezanosti nasljednih faktora sa hromozomima.
1906. W. Betson je uveo termin "genetika", a 1909. V. Johansen -
"gen". Godine 1911. T. Morgan i saradnici formulirali su glavne principe
Zheniya hromozomska teorija nasljeđa. Oni su dokazali da geni
locirani na određenim hromozomskim lokusima u linearnom redu, prema
cija određene karakteristike.
Osnovne metode genetike: hibridološke, citološke i
matematički. Genetika aktivno koristi metode drugih srodnih
nauke: hemija, biohemija, imunologija, fizika, mikrobiologija itd.
Rast tumora je posljedica poremećaja homeostaze tkiva koju održava ravnoteža proliferacije i smrti stanica (apoptoza). Povećanje mase tumorskih ćelija može biti posljedica povećane proliferacije i inhibicije apoptoze. Vjerovatnoća “kvarova” u mehanizmima održavanja ove homeostaze je sasvim realna u uslovima kancerogenog uticaja faktora sredine.
Nasljedni poremećaji mehanizama homeostaze tkiva uzrokovani su određenim oštećenjem strukture DNK.
Normalna ćelija koja se deli sa oštećenom DNK ili prestaje da se deli dok se oštećenje potpuno ne popravi, ili se samouništava (apoptoza). Posljednja opcija je poželjnija, jer gubitak ćelije možda neće imati nikakve posljedice. Očuvanje takve ćelije predstavlja smrtnu prijetnju tijelu od pojave klona defektnih (potencijalno tumorskih) stanica. Rast tumora je moguć samo kada su defektne ćelije u stanju da se „provuku“ kroz zaštitnu barijeru apoptoze.
U nastavku je kratak opis poremećaja koji uzrokuju transformaciju normalnih ćelija u maligne.
Postoje dva tipa fiziološke regulacije reprodukcije ćelija u organizmu - endokrini i parakrini (slika 12.1). Regulatorne molekule luči stanica i djeluju izvana (kroz krvotok, na susjedne stanice ili na sebe). Zadebljani polukrugovi prikazani na površini ćelijske membrane su receptorska mjesta.
Endokrina regulacija.
Obavljaju ga endokrine žlijezde (hipofiza, nadbubrežna žlijezda, štitna žlijezda, paratireoza, gušterača i spolne žlijezde). One luče produkte svog djelovanja u krv i imaju generalizirani učinak na cijelo tijelo.
Parakrina regulacija.
Za razliku od endokrine regulacije, parakrina regulacija leži u činjenici da se aktivne tvari koje luče stanice šire difuzijom i djeluju na susjedne ciljne stanice. Tako djeluju npr. mitogeni stimulansi (polipeptidni faktori rasta) - epidermalni faktor rasta, faktor rasta trombocita, interleukin-2 (faktor rasta T-ćelija), faktor rasta nerava itd.
Rice. 12.1. Šema endokrine (a), parakrine (b) i autokrine (c) regulacije
Autokrina regulacija.
Razlikuje se od parakrine regulacije po tome što je ista ćelija izvor faktora rasta i njegova meta. Kao rezultat toga, može nastati fenomen kontinuirane, samoodržive mitogene "pobuđenosti" ćelije, što dovodi do neregulirane reprodukcije. Ćelija ne zahtijeva vanjske mitogene podražaje i postaje potpuno autonomna. Autokrina regulacija može objasniti mehanizme karcinogeneze. Da bismo to učinili, prvo objašnjavamo koncept koji se naziva mitogeni „refleksni luk“.
Rice. 12.2. "Refleksni luk" mitogenog signala
U regulaciji složenih sistema, ma koliko oni bili različiti, nalaze se zajedničke karakteristike. Postoji fundamentalna sličnost između refleksne aktivnosti tijela i mitotičke aktivnosti ćelije (slika 12.2).
Suština je da na periferiji sistema (organizam, ćelija) postoje različiti specijalizovani receptori (očni, ušni, taktilni i mirisni - u prvom slučaju; receptori faktora rasta - u drugom); eksterni signali koje percipiraju prenose se unutar sistema (u obliku impulsa duž senzornih nerava ili u obliku kaskada reakcija fosforilacije); tada se signal obrađuje u centru (centralni nervni sistem ili u ćelijskom jezgru) i informacija centrifugalno (u obliku impulsa duž motoričkih nerava ili pomoću mRNA molekula) ulazi u izvršne organe i indukuje njihovu aktivnost (motornu, sekretornu). - u prvom slučaju, a mitotički - u drugom).
Prenos mitogenog signala sa periferije ćelije u njeno jezgro odvija se u obliku kaskade fosforilacionih reakcija preko protein kinaza (enzima koji fosforiliraju proteine). Postoje tri tipa protein kinaza (tirozin, serin i treonin) na osnovu njihove sposobnosti da fosforiliraju određene aminokiseline. Fosfatne grupe igraju ulogu molekularnih prekidača: promjenom konformacije određenih proteinskih struktura (domena) mogu „uključiti“ ili „isključiti“ svoju aktivnost (što znači enzimsku aktivnost, sposobnost vezivanja DNK i sposobnost stvaranja proteina). proteinski kompleksi).
Centripetalni val mitogenih impulsa u najjednostavnijem obliku svodi se na prijenos fosfatne grupe poput štafetne palice s jedne protein kinaze na drugu. Konačno, dolazi do nuklearnih regulatornih proteina, aktivira ih fosforilacijom i na taj način inducira reprogramiranje genoma. Treba napomenuti da je aktivnost protein kinaza u gotovo bilo kojoj fazi prijenosa mitogenog signala uravnotežena aktivnošću enzima koji im se suprotstavljaju - protein defosforilirajuće fosfataze. Ravnoteža pozitivnih i negativnih efekata je osnovno svojstvo regulacije ćelijske diobe, koje se manifestira na bilo kojem nivou.
Suprotno usmjeren (centrifugalni, od jezgre do citoplazme) tok informacija u obliku mRNA molekula određuje specifičan odgovor stanice na mitogeni signal – sintetiziraju se mnogi novi proteini koji obavljaju strukturne, enzimske i regulatorne funkcije.
U strukturi mnogih signalnih proteina postoje jedinstveni „docking čvorovi“ različitih tipova, namenjeni interakcijama protein-protein. Budući da jedan molekul može imati više takvih regija, moguće je samostalno sastaviti vrlo složene višekomponentne strukture neophodne za prijenos signala i regulaciju transkripcije. Dodavanje novih elemenata strukturi se ponekad naziva „regrutovanje“. Isti strukturni blokovi mogu formirati značajno različite dizajne, što sistemu daje funkcionalnu fleksibilnost i svojstvo zamjenjivosti njegovih pojedinačnih elemenata.
Neregulisana reprodukcija transformisane ćelije može se zamisliti, ako nastavimo analogiju sa refleksnim lukom, kao posledica nastanka žarišta „ustajale“ ekscitacije u jednoj ili drugoj karici puta prenosa mitogenog signala. Oštećenje gena i, kao posljedica toga, strukturni defekt u bilo kojem od signalnih proteina, sposoban da ga fiksira u stalno aktivnom stanju (tj. da ga učini neovisnim o „višim” regulatornim vlastima) jedan je od glavnih mehanizama kancerogeneze. .
Normalni geni uključeni u prijenos mitogenog signala i potencijalno sposobni za takvu transformaciju nazivaju se protoonkogeni.
Ravnoteža pozitivnih i negativnih faktora, kao što je gore navedeno, osnovno je svojstvo svakog složenog regulatornog sistema, uključujući i one koji kontrolišu ćelijsku deobu. Protoonkogeni su elementi pozitivne regulacije; oni su akceleratori ćelijske diobe i, kada se pretvore u onkogene, manifestiraju se kao dominantna osobina.
Istovremeno, u dugogodišnjim eksperimentima na stvaranju heterokariona (produkti stanične fuzije u kulturi) ustanovljeno je da se svojstvo tumorigenosti (sposobnost stvaranja tumora pri transplantaciji u životinje) ponaša kao recesivno svojstvo – heterokarioni. nastalih fuzijom normalnih i transformiranih (tumorskih) stanica, ponašaju se kao normalne. Dakle, normalne ćelije jasno sadrže faktore koji inhibiraju diobu ćelija i, kada se unesu u tumorsku ćeliju, mogu je normalizirati. Mnogi od ovih proteinskih faktora su identifikovani; Geni koji ih kodiraju nazivaju se supresorski geni.
Rice. 12.3. Dijagram ćelijskog ciklusa (objašnjenja u tekstu)
Dakle, potpuna transformacija ćelije je posledica nekoliko genetskih događaja – aktivacije onkogena(a) i inaktivacije gena(ova) koji obavljaju supresorske funkcije.
Osnova karcinogeneze je kršenje ciklusa podjele. Ćelije tijela su u jednom od tri moguća stanja (slika 12.3):
- u ciklusu;
- u fazi mirovanja sa mogućnošću povratka u ciklus;
- u fazi konačne diferencijacije, u kojoj je sposobnost podjele potpuno izgubljena (kao što su, na primjer, neuroni mozga). Naravno, samo ćelije koje se mogu podijeliti mogu formirati tumore.
Ciklus udvostručavanja različitih ljudskih ćelija značajno varira: od 18 sati za ćelije koštane srži do 50 sati za ćelije kripte debelog creva. Njegovi glavni periodi su mitoza (M) i sinteza DNK (faza S), između kojih postoje dva međuperioda - G i G 2. Tokom interfaze (period između dvije diobe), stanica raste i priprema se za mitozu.
Tokom G1 faze postoji kritični trenutak (tzv. restrikciona tačka R), kada se odlučuje da li će ćelija ući u sledeći ciklus deobe ili će preferirati fazu mirovanja G0, u kojoj može ostati neograničeno. Kao što je već spomenuto, konačno diferencirane ćelije su stalno u fazi mirovanja, dok se one koje su zadržale sposobnost podjele mogu vratiti u ciklus uz odgovarajuću stimulaciju vanjskih faktora, a naredne faze se završavaju automatski.
Za razliku od "asocijalne" tumorske ćelije, normalna ćelija sluša signale koji izlaze iz tela (mitogeni stimulus). Ako u određenom trenutku normalna ćelija ima potrebne uslove (dovoljnu masu i sadržaj proteina, koncentraciju kalcijuma, snabdevanje nutrijentima) i takođe primi mitogeni stimulans, tada ulazi u drugi ciklus deobe. U nedostatku vanjskog signala, normalna stanica napušta ciklus i to je njena suštinska razlika od tumorske ćelije, koju endogeni stimulansi stimulišu na podjelu.
Kada se ćelija podijeli, postoje dva kritična momenta: faza sinteze DNK i ulazak u mitozu, kada djeluju posebne “kontrolne tačke”. Na tim „tačkama“ se provjerava spremnost za udvostručenje (replikaciju) DNK (u prvom slučaju) i završetak replikacije (u drugom slučaju). Ako je DNK u ćeliji oštećena, njeno umnožavanje se blokira prije početka diobe. Posljedično, faza koja može popraviti oštećenje DNK i prenijeti ga na potomstvo je blokirana. Sličan cilj postiže se apoptozom, a koji put će stanica izabrati (blokiranje diobe ili apoptoza) ovisi o mnogim uvjetima.
Proces replikacije DNK traje nekoliko sati. Za to vrijeme sav genetski materijal mora biti reprodukovan apsolutno tačno. U slučaju bilo kakvih odstupanja, progresija ćelije u ciklusu je blokirana ili može doći do apoptoze. Ako su same „kontrolne tačke“ defektne, onda se defekti genoma ne eliminišu, prenose se na potomstvo i postoji opasnost od maligne transformacije ćelije.
Kao što je ranije spomenuto, dioba ćelije zahtijeva mitogeni signal, čiji je prijenos višefazni proces.
U zavisnosti od tipa ćelije i specifičnog mitogenog stimulusa, implementira se jedan od mnogih signalnih puteva. Na primjer, faktori rasta djeluju putem puta posredovanog receptorima tirozin protein kinaze i kaskadom MAP (mitogen activated protein) kinaze, tj. kaskada fosfornih reakcija koja nastaje kao posljedica mitogene aktivacije stanice.
Faktori rasta (regulatori proliferacije).
Faktore rasta luče neke ćelije, a na druge deluju na parakrini način. To su mali proteini; Polipeptidni lanac EGF-a (epidermalni faktor rasta) sastoji se, na primjer, od 53 aminokiseline. Postoji nekoliko familija faktora rasta, od kojih su članovi svake objedinjeni strukturnom homologijom i funkcionalnom sličnošću. Neki od njih stimulišu proliferaciju (na primjer, EGF i PDGF - trombocitni faktor rasta), dok je drugi (TGF-p, TNF, interferoni) potiskuju.
Receptori faktora rasta.
Receptori se nalaze na površini ćelije. Svaka ćelija ima svoj poseban skup receptora i, shodno tome, skup odgovora. Tirozin kinazni receptori se sastoje od nekoliko domena: ekstracelularnog (u interakciji sa ligandom), transmembranskog i submembranskog, koji imaju aktivnost tirozin-protein kinaze.
Kada se vežu za faktore rasta (na primjer, EGF), molekuli receptora pokreću reakcije, što rezultira transmembranskim prijenosom signala – pojavom tog “pobuđenog” vala, koji se potom širi u obliku kaskade fosforilacijskih reakcija unutar ćelije i zahvaljujući koji mitogeni stimulus na kraju dospeva do genetskog aparata jezgra .
Ras proteini...
Jedan od najvažnijih je signalni put koji uključuje Ras proteine (ovo je potfamilija tzv. G proteina koji formiraju komplekse sa guanil nukleotidima; Ras-GTP je aktivni oblik, Ras-GDP je neaktivan oblik). Ovaj put je jedan od glavnih u regulaciji diobe stanica kod viših eukariota; toliko je očuvan da njegove komponente mogu zamijeniti odgovarajuće homologe u stanicama drozofile, kvasca i nematoda. Posreduje različite signale koji potiču iz vanjskog okruženja i funkcionira, po svoj prilici, u svakoj ćeliji tijela. Ras proteini igraju ulogu svojevrsne okretnice kroz koju mora proći gotovo svaki signal koji ulazi u ćeliju. Kritična uloga ovog proteina u regulaciji diobe stanica poznata je od sredine 1980-ih, kada je aktivirani oblik odgovarajućeg gena (Ras onkogen) otkriven u mnogim ljudskim tumorima.
Ras-posredovani signalni put kontroliše takozvanu kaskadu MAP kinaze. Aktivnost enzima uključenih u kaskade kinaza uravnotežena je aktivnošću fosfataza koje im se suprotstavljaju i koje su pod jednako strogom kontrolom. Rezultat aktivacije MAP kinaza je indukcija niza transkripcionih faktora i kao posljedica toga stimulacija aktivnosti niza gena.
Dakle, ako se u normalnoj ćeliji aktivna konformacija signalnog proteina formira samo pod utjecajem vanjskog podražaja i prolazne je prirode, onda je u transformiranoj ćeliji (i njenim klonovima) trajno fiksirana.
Može se smatrati dokazanim da je početno element cjelokupnog sistema krvnih stanica je matična ćelija, pluripotentna, sposobna za brojne različite diferencijacije, a istovremeno ima sposobnost samoodržavanja, tj. da se razmnožava bez vidljive diferencijacije.
Iz toga proizilazi da su principi upravljanja sistemom hematopoeza mora osigurati njegovu regulaciju, zbog čega su, uz stabilnu hematopoezu, ispunjena sljedeća dva osnovna uslova: broj proizvedenih ćelija svake vrste stalno i striktno odgovara broju mrtvih zrelih ćelija; broj matičnih ćelija je konstantan, a formiranje novih matičnih ćelija tačno odgovara broju onih koji su otišli u diferencijaciju.
Još izazovniji zadaci rješavaju se kada se sistem stabilizuje nakon poremećaja. U tom slučaju, broj formiranih matičnih ćelija treba da bude veći od broja onih koje su ušle u diferencijaciju sve dok veličina odeljenja ne dostigne početni nivo, nakon čega ponovo treba uspostaviti uravnotežen odnos između broja novoformiranih i diferencirajućih matičnih ćelija. .
Na drugoj strani, diferencijacija matičnih ćelija moraju se regulirati tako da se obnovi broj zrelih stanica samo one serije koja je smanjena (na primjer, eritroidne stanice nakon gubitka krvi) uz stabilnu proizvodnju drugih stanica. I tu, nakon pojačanog novoformiranja ove kategorije ćelija, njenu proizvodnju treba svesti na uravnotežen nivo.
Kvantitativna regulacija hematopoeza, odnosno osiguravanje formiranja potrebnog broja ćelija željenog tipa u određenom trenutku, vrši se u narednim sekcijama, prvenstveno u dijelu angažiranih prekursora.
Matična ćelija ima dva glavna svojstva: sposobnost samoodržavanja prilično dugo, uporedivo sa životnim vijekom cijelog višećelijskog organizma, i sposobnost diferencijacije. Pošto je ovo drugo naizgled ireverzibilno, matična ćelija koja je "donijela odluku" da se diferencira nepovratno napušta odjel.
Dakle, najvažniji problem regulacija u ovom odjeljenju je da kada se potražnja poveća, sve matične ćelije ne bi bile podvrgnute diferencijaciji, nakon čega bi regeneracija hematopoeze bila nemoguća zbog iscrpljivanja elemenata sposobnih za samoodrživost, budući da ćelije svih narednih odjela nisu sposobne dugo -trajno samoodrživost. Takva regulacija zapravo postoji u tijelu. Nakon zračenja velikih doza, gotovo cijeli hematopoetski sistem umire. U međuvremenu, na primjer, kod miša je regeneracija moguća nakon što je 99,9% svih matičnih ćelija uništeno zračenjem (Bond et al., 1965). Unatoč ogromnoj potražnji za diferencijacijom, preostalih 0,1% matičnih stanica obnavlja svoj broj i osigurava naglo povećanje diferencijacije stanica narednih sekcija.