Клетъчна пролиферация- увеличаване на броя на клетките чрез митоза,
което води до растеж на тъканите, за разлика от друг начин за увеличаването му
маси (напр. оток). Нервните клетки нямат пролиферация.
В тялото на възрастния процесите на развитие продължават, свързани
с клетъчно делене и специализация. Тези процеси могат да бъдат както нормални
минимална физиологична и насочена към възстановяване на
ганизъм поради нарушаване на неговата цялост.
Значението на пролиферацията в медицината се определя от способността на клетката
ток на различни тъкани към делене. Лечебният процес е свързан с деленето на клетките
рани и възстановяване на тъканите след хирургични операции.
Клетъчната пролиферация е в основата на регенерацията (възстановяването)
загубени части. Проблемът с регенерацията представлява интерес
dicina, за реконструктивна хирургия. Разграничаване на физиологични,
репаративна и патологична регенерация.
Физиологични- естествена регенерация на клетките и тъканите в
онтогенеза. Например, промяна в еритроцитите, кожните епителни клетки.
Репаративна- възстановяване след увреждане или смърт на клетките;
ток и тъкани.
Патологичен- пролиферация на тъкани, които не са идентични със здравите тъкани;
ням Например, нарастването на белези на мястото на изгаряне, хрущял - на
мястото на фрактурата, размножаването на клетките на съединителната тъкан на мястото на
цервикална тъкан на сърцето, рак.
Напоследък е прието да се отделят клетките на животинските тъкани по метода
способност да се разделят на 3 групи: лабилни, стабилни и статични.
ДА СЕ лабилнивключват клетки, които се обновяват бързо и лесно
по време на живота на тялото (кръвни клетки, епител, лигавици
стомашно-чревен тракт, епидермис и др.).
ДА СЕ стабиленвключват клетки на органи като черен дроб, панкреас
канална жлеза, слюнчени жлези и др., които показват ограничени
нова способност за разделяне.
ДА СЕ статиченвключват клетки на миокарда и нервната тъкан, които
ръжта, според повечето изследователи, не споделят.
Изучаването на клетъчната физиология е от съществено значение за разбирането й
генетично ниво на организация на живите същества и механизми на саморегулация
клетки, които осигуряват цялостното функциониране на целия организъм.
Глава 6
ГЕНЕТИКА КАК НАУКАТА. РЕКОЛНОСТИ
НАСЛЕДСТВО ЗНАЦИ
6.1 Предмет, задачи и методи на генетиката
Наследствеността и променливостта са фундаментални
свойства на живите, тъй като те са характерни за живи същества от всяко ниво на органа-
низация. Науката, която изучава законите на наследствеността и променливостта
новини се наричат генетика.
Генетиката като наука изучава наследствеността и наследствеността
непостоянство, а именно се занимава с следвайки проблеми:
1) съхранение на генетична информация;
2) трансфер на генетична информация;
3) прилагането на генетична информация (използването й в специфичен
признаци на развиващ се организъм под въздействието на външната среда);
4) промяна в генетичната информация (видове и причини за промени,
механизми).
Първият етап в развитието на генетиката - 1900-1912г. От 1900 г. - повторно
отразяване на законите на Г. Мендел от учените Х. Де Фрис, К. Коренс, Е. Чер-
маково семе. Признаване на законите на Г. Мендел.
Вторият етап 1912-1925г - създаване на хромозомната теория от Т. Мор-
Гана. Третият етап 1925-1940г - откриването на изкуствена мутагенеза и
генетични процеси на еволюция.
Четвъртият етап 1940–1953 г - изследвания върху генния контрол
физиологични и биохимични процеси.
Петият етап от 1953 г. до наши дни е развитието на молекулярната
биология.
Известна е известна информация за наследяването на черти
много отдавна обаче научната основа за предаването на знаци е била първа
са очертани от Г. Мендел през 1865 г. в съчинението: „Опити върху растението
хибриди". Това бяха прогресивни идеи, но съвременниците не дадоха
смисъла на неговото откриване. Концепцията за "ген" по това време не е съществувала и Г. Мен-
дел говори за "наследствените наклонности", съдържащи се в репродуктивните клетки
kah, но тяхната природа беше неизвестна.
През 1900 г., независимо един от друг, H. De Vries, E. Cermak и K. Cor-
Ренс преоткрива законите на Г. Мендел. Тази година се счита за година на раждане
деня генетиката като наука. През 1902 г. Т. Бовери, Е. Уилсън и Д. Сетън де-
Те направиха предположение за връзката на наследствените фактори с хромозомите.
През 1906 г. W. Betson въвежда термина "генетика", а през 1909 г. W. Johansen -
"ген". През 1911 г. Т. Морган и колеги формулират главната
гений на хромозомната теория за наследствеността. Те доказаха, че ген
разположени в определени локуси на хромозоми в линеен ред,
развитието на определена характеристика.
Основните методи на генетиката: хибридологични, цитологични и
математически. Генетиката активно използва и други сродни методи
науки: химия, биохимия, имунология, физика, микробиология и др.
Ендокринна, паракринна и автокринна регулация. Обикновено клетките се делят изключително под въздействието на различни фактори на вътрешната среда на тялото (и външната - по отношение на клетката). Това е тяхната основна разлика от трансформираните клетки, които се делят под въздействието на ендогенни стимули. Има два вида физиологична регулация – ендокринна и паракринна. Ендокринната регулация се осъществява от специализирани органи (жлези с вътрешна секреция), включително хипофизата, надбъбречните жлези, щитовидната жлеза, паращитовидната жлеза, панкреаса и половите жлези. Те отделят продуктите на своята дейност в кръвта и имат генерализиран ефект върху целия организъм.
Паракринната регулация се характеризира с факта, че в една и съща тъкан съседни клетки действат една върху друга посредством секретирани и дифузни активни вещества. Тези митогенни стимуланти (полипептидни растежни фактори) включват епидермален растежен фактор, тромбоцитен растежен фактор, интерлевкин-2 (Т-клетъчен растежен фактор), нервен растежен фактор и много други.
Автокринната регулация, характерна за туморните клетки, се различава от паракринната регулация по това, че една и съща клетка е едновременно източник на растежния фактор и негова цел. Резултатът е непрекъснато, самоподдържащо се митогенно "възбуждане" на клетката, което води до нерегулирано възпроизвеждане. В този случай клетката не се нуждае от външни митогенни стимули и става напълно автономна.
Прехвърлянето на митогенен сигнал е многоетапен процес. В зависимост от вида на клетката и от специфичния митогенен стимул се реализира един от многото сигнални пътища. Така наречената MAP киназна каскада е описана по-долу като "прототип".
Растежните фактори (регулатори на пролиферацията) се секретират от някои клетки и действат по паракринен начин върху други. Това са малки протеини. Полипептидната верига на EGF (епидермален растежен фактор) се състои например от 53 аминокиселини. Има няколко семейства растежни фактори, представител на всеки от които е обединен от структурни и функционални прилики. Някои от тях стимулират пролиферацията (например EGF и PDGF, тромбоцитен растежен фактор, тромбоцитен растежен фактор), докато други (TGF-p, TNF, интерферони) я потискат.
Рецепторите са разположени на клетъчната повърхност. Всяка клетка има свой собствен рецепторен репертоар и съответно свой специален набор от отговори. Много функционално важно семейство се формира от така наречените тирозин киназни рецептори (TCR), които имат ензимна (протеин киназна) активност. Те се състоят от няколко домена (структурни и функционални блока): извънклетъчен (взаимодействащ с лиганд – в случая с растежен фактор), трансмембранен и субмембранен, с тирозин протеин киназна активност. В зависимост от структурата, TCR се подразделят на няколко подкласа.
При свързване с растежни фактори (например EGF), рецепторните молекули димеризират, техните вътреклетъчни домени се приближават един към друг и индуцират междумолекулно автофосфорилиране при тирозин. Този трансмембранен трансфер на сигнал е началото на вълна на "възбуждане", която след това се разпространява под формата на каскада от реакции на фосфорилиране в клетката и в крайна сметка достига до хромозомния апарат на ядрото. TCR имат тирозин киназна активност, но когато сигналът се движи в клетката, видът на фосфорилиране се променя на серин/треонин.
Ras протеини. Един от най-важните е сигналният път, включващ Ras протеини (това е подсемейство от така наречените G-протеини, които образуват комплекси с гуанилови нуклеотиди; Ras-GTP е активната форма, Ras-GDP е неактивен). Този път - един от основните пътища в регулацията на клетъчното делене при висшите еукариоти - е толкова консервативен, че неговите компоненти са способни да заменят съответните хомолози в клетките на Drosophila, дрожди и нематоди. Той медиира множество сигнали, излъчвани от околната среда и функционира, очевидно, във всяка клетка на тялото. Ras действа като вид турникет, през който трябва да премине почти всеки сигнал, влизащ в клетката. Критичната роля на този протеин в регулирането на клетъчното делене е известна от средата на 80-те години, когато активирана форма на съответния ген (Ras oncogene) е открита в много човешки тумори. Активирането на онкоген (онкогените са гени, които причиняват нерегулирано клетъчно делене) е едно от основните събития на канцерогенезата. Това е такова увреждане на нормалния ген, участващ в регулирането на репродукцията на клетките (протоонкоген - нормален клетъчен ген, способен да индуцира туморен растеж, когато структурата е нарушена), което го прави постоянно работещ (активен) и по този начин предизвиква еднакво непрекъснато (нерегулирано) клетъчно делене. Тъй като много клетъчни гени (протоонкогени) участват в регулирането на репродукцията на клетките, увреждането на което потенциално може да причини туморен растеж, следователно има и много (няколко десетки и вероятно стотици) онкогени.
В специфична ситуация на Ras-медиирания сигнален път (например, когато EGF взаимодейства с рецептора), димеризацията на последния води до автофосфорилиране на един от тирозиновите остатъци в неговия субмембранен домен. В резултат на това става възможно самостоятелно сглобяване („набиране“ в комплекс) на редица протеини, разположени надолу по веригата на сигналния път (адаптерен протеин Grb2, протеин Sos1). Този мултипротеинов комплекс е локализиран в плазмената мембрана.
MAP киназна каскада. MAP-кинази (mitogen activated protein kinases) - серин/треонин протеин кинази, активирани в резултат на митогенна стимулация на клетката. Киназната каскада възниква в резултат на последователното активиране на един ензим от друг, който е "по-висок" в сигналния път. В резултат на стимулирането на Ras протеина и образуването на субмембранен комплекс, активността на две цитоплазмени серин/треонин MAP кинази (известни също като ERK1 и ERK2, извънклетъчни сигнално регулирани протеин кинази 1 и 2) се повишава, които се движат от цитоплазмата до клетъчното ядро, където фосфорилират ключови транскрипционни фактори – протеини, които регулират активността на различни гени.
Активиране на транскрипция. Групата от гени, които определят навлизането на клетката в S фазата, се активира от транскрипционния фактор AP-1 - комплекс от протеини Jun и Fos (кодиращите за тях гени - c-Jun и c-Fos, са сред протоонкогени; c - от клетка, обозначава техния клетъчен произход за разлика от вирусните онкогени v-Jun и v-Fos). Тези транскрипционни фактори могат да взаимодействат помежду си, за да образуват различни хомо- и хетеродимери, които се свързват с определени области на ДНК и стимулират синтеза на РНК върху гени, съседни на тези региони. MAP киназите повишават активността на AP-1 по два начина:
медиирани, активиращи гени, кодиращи тези транскрипционни фактори и по този начин увеличаващи тяхното съдържание в клетката;
директни, като фосфорилират съставните им серинови и треонинови остатъци.
В резултат на генното активиране се произвеждат протеини, които са необходими за синтеза на ДНК и последващата митоза. Някои от новообразуваните протеини (Fos, Jun, Myc), известни като непосредствено ранни протеини, изпълняват регулаторни функции; като се свързват със специфични области на ДНК, те активират съседни гени. Друга група се състои от ензими като тимидин киназа, рибонуклеотид редуктаза, дихидрофолат редуктаза, тимидилат синтаза, орнитин декарбоксилаза, ДНК полимераза, топоизомерази и ензими, които са пряко свързани със синтеза на ДНК. В допълнение, цялостният протеинов синтез се подобрява, тъй като всички клетъчни структури се възпроизвеждат с всеки цикъл на удвояване.
Реализация на митогенния сигнал. Резултатът от трансфера на митогенния сигнал е изпълнението на сложна програма за клетъчно делене.
Клетъчен цикъл. Клетките могат да бъдат в едно от трите състояния - в цикъл на делене, в стадий на покой със запазване на възможността за връщане към цикъла и, накрая, в етап на терминална диференциация, в който способността за делене е напълно загубена . Само тези клетки, които са запазили способността си да се делят, могат да образуват тумори.
Цикълът на удвояване на различните човешки клетки варира от 18 часа (клетки на костния мозък) до 450 часа (клетки на криптата на дебелото черво), средно 24 часа. Митоза (M) и синтез на ДНК (фаза S), между които са две междинни (пропаст) отличен период - G1 и G2, най-забележим; по време на интерфазата (периодът между две деления) клетката расте и се подготвя за митоза. По време на фазата G1 има момент (т.нар. ограничителна точка R), когато се прави избор между влизане в следващия цикъл на разделяне или влизане в етап на почивка G0. Влизането на клетката в цикъла на делене е вероятностен процес, определен от комбинация от редица условия (вътрешни и външни); обаче, след като изборът е направен, следващите стъпки са автоматични. Въпреки че една клетка може да бъде блокирана на един или друг етап от цикъла на делене, това обикновено може да се дължи на някакво специално обстоятелство.
Особено важни в цикъла са моментите, когато клетката навлиза във фазата на синтез на ДНК (граница на фазата G/S) и митоза (граница на фазата G2/M), където действат своеобразни „контролни точки“, които в първия случай проверяват целостта. на ДНК (готовността й за репликация), а във втория - пълнотата на репликацията. Клетките с увредена или недостатъчно репликирана ДНК се блокират на границата на съответните фази, което предотвратява предаването на дефекти в нейната структура на потомството под формата на мутации, делеции и други нарушения. Определена система за наблюдение, очевидно съществуваща в клетката, индуцира система за възстановяване на ДНК, след завършване на която движението на клетката по цикъла може да продължи. Алтернатива на възстановяването е апоптозата, която радикално елиминира риска от клонинг на дефектни (потенциално туморни) клетки в тялото. Конкретният избор зависи от много условия, включително индивидуалните характеристики на клетката.
Процесът на репликация на ДНК е сложен и отнема много време (отнема няколко часа), тъй като целият генетичен материал на клетката трябва да бъде възпроизведен абсолютно точно. Ако в него се появят някакви отклонения, клетката се блокира при подхода към митоза (на границата на фазата G2 / M) и може също да претърпи апоптоза. Защитната стойност на контролните точки трудно може да бъде надценена, тъй като техните функционални дефекти в крайна сметка водят както до туморна трансформация на клетката, така и до прогресия на вече образуван тумор.
Циклични реакции. Има две семейства протеини, които "движат" клетъчния цикъл - циклин (циклин)-зависими серин/треонин протеин кинази (Cdk, циклин-зависими кинази) и самите циклини. Циклините регулират активността на Cdk и по този начин тяхната способност да модифицират целевите структури, пряко участващи в метаморфозата на цикъла. С тяхно участие се извършват такива важни етапи от цикъла като разпадането на ядрената мембрана, кондензацията на хроматина, образуването на вретеното и редица други. Cdk са активни само в комбинация с един от циклините. В тази връзка сглобяването и активирането на множество Cdkcyclin комплекси, както и тяхната дисоциация, са ключови моменти от клетъчния цикъл.
Както подсказва името им, циклините се синтезират и разпадат в строго определени точки от цикъла, които са различни за различните циклини. Има три основни класа от тях: dL циклини, които са необходими за преминаването на GyS, S-циклини - за преминаването на S-фазата и G2 (или митотични) - циклини за навлизане в митоза. Също така има няколко семейства Cdk в клетките на бозайници, които участват в различни регулаторни влияния. Отстраняването на един или друг циклин от вътреклетъчната среда стриктно в определен момент е също толкова важно, колкото и появата му (елиминирането на циклините от вътреклетъчната среда се постига както чрез тяхното разграждане, така и чрез блока на синтеза), например при митоза (при границата на мета- и анафазата) в резултат на протеолиза един от циклините бързо се разгражда; ако това не се случи, тогава митозата не може да бъде завършена и не настъпва разделяне на дъщерните клетки.
Напредъкът в S фазата изисква активиране на кинази Cdk2, Cdk4 и Cdk6, които взаимодействат с циклините на Н-фазата (по-специално с циклин D). Комплексът на Cdc2 с първия dL-фаза циклин индуцира транскрипция на гена на следващия циклин и т.н., придвижвайки клетките все по-напред по цикъла. В самото начало Cdc2-циклин D се заменя с Cdc2-циклин Е, който от своя страна се заменя с Cdc2-циклин A, който активира апарата за синтез на ДНК. Когато клетката навлезе в S-фазата, dL циклините се разграждат и се появяват отново само във фазата G1 на следващия цикъл.
Контролни точки (английски). Всеки стресов ефект (например липса на хранителни вещества, хипоксия, особено увреждане на ДНК) блокира движението „по протежение на цикъла на една от двете контролни точки, споменати по-горе. По време на тези спирания се активират механизми за надзор, които могат:
откриване на увреждане на ДНК;
предават сигнал за бедствие, който блокира синтеза на ДНК, или
митоза;
активира механизмите за възстановяване на ДНК.
Това гарантира стабилността на генома. Както бе споменато по-горе, G/S контролният механизъм блокира репликацията на ДНК и активира възстановителните процеси (или индуцира апоптоза), докато G2/M контролният механизъм инхибира митозата до завършване на репликацията.Дефектите в тези механизми могат да доведат до появата на дъщерни клетки с увреден геном.
Механизмът на контролната точка включва комплексите Cdk-cyclin и редица допълнителни протеини - Rb, p53 и др. Комбинацията им образува система от "спирачки", които пречат на деленето на клетката при липса на адекватни стимули. Гените, кодиращи тези протеини, се наричат супресорни гени. Особеното значение на тази система се състои във факта, че раковата трансформация на клетката става възможна само след нейното инактивиране. В соматичната клетка има два алела на всеки от гените, включително супресорни гени и следователно са необходими две независими събития за тяхното инактивиране (например заличаване на един алел и мутация на друг). Поради тази причина „спорадичните“ тумори се появяват сравнително рядко (вероятността от възникване на няколко независими мутации в една клетка, засягащи един и същи локус на двете хромозоми, е сравнително малка), а „фамилните“ тумори са изключително чести (при „рак " семейства, едно от двете, наследени алели на конкретен супресорен ген са първоначално дефектни). В последния случай системата от "спирачки" във всички клетки на даден организъм е снабдена само с един нормален алел, което рязко намалява неговата надеждност и увеличава риска от тумор. Точно това се случва при наследствен ретинобластом (заличаване на един алел Rb) и други наследствени синдроми (заличаване или увреждане на един алел p53 или други супресорни гени).
В клетки с дефектен или отсъстващ р53 супресорен протеин, контролната точка на GyS е дефектна. Това се проявява във факта, че увреждането на ДНК, предизвикано от йонизиращо лъчение или по друг начин, не води до задържане на клетките на границата на фазата G 1 / S или капоптоза. В резултат на това популацията натрупва клетки с множество нарушения на структурата на ДНК; нестабилността на генома се появява и нараства с течение на времето, което допринася за появата на нови клетъчни клонове. Техният естествен подбор лежи в основата на туморната прогресия – постоянното „отклонение“ на тумора към все по-голяма автономност и злокачественост.
Апоптозата (или програмираната клетъчна смърт) е широко разпространен биологичен феномен на клетъчно „самоубийство“, което се предизвиква или от различни външни стимули, или от неразрешими „вътрешни“ конфликти (например неспособност за възстановяване на увреждане на ДНК). Ролята на апоптозата е голяма не само в морфогенетичните процеси по време на ембриогенезата (органообразуване, замяна на едни тъкани с други, резорбция на временни органи и др.), но и в поддържането на тъканната хомеостаза при възрастен организъм.
При регулирането на тъканната хомеостаза клетъчната смърт изпълнява функция, допълваща митозата. При туморните клетки програмата за клетъчна смърт в повечето случаи е блокирана, което има значителен принос за увеличаването на туморната маса.
Механизми на апоптоза. От фундаментално значение е фактът, че механизмите на апоптоза са изключително консервативни и запазват основните си закономерности в организми, които са много далечни в еволюционен план. Това обстоятелство направи възможно идентифицирането на гени при бозайници (по-специално при хора), които са хомоложни на гените за апоптоза в нематодите, организъм, в който генетичната система, управляваща този процес, е открита и изследвана за първи път.
В резултат на това гените от семейството Bcl-2 бяха идентифицирани при бозайници. Ролята на самия Bc1-2 и някои от неговите хомолози е антиапоптотична (предотвратяване на клетъчната смърт), докато при други членове на семейството, например Bax, той е проапоптотичен. Протеините Bax и Bc1-2 са способни да образуват комплекс помежду си. Съдбата на дадена клетка се решава в зависимост от относителното вътреклетъчно съдържание на про- и антиапоптотични протеини. Механизмът на действие на протеините от семейството Bcl-2 не е напълно ясен.
От голямо функционално значение е механизмът на апоптоза, индуцирана чрез специфични рецептори CD95 (45 kDa трансмембранен рецепторен протеин, който, когато се свързва със специфичен лиганд или антитела, предава сигнал за апоптоза) и TNF-R (рецептор на тумор некрозис фактор, тумор рецептор на некрозисния фактор). Тези рецептори, обединени от сходството на извънклетъчните домени, са част от голямо семейство. Лиганди (молекули, които специфично взаимодействат с TNF-R и CD95 рецептори) са съответно TNF и CD95-L, които са трансмембранни протеини, но могат да функционират и в разтворима, "свободна" форма. Особен интерес от онкологична гледна точка е TNF, цитокин, произвеждан от много клетки (макрофаги, моноцити, лимфоидни клетки, фибробласти) в отговор на възпаление, инфекция и други стресови влияния. Той предизвиква широк спектър от понякога противоположни реакции, включително треска, шок, туморна некроза, анорексия; както и имунорегулаторни промени, клетъчна пролиферация, диференциация и апоптоза. В този случай апоптозата се медиира от специфичната цистеинова протеаза ICE, която унищожава много вътреклетъчни целеви протеини. Свръхекспресията на ICE в клетката индуцира апоптоза. размер = 5 лице = "Times New Roman">
1. Фактори на растежа(макрофаги, лимфоцити, фибробласти, тромбоцити и др.) - стимулиране на пролиферацията и ограничаване на апоптозата.
2. Keylons- гликопротеинови тъканно-специфични инхибитори на растежа.
3. Фибронектинфибробластен хемоатрактант.
4. Ламинин- основният адхезивен протеин на базалните мембрани.
5. Синдекан- интегрален протеогликан на клетъчните мембрани, свързва колагена, фибронектина и тромбоспондина.
6. Тромбоспондин- гликопротеин, образува комплекси със синдекан, колаген и хепарин, играе съществена роля в сглобяването на костната тъкан.
Образуването и реализирането на действието на биологично активните вещества (БАВ) е едно от ключовите звена на възпалението. БАН осигуряват закономерния характер на развитието на възпалението, формирането на неговите общи и локални прояви, както и резултатите от възпалението. Ето защо биологично активните вещества често се наричат "Възпалителни медиатори".
Възпалителни медиатори- Това са локални химически сигнали, образувани, освободени или активирани в огнището на възпалението, действащи и унищожени и в огнището. Медиаторите (медиаторите) на възпалението са биологично активни вещества, отговорни за възникването или поддържането на определени възпалителни явления, например повишена съдова пропускливост, емиграция и др.
Това са същите вещества, които в условия на нормална жизнена дейност на тялото, образувайки се в различни органи и тъкани във физиологични концентрации, отговарят за регулирането на функциите на клетъчно, тъканно ниво. При възпаление, като се отделят локално (поради активирането на клетките и течните среди) в големи количества, те придобиват ново качество - възпалителни медиатори. Почти всички медиатори също са модулатори на възпалението, тоест те са в състояние да засилят или отслабят тежестта на възпалителните явления. Това се дължи на сложността на тяхното влияние и взаимодействието им както с клетките, произвеждащи тези вещества, така и помежду си. Съответно ефектът на медиатора може да бъде адитивен (адитивен), потенциращ (синергичен) и отслабващ (антагонистичен), като взаимодействието на медиаторите е възможно на ниво техния синтез, секреция или ефекти.
Медиаторната връзка е основната в патогенезата на възпалението. Той координира взаимодействието на много клетки - ефекторите на възпалението, смяната на клетъчните фази в огнището на възпалението. Съответно, патогенезата на възпалението може да се разглежда като верига от множество междуклетъчни взаимодействия, регулирани от медиатори-модулатори на възпалението.
Възпалителните медиатори определят развитието и регулирането на процесите на промяна (включително промени в метаболизма, физикохимичните параметри, структурата и функцията), развитието на съдови реакции, ексудация на течности и емиграция на кръвни клетки, фагоцитоза, пролиферация и репаративни процеси във фокуса на възпалението.
Повечето медиатори изпълняват своите биологични функции чрез специфично действие върху рецепторите на целевите клетки. Някои от тях обаче имат пряка ензимна или токсична активност (например лизозомни хидролази и активни кислородни радикали). Функциите на всеки медиатор се регулират от съответните инхибитори.
Източници на възпалителни медиатори могат да бъдат кръвна плазма и клетки, участващи във възпалението. В съответствие с това се разграничават 2 големи групи възпалителни медиатори: хуморална и клетъчна. Хуморален
медиаторите са представени главно от полипептиди, които постоянно циркулират в кръвта в неактивно състояние и се синтезират главно в черния дроб. Тези медиатори съставляват т.нар „Полисистема от кръвна плазма на кучето пазач“. Клетъчни медиаторимогат да бъдат синтезирани de novo (например метаболити на арахидонова киселина) или освободени от клетъчните депа (например хистамин). Източници на клетъчни медиатори във фокуса на възпалението са главно макрофаги, неутрофили и базофили.
От хуморалните медиатори на възпалението най-важните са производни на комплемента.Сред почти 20 различни протеина, образувани по време на активирането на комплемента, неговите фрагменти C5a, C3a, C3b и комплексът C5b-C9 са пряко свързани с възпалението. Освен това C5a и в по-малка степен C3a са медиатори на остро възпаление. C3b опсонизира патогенния агент и съответно насърчава имунната адхезия и фагоцитозата. Комплексът C5b-C9 е отговорен за лизирането на микроорганизмите и патологично променените клетки. Източникът на комплемента е кръвната плазма и в по-малка степен интерстициалната течност. Подобреното доставяне на плазмен комплемент към тъканта е едно от важните приложения на ексудацията. C5a, образуван от него в плазмата и тъканната течност под въздействието на карбоксипептидаза N, C5a des Arg и C3a повишават пропускливостта на посткапилярните венули. В същото време C5a и C3a, като анафилатоксини (т.е. освободители на хистамин от мастоцитите), повишават пропускливостта както пряко, така и индиректно чрез хистамин. Ефектът на C5a des Arg не е свързан с хистамин, а е зависим от неутрофилите, т.е. фактори, освободени от полиморфонуклеарни гранулоцити - лизозомни ензими и неензимни катионни протеини, активни кислородни метаболити. В допълнение, C5a и C5a des Arg привличат неутрофили. За разлика от тях, C3a практически няма хемотактични свойства. Активните компоненти на комплемента освобождават не само хистамин и гранулоцитни продукти, но и интераевкин-1, простагландини, левкотриени, фактор, който активира тромбоцитите и взаимодейства синергично с простагландините и веществото P.
Кинин- вазоактивни пептиди, образувани от кининогени (алфа2-глобулини) под въздействието на каликреини в плазмата (нонапептид брадикинин) и в тъканната течност (декапептид лизилбрадикинин или калидин). Задействащият фактор за активирането на каликреин-кининовата система е активирането на фактора на Хагеман (фактор XII на кръвосъсирването) при увреждане на тъканите, което превръща прекаликреините в каликреини.
Кинините медиират разширяването на артериолите и увеличаването на пропускливостта на венулите чрез свиване на ендотелните клетки. Те свиват гладката мускулатура на вените и повишават интракапилярното и венозното налягане. Кинините инхибират емиграцията на неутрофилите, модулират разпределението на макрофагите, стимулират миграцията и митогенезата на Т-лимфоцитите и секрецията на лимфокини. Те също така засилват пролиферацията на фибробластите и синтеза на колаген и следователно могат да бъдат важни при репаративните явления и в патогенезата на хроничното възпаление.
Един от най-значимите ефекти на кинините е активирането на рефлексите чрез дразнене на окончанията на сетивните нерви и по този начин медииране на възпалителна болка. Кинините причиняват или засилват освобождаването на хистамин от мастоцитите, синтеза на простагландини от много видове клетки, поради което някои от основните им ефекти - вазодилатация, свиване на гладката мускулатура, болка - са свързани с освобождаването на други медиатори, особено на простагландини.
Активирането на фактора на Хагеман задейства не само процеса на образуване на кинин, но и коагулацията на кръвта и фибринолизата. В този случай се образуват медиатори като фибринопептиди и продукти на разграждане на фибрин, които са мощни хематрактанти. Освен това фибринолизата и образуването на кръвни съсиреци в съдовете на огнището са от съществено значение както за патологичните, така и за защитните явления на възпалението.
От клетъчните медиатори от първостепенен интерес са ейкозаноидитъй като най-вероятно те са централният медиатор на възпалителния отговор. Това се доказва от дългосрочното поддържане на производството на ейкозаноиди във фокуса, тясната им връзка с ключовото събитие на възпалителния процес - левкоцитната инфилтрация, мощния противовъзпалителен ефект на инхибиторите на техния синтез.
Основната роля в производството на ейкозаноиди във фокуса на възпалението играят левкоцитите, особено моноцитите и макрофагите, въпреки че се образуват от почти всички видове ядрени клетки при стимулиране на последните. Преобладаващите ейкозаноиди във фокуса на възпалението почти винаги са простагландин (PG) E2, левкотриен (LT) B4 и 5-хидроксиейкозатетраенова киселина (5-HETE). Тромбоксан (Tx) A2, PGF2alpha, PGD2, простациклин (PG12), LTS4, LTD4, LTE4 и други GETE също се образуват, макар и в по-малко количество.
Основните ефекти на ейкозаноидите при възпаление са върху левкоцитите. PG, TCS и особено LT са мощни хематрактанти и по този начин играят важна роля в механизмите на самоподдържане на левкоцитната инфилтрация. Самите PG не повишават съдовата пропускливост, но, като силни вазодилататори, увеличават хиперемията и следователно ексудацията. LTV4, JITD4, LTE4 повишават съдовата пропускливост чрез директна контракция на ендотелните клетки, а LTV4 - като неутрофил-зависим медиатор. PH и LT са важни в генезиса на възпалителната болка. В същото време PGE2, без да има директна болезнена активност, повишава чувствителността на рецепторите на аферентните болкови нервни окончания към брадикинин и хистамин. PGE2 е мощен антипиретик и треската на възпалението може да се дължи отчасти на освобождаването му. PGs играят ключова роля в модулирането на възпалителния процес, осъществявайки двупосочна регулация на ексудация, емиграция и дегранулация на левкоцити, фагоцитоза. Например, PGE е в състояние да потенцира развитието на оток, причинен от хистамин или брадикинин, докато PGF2alpha, напротив, може да отслаби. Подобна връзка между PGE и PGF2alpha се отнася и за емиграцията на левкоцити.
Особено широк спектър от взаимодействия с други възпалителни медиатори е характерен за RT. Те си взаимодействат синергично във връзка с бронхоспазъм с хистамин, ацетилхолин, PG и TCS, стимулират освобождаването на PG и TCS. Модулиращата функция на ейкозаноидите се осъществява чрез промени в съотношението на цикличните нуклеотиди в клетките.
Източници хистаминса базофили и мастоцити. Серотонин(невротрансмитер) при хората, освен малко количество в мастоцитите, той се намира и в тромбоцитите и ентерохромафинните клетки. Поради бързото му освобождаване по време на дегранулацията на мастоцитите , способността да променят лумена на микросъдовете и да предизвикват директно свиване на ендотелните клетки на венулите, хистаминът и серотонинът се считат за основните медиатори на първоначалните микроциркулаторни нарушения във фокуса на остро възпаление и непосредствената фаза на повишаване на съдовата пропускливост. Хистаминът играе дуалистична роля както в кръвоносните съдове, така и в клетките. Чрез Н2 рецепторите той разширява артериолите, а чрез Н1 рецепторите стеснява венулите и по този начин повишава интракапилярното налягане. Чрез Hi-рецепторите хистаминът стимулира, а чрез H1-рецепторите инхибира емиграцията и дегранулацията на левкоцитите. При нормално протичане на възпалението хистаминът действа предимно чрез Н1 рецепторите върху неутрофилите, ограничавайки тяхната функционална активност, и чрез Н1 рецепторите върху моноцитите, като ги стимулира. По този начин, наред с про-възпалителните съдови ефекти, той има противовъзпалителни клетъчни ефекти. Серотонинът също така стимулира моноцитите на мястото на възпалението. Хистаминът осъществява двупосочна регулация на пролиферацията, диференциацията и функционалната активност на фибробластите и следователно може да бъде от значение при репаративните явления. Модулиращите ефекти на хистамин също се медиират от циклични нуклеотиди.
Що се отнася до взаимодействията на биогенните амини във фокуса на възпалението, известно е, че хистаминът чрез Hi-рецепторите може да задейства или засили синтеза на простагландини, а чрез Н-рецепторите - да инхибира. Биогенните амини взаимодействат както помежду си, така и с брадикинин, нуклеотиди и нуклеозиди, вещество Р, за повишаване на съдовата пропускливост. Вазодилатиращият ефект на хистамина се засилва в комбинация с ацетилхолин, серотонин, брадикинин.
Основният източник лизозомни ензимив огнището на възпалението са фагоцити - гранулоцити и моноцити-макрофаги. Въпреки голямото значение на фагоцитозата в патогенезата на възпалението, фагоцитите са предимно мобилни носители на медиатор-модулатори, секретирани извънклетъчно. Освобождаването на лизозомното съдържание се осъществява по време на тяхната хемотактична стимулация, миграция, фагоцитоза, увреждане, смърт. Основните компоненти на лизозомите при хората са неутралните протеинази – еластаза, катепсин G и колагенази, съдържащи се в първични, азурофилни, неутрофилни гранули. В процесите на антимикробна защита, включително възпаление, протеиназите принадлежат към факторите „втори порядък“ след кислород-зависими (миелопероксидаза - водороден пероксид) и кислород-независими механизми като лактоферин и лизозим. Те осигуряват основно лизиране на вече убити микроорганизми. Основните ефекти на протеиназите са медииране и модулиране на възпалителни явления, включително увреждане на собствените тъкани. Медиаторните и модулиращи ефекти на протеиназите се осъществяват по отношение на съдовата пропускливост, емиграция, фагоцитоза.
Увеличаването на съдовата пропускливост под влияние на лизозомни ензими се дължи на лизис на субендотелния матрикс, изтъняване и фрагментация на ендотелните клетки и е придружено от кръвоизлив и тромбоза. Образувайки или разцепвайки най-важните хемотактични вещества, лизозомните ензими са модулатори на левкоцитната инфилтрация. На първо място, това се отнася до компонентите на системата на комплемента и каликреин-кинин.
Лизозомните ензими, в зависимост от концентрацията, могат сами да засилят или инхибират миграцията на неутрофилите. По отношение на фагоцитозата, неутралните протеинази също имат редица ефекти. По-специално, еластазата може да образува C3b опсонин; C3b също е важен за адхезията на частиците към повърхността на неутрофилите. Следователно, неутрофилът си осигурява механизъм за засилване на фагоцитозата. Както катепсин G, така и еластаза повишават афинитета на Fc рецептора на неутрофилната мембрана към имуноглобулиновите комплекси и съответно повишават ефективността на абсорбцията на частиците.
Благодарение на способността на лизозомните ензими да активират системата на комплемента, каликреин-кинин, коагулация и фибринолиза, да освобождават цитокини и лимфокини, възпалението се развива и се самоподдържа дълго време.
Най-важният имот неензимни катионни протеини,съдържащи се както в азурофилните, така и в специфичните гранули на неутрофилите, са тяхната висока микробицидна активност. В това отношение те са в синергично взаимодействие със системата миелопероксидаза - водороден пероксид. Катионните протеини се адсорбират върху отрицателно заредената мембрана на бактериалната клетка чрез електростатично взаимодействие. В резултат на това се нарушават пропускливостта и структурата на мембраната и настъпва смъртта на микроорганизма, което е предпоставка за последващото му ефективно лизиране от лизозомни протеинази. Освободените извънклетъчно катионни протеини медиират повишаване на съдовата пропускливост (главно чрез индуциране на дегранулация на мастоцитите и освобождаване на хистамин), адхезия и емиграция на левкоцити.
Основният източник цитокини(монокини) при възпаление са стимулирани моноцити и макрофаги. В допълнение, тези полипептиди се произвеждат от неутрофили, лимфоцити, ендотелни и други клетки. Най-добре проучените цитокини са интерлевкин-1 (IL-1) и тумор некрозис фактор (TNF). Цитокините повишават съдовата пропускливост (по не-нитрофилно-зависим начин), адхезията и емиграцията на левкоцитите. Наред с провъзпалителните свойства, цитокините могат също да играят роля в директната защита на тялото, стимулирайки неутрофилите и моноцитите да убиват, абсорбират и усвояват нахлуващите микроорганизми, както и засилват фагоцитозата чрез опсонизиране на патогенния агент.
Чрез стимулиране на почистването на рани, клетъчната пролиферация и диференциация, цитокините засилват репаративните процеси. Заедно с това те могат да медиират разрушаването на тъканите (разграждане на хрущялния матрикс и костната резорбция) и по този начин да играят роля в патогенезата на заболявания на съединителната тъкан, по-специално ревматоиден артрит.
Действието на цитокините предизвиква и редица метаболитни ефекти, които са в основата на общите прояви на възпалението - треска, сънливост, анорексия, метаболитни изменения, стимулиране на хепатоцитите за засилен синтез на протеини от остра фаза, активиране на кръвоносната система и др.
Цитокините взаимодействат един с друг, с простагландини, невропептиди и други медиатори.
Редица възпалителни медиатори също включват лимфокини- полипептиди, произведени от стимулирани лимфоцити. Най-изучаваните лимфокини, които модулират възпалителния отговор, са макрофаг инхибиращ фактор, макрофаг активиращ фактор, интерлевкин-2. Лимфокините координират взаимодействието на неутрофили, макрофаги и лимфоцити, като по този начин регулират възпалителния отговор като цяло.
активни кислородни метаболити,на първо място, свободните радикали - супероксиден анион радикал, хидроксил радикал HO, перхидроксил, поради наличието на един или повече несдвоени електрони във външната си орбита, имат повишена реактивност с други молекули и следователно значителен разрушителен потенциал, което е важно в патогенезата на възпалението. Източник на свободни радикали, както и на други извлечени от кислород медиатори и модулатори на възпалението - водороден прекис (H 2 0 2), синглетен кислород (f0 2), хипохлорит (HOC1) са: респираторен изблик на фагоцити по време на тяхното стимулиране, арахидон киселинна каскада по време на образуването на ейкозаноиди, ензимни процеси в ендоплазмения ретикулум и пероксизомите, митохондриите, цитозола, както и самоокислението на малки молекули като хидрохинони, левкофлавини, катехоламини и др.
Ролята на активните кислородни метаболити при възпаление се състои, от една страна, в повишаване на бактерицидната способност на фагоцитите и, от друга страна, в техните медиаторни и модулиращи функции. Посредната роля на активните кислородни метаболити се дължи на способността им да предизвикват липидна пероксидация, окисляване на протеини, въглехидрати и увреждане на нуклеиновите киселини. Тези молекулярни промени са в основата на явленията, причинени от активните кислородни метаболити, които са характерни за възпалението - повишаване на съдовата пропускливост (поради увреждане на ендотелните клетки), стимулиране на фагоцитите.
Роля на модулатор , активните кислородни метаболити могат да бъдат както за засилване на възпалителните явления (чрез предизвикване на освобождаването на ензими и взаимодействие с тях при увреждане на тъканите; не само иницииране, но и модулиране на каскадата на арахидоновата киселина), и в противовъзпалителни ефекти (поради инактивиране на лизозомни хидролази и други медиатори на възпалението).
Активните кислородни метаболити са важни за поддържане на хронично възпаление.
Медиаторите и модулаторите на възпалението също включват невропептиди- вещества, освободени от С-влакна в резултат на активиране от възпалителен агент на полимодални ноцицептори, които играят важна роля за възникването на аксонни рефлекси в крайните клонове на първичните аферентни (сензорни) неврони. Най-изследвани са субстанция Р, калцитонин-ген-свързан пептид, неврокинин А. Невропептидите повишават съдовата пропускливост и тази способност до голяма степен се медиира от медиатори, произхождащи от мастоцити. Съществуват мембранни контакти между немиелинизирани нерви и мастоцити, които осигуряват комуникация между централната нервна система и огнището на възпалението.
Невропептидите си взаимодействат синергично за повишаване на съдовата пропускливост както помежду си, така и с хистамин, брадикинин, С5а, фактор, който активира тромбоцитите, левкотриен В4; антагонистично с АТФ и аденозин. Те също имат потенциращ ефект върху рекрутирането и цитотоксичната функция на неутрофилите, засилват адхезията на неутрофилите към ендотела на венулата. В допълнение, невропептидите повишават чувствителността на ноцицепторите към действието на различни медиатори, по-специално простагландин Е2 и простациклин, като по този начин участват във възстановяването на възпалителната болка.
В допълнение към горните вещества, възпалителните медиатори също включват ацетилхолив и катехоламини,освобождава се при възбуждане на холин и адренергични структури. Ацетилхолинът причинява вазодилатация и играе роля в аксонно-рефлексния механизъм на артериална хиперемия по време на възпаление. Норепинефринът и адреналинът инхибират растежа на съдовата пропускливост, като действат главно като модулатори на възпалението.
. Глава II
Възпроизвеждане на клетки. Проблеми на клетъчната пролиферация в медицината.
2.1. Жизненият цикъл на клетката.
Клетъчната теория казва, че клетките се появяват от клетките чрез разделяне на оригинала. Тази позиция изключва образуването на клетки от неклетъчна материя. Делението на клетките се предшества от редупликация на техния хромозомен апарат, синтеза на ДНК както в еукариотните, така и в прокариотните организми.
Продължителността на живота на клетката от делене до делене се нарича клетка или жизнен цикъл. Стойността му варира значително: за бактерии е 20-30 минути, за обувка 1-2 пъти на ден, за амеба около 1,5 дни. Многоклетъчните клетки също имат различна способност да се делят. В ранната ембриогенеза те често се делят, а при възрастен организъм в по-голямата си част губят тази способност, тъй като се специализират. Но дори и в организъм, който е достигнал пълно развитие, много клетки трябва да се делят, за да заменят износените клетки, които непрекъснато се отлепват и накрая, нови клетки са необходими за заздравяване на рани.
Следователно в някои популации от клетки деленето трябва да се извършва през целия живот. Имайки предвид това, всички клетки могат да бъдат разделени на три категории:
1. До раждането на детето нервните клетки достигат високоспециализирано състояние, губят способността си да се възпроизвеждат.В процеса на онтогенезата броят им непрекъснато намалява. Това обстоятелство има и една добра страна; ако нервните клетки се делят, тогава висшите нервни функции (памет, мислене) биха били нарушени.
2. Друга категория клетки също е високоспециализирана, но поради постоянната им десквамация те се заменят с нови, като тази функция се изпълнява от клетки от същата линия, но все още неспециализирани и не са загубили способността си да се делят. Тези клетки се наричат обновяващи клетки. Пример за това са постоянно обновяващите се клетки на чревния епител, хематопоетичните клетки. Дори клетките на костната тъкан са способни да се образуват от неспециализирани (това може да се наблюдава по време на репаративна регенерация на костни фрактури). Популациите от неспециализирани клетки, които запазват способността си да се делят, обикновено се наричат стволови клетки.
3. Третата категория клетки е изключение, когато високоспециализираните клетки при определени условия могат да влязат в митотичния цикъл. Това са клетки с дълъг живот и при които след пълното завършване на растежа рядко настъпва клетъчно делене. Пример за това са хепатоцитите. Но ако 2/3 от черния дроб се отстрани от опитно животно, тогава за по-малко от две седмици той се възстановява до предишния си размер. Същите са и клетките на жлезите, които произвеждат хормони: при нормални условия само няколко от тях са в състояние да се възпроизвеждат, а при променени условия повечето от тях могат да започнат да се делят.
Клетъчният цикъл означава многократно повторение на последователни събития, които отнемат определен период от време. Цикличните процеси обикновено се изобразяват графично под формата на кръгове.
Клетъчният цикъл е разделен на две части: митоза и интервалът между края на една митоза и началото на следващата - интерфаза. Методът на авторадиографията позволи да се установи, че по време на интерфазата клетката не само изпълнява своите специализирани функции, но и синтезира ДНК. Този период на интерфазата се нарича синтетичен (S). Започва около 8 часа след митозата и завършва след 7-8 часа. Интервалът между S-периода и митозата се нарича пресинтетичен (G1 - 4 часа) след синтетичен, преди самата митоза - постсинтетичен (G2). се случва за около час.
По този начин се разграничават четири етапа в клетъчния цикъл; митоза, G1-период, S-период, G2-период.
Установяването на факта на удвояване в интерфазата на ДНК означава, че по време на своето време клетката не може да изпълнява специализирани функции, тя е заета с изграждането на клетъчни структури, синтеза на строителни материали, които осигуряват растежа на дъщерните клетки, натрупването на енергия, изразходвана по време на самата митоза, синтеза на специфични ензими за репликация на ДНК ... Следователно интерфазните клетки, за да изпълняват своите функции, предопределени от генетичната програма (да станат високо специализирани), трябва временно или постоянно да излязат от цикъла по време на периода G0, или да останат в разширения G1 (няма значителни разлики в състоянието на клетките на Отбелязани са G0 и G1 периоди, тъй като клетките на цикъл). Особено трябва да се отбележи, че при зрелите многоклетъчни организми е известно, че повечето от клетките са в периода G0.
Както вече споменахме, увеличаването на броя на клетките се случва само поради разделянето на оригиналната клетка, което се предшества от фаза на точно възпроизвеждане на генетичен материал, ДНК молекули, хромозоми.
Митотичното делене включва нови състояния на клетките: интерфазните, декондензирани и вече редупликирани хромозоми се трансформират в компактната форма на митотични хромозоми, образува се ахроматин митотичен апарат, който участва в преноса на хромозоми, хромозомите се разминават към противоположни полюси и настъпва цитокинеза. Процесът на непряко делене обикновено се подразделя на следните основни фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Делението е условно, тъй като митозата е непрекъснат процес и фазовата промяна настъпва постепенно. Единствената фаза, която има реално начало, е анафазата, в която
започва дивергенцията на хромозомите. Продължителността на отделните фази е различна (средно профаза и телофаза - 30-40", анафаза и метафаза - 7-15"). До началото на митозата човешката клетка съдържа 46 хромозоми, всяка от които се състои от 2 еднакви половини - хроматиди (хроматидите се наричат още S-хромозома, а хромозома, състояща се от 2 хроматиди - d-хромозома).
Едно от най-забележителните явления, наблюдавани при митозата, е образуването на вретено на делене. Той осигурява подреждането на d-хромозомите в една равнина, в средата на клетката, и движението на S-хромозомите към полюсите. Вретено на деленето се образува от центриолите на клетъчния център. Микротубули се образуват в цитоплазмата от белтъка тубулин.
В G1-периода всяка клетка съдържа две центриоли, до момента на прехода към G2-периода се образува дъщерна центриола близо до всеки центриол и се образуват общо две двойки.
В профаза една двойка центриоли започва да се движи към единия полюс, а другата към другия.
Набор от интерполярни и хромозомни микротубули започва да се образува между двойки центриоли един към друг.
В края на профазата ядрената обвивка се разпада, ядрото престава да съществува, хромозомите (d) се спират, делителното вретено се премества към средата на клетката и d-хромозомите се оказват в пространствата между микротубулите на вретеното.
По време на профазата D хромозомите преминават през кондензационен път от нишковидни до пръчковидни структури. Скъсяване и удебеляване (d-хромозомите продължават известно време в метафаза, в резултат на което метафазните d-хромозоми имат достатъчна плътност. Центромерата е ясно видима в хромозомите, разделяйки ги на равни или неравни рамена, състоящи се от 2 съседни S - В началото на анафазата S хромозомите (хроматидите) започват да се движат от екваториалната равнина към полюсите.Анафазата започва с разделянето на центромерната област на всяка хромозома, в резултат на което две S хромозоми на всяка d хромозома са напълно разделени една от друга. Следователно всяка дъщерна клетка получава идентичен набор от 46 S хромозоми След разделяне на центромера едната половина от 92 S хромозоми започва да се движи към единия полюс, а другата половина към другия.
До днес не е точно установено под влияние на какви сили се осъществява движението на хромозомите към полюсите. Има няколко версии:
1. В вретеното на деленето има актин-съдържащи филаменти (както и други мускулни протеини), възможно е тази сила да се генерира по същия начин, както в мускулните клетки.
2. Движението на хромозомите се дължи на плъзгането на хромозомни микротубули по непрекъснати (интерполярни) микротубули с противоположна полярност (McItosh, 1969, Margolis, 1978).
3. Скоростта на движение на хромозомите се регулира от кинетохорни микротубули, за да се осигури правилно разделяне на хроматидите. Най-вероятно всички горепосочени механизми за осъществяване на математически точно разпределение на наследственото вещество между дъщерните клетки си сътрудничат.
Към края на анафазата и началото на телофазата, в средата на удължената клетка започва образуването на стеснение, което образува т. нар. жлеб на разцепване, който, задълбочавайки се, разделя клетката на две дъщерни клетки. Актиновите нишки участват в образуването на браздата. Но тъй като браздите се задълбочават, клетките са свързани помежду си чрез сноп от микротубули, наречен медианно тяло, останалата част от него присъства за известно време в интерфазата. Успоредно с цитокинезата, на всеки полюс, хромозомите се деспирализират в обратен ред от хромозомно към нуклеозомно ниво. И накрая, наследственото вещество приема формата на бучки хроматин, или плътно опаковани, или декондензирани. Ядрото, ядрената обвивка около хроматина и кариоплазмата, се формира отново. Така в резултат на митотично клетъчно делене новообразуваните дъщерни клетки са идентични помежду си и са копие на майчината клетка, което е важно за последващия растеж, развитие и диференциация на клетките и тъканите.
2.2. Механизмът на регулиране на митотичната активност
Поддържането на броя на клетките на определено, постоянно ниво осигурява цялостна хомеостаза. Например, броят на еритроцитите и левкоцитите в здраво тяло е относително стабилен, въпреки факта, че тези клетки умират, те непрекъснато се попълват. Следователно скоростта на образуване на нови клетки трябва да бъде регулирана, за да съответства на скоростта на клетъчна смърт.
За поддържане на хомеостазата е необходимо броят на различните специализирани клетки в тялото и функциите, които те трябва да изпълняват, да са под контрола на различни регулаторни механизми, които поддържат всичко това в стабилно състояние.
В много случаи на клетките се дава сигнал, че трябва да увеличат функционалната си активност и това може да изисква увеличаване на броя на клетките. Например, ако съдържанието на Са в кръвта спадне, тогава клетките на паращитовидната жлеза увеличават секрецията на хормона, нивото на калция достига нормално. Но ако в диетата на животното липсва калций, тогава допълнителното производство на хормона няма да увеличи съдържанието на този елемент в кръвта. В този случай клетките на щитовидната жлеза започват бързо да се делят, така че увеличаването на техния брой ще водят до по-нататъшно увеличаване на синтеза на хормона. По този начин намаляването на една или друга функция може да доведе до увеличаване на популацията от клетки, осигуряващи тези функции.
При хората, навлизащи във високопланинските райони, броят на еритроцитите се увеличава рязко (при надморска височина под 02), за да осигури на организма необходимото количество кислород. Бъбречните клетки реагират на намаляване на кислорода и повишават секрецията на еритропоетин, което засилва хемопоезата. След образуването на достатъчен брой допълнителни еритроцити, хипоксията изчезва и клетките, които произвеждат този хормон, намаляват секрецията му до обичайното ниво.
Напълно диференцираните клетки не могат да се делят, но въпреки това броят им може да се увеличи поради стволовите клетки, от които произлизат. Нервните клетки не могат да се делят при никакви обстоятелства, но могат да увеличат функцията си чрез увеличаване на процесите и умножаване на връзките между тях.
Трябва да се отбележи, че при възрастни съотношението на общите размери на различни органи остава повече или по-малко постоянно. При изкуствено нарушение на съществуващото съотношение на размера на органа, той клони към нормата (отстраняването на единия бъбрек води до увеличаване на другия).
Една от концепциите, обясняващи този феномен, е, че клетъчната пролиферация се регулира от специални вещества - кейлони. Предполага се, че те имат специфичност за различни видове клетки, тъкани на органи. Смята се, че намаляването на броя на кейлоните стимулира клетъчната пролиферация, например по време на регенерация. В момента този проблем се проучва внимателно от различни специалисти. Получени са данни, че кейлоните са гликопротеини с молекулно тегло 30 000 - 50 000.
2.3. Неправилни видове клетъчно възпроизвеждане
Амитоза... Директното разделяне или амитозата е описано по-рано от митотичното делене, но е много по-рядко. Амитозата е клетъчно делене, при което ядрото е в интерфазно състояние. В този случай няма кондензация на хромозоми и образуване на вретено на делене. Формално амитозата би трябвало да доведе до появата на две клетки, но най-често води до разделяне на ядрото и поява на дву- или многоядрени клетки.
Амитотичното деление започва с фрагментирането на нуклеолите, последвано от разделяне на ядрото чрез свиване (или инвагинация). Може да има многократно делене на ядрото, като правило с неравномерен размер (при патологични процеси). Многобройни наблюдения показват, че амитозата почти винаги се среща в клетки, които умират, дегенерират и не са способни да произвеждат пълноценни елементи в бъдеще. И така, нормално амитотичното делене се случва в ембрионалните мембрани на животните, във фоликуларните клетки на яйчника, в гигантските клетки на трофобластите. Амитозата има положителна стойност в процеса на регенерация на тъкани или органи (регенеративна амитоза). Амитозата в стареещите клетки е придружена от нарушения в биосинтетичните процеси, включително репликация, възстановяване на ДНК и транскрипция и транслация. Променят се физикохимичните свойства на протеините на хроматина на клетъчните ядра, съставът на цитоплазмата, структурата и функциите на органелите, което води до функционални нарушения на всички следващи нива - клетъчно, тъканно, органно и органично. С нарастването на разрушаването и изчезването на възстановяването настъпва естествена клетъчна смърт. Често амитозата възниква при възпалителни процеси и злокачествени новообразувания (индуцирана амитоза).
Ендомитоза.Когато клетките са изложени на вещества, които разрушават микротубулите на вретеното, деленето спира и хромозомите ще продължат цикъла на своите трансформации: репликиране, което ще доведе до постепенно образуване на полиплоидни клетки - 4 стр. 8 стр. и т.н. Този процес на трансформация се нарича иначе ендорепродукция. Способността на клетките за ендомитоза се използва в отглеждането на растения за получаване на клетки с множество хромозоми. За това се използват колхицин, винбластин, разрушаващи нишките на ахроматиновото вретено. Полиплоидните клетки (и след това възрастните растения) са с големи размери, вегетативните органи на такива клетки са големи, с голям запас от хранителни вещества. При хората ендорепродукцията се извършва в някои хепатоцити и кардиомиоцити.
Друг, по-рядък резултат от ендомитозата са политените клетки. По време на политения в S-периода, в резултат на репликация и неразпадане на хромозомни нишки, се образува многонишкова, политена структура. Те се различават от митотичните хромозоми по големия си размер (200 пъти по-дълги). Такива клетки се намират в слюнчените жлези на двукрилите, в макронуклеусите на ресничките. На политените хромозоми се виждат изпъкналости, издувания (места на транскрипция) - израз на генна активност. Тези хромозоми са най-важният обект на генетични изследвания.
2.4. Проблеми на клетъчната пролиферация в медицината.
Известно е, че тъканите с висока скорост на клетъчно обновяване са по-чувствителни към ефектите на различни мутагени, отколкото тъканите, в които клетките се обновяват бавно. Въпреки това, например, радиационното увреждане може да не се появи веднага и не е задължително да отслабва с дълбочина, понякога дори уврежда дълбоко лежащите тъкани много повече от повърхностните. Когато клетките се облъчват с рентгенови или гама лъчи, в жизнения цикъл на клетките възникват груби нарушения: митотичните хромозоми променят формата си, възникват техните счупвания, последвано от неправилно свързване на фрагменти, понякога отделни части на хромозомите изчезват напълно. Могат да възникнат аномалии на вретеното (не два полюса в клетката, а три), което ще доведе до неравномерно разделяне на хроматидите. Понякога увреждането на клетката (големи дози радиация) е толкова значително, че всички опити на клетката да започне митоза са неуспешни и деленето спира.
Подобен ефект на радиацията отчасти се обяснява с използването му при туморна терапия. Целта на облъчването не е да убие туморните клетки в интерфаза, а да ги накара да загубят способността си за митоза, което ще забави или спре растежа на тумора. Радиацията в дози, които не са смъртоносни за клетката, може да причини мутации, водещи до повишена пролиферация на изменени клетки и да доведе до злокачествен растеж, както често се случва с тези, които са работили с рентгенови лъчи, без да знаят опасностите им.
Много химикали, включително лекарства, влияят върху клетъчната пролиферация. Например, алкалоидът колхицин (съдържащ се в колхикумите) е първото лекарство за облекчаване на болки в ставите при подагра. Оказа се, че има и друг ефект – да спира деленето, като се свързва с протеини с тубулини, от които се образуват микротубули. По този начин колхицинът, подобно на много други лекарства, блокира образуването на вретено на делене.
На тази основа алкалоиди като винбластин и винкристин се използват за лечение на някои видове злокачествени новообразувания, които са част от арсенала на съвременните химиотерапевтични противоракови лекарства. Трябва да се отбележи, че способността на вещества като колхицин да спират митозата се използва като метод за последваща идентификация на хромозомите в медицинската генетика.
От голямо значение за медицината е способността на диференцираните (при това половите) клетки да поддържат потентността си за пролиферация, което понякога води до развитие на тумори в яйчниците, върху чийто разрез се виждат клетъчни листове, тъкани, органи, които са "бъркотия". Разкриват се парчета кожа, космени фоликули, косми, грозни зъби, парчета кости, хрущяли, нервна тъкан, очни фрагменти и др., което налага спешна хирургична намеса.
2.5. Патология на клетъчната репродукция
Аномалии на митотичния цикъл.. Митотичният ритъм, обикновено адекватен на необходимостта от възстановяване на стареещи, мъртви клетки, в условия на патология може да бъде променен. Наблюдава се забавяне на ритъма при стареене или ниско васкуларизирани тъкани, засилване на ритъма в тъкани с различни видове възпаления, хормонални влияния, при тумори и др.
Клетката е елементарна единица на всички живи същества. Няма живот извън клетката. Възпроизвеждането на клетката става само чрез делене на оригиналната клетка, което се предшества от възпроизвеждането на нейния генетичен материал. Делението на клетките се активира в резултат на излагане на външни или вътрешни фактори. Процесът на клетъчно делене от момента на неговото активиране се нарича пролиферация. С други думи, пролиферацията е клетъчно размножаване, т.е. увеличаване на броя на клетките (в култура или тъкан), настъпващо чрез митотични деления. Продължителността на живота на клетката като такава, от делене до делене, обикновено се нарича клетъчен цикъл.
ВЪВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. Разпространение 4
Клетъчен цикъл 5
Регулация на клетъчния цикъл 6
Екзогенни регулатори на пролиферацията 7
Ендогенни регулатори на пролиферацията 7
Регулаторни пътища на CDK 8
Регламент G1 фаза 10
S фаза 11 регулиране
Регламент G2 фаза 12
Регулиране на митозата 12
Увреждане на ДНК 13
1.10.1 Начини за възстановяване на двойноверижни ДНК прекъсвания 13
1.10.2 Клетъчен отговор на увреждане на ДНК и неговата регулация 14
1.11. Регенерация на тъкани 15
1.11.1 Форми на регенерация 16
1.11.2. Регулиране на регенерацията на тъканите 17
ГЛАВА II. АПОПТОЗА 18
2.1. Характерни признаци на апоптоза 19
2.2. Механизъм на апоптоза 19
2.3. Ролята на апоптозата в защитата срещу рак 20
2.4. Регулиране на апоптозата 21
ЛИТЕРАТУРА 24
Работата съдържа 1 файл
Руски държавен педагогически университет на името на А. И. Херцен
Биологически факултет
КУРСОВА РАБОТА
Клетъчна пролиферация
SPb 2010 г
СЪДЪРЖАНИЕ
ВЪВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. Разпространение 4
- Клетъчен цикъл 5
- Регулиране на клетъчния цикъл 6
- Екзогенни регулатори на пролиферацията 7
- Ендогенни регулатори на пролиферацията 7
- Регулаторни пътища на CDK 8
- G1 фазово регулиране 10
- S фазово регулиране 11
- G2 фазово регулиране 12
- Регулиране на митозата 12
- Увреждане на ДНК 13
1.10.1 Начини за възстановяване на двойноверижни ДНК прекъсвания 13
1.10.2 Клетъчен отговор на увреждане на ДНК и неговата регулация 14
1.11. Регенерация на тъканите 15
1.11.1 Форми на регенерация 16
1.11.2. Регулиране на регенерацията на тъканите 17
ГЛАВА II. АПОПТОЗА 18
2.1. Характерни признаци на апоптоза 19
2.2. Механизъм на апоптоза 19
2.3. Ролята на апоптозата в защитата срещу рак 20
2.4. Регулиране на апоптозата
21
БИБЛИОГРАФИЯ 24
Въведение
Клетката е елементарна единица на всички живи същества. Няма живот извън клетката. Възпроизвеждането на клетката става само чрез делене на оригиналната клетка, което се предшества от възпроизвеждането на нейния генетичен материал. Делението на клетките се активира в резултат на излагане на външни или вътрешни фактори. Нарича се процесът на клетъчно делене от момента на неговото активиранепролиферация. С други думи, разпространението Дали размножаването на клетките, т.е. увеличаване на броя на клетките (в култура или тъкан), настъпващо чрез митотични деления. Обикновено се нарича продължителността на живота на клетката като такава, от делене до деленеклетъчен цикъл.
В тялото на възрастен човек клетките от различни тъкани и органи имат неравномерна способност да се делят. Освен това със стареенето интензивността на клетъчната пролиферация намалява (т.е. интервалът междумитоза ). Има популации от клетки, които напълно са загубили способността си да се делят. По правило това са клетки, които са в терминален стадий.диференциациянапример зрялневрони, зърнени кръвни левкоцити, кардиомиоцити ... В това отношение имунната система е изключение.В- и Т-клетки на паметта, който, намиращ се в последния етап на диференциация, когато в тялото се появи определен стимул под формата на срещан преди товаантиген са в състояние да започнат да се размножават. В тялото има постоянно обновяващи се тъкани – различни видове епител, кръвотворни тъкани. В такива тъкани има пул от клетки, които непрекъснато се делят, замествайки отработени или умиращи типове клетки (напр.клетки на чревната крипта, клетки на базалния слой на покривния епител, хематопоетични клеткикостен мозък ). В тялото има и клетки, които не се размножават при нормални условия, но придобиват това свойство при определени условия, по-специално, ако е необходимо.регенерация тъкани и органи.
Процесът на клетъчна пролиферация е строго регулиран от самата клетка (регулиране на клетъчния цикъл, спиране или забавяне на синтезаавтокринна растежни фактори и техните рецептори) и неговата микросреда (липса на стимулиращи контакти със съседни клетки и матрица, спиране на секрецията и/или синтезапаракринна фактори на растежа). Нарушаването на регулацията на пролиферацията води до неограничено клетъчно делене, което от своя страна инициира развитието на онкологичния процес в организма.
Пролиферация
Основната функция, свързана с инициирането на пролиферацията, се поема отплазмената мембранаклетки. Именно на нейната повърхност се случват събития, които са свързани с прехода на покойните клетки в активирано състояние, което предхожда деленето. Клетъчната плазмена мембрана, благодарение на разположените в нея рецепторни молекули, възприема различни извънклетъчни митогенни сигнали и осигурява транспортирането на необходимите вещества в клетката, които участват в инициирането на пролиферативния отговор. Митогенните сигнали могат да бъдат контакти между клетки, между клетка и матрица, както и взаимодействието на клетките с различни съединения, които стимулират навлизането им вклетъчен цикъл , които се наричат растежни фактори. Клетка, която е получила митогенен сигнал за пролиферация, започва процеса на делене.
Клетъчен цикъл
Целият клетъчен цикъл се състои от 4 етапа: пресинтетичен (G1),
синтетичен (S), постсинтетичен (G2) и собствен на митоза (M).
Освен това има така наречения G0-период характеризиращ
състоянието на покой на клетката. В периода G1 клетките иматдиплоиден
Съдържание на ДНК на ядро. През този период започва растежа на клетките,
главно поради натрупването на клетъчни протеини, което се дължи на
увеличаване на количеството РНК на клетка. Освен това започва подготовката за синтеза на ДНК. В следващия S-период има удвояване на броя наДНК и съответно броят на хромозомите се удвоява. Постсинтетичната G2 фаза се нарича още премитотична. В тази фаза се осъществява активен синтезиРНК (информационна РНК). Този етап е последван от действително клетъчно делене на две или митоза.
Разделяне на всички еукариотни клеткисвързано с кондензацията на удвоени (репликирани) хромозоми. В резултат на разделението тезихромозоми прехвърлени в дъщерните клетки. Този тип еукариотно клетъчно делене - митоза (от гръцки mitos - нишки) - е единственият пълен начин за увеличаване на броя на клетките. Процесът на митотично деление е разделен на няколко етапа: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Регулиране на клетъчния цикъл
Целта на регулаторните механизми на клетъчния цикъл не е да регулират преминаването на клетъчния цикъл като такъв, а в крайна сметка да осигурят непогрешимостта на разпределението на наследствения материал в процеса на клетъчно възпроизвеждане. Регулирането на клетъчното възпроизводство се основава на промяна в състоянията на активна пролиферация ипролиферативна латентност... Регулаторните фактори, които контролират клетъчното размножаване, могат грубо да бъдат разделени на две групи: извънклетъчни (или екзогенни) или вътреклетъчни (или ендогенни).Екзогенни факториса в микросредата на клетката и взаимодействат с клетъчната повърхност. Отнасят се фактори, които се синтезират от самата клетка и действат вътре в нея
ендогенни фактори... Това подразделение е доста произволно, тъй като някои фактори, бидейки ендогенни по отношение на клетката, която ги произвежда, могат да я напуснат и да действат като екзогенни регулатори на други клетки. Ако регулаторните фактори взаимодействат със същите клетки, които ги произвеждат, тогава този тип контрол се нарича автокринен контрол. Под паракринния контрол синтезът на регулатори се осъществява от други клетки.
Екзогенни регулатори на пролиферацията
При многоклетъчните организми регулирането на пролиферацията на различни видове клетки се осъществява поради действието не на един растежен фактор, а на тяхната съвкупност. Освен това някоирастежни факторикато стимуланти за някои видове клетки, те се държат като инхибитори по отношение на други. Класическирастежни факторипредставляватполипептиди с молекулно тегло 7-70 kDa. Към днешна дата са известни повече от сто такива растежни фактори.
PDGF тромбоцити. Освободен при разрушаване на съдовата стена, PDGF участва в процесите на образуване на тромби и заздравяване на рани. PDGF е мощен растежен фактор за почивкафибробласти ... Заедно с PDGF, епидермалния растежен фактор ( EGF ), който също е в състояние да стимулира пролиферацията на фибробластите. Но освен това, той има и стимулиращ ефект върху други видове клетки, по-специално върхухондроцити.
Голяма група фактори на растежа сацитокини (интерлевкини, Фактори на туморна некроза, колониестимулиращи фактории др.). Всички цитокини са полифункционални. Те могат както да засилят, така и да инхибират пролиферативните реакции. Така, например, различни субпопулации от CD4 + Т-лимфоцити, Th1 и Th2 , произвеждащи различен спектър от цитокини, са антагонисти един спрямо друг. Тоест Th1 цитокините стимулират пролиферацията на клетките, които ги произвеждат, но в същото време потискат деленето на Th2 клетките и обратно. Така тялото нормално поддържа постоянен баланс на тези два вида Т-лимфоцити. Взаимодействието на растежните фактори с техните рецептори на клетъчната повърхност води до стартиране на цяла каскада от събития вътре в клетката. В резултат на това се активират транскрипционните фактори и се експресират гените на пролиферативния отговор, което в крайна сметка инициира репликацията на ДНК и навлизането на клетката в митоза.
Ендогенни регулатори на клетъчния цикъл
В нормалните еукариотни клетки преминаването на клетъчния цикъл е строго регулирано. Причинатаонкологични заболявания е трансформацията на клетките, обикновено свързана с нарушения на регулаторните механизми на клетъчния цикъл. Един от основните резултати от дефекта на клетъчния цикъл е генетичната нестабилност, тъй като клетките с нарушен контрол на клетъчния цикъл губят способността си правилно да дублират и разпределят своитегенома ... Генетичната нестабилност води до придобиване на нови характеристики, които са отговорни за прогресията на тумора.
Зареждане ...