Министерство здравоохранения ЛНР ГУ ЛНР «Луганский Государственный Медицинский Университет им.Святителя Луки» Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии Зав.каф. д.м.н.,проф. Кащенко Светлана Аркадьевна Тема: «Клеточная гибель : аутофагия и ее роль в канцерогенезе» Подготовил: Шилов М.А. студент стоматологического факультета ll к. 46 группы Научный руководитель: к.м.н., доц. Кувенёва О.Н. Луганск 2018

Лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2016 году стал Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi) "За открытие механизмов аутофагии".

1. Апоптоз 2. Кератинизация 3. Некроз 4. Аутофагия 5. Аноики́с 6. Параптоз 7. Пиропто́з 8. Паранекроз 9. Клеточный каннибализм 10. Валлеровское перерождение 11. Нетоз 12. Митотическая катастрофа

-клетка потеряла целостность плазматической мембраны; -клетка, включая ядро, подверглась фрагментации на дискретные тела; -мертвая клетка или ее фрагменты поглощены соседними клетками (in vitro).

Аутофагия (от греч. αυτος «само» и φαγειν «есть»: самопоедание) - клеточный механизм утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки.

1. получение питательных веществ при голодании 2. поддержка клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета 3. избавление от поврежденных органелл

1. отсутствие факторов роста или недостаточность нутриентов 2. наличие поврежденных органелл (митохондрий, пероксисом) 3. окислительный или токсический стресс

1) Частичная конденсация хроматина 2) Пикноз ядра 3) Отсутствие фрагментации ядра и клетки на поздних стадиях гибели 4) Увеличение числа аутофагосом и аутофаголизосом 5) Увеличение лизосом ной активности 6) Увеличение аппарата Гольджи

1. Микроаутофагия – макромолекулы и фрагменты мембраны попадают в лизосому путем инвагинации ее мембраны. 2. Макроаутофагия - образование аутофагосом, которые соединяются с лизосомами с образованием аутофаголизосом. Макроаутофагия контролируется специфическими генами Atg (autophagy-related gene) и вовлечена в процесс деградации митохондрий, эндоплазматического ретикулума, пероксисом, рибосом, а также различных белков, липидов и РНК. 3. Шаперон-зависимая аутофагия – направленный транспорт денатурировавших белков в лизосомы для деградации, происходит с помощью белков-шаперонов Hsp70 и белков LAMP-2 (lysosome- associated membrane protein type 2A).

1. Инициация 2. Элонгация 3. Формирование аутофагосомы 4. Формирование аутолизосомы

Механизм аутофагии

Существует три основных пути регуляции аутофагии: сигнальный путь PI3K класса I (активируется в ответ на ростовые факторы) сигнальный путь PI3K класса III (регулируется количеством аминокислот в клетке) сигнальный путь LKB1/AMPK, который чувствителен к уровню АТФ. Одним из основных компонентов перечисленных выше сигнальных путей служит киназа mTOR.

Регуляция аутофагии

Роль аутофагии в канцерогенезе

Аутофагия: процесс лизосомальной деградация цитоплазматического материала Виды: Микроаутофагия, Макроаутофагия, Шаперон-зависимая аутофагия Стадии: Инициация, Элонгация, Формирование аутофагосомы,Формирование аутолизосомы Роль аутофагии в канцерогенезе : очень важна т.к она может выступать как промотором формирования опухолей так и супрессором.

Спасибо за внимание!

2 Лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2016 году стал японский клеточный биолог Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi) "За открытие механизмов аутофагии". 3 Интенсивные исследования последних 30 лет в клеточной биологии, иммунологии и медицине привели к открытию различных типов клеточной гибели, регулируемых с помощью как общих, так и специфических сигнальных путей и реализующихся под воздействием различных факторов. Согласно последней классификации, опубликованной в 2012 г., выделяют 12 видов клеточной гибели (4 основных и 8 дополнительных). К наиболее распространенным видам клеточной гибели относятся апоптоз, аутофагия, кератинизация и некроз. Среди нетипичных описаны аноикис, пара птоз, пироптоз, паранекроз, энтоз, валлеровское перерождение (вторичная дегенерация нервных волокон), нетоз, Митотическая катастрофа. Основные Апопто́з (др.-греч. πόπτωσις листопад) регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной Кератинизация Ороговение специфический тип клеточной гибели, который происходит в эпидермисе Некроз-это процесс клеточный гибели, связанный с нарушением целостности плазматической мембраны, деградацией органелл, набуханием и вакуолизацией клетки, конденсацией и неспецифической деградацией ДНК. Аутофагия - это процесс утилизации клеточных органелл и макромолекул, необходимый для рециклирования собственного клеточного материала, для дифференцировки, развития и поддержания гомеостаза организма. Дополнительные Аноики́с частный случай клеточной гибели путём апоптоза, которая наступает в ответ на неправильную адгезию клеток (связь с внеклеточным матриксом) или её утрату.клеточнойапоптозаадгезию клетоквнеклеточным матриксом Параптоз-Программируемая клеточная гибель характеризуется значительной степенью вакуолизации цитоплазмы и набуханием митохондрий. Пиропто́з вид программируемой некротической гибели клетки, при котором в результате активации каспазы 1 происходит нарушение целостности плазматической мембраны и быстрое высвобождение наружу содержимого клетки.программируемойнекротическойклеткикаспазы 1 плазматической мембраны паранекроз Неспецифические изменения в клетке под действием какого либо повреждающего фактора. паранекроз Клеточный каннибализм (КК) - это явление, при котором одна клетка внедряется в другую клетку, в результате чего образуются структуры клетка-в-клетке. Частный случай КК – энтоз (лимфобласты) Валлеровское перерождение -дистрофия и распад нервных волокон, возникающие при поражении клеточных тел нейронов или при пересечении нерва и обусловленные выпадением трофического влияния нейронов. Нетоз это процесс программируемой клеточной гибели, сопровождающийся выбросом нейтрофилом внеклеточной нейтрофильной ловушки.программируемой клеточной гибелинейтрофилом Митотическая катастрофа – это гибель клетки в результате грубых нарушений митоза, таких как отставание хромосом в мета- и анафазе, К-митозы и др.

4 Клетка считается мертвой, когда происходит одно из следующих событий: -клетка потеряла целостность плазматической мембраны; -клетка, включая ядро, подверглась фрагментации на дискретные тела; -мертвая клетка или ее фрагменты поглощены соседними клетками (in vitro). 5 При апоптозе происходит фрагментация на апоптические тельца, а при аутофагии нет. 6 Аутофагия (от греч. αυτος «само» и φαγειν «есть»: самопоедание) - клеточный механизм утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки. 7Аутофагия выполняет несколько важных функций: 1. получение питательных веществ при голодании 2. поддержка клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета 3. избавление от поврежденных органелл 8Стимулы к запуску аутофагии: 1. отсутствие факторов роста или недостаточность нутриентов 2. наличие поврежденных органелл (митохондрий, пероксисом) 3. окислительный или токсический стресс 9Признаки аутофагии Частичная конденсация хроматина Пикноз ядра Отсутствие фрагментации ядра и клетки на поздних стадиях гибели Увеличение числа аутофагосом и аутофаголизосом Увеличение лизосом ной активности Увеличение аппарата Гольджи

10Типы аутофагии Микроаутофагия – макромолекулы и фрагменты мембраны попадают в лизосому путем инвагинации ее мембраны.(перевар белков) Макроаутофагия - образование аутофагосом, которые соединяются с лизосомами с образованием аутофаголизосом. Макроаутофагия контролируется специфическими генами Atg (autophagy-related gene) и вовлечена в процесс деградации митохондрий, эндоплазматического ретикулума, пероксисом, рибосом, а также различных белков, липидов и РНК. Шаперон-зависимая аутофагия – направленный транспорт денатурировавших белков в лизосомы для деградации, происходит с помощью белков-шаперонов Hsp70 и белков LAMP-2 (lysosome-associated membrane protein type 2A). 11Типы аутофагии сразу 12 Стадии аутофагии 1. Инициация 2. Элонгация 3. Формирование аутофагосомы 4. Формирование аутолизосомы

13Идентифицировано более 30 различных генов и белков, вовлеченных в этот процесс. Инициаторный комплекс служит ядром (основой) для начала сборки ауто-фагосомной мембраны de novo. Он состоит из Beclin-1, белков семейства Bcl-2, Vps (vacuolar protein sorting) ки-назы-34 и Atg14L. В дальнейшем росте мембраны принимает участие большое количество белков, однако главная роль в этом процессе отводится двум убиквитиноподобным конъюгирующим системам. Убиквитиноподобный белок Atg12 конъюгирует с Atg5 с помощью Atg7 и Atg10. Образующийся в результате комплекс Atg5–Atg12 взаимодействует c Atg16L1 и после этого принимает участие в элонгации аутофагосомальной мембраны. Для второй конъюгирующей системы необходимо присутствие белка LC3I (protein 1 light chain 3). Далее происходит расщепление LC3I с помощью протеазы Atg4B до LC3II, который после конъюгации с PE (фосфатидилэтаноламин) превращается в аутофагосомальный мембраносвязанный белок, непосредственно принимающий участие в формировании мембраны. После сборки мембраны белки, участвовавшие в этом процессе, покидают ее все, кроме LC3II. Для удаления трансмембранного Atg9 привлекается Atg2 и Atg18. Механизмы докинга (стыковки) и слияния аутофагосомы с аутолизосомой аналогичны тем, которые происходят при слиянии других везикул. В этих процессах участвуют белки SNARE (Vam3, Vam7, Vti1 и Ykt6) и их гомологи.В деградации внутренней мембраны (на-ружная сливается с аутолизосомой) участвуют протеи-наза B и липаза Atg15. 14Регуляция аутофагии Существует три основных пути регуляции аутофагии: сигнальный путь PI3K(Фосфоинозитид-3-киназа) класса I (активируется в ответ на ростовые факторы) сигнальный путь PI3K(Фосфоинозитид-3-киназа) класса III (регулируется количеством аминокислот в клетке) сигнальный путь LKB1/AMPK,( Киназа B1 (LKB1) это белок, которая контролирует рост клеток и метаболизм в тканях амф-активируемая протеинкиназа) который чувствителен к уровню АТФ. Одним из основных компонентов перечисленных выше сигнальных путей служит киназа mTOR. 15 сразу далее

16 Кроме того, аутофагия важный участник процессов дифференцировки и трансформации клеток старение, канцерогенезе, эмбриогенез, метаболизме, иммунном ответе, кардиомиопатии, голодании, гемопоэзе и т.д 17Роль аутофагии в канцерогенезе( Канцерогене́з (лат. cancerogenesis; cancer рак + др.-греч. γένεσις зарождение, развитие) сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли Известно, что важнейшее свойство неопластических клеток подавление в них апоптоза. Уход от апоптоза резко повышает жизнеспособность неопластической клетки, делает ее менее чувствительной к факторам противоопухолевого иммунитета и терапевтическим воздействиям. Для опухолевых клеток характерны генетические изменения, ведущие к ослаблению различных путей индукции апоптоза. Роль аутофагии в канцерогенезе установлена и подтверждена. Однако нельзя не отметить противоречивость литературных данных о ее роли в неопластической транс- формации. С одной стороны, процесс аутофагии должен способствовать развитию и выживанию опухолевых клеток, избавляя их от ненужных молекул, таким образом выступая промотором формирования опухолей. С другой стороны, существует достаточно доказательств, что аутофагия может стать супрессором развития новооб разований. Например, экспрессия экзогенного Beclin-1 (один из главных регуляторов молекулярных механизмов аутофагии) снижает пролиферативную способность опухолевых клеток in vitro, а также их канцерогенный потенциал in vivo. Еще одним доказательством супрессорной функции аутофагии может служить тот факт, что гетерозиготные мыши, у которых инактивирован один аллель гена Beclin1, склонны к спонтанному развитию опухолей, например аденокарциномы легкого и печени. Следует отметить, что аутофагия важна не только на стадии трансформации клеток, но и в процессах опухолевой прогрессии, а именно при инвазии и метастазировании. Возможные механизмы влияния аутофагии на процессы канцерогенеза представлены на рис. 6. Во-первых, ряд проведенных исследований показал, что подавление аутофагии приводит к накоплению в клетке поврежденных митохондрий и белковых агрегатов. Это влечет за собой каскад событий, таких как окислительный стресс, повреждение ДНК и геномная нестабильность, что в конечном итоге способствует трансформации клеток в опухолевые. Второй потенциальный механизм участия аутофагии в канцерогенезе основан на том, что в случае блокирования в опухолевых клетках апоптоза подавление аутофагии вызывает гибель клеток путем некроза. Это приводит к развитию очага воспаления, при влечению различных клеток, например макрофагов, что способствует формированию и росту солидной опухоли. Недавние исследования показали, что аутофагия также нужна для онкогениндуцируемого старения. Старение представляется стадией безвозвратной остановки клеточного цикла, ограничивающей процесс деления поврежденной клетки. Показано, что аутофагия активируется в процессе старения, вызванного онкоге нами и повреждениями ДНК, что препятствует клеточной трансформации и подтверждает супрессорную функцию аутофагии в канцерогенезе. Кроме того, необходимо отметить и промоторную функцию аутофагии в канцерогенезе. В отличие от нормальных опухолевые клетки испытывают большую потребность в питательных веществах и кислороде ввиду их неограниченной пролиферации. В отсутствие необходимых веществ в них возникает гипоксия и метаболический стресс, что особенно характерно для слабо васкуляризованных солидных опухолей. Таким образом, в клетках, находящихся внутри опухоли, наблюдается усиление аутофагии по сравнению с поверхностными, что помогает им избежать гибели. Кроме того, про- мотирующий эффект аутофагии имеет место на поздних стадиях опухолевой прогрессии при инвазии и метастазировании. Например, при откреплении эпителиальной клетки от внеклеточного матрикса активируется процесс аутофагии, помогающий клетке избежать аноикиса, что служит необходимым условием для распространения за пределы первичного очага. Аутофагия играет немало- важную роль в защите опухолевых клеток от химиоте- рапии, помогая им уходить от апоптоза, что в ряде случаев способствует прогрессии заболевания.

18Выводы: Аутофагия: процесс лизосомальной деградация цитоплазматического материала Бывает: Микроаутофагия, Макроаутофагия, Шаперон-зависимая аутофагия Стадии: Инициация, Элонгация, Формирование аутофагосомы, Формирование аутолизосом Роль аутофагии в канцерогенезе : очень важна т.к она может выступать как промотором формирования опухолей так и супрессором.