аутофагия как тип клеточной гибели - презентация

1 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

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

3 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

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

5

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.

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

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

9 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

10 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).

11

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

13 Механизм аутофагии

14 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.

15 Регуляция аутофагии

16

17 Роль аутофагии в канцерогенезе

18 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.

19 Спасибо за внимание!

20 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.

21 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

22 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

23 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

24 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.

25 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.