Апоптоз, основные механизмы и роль в развитии животных. - презентация

1 Апоптоз, основные механизмы и роль в развитии животных

2

3 Апоптоз -программированная клеточная смерть 1. Морфологические характеристики (отличия от некроза) 2. Исполнители - цистеиновые протеазы, специфичные к аспарагину, каспазы (caspase); протеаза-зависимая ДНК-аза (CAD) 3. Специфика (каспазы эффекторные и инициаторные, их число у разных видов) 4. Консерватизм основных путей апоптоза 5. Консерватизм доменов белков, участвующих в апоптозе

4 Апоптоз и его роль в развитии Основываясь на микроскопической картине гибнущей клетки, они установили, что клетки погибают, по крайней мере, двумя путями: некроз и апоптоз. При некрозе клетки набухают, их митохондрии и другие органеллы расширяются (вследствие нарушения работы ионных каналов) и разрываются внутриклеточные и плазматическая мембраны клетки: В результате этого активируются лизосомальные ферменты, а внутриклеточное содержимое, попадая во внеклеточную среду, вызывает воспалительные процессы. Классические причины, приводящие к некрозу клетки -гипертермия, ингибирование окислительного фосфорилирования, гликолиза или цикла Кребса, гипоксия, действие комплемента или различных токсинов. Отличительной морфологической чертой апоптоза является коллапс ядра. Хроматин, который в норме представлен открытыми и конденсированными областями (гетеро- и эухроматин), становится суперконденсированным в форме полумесяца по периферии ядра. В этот момент начинается фрагментация ДНК. На ранних стадиях апоптоза, в отличии от некроза, клетка наоборот, сморщивается, теряя до 1/3 своего объема за несколько минут. Механизм этого явления до сих пор не изучен, но, несомненно, в этот процесс должны вовлекаться транспорт ионов и воды. Важной особенностью этого процесса является то, что не происходит повреждения мембран клетки Апоптотическая клетка превращается в совокупность окруженных мембраной апоптозных телец различных по своему составу, которые фагоцитируются макрофагами или соседними клетками. Клетка на данном этапе еще живая (включение летального красителя трипанового синего не происходит). Видимо в этом и есть задача апоптоза - утилизация еще живых апоптозных телец, пока содержимое клетки не попадает во внеклеточную среду, не вызывая воспалительных явлений. Т.е. уничтожение клеток путем апоптоза обеспечивает минимальное повреждение тканей по сравнению с другими механизмами смерти.

5

6 Апоптоз -программированная клеточная смерть 1. Морфологические характеристики (отличия от некроза) 2. Исполнители - сериновые протеазы, специфичные к аспарагину (каспазы); протеаза-зависимая ДНК-аза (CAD) 3. Специфика (каспазы эффекторные и инициаторные, их число у разных видов) 4. Консерватизм основных путей апоптоза 5. Консерватизм доменов белков, участвующих в апоптозе

7 Роль апоптоза в процессе онтогенеза и эмбриогенеза. Апоптоз играет жизненно важную роль в процессе эмбрионального и онтогенетического развития. Он наблюдается при различных морфогенетических процессах. Хорошо исследована апоптотическая гибель клеток при эмбриональном развитии беспозвоночных животных, например нематоды (Chaenorhabditis elegans). Запрограммированная клеточная гибель наблюдается при метаморфозе насекомых. Изучена также запрограммированная клеточная гибель в процессе эмбриогенеза высших позвоночных - при развитии глаза млекопитающих, сердца, нервной системы. Нарушение апоптоза в эмбриогенезе может приводить к внутриутробной гибели плода, врожденным уродствам или различным заболеваниям, в том числе и злокачественным новообразованиям.

8 1) Introduction to Apoptosis -What it is and why is it important 2) Cellular Morphology of Apoptosis - Apoptosis vs. Necrosis - Cell biology of Apoptosis 3) Apoptosis in biology - Development - Neurogenesis - immune response 4) Molecular Regulation of Apoptosis -Bcl-2 family -Cytochrome C -Caspases -Intrinsic and Extrinsic Pathways 5) Programmed Cell Death in Single-celled Eukaryotes Programmed Cell Death and Apoptosis Outline

9 Importance of Apoptosis 1) Crucial for embryonic development -Errors in Apoptosis can lead to Birth Defects 2) Important for maintaining homeostasis - Cell death is balanced with mitosis to regulate total cell number. 3) Improper regulation contributes to human disease - Neurodegenerative diseases - Parkinsons - Alzheimers - Spinal Muscular Atrophy -Cancer -Autoimmune diseases (diabetes type I) Too much apoptosis Not enough apoptosis

10 Основные признаки апоптоза

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39 Метаморфоз нематоды C. elegans включает апоптоз 131 клетки личинки

40 Apoptosis and Development C. elegans -C. elegans have 1090 somatic cells cells die by apoptosis and 959 cells live and develop into tissues of the 131 dying cells are cells of the nervous system and ectoderm -The 2002 Nobel Prize in Physiology or Medicine was awarded to Brenner, Horvitz & Sulston for their work on apoptosis in C. elegans.

41 Apoptosis and Development Neurogenesis

42 Apoptosis and Development Neurogenesis

43 Apoptosis in the Immune System 1) Viral infected cells are removed from the body by the induction of apoptosis 2) Apoptosis is critical in the removal of lymphocytes that respond to self -defects in apoptosis can lead to auto-immune disease

44 Chick Hindlimb Duck Hindlimb BMP GremlinApoptosisNewborn HOW THE DUCK GOT ITS WEBBED FEET Merino et al., Dev. Biol. 200:

45 Апоптоз необходим для для формирования пальцев (птицы, млекопитающие)