В Медицинском научно-образовательном институте МГУ установлено, что апоптоз, некроптоз, ферроптоз и другие формы запрограммированной клеточной гибели оказывают различное воздействие на процессы регенерации и восстановления тканей, а также на защиту организма от болезней, включая онкологические заболевания. Понимание механизмов программируемой гибели клеток необходимо для создания инновационных подходов к терапии травм, хронических заболеваний и возрастных изменений. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physiological Reviews.
Ежедневно в организме человека гибнут миллионы клеток, и этот процесс в обычных условиях находится под строгим контролем. Программируемая гибель клеток играет ключевую роль в обновлении и восстановлении тканей. Благодаря ей организм удаляет клетки, выполнившие свою задачу, а также поврежденные и нефункционирующие клетки, такие как опухолевые или стареющие. Нормальное развитие и функционирование живого организма обеспечивается сбалансированностью процессов деления, специализации клеток и их гибели. Нарушение этого баланса может стать причиной развития различных заболеваний, включая рак, фиброз, нейродегенеративные расстройства и многие другие. В связи с этим, одним из перспективных подходов к лечению таких патологий является целенаправленное воздействие на эффективность программируемой гибели клеток, направленное на восстановление ее до оптимального уровня в каждом конкретном случае. Для этого необходимо детально понимать механизмы, запускающие гибель клеток.
Ученые МГУ с коллегами проанализировали более 300 исследовательских работ, посвященных разным типам программируемой гибели клеток, которых на сегодняшний день открыто более десяти, и их связи с процессами регенерации.
На текущий момент наиболее детально изучен апоптоз — форма клеточной гибели, характеризующаяся образованием небольших фрагментов, окруженных мембраной (апоптотические тельца). Макрофаги, клетки иммунной системы, удаляют эти фрагменты, очищая поврежденные ткани от остатков погибших клеток. Благодаря этому апоптоз не вызывает воспалительную реакцию.
Некроз, являясь альтернативным апоптозу по своему механизму, представляет собой гибель клетки, при которой она разрушается, а ее содержимое высвобождается в окружающие ткани, вызывая воспалительный процесс.
«В течение всей жизни человека, от рождения до старости, обновление клеток происходит во всех органах и тканях. Поддержание баланса между запрограммированной гибелью клеток и их регенерацией является ключевым фактором для активного и здорового долголетия. Жизнь начинается с регенерации и заканчивается с ее прекращением. Если бы регенерация продолжалась непрерывно, смерти бы не существовало. Если бы не было смерти, не было бы и жизни », – говорит директор МНОИ МГУ академик Всеволод Ткачук.
«Около 300 лет назад Михаил Ломоносов заметил: «Всё, что отнимается у одного тела, прибавляется к другому». Заинтересовавшись в аспирантуре механизмами гибели клеток, я впервые задумался о том, применимы ли эти принципы к биологии и медицине, то есть связаны ли процессы клеточной гибели и регенерации/восстановления тканей. К сожалению, эти области знаний долгое время развивались обособленно. Прошло немало времени, прежде чем появились новые, интересные данные, и благодаря совместным усилиям двух лабораторий на факультете фундаментальной медицины МГУ нам удалось собрать существующую литературу и продемонстрировать сложность взаимодействия между этими двумя физиологическими процессами. Так появилось первое крупное опубликованное исследование в данной области. Реализация этого проекта стала возможной благодаря объединению двух грантов РНФ. Я искренне рад тому, что это произошло », – отмечает руководитель лаборатории исследования механизмов апоптоза МНОИ МГУ Борис Животовский.
Авторы исследования выяснили, что различные типы гибели клеток по-разному сказываются на регенерации поврежденных тканей. Так, при апоптозе клетки высвобождают небольшие пузырьки — везикулы ApoEVs, — содержащие ДНК, РНК, белки и липиды. Эти структуры выступают в качестве сигнала, стимулирующего активный рост и деление соседних здоровых клеток. Благодаря этому обеспечивается равновесие между удалением и восполнением клеток. В экспериментах на крысах препараты с везикулами ApoEVs ускоряли заживление ран на 40%.
В некоторых ситуациях воспалительный процесс в тканях, сопровождающий некроз, может оказывать положительное воздействие. Отмирающие таким образом клетки высвобождают в окружающее пространство молекулы DAMPs, связанные с повреждениями. Эти соединения привлекают макрофаги. При этом макрофаги не только удаляют из тканей остатки погибших клеток, но и активируют стволовые клетки, стимулируя регенерацию тканей. В исследованиях, проведенных на мышах, было показано, установлено, что для полноценного восстановления миелиновой оболочки нервных клеток головного мозга необходим процесс некроза.
Однако апоптоз и некроз также способны оказывать стимулирующее воздействие оказывать и на раковые клетки, ускоряя рост опухолей и повышая риск рецидивов. Ведь опухолевые клетки используют те же программы для размножения, которые есть в нормальных тканях. Поэтому роль этих типов гибели клеток оказывается неоднозначной и требует дальнейшего исследования, а воздействие на них с целью терапии должно применяться с большой осторожностью.
Интересно, что стволовые клетки нередко оказываются устойчивыми к процессу программируемой гибели благодаря активному синтезу антиапоптотических белков и эффективным механизмам восстановления повреждений в ДНК. Это свойство важно для того, чтобы сохранять и поддерживать «запас» клеток, которые при необходимости способны заместить своих поврежденных «соседей». Известны также виды стволовых клеток, чувствительных к определенным типам программируемой гибели клеток, однако механизмы этого эффекта остаются до сих пор недостаточно понятными.
«Множество экспериментальных исследований демонстрируют, что гибель клеток – это не просто разрушение, а сложный процесс, находящийся под контролем и способный как поддерживать, так и подавлять регенерацию. Понимание условий, запускающих различные типы гибели клеток, и их последствий для организма, необходимо для создания новых методов лечения возрастных недугов и эффективной терапии травм. В дальнейшем планируется более глубокое изучение механизмов, определяющих взаимодействие между клеточным делением и гибелью, с целью стимуляции восстановления органов и тканей. Также будет проверена эффективность такого воздействия на различных моделях животных» , — рассказывает Анастасия Ефименко, заведующая лабораторией репарации и регенерации тканей, Центр регенеративной медицины МНОИ МГУ.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ