УФВ-индуцированный апоптоз

УФ-индуцированный апоптоз УФ-индуцированный апоптоз является адекватной (физиологической) реакцией клетки, поврежденной УФ-излучением (УФИ) в достаточно большой (летальной) дозе, и предотвращает беспорядочное разрушение поврежденных УФ-излучением клеток путем некроза. Элиминация клеток путем апоптоза происходит, когда повреждение клеток, вызванное УФ-излучением, которое не может быть восстановлено системой внутриклеточной репарации, превышает определенный предел (летальное повреждение). Путем апоптоза клетки саморазбираются на отсеки с последующей их утилизацией (преимущественно соседними клетками). Первым признаком начала работы системы апоптоза в поврежденной УФ-излучением клетке является активация ферментов рестрикции, которые делят ДНК клетки на удобные для утилизации фрагменты. Но слишком большая доза УФР может привести к срыву (инактивации) энергозависимого механизма апоптоза (сверхлетальному повреждению). При этом разрушение клеток происходит хаотично, а не упорядоченно и в течение значительно более длительного (по сравнению с апоптозом) временного интервала. Облученные УФ-облучением клетки не меняют свой внешний вид в течение длительного времени [1, 6], в результате чего исследователи могут сделать ошибочный вывод о том, что «обнаружен неожиданный ответ на дозу, при которой более высокая доза УФ повышала жизнеспособность». кератиноцитов» [2]. Тот факт, что УФ-индуцированный апоптоз при высоких дозах УФИ начинает сменяться некрозом, был установлен в 2000 г. [3]. Для кератиноцитов доля клеток, элиминация которых осуществляется путем апоптоза, с увеличением дозы УФР может достигать 45%, но при дальнейшем увеличении дозы УФР (за счет выключения механизма апоптоза) происходит разрушение поврежденных клеток путем некроза, а часть клеток, элиминированных путем апоптоза, начинает уменьшаться (немонотонная дозовая зависимость УФ-индуцированного апоптоза) [4, 11]. В диапазоне доз УФИ от «летальных» до «сверхлетальных» может проявляться «провоспалительный» апоптоз, экспериментально обнаруженный в 2003 г. [5]. Это может быть результатом частичного повреждения механизма апоптоза УФ-излучением [1]. Если при умеренных дозах «чистый» апоптоз не вызывает воспалительной реакции, то при достаточно больших (но меньших сверхлетальных) дозах возникает воспалительная реакция за счет провоспалительного апоптоза, что приводит к появлению «быстрой» для УФ эритемы. облученные кератиноциты кожи. Кинетика «быстрой» эритемы значительно быстрее по времени развития УФ-эритемы, вызванной некрозом поврежденных УФ-излучением кератиноцитов [6]. Наиболее эритемогенным является UVB (UVB, 280 – 320 нанометров) спектральный диапазон UVR, так как излучение этого диапазона меньше поглощается наружными слоями кожи, что позволяет излучать UVB, в отличие от UVC (UVC, 200 – 280). нм), чтобы достичь более глубоких слоев кожи и воздействовать на кератиноциты глубоколежащего базального слоя эпидермиса кожи. Способность индуцировать апоптоз UVB- и UVC-излучения обусловлена ​​тем, что ДНК ядра [7] и/или митохондрий [8] клетки хорошо поглощает УФР в спектральном диапазоне UVC и UVB. Кератиноциты кожи (независимо от воздействия УФР) находятся в состоянии запрограммированного апоптоза, в ходе которого кератиноциты базального слоя удаляются из нее и при переходе через все слои эпидермиса в течение 28 дней превращаются в чешуйки наружного слоя. роговицы, которые впоследствии слущиваются. Понятно, что реакция кератиноцитов на УФ-воздействие будет зависеть от того, на какой фазе запрограммированного апоптоза (на каком расстоянии от базального слоя) кератиноцит испытал УФ-воздействие, и это является основной причиной различия УФ-эффекта для UVC и UVB. на коже. Существуют также различия в инициации митохондриального (внутреннего) и каспазозависимого (внешнего) апоптоза для спектральных диапазонов UVC и UVB [9]. Клетки солнечного ожога (SBS) — это кератиноциты, находящиеся в процессе УФ-индуцированного апоптоза (как «чистого», так и провоспалительного). Появление СБК может быть не связано с воспалительной реакцией, однако установлена ​​роль УФ-индуцированного апоптоза кератиноцитов кожи в развитии УФ-эритемы (гиперемии, покраснения) кожи, что позволило разработать патент- защищенный МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СИСТЕМЫ АПОПТОЗА [10], в котором используется «самая яркая лампа проявления кожи» (фотоэритема) (как индикатор проявление строго дозированного стерильного воспаления) для диагностики состояния систем организма, участвующих в устранении УФ-повреждения. К таким системам (кроме апоптоза) относятся иммунная система, система внутриклеточной репарации, система микроциркуляции и не только.

Ссылки

1. Бондырев Ю.А. УФ-индуцированная эритема кожи как тестирующее диагностическое воздействие. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН № 5 (19), с.196-203 Иркутск 2001

2. Чи-Шуо Чен и. Неожиданная доза-реакция HaCaT на облучение UVB In Vitro Клеточная биология и биология развития – животные • Август 2018 г.

3. Маммоне Т; Ган Д; Коллинз Д; Локшин Р.А.; Маренус К; Мэйс Д. Успешное разделение путей апоптоза и некроза в клетках кератиноцитов HaCaT, индуцированных облучением UVB. Cell Biol Toxicol 2000;16(5):293-302 (ISSN: 0742-2091) Estee Lauder, Мелвилл, Нью-Йорк 11747, США

4. Бондырев Ю.А. Особенности дозовой зависимости индукции апоптоза клетки на примере УФ индуцированного апоптоза кератиноцитов // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 10. – С. 27-27;

5. Кариккио Р., Макфи Л., Коэн П.Л. Дж Иммунол. 1 декабря 2003 г.; 171 (11): 5778-86. Гибель клеток, индуцированная ультрафиолетовым излучением B: решающая роль дозы ультрафиолета в воспалении и перераспределении волчаночного аутоантигена aricchio R 2003

6. Бондырев Ю.А., Корытов Л.И. Анализ кинетики эритемы кожи, вызванной УФ - излучением. Рос. Физиол. журн. им. И. М. Сеченова. Т. 90. № 8. С.427. 2004 г.

7. Урбах Ф. Спектр действия ультрафиолета при эритеме – история. В: Маттес Р., Слайни Д., ред. Измерения опасности оптического излучения. Мюнхен: Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения; 1998: 51–62.

8. Бондырев Ю.А. Роль повреждений мембраны и ядра клетки и митохондрий в развитии эритемы кожи, индуцированной ультрафиолетовым излучением. Фундаментальные Исследования, №6 2004г.с. 93.

9. Такасава Р., Накамура Х., Мори Т., Танума С. Дифференциальные пути апоптоза в клетках HaCaT кератиноцитов человека, подвергшихся воздействию UVB и UVC. Центр исследования генома и лекарств, Токийский научный университет, 2641 Ямадзаки, Нода, Тиба 278-8510, Япония. Октябрь 2005 г.;10(5):1121-30. PMID: 1615164

10. Бондырев Ю.А. СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ АКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ АПОПТОЗА // Патент России № 2653389. 2018. Бюл. № 13.

11. Бондырев Ю. Установление механизма развития эритемы кожи, индуцированной ультрафиолетовым излучением, в интересах динамической УФ-эритематологической диагностики. Österreichisches Multiscience Journal (Инсбрук, Австрия) ТОМ 1, №22 (2019) с. 12–23

Апоптоз, индуцированный ультрафиолетом B, представляет собой запрограммированную гибель клеток, поврежденных ультрафиолетовыми лучами . Это заметно в клетках кожи, чтобы предотвратить меланому . Некоторые исследования показали, что физические упражнения ускоряют этот процесс.

Апоптоз – это физиологический процесс, который способствует активному самоубийству клеток, что приводит к преимуществу в отличие от некроза , возникающего в результате травмы. По оценкам, у среднестатистического взрослого человека ежедневно от апоптоза умирают от 50 до 70 миллиардов клеток. Одним из крупнейших стимуляторов апоптоза является воздействие ультрафиолетового (УФ) света. Хотя ультрафиолетовый свет необходим для жизни человека, он также может нанести вред, вызывая рак, иммуносупрессию, фотостарение , воспаление и гибель клеток.

Из различных компонентов солнечного света наиболее вредным считается ультрафиолетовое излучение В (УФВ) (290–320 нм). Этот вид излучения действует прежде всего на эпидермис, и в частности на кератиноциты. Известно, что кератиноциты образуют барьер, обеспечивающий слой защиты кожи от вредного воздействия окружающей среды. В эпидермисе, помимо кератиноцитов, имеются меланоциты (клетки, продуцирующие меланин). Эти клетки производят пигмент, который обеспечивает кератиноцитам защиту от УФ-излучения. После того, как кератиноциты были непоправимо повреждены в результате УФ-излучения, их помечают для разрушения путем апоптоза, чтобы устранить их, поскольку они являются потенциально мутагенными клетками. Неспособность организма удалить поврежденные ДНК клетки увеличивает риск рака кожи.

Одним из последствий острого воздействия UVB является появление клеток солнечного ожога, кератиноцитов , в эпидермисе. Было обнаружено, что под воздействием УФВ-излучения ДНК в клетках эпидермиса подвергается фрагментации, что может привести к росту опухолевых клеток. Чтобы предотвратить это, клетка претерпевает морфологическое изменение в кератиноциты. Эти кератиноциты обладают способностью выделять TNF-α (фактор некроза опухоли - альфа). которые останавливают рост опухоли, способствуя гибели клетки.

Если клетки кератиноцитов были повреждены УФ-излучением, используется термин «клетка солнечного ожога» или «образование SBC». Считается, что когда кератиноциты повреждаются УФ-В-излучением, это запускает ряд процессов, частично вызванных повреждением ДНК. Исследование показывает, что именно в митохондриях активируются различные процессы (активация лиган-зависимых рецепторов и цитозольная сигнальная система) путем выработки активных форм кислорода (АФК), которые могут направлять разрушение кератиноцитов посредством апоптоза путем активации каспазы. В результате повышенного воздействия среды с пониженным содержанием кислорода это способствует развитию АФК, тем самым связывая возникновение АФК с кератиноцитами и делая эти клетки более чувствительными к УФВ-излучению. Исследование Тоби и др., проведенное в 2002 году, связало АФК с цитотоксичностью, апоптозом, мутациями и канцерогенезом. Умеренная гипоксия (1-5%) повышала чувствительность кератиноцитов к апоптозу, вызванному УФВ, одновременно защищая меланоциты от стрессов окружающей среды.

Исследование Марка Шотануса и др. показало, что помимо потенциального повреждения кератиноцитов и меланоцитов, воздействие УФ-В-излучения может также вызывать потерю ионов калия, что затем может вызвать активацию апоптотических путей в лимфоцитах и ​​нейрональных клетках. в отличие от кератиноцитов и меланоцитов. Показано, что инкубация лимфоцитов и нейрональных клеток в повышенных концентрациях ионов калия обеспечивает защиту от апоптоза. Это явление было продемонстрировано на слезах, которые имеют более высокий уровень ионов калия и омывают клетки глаза и, следовательно, обеспечивают защиту от УФ-излучения. Снижение ионов калия способствует апоптозу и синтезу инициатора каспазы-8 и эффекторной каспазы-3.

Исследование, опубликованное в Международном журнале молекулярных наук в 2012 году; 13(3), страницы 2560-2675, опубликовано 28 февраля 2012 г. Терреренсом Дж. Пивой, Кэтрин М. Даверн, Полой М. Холл, Клэем М. Винтерфордом и Кей А.О. Эллем, что, хотя каспаза может играть роль в апоптозе, это конкретно не из-за каспазы-3. В этом исследовании сообщалось, что процесс апоптоза включает в себя: «отделение от субстрата, за которым следует потеря специализированных мембранных структур, таких как микроворсинки. Затем клетка подвергается округлению, сжатию и образованию пузырей, прежде чем в ядре наблюдается конденсация хроматина. В течение определенного периода времени клетки фрагментируются на апоптотические тельца, которые in vivo поглощаются и разлагаются фагоцитирующими клетками, такими как макрофаги». Каспаза I участвует в вышеупомянутой активности клеточной мембраны, но не каспаза-3.

Путь апоптоза, индуцированный UVB

Последовательность событий, приводящих к апоптозу, многогранна и сложна. Несмотря на простоту концепции апоптоза, последовательность событий, приводящих к нему, и другие условия, которые пытаются противодействовать ему, могут быть очень громоздкими. Поскольку апоптоз является крайней альтернативой, он требует инициации экспрессии множества других генов ( ING2 , p53 или подсемейства Ras ), прежде чем клетка окончательно запрограммируется на смерть. Кроме того, такие гены, как Survivin, могут пытаться подавить апоптоз.

Ссылки

• Свободнорадикальная биология и медицина, том 52, выпуск 6, 15 марта 2012 г., страницы 1111–1120. Легкая гипоксия кожи усиливает уничтожение кератиноцитов, поврежденных ультрафиолетом B, посредством относительного апоптоза, опосредованного видами кислорода, требующего Nova и Bim. Крис Кис, Ханнаэлор Маес, Грайя Андрей, Робер Снок, Мария Гармин, Партииция Агостинис
• Экспериментальное исследование глаз, том 93, выпуск 5, ноябрь 2011 г., страницы 735–740. Многослойные эпителиальные клетки тимбала роговицы защищены от апоптоза, индуцированного ультрафиолетом B, за счет повышенного содержания внеклеточных ионов калия. Марк Шотанус, Лия Р. Кутже, Рэйчел Э. Ван Дайкен, Джон Л. Убелс
• Методы 2008; 44; страницы 205-221, Апоптоз и некроз, обнаружение, распознавание и фагоцитоз, Крыско Д.В. Берге ТВД Херде, К., Ванденабиле П.

Внешние ссылки

• Статья LiveScience на эту тему