Молекулярная биология клетки Глава 3

41

Ген ras — семейство генов, кодирующих Ras белки (например, v H ras — трансформирующие гг. вирусов саркомы Harvey, BALB, Rasheed и саркомы Кирстена [v K ras]); формально рассматриваются как онкогены (точнее, к таковым следует отнести мутантные и видоизменённые аллели, экспрессия которых ведёт к злокачественному росту).

Ген — единица наследственности — совокупность сегментов ДНК, которые вместе составляют экспрессируемую единицу, обусловливающую образование специфического функционального продукта – либо молекулы РНК, либо полипептида.

Гуанин (2-амино-6-окси пурин) — азотистое основание, аминопроизводное пурина, является составной частью нуклеиновых кислот. В ДНК, при репликациии транскрипции образует три водородных связи с цитозином.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — две полинуклеотидные цепи, закрученные одна вокруг другой в виде двойной спирали; обеспечивает хранение, реализацию и передачу из поколения в поколение генетической информации.

Дифференцировка — проявление различий между клетками (внешнее выражение детерминации) в виде формирования морфологических и функциональных признаков специализации клеток. Применительно к клетке (цитодифференцировка) и в более узкомсмысле — созревание данной клетки и превращение её в высокоспециализированную. В ходе специализации конкретного клеточного типа (дифферон) формируются разные фенотипы клеток. Результат д. — специализированная клетка конкретной морфологии, выполняющая определённую функцию (состояние терминальной д.). По мере д. постепенно ограничиваются потенции клеток развиваться в различных направлениях. Д. необратима и осуществляется только водном направлении —от менеедифференцированнойк более дифференцированной структуре. При д. клетки экспрессируют строго определённую при детерминации часть генома: транскрибируют специфические РНК исинтезируют специфичные белки, что и определяет морфологические и функциональные признаки специализации клеток. Следовательно, различия между клетками, обладающими одинаковым набором генов, определяет дифференциальная активность генов. Д обычно наступает после пролиферации клеток. Быстро размножающиеся клетки, как правило, являются малодифференцированными (например, клетки базального слоя эпителия кожи или мезенхимные клетки). Наоборот, высокодифференцированные клетки, как правило, утрачивают способность к пролиферации (например, эритроциты и нейроны).

ДНК-полимераза — фермент, участвующий в репликации ДНК. Ферменты этого класса катализируют полимеризацию дезоксирибонук-

42

леотидов вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент «читает»

ииспользует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарности с шаблоном, с которого ведётся считывание.

Интерфаза — период клеточного роста, во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка клетки к делению.

Интерфаза, постсинтетический период (G2-фаза) — период интерфазы происходит активный синтез белков и накопление энергии, для предстоящего деления.

Интерфаза, предсинтетический период (G1-фаза) — стадия интерфазы, во время которой происходит активный синтез РНК и белка.

Интерфаза, синтетический период (S-фаза) — стадия интерфазы, во время которой идет репликация ядерной ДНК, удвоение центриолей.

Кариокинез — деление клеточного ядра, происходящее во время деления клетки перед началом деления цитоплазмы (цитокинез).

Кариотип — совокупность признаков полного набора хромосом клетки.

Каспазы — протеолитические ферменты из семейства цистеиновых протеаз, осуществляют деградацию множества клеточных белков, функционируют во внутриклеточных сигнальных путях на промежуточных

изавершающих стадиях реализации апотоза. В апоптозе участвуют два класса к. — инициаторы и эффекторы. Проапотозным сигналом активируются инициаторные к. (к. 2, -8 и -9). Инициаторные к. процессируют эффекторные к. (к. 3, -6 и -7), действие которых и приводит к гибели клетки вследствие расщепления специфических субстратов.

Кинетохор — белковая структура на хромосоме, к которой крепятся волокна веретена деления во время деления клетки. Кинетохоры играют важнейшую роль при сегрегации хромосом для последующего разделения родительской клетки на две дочерние. Кинетохоры формируются на центромерах хромосом у животных клеток. Кинетохоры подразделяют на две области — внутреннюю, крепко связанную с центромерной ДНК, и внешнюю, взаимодействующую с микротрубочками веретена деления.

Клетка стволовая кроветворная к. Существование с.к.к. было показано в

работах Tillи McCulloch (1961), которые инъецировали к. костного мозга летально облучённым мышам той же генетической линии, что и доноры; некоторые из этих к., пролиферируя, формировали в селезёнке хозяина колонии, состоящие из предшественников эритроцитов, гранулоцитов, тромбоцитов; С.к.к. способна к самообновлению и даёт начало всем ли-

43

ниям к. крови. С.к.к. мигрирует из мезонефроса в желточный мешок, где формируются кровяные островки и начинается эмбриональный гемопоэз. К. кровяных островков мезодермы желточного мешка экспрессируют Flk-1 — рецептор фактора роста эндотелия VEGF, играющий ключевую роль в регуляции эмбрионального развития сосудов и крови. Инактивация Flk-1 ведёт к дефектам развития эндотелия сосудов и к. крови. Полагают, что существует общий для ангиогенеза и гемопоэза предшественник, экспрессирующий Flk-1, — гемангиобласт, идентичный к. CFU-blast. При действии VEGF CFU-blast’ы формируют колонии к., экспрессирую- щихFlk-1 и дающих начало эндотелиальным игемопоэтическим к. VEGF индуцирует фенестрирование и подвижность эндотелиальных к.; цитокины могут стимулировать примитивные миелоидные к. к выработке VEGF. С.к.к. экспрессируют лиганд P-селектина PSGL-1; с.к.к. и коммитированные к.-предшественницыэкспрессируютSca-1, thy-1, CD34,CD38, HLA-DR, c-kit. Ранние события роста, детерминирования и коммитированияс.к.к.контролируетрядгенов факторовтранскрипции —SCL,GATA, Hox,AML-1, c-myb, Rbtn-2, PU.1, Ikaros и др. Вторая основная группа генов кодирует поверхностноклеточные рецепторы c-kit, Flk-2, c-mpl, dlk и др. Обе группы генов определяют механизмы контроля различных аспектов поведения с.к.к. Заселению костного мозга с.к.к. способствуют P-се- лектин, E-селектин,VCAM-1 эндотелия сосудов. К.стромы костного мозга экспрессируют широкий спектр молекул адгезии (например, ICAM-1, VCAM-1, VLA-4, CD34, CD31, CD44, CD50), опосредующих связывание стволовыхкроветворныхк. и другихпредшественниковс элементами внеклеточного матрикса (коллагенамитипов I–VI, фибронектином, тенасцином), а также трансэндотелиальную миграцию с.к.к. CD34+-к. экспрессируют рецептор CXCR4 для связывания с фактором-1 стромы SDF-1, что стимулирует миграцию с.к.к. через эндотелий. SDF-1 участвует в хоминге лимфоцитов, функциональной активации зрелых к. крови, ингибировании роста с.к.к. Селектины L, P, E способствуют адгезии лейкоцитов и эндотелия. L-селектин экспрессируется лейкоцитами, E-селектин — эндотелиальными к., P-селектин содержится в гранулах тромбоцитов и эндотелиальных к. (тельца Вайбеля-Паладе). Одна из основных функций цитокинов в костном мозге — угнетение апоптоза.

стволовая нейральная к. присутствует не только в развивающейся нервной системе, но и в нервной системе взрослого организма. Маркёр с.н.к. — белок промежуточных филаментов нестин. Именно такие к. присутствуют в эпендимном слое, они экспрессируют нестин и характеризуются крайне редкими митозами. В эмбриогенезе такие эпендимные с.н.к. делятся асимметрично с образованием одной дочерней клетки, которая остаётся в качестве с.н.к. в эпендимном слое, вторая дочер-

44

няя клетка мигрирует в субвентрикулярный слой, где очень быстро даёт начало пулу делящихся предшественников, из которого дифференцируются нервные и глиальные клетки, уходящие в места окончательной локализации. При повреждении спинного мозга резко возрастает уровень пролиферации с.н.к. с последующим образованием в области повреждения мигрирующих астроцитов. Факторы роста EGF и FGF 2 служат митогенами для с.н.к. In vitro такая с.н.к.. может давать начало клеткам всех зародышевых листков. Это свидетельствует о том, что во взрослом организме с.н.к. имеет широкие потенции к дифференцировке в различных направлениях и может быть использована как источник различных клеточных типов, необходимых для трансплантации при конкретной патологии.

стволовая эмбриональная клетка — тотипотентная к., способная дифференцироваться в множество клеточных типов. Согласно существующей догме, только с.э.к., изолированная до наступления ключевых этапов развития, может давать начало любой ткани организма. Однако, ряд данных по с.э.к. заставляет усомниться в универсальности этой догмы; оказалось, что: некоторые к. (например, стволовыенейральные к.) взрослого организма in vitro способны проявлять свойства с.э.к., если они получают определённые инструктирующие сигналы из микроокружения. Исследователи стремятся изучить возможности использования с.э.к. для замещения тканевых дефектов, например, при травме спинного мозга, болезни Паркинсона, дефектах миелинизации, диабете. Если определённые молекулярные сигналы действительно могут индуцировать с.э.к. (в т.ч. полученные из конкретного организма) развитие разных клеточных типов, почемубы эти к. не использовать для решения массы задач (в первую очередь, в области трансплантологии) современной медицины?

Клеточный цикл — это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления.

Клон — группа идентичных клеток, происходящая от одной родоначальной клетки-предшественницы.

Лиганд. Подэтим термином понимают химическоесоединение, связывающееся с другим химическим соединением, как правило, с большей молекулярной массой. В эндокринологическом контексте термин лигандприменяютпо отношению кмолекулам гормонов, связывающихся со специфичными для них рецепторами клеток–мишеней.

Липкие концы — комплементарные однонитевые участки ДНК, расположенные на концах молекул ДНК.

45

Мегакариоцит — предшественник тромбоцитов. М. экспрессируют маркёры, значительно более выраженные в тромбоцитах, — например, GP IIb (CD41), GP IX, PF4, and GP Ib[a] и др. CD41 — маркёрный рецептор мегакариоцитов и тромбоцитов; служит для связывания с фибриногеном, фибронектином, коллагеном, фактором фон Виллебранда. Экспрессия CD41 снижена или отсутствует при тромбастении Глянцманна

Метаплазия (гр. metaplasis, трансформация) — стойкое превращение одного типа ткани в другой, отличающийся от исходного морфологически и функционально; (приобретённая патология); происходит нередко за счёт пролиферации камбиальных клеток.

Метафаза — стадия клеточного деления, следующая за профазой; в метафазе завершается формирование веретена деления, а пары хромосом выстраиваются в экваториальной плоскости клетки

Метафазная пластинка — скопление хромосом в плоскости, перпендикулярной оси деления (экваториальная плоскость) на стадии метафазы перед началом анафазного расхождения.

Микротрубочки — белковые внутриклеточные структуры, входящие в состав цитоскелета. Микротрубочки представляют собой полые внутри цилиндры диаметром 25 нм. Длина их может быть от нескольких микрометров до, вероятно, нескольких миллиметров в аксонах нервных клеток. Их стенка образована димерами тубулина. Микротрубочки, подобно актиновым микрофиламентам, полярны: на одном конце происходит самосборка микротрубочки, на другом — разборка. В клетках микротрубочки играют роль структурных компонентов и участвуют во многих клеточных процессах, включая митоз, цитокинез и везикулярный транспорт.

Митоз — способ репродукции у эукариот, обеспечивает образование из материнской клетки двух генетически идентичных дочерних клеток.

Некроз – гибель клеток в результате необратимого повреждения. Нуклеазы — ферменты, расщепляющие фосфодиэфирные связи в

цепях нуклеиновых кислот.

Нуклеозид — соединение сахара (обычно рибозы или дезоксирибозы) с пуриновым или пиримидиновым основанием с помощью N гликозидной связи.

Нуклеосома — структурная единица хроматина. В н. неконденсированного хроматина содержится по две копии гистонов H2A, H2B, H3

иH4. Двойная спираль ДНК лежит на поверхности октамера гистонов

инакручена на него. В конденсированном хроматине дополнительно присутствует гистон H1, соединяющий нуклеосомы.

46

Нуклеотид — Соединение пуринового или пиримидинового основания, сахара (обычно рибозы или дезоксирибозы) и фосфатной группы.

ОнкогенОдин изгенов, в обычныхусловияхкодирующихбелок, обеспечивающий пролиферацию и дифференцировку клеточных популяций (протеинкиназы, ГТФазы, ядерные белки, факторы роста); так, ген cerbB кодирует рецептор фактора ростаэпидермиса, а ген erbA — рецептор стероидных гормонов. У опухолевых ДНК вирусов оо. кодируют нормальные вирусные белки; оо., однако, могут спровоцировать — в случае их мутаций или активации ретровирусами — злокачественный рост. Идентифицировано множество оо., например, ras (опухоли мочевого пузыря); p53, мутантный ген хромосомы 17 (нормально принимает участие в репарации вызванных ультрафиолетовым облучением генных дефектов); Мутации p53 ответственны за развитие рака молочной железы, шейки матки, яичника, лёгкого;RET — вероятно, важен для морфогенетических процессов в эмбриогенезе, экспрессируется в озлокачествлённыхС клетках(продуцирующихкальцитонин)щитовидной железы, клеткахфеохромоцитомы. Малигнизирующие эффекты оо. могут быть усилены ретровирусами, т.н. прыгающими генами, мутациями.

Онкостатин М (OSM) — гликопротеин (Мr 28 000), ингибирует пролиферацию и рост клеток опухолей и нормальных тканей, а также влияет на их морфологию. OSM экспрессируют CD45+ клетки эмбриональной печени, тогда какгепатоциты экспрессируют рецепторы OSM. Предполагают, что OSM выступает в роли паракринного медиатора, играющего центральную роль в развитии печени. OSM, с одной стороны, служит сигналом, прекращающим гемопоэз в печени и стимулирующим выселение из неё кроветворных клеток, а с другой стороны — индуцирует дифференцировку (как морфологическую, так и функциональную) клеток печени.

Онкосупрессоры (например, p27, p53, PTEN, Rb) — белки, блокирующие клеточный цикл.

Ориджин-сайт — точка начала репликации ДНК.

Основания

пуриновые — аденин (A) и гуанин (G). пиримидиновые — цитозин (C), тимин (T), урацил (U).

Плечо хромосомы — участок хромосомы, расположенный по одну сторону от центромеры.

Политенные хромосомы — образуются в результате многократной репликации исходной хромосомы без последующего расхождения хроматиновых нитей, что приводит к увеличению диаметра хромосом и усилению продукции специализированных белков в клетке.

47

Праймер (англ. primer) — это короткий фрагмент нуклеиновой кислоты (олигонуклеотид), комплементарный ДНК или РНК мишени, служит затравкой для синтеза комплементарной цепи с помощью ДНКполимеразы, а также при репликации ДНК. Затравка необходима ДНКполимеразам для инициации синтеза новой цепи, с 3'-конца (гидроксильной группы) праймера. ДНК-полимераза последовательно добавляет к 3'-концу праймера нуклеотиды, комплементарные матричной цепи.

Прометафаза, метакинез — стадия клеточного цикла между профазой и метафазой, характеризующаяся растворением и исчезновением ядерной оболочки и движением хромосом к экваториальной плоскости клетки.

Протоонкоген — ген нормального генома человека; участвует в регуляции пролиферации клеток; продукты экспрессии п. во многих случаях важны для нормальной дифференцировки клеток, межклеточных взаимодействий; в результате соматических мутаций п. может стать онкогенным;

к имени п. может быть добавлена приставка с- (от cellular клеточный), вирусные гомологи маркируются приставкой v- (от viralвирусный).

Профаза — первая стадия деления клетки; характеризуется конденсацией и спирализацией хромосом, разрушением ядерной оболочки и формированием аппарата клеточного деления.

Регуляция экспрессии генов — контроль над клеточной структурой и функцией, а также основа дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации.

Репликационная вилка — структура, образующаяся при репликации ДНК.

Репликационный глазок — участок реплицированной ДНК, окруженный более протяженными участками нереплицированной ДНК.

Репликация ДНК — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии двуцепочечной молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачугенетической информации из поколения в поколение.

Репликон — точка начала репликации ДНК.

Сверочные точки (checkpoint) — расположены в концах фазы G1

(Сheckpoint 1: G1→S) и фазы G2 (Сheckpoint 2: G2→М) (рис. 3-1). В первой точке осуществляется проверка наличия повреждений ДНК, во второй точке проверяется завершённость репликации ДНК. Если выявля-

48

ются повреждения ДНК, то клеточный цикл приостанавливается и даётся время для устранения повреждений ДНК.

Теломера — концевая часть плеча хромосомы. Теломеры представляют собой повторяющиеся последовательности ДНК . Повторы теломер состоят из G-богатых единиц длиной 6-8 п.о. Эти последовательности играют важную роль в защите концов хромосом от деградации.

Теломераза — фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК к 3'-концу цепи ДНК на участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в эукариотических клетках.

Телофаза — заключительная стадия митоза. В телофазе заканчивается движение хромосом, митотический аппарат разрушается, возникают ядрышки; вокруг каждой из дочернихгрупп хромосом, расположенных на противоположных полюсах клетки, образуется ядерная оболочка; нарядус реконструкцией дочерних ядер происходит разделение тела клетки — цитотомия, или цитокинез, и образуются 2 клетки.

Тимин (5-метилурацил) — производное пиримидина, одно из четырёх азотистых оснований. Входит в состав ДНК, комплементарно связывается с аденином, образует две водородные связи.

Тип Клеточный т. характеризуется реальной экспрессией (фенотип) или

потенциальной возможностью (сумма фенотипов) экспрессировать конкретный спектр генов, что и выделяет данный тип клетки (эритроидный, макрофаги и т.д.) из других типов. К.т. — по критерию обновляемости — классифицируют как разные леблоновские популяции: эмбриональная, статическая, растущая, обновляющаяся.

Урацил (2,4-диоксопиримидин) — пиримидиновое основание, которое является компонентом рибонуклеиновых кислот и как правило отсутствует в дезоксирибонуклеиновых кислотах, входит в состав нуклеотида. В составе нуклеиновых кислот может комплементарно связываться с аденином, образуя две водородных связи.

Фенотип — совокупность всех признаков особи (клетки); формируется в результате совместного действия генотипа и окружающей среды.

Хроматин — генетический материал в ядре, образован дезоксирибонуклеопротеином; в фазе между митотическими делениями — гетерохроматин (хорошо различимые конденсированные глыбки) или как эухроматин — диспергированный, плохо или совсем не окрашивающийся материал

Хромосома — структурный элемент клеточного ядра, содержащий ДНК и белки, различимый в световой микроскоп в виде структуры определенного размера и формы во время деления клетки.

49

Хромосомы гомологичные — парные хромосомы из диплоидного набор хромосом, одинаковые по структуре и набору генов. Одна из них имеет материнское происхождение, другая – отцовское.

Хромосомы не гомологичные — хромосомы из диплоидного набор хромосом, которые отличаются друг от друга по структуре и набору генов.

Центромера — структура, обеспечивающая удержание хромосом, правильность выстраивания хромосом в метафазной пластинке и их прикрепление к веретену; участок, ответственный за контроль наступления анафазы

Центросома — (клеточный центр) — немембранная структура, которая обычно находится рядом с ядром и играет важную роль в транспортировке хромосом при делении ядра клетки. Центросома включает две центриоли и перицентриольный матрикс (цитоплазма, содержащая молекулы тубулина). Центриоль имеет форму цилиндра диаметром 150 нм и длиной 500 нм; стенка цилиндра состоит из 9 триплетов микротрубочек. Растущие микротрубочки (–)-концами связаны с центросомой, а их (+)-концы в виде лучей радиально направлены в цитоплазму (астральные микротрубочки).

Цикл

клеточный ц. cостоит из митоза (М фаза [от англ. mitosis — митоз])

иинтерфазы. В интерфазе последовательно различают фазы G1 (от англ. gap — промежуток), S (от англ. synthesis — синтез) и G2

Циклины — регуляторныеСЕ p34 протеинкиназ, играютважнуюроль в регуляции клеточного цикла. Идентифицировано шесть классов ц.:A, B, C, D, E, F. Название этих белков отражает цикличность процессов сборки

иразборкимакромолекулярного комплекса в процессе каждого клеточного цикла. Ц. различаются экспрессией на определённых стадиях клеточного цикла и соответственно на различных стадиях регулируют деление клетки. К середине M фазы концентрация ц. в клетке резко уменьшается с последующим нарастанием синтеза на протяжении всего цикла.

CDK (cyclin dependent protein kinase, циклин-зависимые протеинкиназы) — комплекс циклинов с циклин-зависимыми протеинкиназами играет центральную роль в клеточном цикле. Последовательная активация циклин-зависимых протеинкиназ и последующее фосфорилирование ими критических субстратов контролируют клеточный цикл, пере-

ключая его с одной фазы на другую (с G1 на S или G2 на M). Белки, связывающиеся с этим комплексом и ингибирующие его каталитическую активность, блокируют клеточный цикл в ответ на антипролиферативные сигналы (TGFb, факторы дифференцировки миогенных, миелоидных и нервных клеток).

50

Белок p27 связывается с циклином и Cdk и блокирует вхождение клетки в S фазуцикла. Определение р27 используют в диагностике рака молочной железы. Снижение уровня р27 является плохим прогностическим признаком.

Цитозин (2-окси-4-аминопиримидин) — пиримидиновое основание. Присутствует во всех живых клетках в составе нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Входит в состав некоторых коферментов, антибиотиков. Цитозиновые нуклеотиды — доноры энергии на определенных стадиях биосинтеза липидов. Комплементарно взаимодействует с гуанином, образуются три водородные связи.

Цитокинез — разделение клеточной цитоплазмы между двумя дочерними клетками, которое происходит вслед за телофазой после разделения ядра; приводит к образованию двух дочерних клеток.

Цитостатики блокируют митоз и внутриклеточный транспорт. Это их свойство широко используют для блокады пролиферации клеток (преимущественно в онкологии). Так, алкалоид колхицин связывается с СЕ тубулина и препятствует их присоединению к (+) концу микротрубочек. Такие же эффекты имеют алкалоиды винбластин и винкристин.

Цитохалазины — группа веществ, вырабатываемых плесневыми грибами, препятствующих делению и подвижности клеток за счёт блокирования полимеризации актиновых микрофиламентов.

Экспрессия генов — процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации.

Эндомитоз 1. умножениечисла хромосом в ядрахклеток растений и животных без деления ядра, в результате чего возникают ядра с увеличенным числом хромосом (полиплоидные ядра); 2. многократное умножение хроматиновых нитей без расхождения, в результате чего образуются гигантские(политенные) хромосомы.