Механизмы разрушения ДНК

Что же касается механизмов разрушения ДНК в диплоидных фибробластах in vitro, т. е. в культурах, находящихся в терминальной фазе и, возможно, в ДНК старых клеток головного мозга крыс in vivo, то они могут быть близкими (но не идентичными) к механизмам программированной гибели клеток, теоретически обоснованных автором этой книги еще в 1972 г. Тогда было предположено, что эти запрограммированные механизмы могут активироваться спонтанными повреждениями ДНК или повреждениями ДНК, индуцированными внешними факторами. Примечательно, что такие механизмы интенсивно и плодотворно исследовали радиобиологи, особенно в нашей стране. Если при формулировке гипотезы о роли ДНКаз в программированной гибели клетки свойства ни одного из этих ферментов не были известны, то теперь есть веские основания полагать, что по крайней мере один из таких ферментов — Са2 + , Mg2 + -3aBHCH-мая ДНКаза, обнаруженная в хроматине лимфоцитов и клеток печени млекопитающих.

Активация этой, осуществляющей киллинг, ДНКазы (кДНКазы) может быть связана с нарушением функций митохондрий, являющихся, наряду с эндоплазматическим ретикулумом, депо несвязанного Са. Выход ионов Са2 + из этих депо при нарушении окислительных процессов в митохондриях или нарушение транспорта в них Са2+ в таких условиях и когда поступление Са2+ в клетку резко увеличено может стать причиной разрушений хроматина (через активацию кДНКазы) и цитоплазматических структур. Действительно, если сравнить данные электронно-микроскопических исследований о цитотоксическом действии веществ, способных вызывать «окислительный внутриклеточный стресс» и нарушение способности митохондрий к компартментализации (или лучше к секвестрации) поступающего из внеклеточного пространства Са2+, с результатами исследования начальных этапов гибели взаимодействующей с Т-киллером клетки-мишени (когда обнаруживается активация кДНКазы и в связи с этим, вероятно, фрагментация ДНК), то в обоих случаях наблюдаются сходные изменения. Характерно образование пузырьков на поверхности клетки.

Простые количественные оценки показывают, что накопление критических концентраций Са2+ в ядре может быть достигнуто, если ионы будут освобождены даже из небольшого числа митохондрий (или относительно небольшого участка эндоплазматического ретикулума), при условии если выход Са2+ из них будет осуществлен вблизи ядерной мембраны, радиус пор которой во много раз превышает радиус пор ионов Са2+. Кроме того, при внимательном анализе данных электронно-микроскопического исследования комплекса T-киллера со всей мишенью в момент нанесения им летального удара можно обнаружить, что часть цитоплазмы клетки-мишени, содержащей митохондрию, как бы прижимается к ее ядерной мембране удлиненной формы участком цитоплазмы Т-киллера.

Известно, что концентрация кальция в клетках и тканях при старении может возрастать. Следовательно, рассмотренные механизмы программированной гибели клетки — вероятные механизмы гибели клеток при старении организма. Но взаимодействие митохондрий с ядром, возможно, имеет значение не только в активации процесса деградации яДНК, но и в разрушении мтДНК некоторых клеток, в частности мтДНК сперматозоидов. Анализ большого числа данных литературы позволяет полагать, что наследование генетической информации митохондрий исследованных животных и растений происходит не в соответствии с законом Менделя, а таким образом, что уже на ранних стадиях эмбрионального развития в клетках сохраняется лишь материнская мтДНК.

В тех случаях, когда митохондрии сперматозоидов оказываются в яйцеклетке, их мтДНК, вероятно, разрушается также с помощью «запрограммированного» механизма, с участием Са2+, Mg2 + -3a-висимой ДНКазы, возможно, при поступлении ее в митохондрии из своего депо — хроматина ядра. Кроме того, на определенных стадиях оплодотворения возможно увеличение транспорта Са2+ в митохондрии сперматозоида и «кальцификация» их ДНК.

Известно, что активность кДНКазы, обнаруживаемой в соматических клетках или сперматозоидах, ингибируется при ее АДФ-рибозилировании. Но этот процесс протекает в хроматине ядра.