Фотодинамический эффект и фотодинамическая терапия

контрольная работа

15. Роль ионов кальция в фотодинамически индуцированном апоптозе

Ионы кальция, Ca2+, играют исключительную роль в регуляции различных клеточных процессов. Ca2+ является вторым мессенджером в системе сигнальной трансдукции и интегрирует разные сигнальные пути. В клетках одновременно работают различные системы регуляции уровня ионов кальция в цитозоле, [Ca2+]i (Рис.7). Внутриклеточная концентрация ионов Ca2+ может повышаться вследствие их проникновения в клетку через кальциевые каналы в плазматической мембране. Кроме того, Ca2+ может обмениваться на внутриклеточный Na+. Кальций также может высвобождаться из ЭР через каналы, образованные рецепторами 1,4,5-инозитолтрифосфата (IP3R) или рианодина (RyR). Выход Ca2+ из митохондрий происходит в результате открытия митохондриальных пор или разрыва внутренней митохондриальной мембраны. Возможен также обмен депонированного Ca2+ на цитоплазматические ионы H+ или Na+. При этом небольшое повышение концентрации Ca2+ в цитозоле может вызвать массивный выброс Ca2+ из ЭР или стимулировать открытие митохондриальных пор.

Также существует несколько путей снижения [Ca2+]i (Рис.7). Ионы Ca2+ выкачиваются из цитозоля кальциевым насосом PMCA через плазматическую мембрану или закачиваются в цистерны эндоплазматического ретикулума с помощью другой Ca2+-ATPазы SERCA. Также они могут накапливаться в митохондриях кальциевым унипортером.

Повышение уровня Ca2+ в цитозоле может индуцировать как некроз, так и апоптоз. Ионы Ca2+ активируют целый ряд гидролитических ферментов: протеиназ, нуклеаз, и фосфолипаз. Это вызывает открытие PTP и последующее высвобождение из митохондрий цитохрома с, активирующего каскад каспаз и эндонуклеаз, выполняющих программу апоптоза.

Фотодинамическое воздействие быстро повышает уровень Ca2+ в цитозоле, а затем следует фаза медленного, но продолжительного повышения [Ca2+]i. Предполагается, что быстрое, но кратковременное повышение [Ca2+]i может быть результатом входа ионов через клеточную мембрану, а более продолжительное и стабильное - выхода Ca2+ из ЭР и митохондрий. Повышению уровня Ca2+ в цитозоле также способствует фотодинамическое повреждение кальциевых насосов с последующим нарушением депонирования Са2+ в эндоплазматическом ретикулуме. Действительно, в клетках, фотосенсибилизированных липофильным вертепорфином, нарушалась именно аккумуляция в цистернах эндоплазматического ретикулума, а его не высвобождение. Наиболее чувствительной к фотодинамическому действию вертепорфина была Са2+-АТФаза SERCA-2. Активация фосфолипазы С с последующим расщеплением мембранных фосфоинозитидов и активацией инозитолтрифосфат-управляемых кальциевых каналов также может привести к выбросу Са2+ из эндоплазматического ретикулума.

Рис.7. Системы поддержания кальциевого гомеостаза в клетке. IP3R - рецепторы инозитолтрифосфата, PMCA - кальциевая АТРаза плазматической мембраны; PTP - митохондриальные высокопроницаемые поры, RAM - быстрый транспорт ионов кальция в митохондрии, RyR- рианодиновые рецепторы; SERCA - кальциевая АТРаза эндоплазматического ретикулума.

Митохондрии накапливают большое количество кальция, который может высвобождаться при их повреждении. Фотосенсибилизация по-разному влияет на эти процессы. Так, фотодинамическое воздействие mTHPC ингибирует поглощение Ca2+ изолированными митохондриями вследствие повреждения кальциевого унипортера, а кратковременная фотосенсибилизация митохондрий гематопорфирином инактивирует ANT и предотвращает открывание PTP, через которые может выбрасываться Ca2+.

Есть разные мнения о роли Ca2+ в фотосенсибилизированных клетках. По одним данным, Ca2+ участвует в защите клеток, активируя различные сигнальные пути. Так, согласно Penning et al. (1993), защитная роль Ca2+ в клетках карциномы T24 связана с активацией циклооксигеназы и последующим высвобождением простагландина Е2. Другой защитный механизм, описанный в работе Zheng et al. (2006) для клеток рака толстой кишки SW480, связан с активацией ERK-зависимого пути.

Однако, по мнению большинства авторов, фотоиндуцированное повышение [Ca2+]i влечет за собой смерть клеток. Например, было показано, что в клетках HeLa, фотосенсибилизированных вертепорфином, фотодеградация SERCA2, кальциевого насоса ЭР, приводила к накоплению Ca2+ в цитозоле. Это вызывало дефосфорилирование белка Bad, инактивацию Bcl-xL и в конце - апоптоз (Granville et al., 2001).

Делись добром ;)