Последствия повреждения внутриклеточных мембран

Большая часть внутриклеточных мембран принадлежит к эндоплазматическому ретикулуму. А.Д.Адо указывает на его обязательное участие в процессах клеточного повреждения. Различные факторы, включая отравления алкоголем, ДДТ, четыреххлористым углеродом, инфекцию, ионизирующее излучение, гипоксию, вызывают набухание ретикулума, изменение его конфигурации появление крупных вакуолей и петель или распад на мелкие гранулы. Например, при отравлении тротилом мембраны шероховатого эндоплазматического ретикулума (ШЭР) в клетках печени приобретают вид характерных завитков.

При повреждении клеток в результате действия многих различных причин наступает такое типовое последствие, как отсоединение рибосом от мембран ШЭР. Теоретически, подобные изменения могут трактоваться, как защитные: в аварийной ситуации клетка сокращает экспорт белка и стремится направить максимум белков на внутренние нужды. Но на деле это является одним из проявлений формирующегося в поврежденной клетке энергодефицита: фиксация рибосом к мембранам ШЭР, происходящая при участии белка рибофорина, является энергозависимым процессом. Поэтому, дезорганизация ШЭР оборачивается для клетки серьезными нарушениями. Транспорт вновь образованных белков нарушается, и избыток их оказывается в цитоплазме, где они денатурируются по мере нарастания клеточной гипоксии и ацидоза и формируют картину «мутного набухания» или начальные стадии так называемой «зернистой дистрофии».

При повреждении клетки не остается в стороне от процесса и гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР). Мембраны ГЭР являются отсеком клетки, содержащим систему мощных оксидаз со смешанной функцией. Эти ферменты содержат цитохром Р₄₅₀ и являются железо-зависимыми. Они представляют собой дезинтоксикационную систему клетки. Оксидазы со смешанной функцией принимают участие в биотрансформации эндогенных соединений, в частности, инактивации сигнальных молекул, например, стероидных гормонов и обезвреживании билирубина. Трудно переоценить их роль в детоксикации ксенобиотиков, например, многих лекарств.

Р₄₅₀-зависимые оксидазы – это система изоферментов, контролируемых генами, которым присущ множественный аллелизм. В связи с этим, их активность подвержена значительной генетически детерминированной индивидуальной изменчивости и служит одной из главных биохимических составляющих конституции человека. В 1966 году Фосеттом и Джонсом было установлено, что при интоксикациях ГЭР в клетках претерпевает гипертрофию. Примером может служить увеличение площади мембран ГЭР в гепатоцитах хомячков под воздействием фенобарбитала. Многие другие ксенобиотики, включая даже компоненты табачного дыма при курении, вызывают сходный ответ.

Функционально это явление сопровождается усилением антитоксической резистентности клеток и повышением скорости биотрансформации ксенобиотиков. Самое замечательное свойство этой реакции – ее неспецифический характер: индукция оксидаз с помощью фенобарбитала усиливает биотрансформацию и других лекарств и токсинов, в частности, ускоряется нейтрализация печенью стероидов и билирубина. Это явление учитывается клинической фармакологией при совместном назначении лекарств, а последнее обстоятельство даже используется в неонатологии для лечения фенобарбиталом гемолитической болезни новорожденных.

Однако, возможности системы оксидаз ГЭР небезграничны, кроме того, ее работа порождает ряд нежелательных для клетки эффектов. Активация оксидаз ГЭР приводит к повышению продукции клеткой окиси азота. До известной степени, это благоприятно для ткани, в целом, так как способствует активизации микроциркуляции. Но избыток NO ведет к ряду неблагоприятных результатов. При образовании окиси азота формируются в качестве сопутствующих продуктов свободные кислородные радикалы. Они способны причинять вторичные повреждения клеточным мембранам, нуклеиновым кислотам другим компонентам клеток.

Так, при отравлении четырёххлористым углеродом оксидазные системы ГЭР вырабатывают стабильные альдегиды жирных кислот, повреждающие клеточные мембраны. Нейтрализация парацетамола Р₄₅₀-зависимыми оксидазами гепатоцитов ведет к появлению эпоксидных и эноксидных соединений, обладающих мутагенной активностью. При не большой скорости процессов емкость клеточных антиоксидантных систем, например, глутатиона, достаточна для нейтрализации потенциально опасных радикалов. Но массированный эффект может привести к вторичным повреждениям, происходящим вследствие самой работы защитной системы оксидаз со смешанной функцией.

Таким образом, и для эндоплазматического ретикулума граница между защитным и патогенным результатом типового ответа на повреждение оказывается относительной.

Повреждение пластинчатого комплекса

Важной составной частью исполнительного аппарата клетки служит пластинчатый комплекс (комплекс Гольджи). Этот органоид также представляет собой в клетках млекопитающих мембранную структуру, состоящую из стопок, содержащих каждая по 5-6 уплощенных ограниченных мембранами цистерн. В комплекс Гольджи поступают из ШЭР в специальных везикулах синтезированные там белки, снабженные углеводными остатками и предназначенные для распределения внутри клетки или экспортных нужд. Белки, подвергающиеся трансцитозу, вероятно, также не минуют комплекс Гольджи.

Везикулы встраиваются в мембраны и передают свое содержимое в цис-цистерны аппарата, затем оно перекочевывает в медиальные цистерны и, наконец, в транс-цистерны. Комплекс представляет собой центральную сортировочную, маркировочную и упаковочную станцию всех маршрутов внутриклеточного транспорта белков, ферменты комплекса подвергают белки кодирующему гликозилированию и фосфорилированию. Белки поступают в комплекс из ШЭР, имея стандартный остаток – «адрес» из 14 молекул гексоз (9 маннозилов, 2 ацетилглюкозамина и 3 остатка глюкозы). Если белок предназначен на экспорт или в плазматическую мембрану, он теряет 6 маннозилов и глюкозу и приобретает вместо них адрес из двух симметричных тримеров ацетилглюкозамина (в медиальных цистернах), сиаловой кислоты и галактозы (в транс-цистернах). Если адрес белка лизосома, то он теряет один маннозил и глюкозу и получает вместо них маркер из двух фосфатов (в цис-цистернах), что предохраняет его от дальнейших модификаций. Аппарат Гольджи поражается при ряде приобретенных и наследственных расстройств. Так как он является местом образования и наполнения лизосом, часто его повреждение ассоциируется с лизосомальной патологией.

Наследственный дефект галактозилтрансферазы комплекса Гольджи нарушает маркировку и, возможно, мешает доставке по назначению галактозилированных белков. При ряде лизосомальных болезней (см. выше характеристику муколипидоза 2 типа), именно неверная адресовка комплексом Гольджи готовых молекул гликозилированного фермента ведет к наследственному заболеванию. Наследственный аутосомно-рецессивныи дефект маннозидазы приводит к маннозидозу – заболеванию, характеризующемуся нарушением отщепления маннозилов от белков в комплексе Гольджи. При этом происходит лизосомальное накопление олигосахаридов, что ведет к задержке психомоторного развития детей и дисплазии скелета, сопровождаемой помутнением прозрачных сред глаза, гепатосгленомегалией и патологической зернистостью нейтрофилов и лимфоцитов. Другой фермент комплекса Гольджи – ацетилглюкозаминтрансфераза – поражается при мукополисахаридозе 3С (болезнь Санфилиппо С), имеющей тот же тип наследования и сходную с маннозидозом симптоматику.

Возможны и приобретенные нарушения работы «центрального клеточного вокзала». Так, при везикулярном стоматите, его вирус, белок G которого обладает соответствующей маркировкой, «оккупирует» пластинчатый комплекс инфицированной клетки, заполняя его и нарушая транспорт других клеточных продуктов. Не исключено нарушение процессов гликозилирования в аппарате Гольджи и при выраженной хронической гипергликемии, что может участвовать в патогенезе диабетических ангиопатий, вчастности, способствуя отмечаемой задержке катаболизма мукополисахаридов и липопротеидов у таких больных. При коллагенозах (а в низких титрах – и у здоровых индивидов) описаны аутоантитела к антигенам комплекса Гольджи.