Предисловие ..................................................... 3
Глава 1. Введение в апоптоз ..................................... 6
1.1 Неапоптотические типы гибели клеток ........................ 9
1.1.1 Некроз .............................................. 9
1.1.2 Аутофагия .......................................... 11
1.1.3 Митотическая катастрофа ............................ 12
1.2 Апоптоз и С. elegans ...................................... 13
1.3 Три сценария осуществления апоптоза ....................... 14
1.3.1. Митохондриальный тип апоптоза, APAF-1,
апоптосома, цитохром c, каспаза-9 .................. 16
1.4 Белки семейства Bcl-2 - важнейшие регуляторы апоптоза ..... 18
1.5 Другие формы апоптоза ..................................... 20
1.6 Физиологическая роль апоптоза ............................. 21
Глава 2 Внешний путь апоптотической сигнализации. "Рецепторы
смерти" — инициаторы апоптоза ......................... 22
2.1 "Лиганды смерти" и "рецепторы смерти" ..................... 22
2.2 Структура TNF (ФНО)-лигандов .............................. 29
2.2.1 Лиганд FasL ........................................ 30
2.2.2 Лиганд TNF-α ....................................... 32
2.2.3 Лиганд TRAIL ....................................... 33
2.2.4 Лиганд TALL-1 ...................................... 35
2.2.5 Лиганды EDA-1 и EDA-2 .............................. 37
2.3 Структуры TNF-рецепторов .................................. 40
2.3.1 Рецептор Fas ....................................... 41
2.3.2 Рецептор TNFR1 ..................................... 43
2.3.3 Рецепторы DR4 и DR5 ................................ 44
2.3.4 Рецептор DR5 в комплексе с TRAIL ................... 46
2.4 Структура адапторных белков ............................... 49
2.4.1 Структура FADD ..................................... 49
2.4.2 Структура адапторного белка TRADD .................. 53
2.5 Узнавание лигандов и рецепторов ........................... 55
2.5.1 Взаимодействие TNFβ—TNF-Rl ......................... 57
2.5.2 Взаимодействие TRAIL—DR5 ........................... 57
2.5.3 Взаимодействие TALL-1—ВСМА ......................... 58
2.5.4 Взаимодействие TALL-1—BAFF-R ....................... 58
2.6 Сигнализация рецептором TNFR1 ............................. 59
2.7 Сигнализация рецептором Fas/CD95 .......................... 60
2.8 Индукция апоптоза лигандами TRAIL ......................... 60
2.9 Образование DISC .......................................... 61
Глава 3. Белки семейства Bcl-2 — регуляторы апоптоза ........... 63
3.1 Классификация белков семейства Bcl-2 ...................... 63
3.2 Антиапоптотические белки семейства Всl-2 .................. 65
3.2.1 Белок Bcl-xL ....................................... 66
3.2.1.1 3D-структура белка Bcl-xL в растворе ...... 67
3.2.1.2 3D-структура белка Bcl-xL, связанного с
мембраной ................................. 72
3.2.2 Белок Bcl-2 ........................................ 73
3.2.2.1. 3D-структура белка Bcl-2 ........... 74
3.2.3 Белок Bcl-w ........................................ 75
3.2.3.1. 3D-структура белка Bcl-w ........... 76
3.2.4 Белок Мс1-1 ........................................ 77
3.2.4.1 Свойства белка MC1-I в растворе.
Связывание белка Мс1-1 .................... 78
3.2.4.2 3D-структура белка Мс1-1 .................. 79
3.2.5 Белок А1 ........................................... 83
3.3 Проапоптотические Вах-подобные белки семейства Bcl-2 ...... 85
3.3.1 Белок Вах .......................................... 85
3.3.1.1 3D-структура белка Вах .................... 86
3.3.1.2 Структурные изменения Вах,
ассоциированные с возрастанием рН ......... 88
3.3.1.3 Роль С-концевого участка Вах в
реализации апоптоза ....................... 88
3.3.1.4 Противоположные биологические функции,
контрастирующие с близкой структурой Вах
и Bcl-xL .................................. 89
3.3.2 Белок Bak .......................................... 90
3.3.2.1. 3D-структура белка Bak .................... 90
3.4 Проапоптотические ВН3-only белки .......................... 92
3.4.1 Первичная структура и основные сведения о белках
семейства ВН3-only ................................. 94
3.4.1.1 Белки Bid и tBid .......................... 94
3.4.1.2 Белок Bim ................................. 96
3.4.2 Белок Puma ........................................ 100
3.4.3 Белок Noxa ........................................ 102
3.4.4 ВН3-only белки — инструмент для тонкого контроля
апоптоза. Формы регуляции ВН3-only белков ......... 104
3.4.5 3D-структура белков ВН3-only ...................... 105
3.4.5.1. Белок Bid ................................ 105
3.4.6 Гипотезы взаимодействия между белками Вах/Ваk
белками ВН3-only и антиапоптотическими белками
семейства Bcl-2 ................................... 107
3.4.7 Роль ВН3-only белков в иммунной системе ........... 110
Глава 4. Взаимодействия белок—белок при апонтозе .............. 112
4.1 Физические принципы белок-белковых взаимодействий ........ 112
4.2 Гомодимеризация и гетеродимеризации белков семейства
Bcl-2 .................................................... 114
4.2.1. Гомодимеры белков семейства Всl-2 ................. 115
4.2.1.1 Димеризация белка Bcl-xL
"Обмен доменов" .......................... 115
4.2.1.2 Zn-опосредованная димеризация Вак ........ 115
4.3 Взаимодействие между антиапоптотическими белками и
Вах-подобными проапоптотическими белками ................. 116
4.3.1. Комплекс Bcl-х1/пептид из Ваk ..................... 116
4.4 Взаимодействие между антиапоптотическими белками и ВН3-
only белками ............................................. 118
4.4.1 Комплекс Bcl-xL с фрагментом из Bad ............... 119
4.4.2 Комплекс Bcl-xL с фрагментом из Bim ............... 122
4.4.3 Комплекс Bcl-w с фрагментом из Bid ................ 122
4.4.4 Комплекс MCL-1 с ВН3-фрагментами Bim и Noxa ....... 123
4.5 Взаимодействие между проапоптотическими Вах-подобными
белками и ВН3-only белками ............................... 124
4.5.1. Взаимодействие ВН3-пептида из Bim с Вах ........... 124
Глава 5. Пермеабилизация наружной мембраны митохондрий ........ 126
5.1 Взаимодействие мембран с белками ......................... 126
5.1.1 Энергетика связывания белков с мембраной .......... 127
5.1.2 Структура липидного бислоя и мембранные
предпочтения аминокислот .......................... 129
5.1.3 Частичное проникновение белков в мембрану.
Белки, содержащие С-концевой гидрофобный якорь .... 133
5.1.4 Рецепторный импорт белков в митохондрии.
Рецепторный комплекс ТОМ .......................... 135
5.1.5 Кинетика безрецепторных взаимодействий белок-
мембрана .......................................... 140
5.1.6 Влияние химического состава клеточных мембран на
взаимодействие белок-липид. Корреляция между
связыванием белков с мембранами in vitro и
клеточными мембранами ............................. 141
5.1.7 Механизмы запуска ассоциации периферических
белков с мембранами ............................... 143
5.1.7.1 Электростатическое включение ............. 143
5.1.7.2 Конформационное включение ................ 144
5.1.8 Структурные особенности интегральных мембранных
белков ............................................ 145
5.2 Молекулярные механизмы пермеабилизации НММ ............... 147
5.2.1 Прямая активационная модель ....................... 148
5.2.2 Модель смещения ................................... 150
Глава 6. Каспазы - исполнители апоптоза ....................... 451
6.1 Каспазы: общие сведения .................................. 151
6.1.1 Каспазы-активаторы цитокинов ...................... 154
6.1.2 Каспазы-инициаторы апоптоза ....................... 154
6.1.3 Каспазы-эффекторы апоптоза ........................ 155
6.2 Структура и механизмы функционирования каспаз ............ 155
6.2.1 Эффекторные каспазы ............................... 156
6.2.2 Инициаторные каспазы .............................. 158
6.2.2.1 Активирование каспазы-2. PIDDocoмa ....... 159
6.2.2.2 Активирование каспазы-8. Комплекс DISC ... 162
6.2.2.3 Активирование каспазы-9. Апоптосома ...... 163
6.3 Структурные механизмы ингибирования каспаз белками
семейства ИАП ............................................ 168
6.3.1 Эффекторные каспазы ............................... 169
6.3.2 Инициаторные каспазы .............................. 171
Глава 7. Апоптоз и рак ........................................ 173
7.1 Основные положения молекулярной биологии рака ............ 174
7.1.1 Рак и внутриклеточная сигнализация ................ 174
7.1.2 Регуляция деления клеток и роста .................. 175
7.1.2.1. Сигнальный путь рецепторных тирозиновых
киназ .................................... 175
7.1.2.1.1 Рецепторы эпидермального
фактора роста (EGFR) .......... 175
7.1.2.1.2 Ras/MAPK-зависимый
сигнальный путь ............... 180
7.1.2.1.3 Akt/PKB и mTOR ................ 186
7.1.3 Протеасома ........................................ 193
7.1.4 Ангиогенез. Ангиогенные факторы VEGF .............. 194
7.2 Рак и ингибирование апоптоза ............................. 200
7.2.1. Инактивация р53 ................................... 200
7.3 Белки-ингибиторы апоптоза и паракаспазы .................. 206
7.4 Корреляция между экспрессией анти- и проапоптотических
белков и раком ........................................... 207
7.5 Терапевтический индекс и апоптоз нормальных клеток ....... 208
7.6 Новое понимание старых методов лечения рака .............. 209
7.7 Лиганды рецепторов смерти, как противоопухолевые
препараты ................................................ 210
7.7.1 Лиганды ФНО (TNF) ................................. 210
7.7.2 Лиганды TRAIL ..................................... 210
7.8 Антагонисты Bcl-2, как лекарственные препараты ........... 211
7.9 Ингибиторы XIАР, как лекарственные препараты ............. 213
7.10 Антагонисты MDM2, как лекарственные препараты ............ 215
7.11 Другие противоопухолевые стратегии ....................... 216
Глава 8 Апоптоз и нейродегенеративные расстройства ........... 218
8.1. Естественная смерть нейронов. Апоптоз в процессах
развития ................................................. 219
8.1.1 Апоптоз постмитотических нейронов ................. 220
8.1.2 Специфические сигнальные пути нейронального
апоптоза .......................................... 221
8.2. Патофизиологическая смерть нейронов. Дефекты апоптоза
и нейродегенеративные расстройства ....................... 250
8.2.1 Болезнь Альцгеймера ............................... 230
8.2.1.1 БА и образование β-амилоидов ............. 231
8.2.1.2 БА и окислительный стресс ................ 234
8.2.1.3 БА и нарушенный гомеостаз Са2+ ........... 235
8.2.1.3.1. Кальпаины ..................... 237
8.2.1.4 Терапевтические подходы к лечению БА ..... 240
8.2.2 Болезнь Паркинсона ................................ 240
8.2.2.1 α-синуклеин .............................. 241
8.2.2.2 α-синуклеин и апоптоз нейронов ........... 244
8.2.3 Боковой (латеральный) амиотрофический склероз ..... 245
8.2.3.1 Генетика БАС ............................. 245
8.2.3.2 Мутации SODI ............................. 246
8.2.4 Болезнь Хантингтона ............................... 247
8.2.4.1 Структура N-концевого домена
хантингтина .............................. 249
8.2.4.2 Гибель нейронов при БХ ................... 250
Глава 9. Структурно-обоснованное конструирование
лекарственных препаратов ............................. 251
9.1 Краткая история создания лекарственных препаратов и их
нерациональное конструирование ........................... 251
9.2 Современные принципы конструирования лекарственных
препаратов ............................................... 253
9.2.1 Рациональное и структурно-обоснованное
конструирование лекарственных препаратов .......... 253
9.2.1.1 QSAR ..................................... 253
9.2.1.2 Использование структуры белков при
конструировании лекарственных
препаратов ............................... 254
9.2.1.2.1 Моделирование структуры
белков ........................ 256
9.2.1.2.2 Методы предсказания
структуры белков .............. 260
9.2.1.2.2.1 Анализ первичной
структуры белков .......... 260
9.2.1.2.2.2 Поиск гомологии в базах
данных .................... 260
9.2.1.2.2.3 Идентификация белковых
доменов ................... 264
9.2.1.2.2.4 Предсказание
неупорядоченных
областей .................. 265
9.2.1.2.2.5 Предсказание вторичных
структур .................. 266
9.2.1.2.2.6 Гомологическое
моделирование ............. 268
9.2.1.2.2.7 Подходы, основанные на
распознавании топологий.
Методы "протягивания" ..... 270
9.2.1.2.2.8 Моделирование белков
ab initio ................. 272
9.2.1.2.3 Компьютерные методы анализа
межбелковых взаимодействий .... 277
9.2.1.2.3.1. Компьютерное
докирование ............... 277
9.2.2 Структурно-обоснованная идентификация
лекарственных мишеней ............................. 279
9.2.3 Использование структурной информации для
разработки лекарственных препаратов и
виртуальный скрининг .............................. 280
9.3 ВН3-миметики ............................................. 283
9.4 Нейтрализация проапоптотических белков семейства Bcl-2 ... 288
Заключение .................................................... 291
Литература .................................................... 294
Список сокращений и краткий глоссарий ......................... 374
Предметный указатель .......................................... 384
|
