Клетки умирают разными способами, и самый простой — когда клетку что-то повреждает физически, например, на неё что-то сильно давит, или же она замёрзла и кристаллы льда разорвали наружную мембрану и повредили всё внутреннее устройство.
Но кроме такой незапланированной и неуправляемой гибели от внезапных обстоятельств есть ещё так называемая программируемая смерть. Точнее, программируемые смерти, потому что их много разных видов. Они включаются, когда в клетке накапливается много дефектов: например, это могут быть мутации в ДНК, или химические повреждения мембран, или отложения токсичных белков, или бактерии с вирусами, проникшие внутрь. Иногда программируемую смерть запускают внешние сигналы от других клеток — например, когда иммунитет командует умереть заражённым или раковым клеткам, или когда в развивающемся эмбрионе происходят перестройки органов и тканей.
Смысл программируемой смерти в том, чтобы умереть с наименьшими потерями для окружающих (хотя так получается не всегда). Каждая программа – это цепочка молекулярных сигналов, которые начинаются по определённому поводу и которые в итоге активируют те или иные разрушительные механизмы. Из программируемых смертей мы чаще всего мы слышим про апоптоз, но есть ещё пироптоз, ферроптоз (где одна из главных ролей принадлежит ионам железа), гибель с использованием аутофагии и т. д. В недавней статье в Science сотрудники Броудовского института описывают ещё один тип управляемой клеточной смерти – купроптоз, в которой, как можно понять по названию, активно участвует медь.
Несколько лет назад исследователи заметили, что некоторые раковые клетки гибнут, когда они начинают получать много меди. То, что это совершенно особая смерть, удалось показать, заблокировав механизмы других типов самоуничтожения; кроме того, новая смерть явно зависела от молекул-переносчиков, транспортирующих медь внутрь клетки. Дальнейшие эксперименты позволили выяснить, что от меди погибают те клетки, которые в большей степени зависят от митохондрий как источника энергии. Как известно, когда клетка расщепляет сахара, чтобы получить из них энергию, это проходит в два этапа: бескислородный, протекающий в цитоплазме, и кислородный этап, который идёт в митохондриях. Бескислородные реакции (или реакции гликолиза) дают сравнительно мало энергии, но некоторым клеткам её достаточно, особенно, если они умеют простимулировать гликолиз. Известно, в частности, что многие раковые клетки склонны получать энергию именно таким способом. Кислородный же способ называется ещё клеточным дыханием, и он намного сложнее устроен – собственно, не зря для него в клетке выделены специальные органеллы митохондрии.
Клетки, которые получают энергию от митохондрий, в тысячу раз более чувствительны к избытку меди, чем те, которые могут сидеть на гликолизе. Ионы меди, проникая в митохондрии, связываются с некоторыми белками, модифицированными жирными кислотами. С медью эти белки начинают слипаться, формируя белковые отложения, токсичные для клетки. Кроме того, ионы меди взаимодействуют с соединениями железа и серы, которые необходимы многим ферментам. В результате ферменты перестают работать, и у клетки появляется дополнительный повод умереть.
Возможно, что препараты, стимулирующие купроптоз, могут стать эффективными лекарствами против некоторых видов рака (именно против некоторых – далеко не все злокачественные клетки достаточно чувствительны к ионам меди). Кроме того, некоторые отдельные признаки «медной смерти» есть и у бактерий с дрожжами, так что купроптоз потенциально можно использовать и для борьбы с патогенными микробами.
Автор: Кирилл Стасевич