Главная > Разное > Математическая биофизика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 4. Биологические следствия

В этом параграфе мы обсудим и сопоставим с экспериментом некоторые следствия из модели клеточного цикла, связанные, в первую очередь, с утверждением о целостном каркасе. При этом неизбежна схематизация экспериментальных данных и

пренебрежение «биологическим разбросом» (в частности, мы не будем приводить условий конкретного эксперимента, материалов и методик).

В изложении будем следовать работам [27, 28], в которых даны необходимые ссылки.

1. Как упоминалось, нормальные клетки не способны делиться до тех пор, пока не прикрепятся к субстрату и не распластаются на нем (эффект «заякоривания»). В рамках изложенного это связано с тем, что стимулирующим фактором для клеток является механическое натяжение или, точнее, самонатяжение мембраны. Распластывание состоит из двух этапов. Первый соответствует разглаживанию локальных «складок» на поверхности клетки, что сопровождается небольшими колебаниями в натяжении. По достижению некоторой критической деформации (зависящей от типа клеток) дальнейшее растяжение носит не локальный, а глобальный характер: мембрана растягивается как целое. При этом возникают большие напряжения в структуре каркаса, которые могут вызвать конформационный переход и, следовательно, стимулировать деление.

Такое объяснение открывает возможности для стимулирования деления в суспензии. В самом деле, если задача состоит в том, чтобы вызвать конформационный переход, то можноиспользовать физические методы (очень неоднородное электрическое поле), биохимические (обработка протеазами, добавление поверхностно-активных веществ конковалина-А и т. п.). Эффект действия факторов роста, по-видимому, также можно отнести за счет влияния их на механические свойства клеточной мембраны.

2. Контактное ингибирование в рамках модели находит следующее объяснение. При образовании плотного монослоя внешние скелеты клеток соприкасаются. Это создает дополнительные препятствия для фазового перехода; ему противодействуют не только упругие силы каркасов, но и соседние клетки. В модели это сводится к увеличению эффективной прочности каркаса, т. е. к увеличению величины и уменьшению И то и другое способствует, как упоминалось, переходу в фазу покоя.

3. Действие протеолитических ферментов Наличие целостного каркаса на поверхности нормальных клеток может наложить ограничения на взаимодействие протеаз с плазматической мембраной из-за уменьшения подвижности белков, на которые действуют протеазы, и из-за уменьшения доступности многих белков мембраны, которые оказываются «экранированными» элементами каркаса. В опухолевой клетке эти ограничения значительно ослаблены и, следовательно, можно ожидать, что разрушение опухолевых клеток под действием протеаз будет происходить с большей скоростью, чем нормальных. Особенно эффективной эта идея может оказаться при использовании ее для удаления рассеянных по организму раковых клеток, если удастся создать постоянный, но небольшой по величине уровень в крови опухоленосителя.

В книге [29] рассмотрено влияние смеси ПФ на нормальные и опухолевые клетки и показано invitro избирательное поражение последних.

Косвенным подтверждением избирательного действия протеаз могут служить опыты in vivo по ингибированию роста опухоли и метастазов при стимуляциии противосвертывающей системы крови с помощью тромболизина. При ежедневном введении препарата фибринолитическая активность возрастает в несколько раз, что коррелирует с разрушением опухолевых клеток. В то же время увеличивается толщина стенок соединительно-тканной капсулы, окружающей опухоль и состоящей из нормальных клеток, что можно интерпретировать как результат стимулирующего действия протеаз на нормальные фибробласты. Механизм этой стимуляции, хорошо известной из опытов in vitro, в рамках модели связан с уменьшением прочности каркаса.

4. Действие липолитических ферментов (ЛФ). Отсутствие целостного каркаса на поверхности раковых клеток уже само по себе увеличивает доступность липидов бислоя для действия ЛФ и должно приводить, в рамках модели, к избирательному уничтожению раковых клеток. При этом поражающее действие можно усилить, если комбинировать использование липолитических ферментов с использованием поверхностно-активных веществ, например, лектинов п.). Известно, что под действием этих веществ происходит перераспределение их рецепторов на поверхности клеточной мембраны, а именно рецепторы группируются в кластеры [30]. Рецепторы для лектинов построены из молекул Сахаров и представляют собой пространственную преграду, своего рода «усы», мешающие посадке фермента на субстрат. При использовании набора лектинов, специфичных к разным рецепторам, можно надеяться на кластеризацию большого количества «усов» и оголение значительных участков бислоя. Необходимо подчеркнуть, что и в этом случае отсутствие каркаса приведет к тому, что оголение мембраны опухолевых клеток и, следовательно, их повреждение липолитическими ферментами будут сильнее, чем в нормальных клетках.

5. Обратная трансформация. Этим термином обозначается «нормализация» свойств злокачественных клеток под влиянием некоторых факторов, например, при действии высоких концентраций ( кислых мукополисахаридов на клетки асцитной гепатомы, при культивации в присутствии декстрансульфата, гликолипидов и гликопротеидов.

При этом происходят морфологические изменения злокачественных клеток, они становятся способными к контактному ингибированию и, вообще, «похожими» на нормальные. Эта трансформация обратима; по окончании действия упомянутых факторов клетки через некоторое время (порядка нескольких суток) вновь малигнизируются.

В рамках модели явление обратной трансформации находит естественное объяснение. Дело в том, что все упомянутые факторы

являются элементами внешнего клеточного каркаса. Внедрение их в мембрану злокачественных клеток приводит к искусственной репарации каркаса, делает его целостным. При этом регуляторные свойства клеток нормализуются.

6. Возможность усиления опухолеспецифических антигенов (ОСАГ) (подробнее см. [281). Наличие ОСАГ является необходимой предпосылкой для иммунного ответа, поскольку организм естественно толерантен к раково-эмбриональным и гетероорганным антигенам, присутствующим на поверхности раковых клеток (см. гл. 6).

Однако известно, что антигенность многих спонтанных опухолей весьма слаба. В рамках изложенного подхода это не удивительно. В самом деле, среди многочисленных мыслимых способов нарушения целостности каркаса всегда найдутся такие, которые обеспечивают неизменность антигенных детерминант (АГД). Например, если для данного типа клеток главным механизмом трансформации является «упрощение» гликолипидов, т. е. увеличение доли глико-липидов с меньшим числом карбогидратных остатков [31], то произойдет распад каркаса на отдельные куски, целостность потеряется, но АГД могут сохранить свою геометрию. Аналогичные рассуждения имеют место и в случае, если главной причиной трансформации является повышение протеазной активности в микроокружении клетки. В этих и многих других случаях можно рассчитывать самое большее на «упрощение» спектра антигенов (АГ), что наблюдается экспериментально.

В рамках развиваемой теории обязательными ОСАГ могли бы быть некоторые структуры, возникающие на границе тех доменов, на которые распался целостный каркас, либо за счет таких перераспределений и случайных ассоциаций АГД, которых не было в дифференцированной клетке до трансформации именно в силу целостности каркаса. Однако все эти структуры являются чрезвычайно лабильными не только в смысле их перемещения в плоскости мембраны, но и во времени. Размер отдельных блоков никак не фиксирован и поэтому пограничные молекулы, реакционно способные в настоящий момент, могут потерять эту способность в ближайшем будущем. То же самое можно сказать и об ассоциациях АГД. Время жизни возникающих таким образом ОСАГ мало, что также снижает эффективность иммунной реакции. (Напомним, что бласт-трансформация лимфоцитов требует присутствия АГ в течение, по крайней мере, нескольких часов). Можно сказать, что антигены такого типа находятся в «мерцательном» режиме, который маскирует их от иммунных сил.

Нарисованная картина опухолеспецифического антигенного строения довольно естественно подводит к ответу на вопрос об усилении ОСАГ. Усилить слабые ОСАГ можно, стабилизировав границы доменов клеточного каркаса и случайные ассоциации АГД с помощью поливалентных поверхностно-активных веществ (ППАВ). Особенно перспективными в этом плане могут оказаться экзогенные компоненты клеточных мембран: протеогликаны, гликопротеиды и т. п. Здесь уместно вспомнить, что главную роль в иммунном ответе

организма на опухоль играют -клетки, а рецепторы -клеток реагируют, как правило, на целостные антигенные ансамбли, а не на отдельные АГД [32]. С потерей целостности каркаса теряется и целостность антигенных ансамблей, которую можно восстановить с помощью ППАВ. Развитые выше соображения подтверждаются экспериментальными данными. Найдены такие реагенты, взаимодействующие с сульфгидрильными группами и углеводными структурами, обработка которыми клеток лимфомы привела к появлению новых антигенов [33].

Описанный метод усиления ОСАГ принципиально отличается от используемых: обработка нейраминидазой, протеазами, использование перекрестно-реагирующих АГ. Все эти методы основаны на эксплуатации уже существующих ОСАГ, которые не являются, как уже подчеркивалось выше, обязательными для опухолевой клетки. Изложенная картина опирается на физическое различие в организации плазматической мембраны, не зависимое от способа перерождения; ОСАГ создаются в самом процессе обработки клетки ППАВ и не требуется их предеуществования.

В заключение отметим, что основной вывод о целостном каркасе, присутствующем на поверхности нормальных клеток, и о его нарушении в злокачественных клетках позволяет объяснить многие экспериментальные факты и сформулировать ряд предложений по постановке новых экспериментов, которые могут не только проверить модель, но и иметь прикладное значение.

Следует надеяться, что предлагаемая модель поможет в выработке комбинированной и последовательной стратегии воздействия на опухоли. При этом, в завершающей стадии воздействий не обязательно ставится цель уничтожения опухолевой клетки, а создаются условия для ее «обратной трансформации». В связи с изложенным уместно вспомнить оптимистические высказывания Маленкова [34] о том, что «новая, эффективная теория и профилактика новообразований будет иметь нетоксический характер».

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление