БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 10, с. 1344 - 1360

УДК 576.5

ПРОБЛЕМА ОБРАТИМОСТИ АПОПТОТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Обзор

И.И. Захаров, М.А. Савицкая, Г.Е. Онищенко*

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет,

119991 Москва, Россия; электронная почта: galina22@mail.ru

Поступила в редакцию 10.07.2020

После доработки 23.07.2020

Принята к публикации 23.07.2020

Апоптоз - наиболее изученный вариант регулируемой клеточной гибели, который на протяжении долгого

времени считался необратимым. В настоящее время накапливается все больше данных, свидетельствующих

о том, что ключевые события апоптоза, такие как появление фосфатидилсерина во внешнем монослое плаз$

матической мембраны, пермеабилизация внешней мембраны митохондрий, активация каспаз, поврежде$

ние ДНК и блеббинг цитоплазмы, не являются необратимыми, а также могут участвовать в процессах нор$

мальной жизнедеятельности клетки, не связанных с осуществлением программы апоптоза. Анастаз - вос$

становление жизнеспособности клетки после индукции апоптоза - может происходить после устранения

проапоптотических воздействий. Это явление способствует выживанию поврежденных нормальных или

опухолевых клеток. В данном обзоре описаны процессы, характерные для апоптоза, однако не приводящие

к гибели, - как в ходе нормальной жизнедеятельности клеток, так и при анастазе. Понимание механизмов

и последствий обратимости апоптотических процессов, с одной стороны, может способствовать совершен$

ствованию существующих методов терапии различных заболеваний, в том числе злокачественных новооб$

разований, а с другой - открывает новые возможности для защиты клеточных элементов тканей и органов

от гибели при лечении дегенеративных патологий.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: апоптоз, обратимость апоптоза, анастаз, активация каспаз, MOMP, экстернализация

фосфатидилсерина, блеббинг.

DOI: 10.31857/S0320972520100036

ВВЕДЕНИЕ

дифференцировку и морфогенез тканей, в то

время как его нарушения являются признаком

Апоптоз — это вариант регулируемой кле$

многих патологий - от дегенеративных синдро$

точной гибели [1], широко распространенный в

мов до опухолей и аутоиммунных заболеваний.

процессе онтогенетического развития много$

Последовательность процессов апоптоза,

клеточного организма. Апоптоз представляет

механизмы его индукции и регуляции исследу$

собой последовательные молекулярные, струк$

ют на протяжении пятидесяти лет. Существует

турные и физиологические преобразования кле$

несколько путей инициации апоптотической

ток, завершающиеся их фрагментацией и утра$

гибели, включая рецептор$зависимый путь

той жизнеспособности, т.е. гибелью. Этот тип

(TRAIL, TNFα и FAS), митохондриальный и

клеточной гибели играет важную роль во многих

ядерный пути и путь с участием стресса ЭПР [1,

физиологических процессах, включая эмбрио$

2]. Сигнальные пути апоптоза многоступенчаты

генез, поддержание клеточного гомеостаза,

и сложны, но для апоптоза, инициация которо$

го включает митохондриальный путь, можно

Принятые сокращения: MOMP- mitochondrial outer

выделить два ключевых этапа: пермеабилизация

membrane permeabilization; AIF- apoptosis$inducing factor;

BID - BH3 interacting$domain death agonist; CAD - caspase$

внешней мембраны митохондрий (MOMP) и

activated DNase; ENDOG- endonuclease G; TRAIL- TNF$

активация каскада эффекторных каспаз. MOMP

related apoptosis$inducing ligand; TNFα —tumor necrosis fac$

нарушает энергетическую функцию митохонд$

tor α; FASLG - FAS$ligand; XIAP - X$chromosome$linked рий; активация каскада эффекторных каспаз, в

inhibitor of apoptosis; BCL2 - B$cell lymphoma 2; BCL$XL -

свою очередь, ведет к деградации белков клетки

B$cell lymphoma extra large; SMAC - second mitochondria$

derived activator of caspases; PARP - poly(ADP$ribose) poly$

и повреждению генома посредством эндонукле$

merase; ЭПР - эндоплазматический ретикулум.

аз CAD и ENDOG. Разрывы ДНК активируют

* Адресат для корреспонденции.

p53 и еще в большей степени поддерживают

1344

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1345

апоптотические сигнальные пути. Деградация

лечены в процессы, с ним не связанные [7, 8].

ДНК, конденсация хроматина, фрагментация

Кроме того, появились данные о том, что струк$

ядра и цитоплазмы с образованием апоптоти$

турно$функциональные изменения определен$

ческих телец завершают апоптотическую кле$

ных клеточных компартментов и органелл, наб$

точную гибель. Фосфатидилсерин (ФС), экспо$

людаемые при апоптозе, могут являться звенья$

нированный на внешней стороне плазматичес$

ми иных нелетальных процессов, например,

кой мембраны, служит сигналом «eat me» и сти$

терминальной дифференцировки. К таким про$

мулирует фагоцитоз апоптотических телец.

цессам можно отнести: экспонирование фосфа$

Апоптоз - наиболее изученный вид клеточ$

тидилсерина в наружный монослой плазмати$

ной гибели. Неослабевающий интерес исследо$

ческой мембраны, блеббинг плазматической

вателей к данному явлению вызван рядом при$

мембраны, пермеабилизация мембран митохон$

чин. Во$первых, существует фундаментальная

дрий. Это говорит о необходимости четкого оп$

биологическая проблема понимания роли апоп$

ределения явления обратимости апоптоза в це$

тоза в поддержании баланса между клеточной

лом и отличия проявления такой обратимости

пролиферацией и гибелью в разных тканях и ор$

от нелетальных функций отдельных апоптоти$

ганах животных и человека на протяжении все$

ческих процессов и белков.

го онтогенетического существования организ$

Тема обратимости апоптоза предоставляет

ма. Во$вторых, в настоящее время хорошо изве$

широкие возможности для исследований, и ее

стно, что в основе большого числа заболеваний

актуальность сложно переоценить. С одной сто$

самой разной природы, от инфекционных до ге$

роны, обратимость апоптоза клеток новообра$

нетических, лежат нарушения нормального те$

зований открывает новый ранее неизвестный

чения апоптоза. Отсюда следует еще одна при$

путь развития рецидивов и устойчивости после

чина интереса к апоптотической гибели -

противоопухолевой терапии, основанной на

действие многих терапевтических средств осно$

апоптотической клеточной гибели. Понимание

вано на блокировке или стимуляции процессов

механизмов и последствий выживания клеток

апоптоза.

после инициации апоптоза и прекращения про$

Поиск все новых и новых химиотерапевти$

апоптотического воздействия необходимо для

ческих препаратов для лечения различных забо$

улучшения существующих методов терапии,

леваний вызывает необходимость детального

ликвидации побочных эффектов и разработки

исследования отдельных звеньев апоптоза и оп$

новых способов лечения. С другой стороны,

ределения того, какое из этих звеньев ведет к не$

изучение путей восстановления жизнеспособ$

обратимой гибели клетки, т. е. является точкой

ности клеток открывает новые механизмы сох$

невозврата (point of no return). В целом, истори$

ранения и защиты клеточных элементов тканей

чески апоптоз считался необратимым процес$

и органов от апоптотической гибели в рамках

сом. Сложно представить, каким образом могут

терапии дегенеративных заболеваний, в том

быть предотвращены катастрофические послед$

числе таких, как нейродегенеративные патоло$

ствия пермеабилизации наружной мембраны

гии, инфаркты, инсульты и СПИД.

митохондрий и активации эффекторных каспаз.

Однако со временем стали накапливаться дан$

ные о том, что течение процессов апоптоза мо$

ТЕРМИНЫ ДЛЯ ОПИСАНИЯ

жет быть приостановлено, и клетка способна

ОБРАТИМОСТИ АПОПТОТИЧЕСКИХ

восстанавливать свое исходное состояние [3-6].

ПРОЦЕССОВ

Важная роль апоптотической гибели как в фи$

зиологических, так и в патологических процес$

В последние годы появляется все больше и

сах требует изучения обратимости отдельных

больше данных, свидетельствующих о возмож$

апоптотических событий и апоптоза в целом.

ности обратимости апоптоза. Одно из первых

Проблема обратимости апоптотических про$

определений, связанных с обратимостью апоп$

цессов, которой посвящен данный обзор, вклю$

тоза, — это «прерванный апоптоз» (apoptosis

чает в себя несколько аспектов. Так, необходимо

interruptus) [3]. Данный термин описывает вы$

проанализировать, могут ли определенные сос$

живание кардиомиоцитов в условиях сердечной

тавляющие апоптоза участвовать в событиях

недостаточности, несмотря на проявление клас$

клеточной жизни, не связанных с гибелью: диф$

сических признаков апоптоза: пермеабилиза$

ференцировке, в том числе терминальной, кле$

цию внешней мембраны митохондрий, выход

точном старении и развитии патологических

цитохрома с в цитозоль и активацию каспазы$3.

состояний клеток. Исследования в этом направ$

Важной особенностью apoptosis interruptus явля$

лении показали, что белки, традиционно счита$

ется сохранение целостности ядра апоптотичес$

ющиеся участниками апоптоза, могут быть вов$

ких кардиомиоцитов и крайне низкий уровень

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1346

ЗАХАРОВ и др.

активности эндонуклеазы CAD. Предполагает$

действием лигандом TRAIL или сублетальными

ся, что выживанию кардиомиоцитов способ$

дозами ряда химических агентов. Так же как при

ствует повышенная экспрессия антиапоптоти$

частичной клеточной гибели, неудачный апоп$

ческих факторов XIAP, BCL2 и BCL$XL [3].

тоз, по мнению авторов, включает пермеабили$

Albeck et al. в 2008 г. описали состояние клет$

зацию наружной мембраны лишь у части мито$

ки, названное «частичная клеточная гибель»

хондрий [4], сублетальную активность каспазы$3

(partial cell death) [4]. В работе были использова$

и повреждение ДНК за счет действия CAD, за$

ны модифицированные клетки культуры HeLa и

вершающееся выживанием клеток. Такие клет$

индукция апоптоза посредством лиганда

ки, выживающие после реализации неполной

TRAIL. Состояние частичной клеточной гибели

программы апоптоза, в конечном итоге отлича$

связывают с активацией эффекторных каспаз,

ются от исходных клеток, проявляя генетичес$

недостаточной для завершения апоптоза, но

кую нестабильность, т.е. качество, характеризу$

способной вызвать повреждение генома и про$

ющее признаки онкогенеза [10, 11]. В этих рабо$

теома у выживших клеток. Согласно данным

тах не упоминается ранее введенный термин

литературы, такое состояние может развиваться

«анастаз», но определения, данные авторами,

вследствие подавления MOMP повышенной

синонимичны этому термину. Важно отметить,

экспрессией BCL2. В результате проапоптоти$

что «абортивный апоптоз» и «неудачный апоп$

ческий SMAC не попадает из митохондрий в ци$

тоз», в отличие от анастаза, не предполагают

тозоль в высокой концентрации, и не происхо$

возможность восстановления жизнеспособнос$

дит достаточного ингибирования XIAP. Все это

ти на поздних стадиях апоптоза.

приводит к постепенной, а не лавинообразной

Учитывая растущую популярность термина

активации каспазы$3, частичному расщепле$

«anastasis» в англоязычной научной литературе,

нию ее мишеней и слабой, но продолжительной

мы предлагаем использовать перевод этого тер$

активации систем повреждения ДНК; апоптоз

мина - «анастаз» - для описания явления вы$

не завершается, и клетка не погибает. Авторы

живания клетки после индукции именно апоп$

отмечают вероятные патологические послед$

тотической клеточной гибели независимо от

ствия частичной клеточной гибели [4].

стадии, на которой развиваются процессы вос$

В 2012 г. Tang et al. [6] показали, что выжива$

становления жизнеспособности клеток.

ние клеток HeLa возможно после индукции

Согласно данным литературы, анастаз in vivo

апоптоза посредством инкубации с этанолом. В

возможен [12], однако его нужно отличать от не$

исследованных клетках после прекращения воз$

апоптотической активации апоптотических кас$

действия этанолом наблюдались ключевые

паз. Также важно дифференцировать понятие

признаки апоптоза — MOMP, активация каспа$

анастаза от обратимости неапоптотических ти$

зы$3, блеббинг цитоплазмы и разрывы нитей

пов клеточной гибели, которая в последнее вре$

ДНК, однако апоптоз не завершался, и клетки

мя также пробуждает большой исследовательс$

восстанавливали свою морфологию и жизнес$

кий интерес [13, 14], однако до сих пор не полу$

пособность. В этой работе был введен

чила четкого определения и обозначения.

термин

«анастаз» (англ. anastasis, от греч.

^,ν

′ στασις— «воскрешение»)

— выживание

клетки после инициации апоптоза. В последую$

АПОПТОТИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ

щих исследованиях были получены новые дан$

В НЕАПОПТОТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

ные об этом процессе, выдвинуты гипотезы об

этапах анастаза, разработаны новые методы его

Апоптоз представляет собой многоступенча$

обнаружения, изучена возможность обратимос$

тый процесс регулируемой гибели клеток, при

ти апоптоза in vivo. Анастаз — на данный момент

котором различные события, связанные с утра$

самый распространенный термин, означающий

той жизнеспособности, могут происходить как

выживание клетки после инициации апоптоза

на морфологическом, так и на молекулярном

как на ранних, так и на поздних стадиях этого

уровне, последовательно или одновременно.

типа клеточной гибели.

Многие из этих событий традиционно рассмат$

Позднее появился термин

«абортивный

риваются как характерные признаки апоптоза и

апоптоз» (abortive apoptosis), описывающий вы$

используются в качестве критериев для отнесе$

живание клеток MCF10A после сублетального

ния исследуемого типа клеточной гибели к

облучения, индукции MOMP и активации кас$

апоптотическому. Примером могут служить по$

пазы$3 [9].

явление фосфатидилсерина в наружном монос$

В 2015 г. Ichim et al. [10] предложили термин

лое плазматической мембраны, блеббинг, акти$

«неудачный апоптоз» (failed apoptosis) — выжи$

вация каспаз, пермеабилизация наружной ми$

вание клеток после инициации апоптоза воз$

тохондриальной мембраны. Тем не менее суще$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1347

ствует целый ряд ситуаций, при которых эти

апоптоза, участвуют в нормальных физиологи$

признаки не сопровождаются дальнейшей

ческих процессах, таких как дифференцировка

апоптотической гибелью клетки, либо и вовсе

или локомоция клеток, без последующей кле$

встречаются в состояниях и процессах, не свя$

точной гибели. Немаловажный интерес предс$

занных с апоптозом и клеточной гибелью в це$

тавляют ситуации, при которых такие события

лом. Так, показано, что ФС может переходить в

происходят вследствие индукции апоптоза, но

наружный монослой плазматической мембраны

тем не менее, гибель не наступает, а клетка вос$

и в ходе неапоптотических форм гибели клеток,

станавливает свою жизнеспособность посред$

например, некроптоза (программируемого нек$

ством анастаза. С каждым годом количество

роза) [15]. Сходное явление характеризует также

данных, описывающих, каким образом апопто$

другие процессы, не связанные с апоптозом, та$

тические процессы могут быть остановлены или

кие как активация тромбоцитов [16], реакция

обращены вспять для обеспечения выживания

клеток на гипоксию

[17], злокачественная

клетки, быстро растет. Понимание обратимости

трансформация [18], дифференцировка, слия$

отдельных апоптотических событий позволит

ние клеток с формированием симпласта [19],

создать полную картину механизмов анастаза.

миграция клеток [20]. ФС может присутствовать

Восстановление после пермеабилизации внеш5

на поверхности некоторых нормальных клеток

ней мембраны митохондрий. Митохондрии явля$

и постклеточных структур, в частности, фор$

ются для клетки жизненно важным биоэнерге$

менных элементов крови — эритроцитов и

тическим источником, а также играют цент$

тромбоцитов, где он выступает в качестве ко$

ральную роль в процессе апоптоза. По мнению

фактора превращения протромбина в тромбин

многих исследователей, пермеабилизация

протромбиназным комплексом при активации

внешней мембраны митохондрий считалась

системы свертывания крови.

апоптотической точкой невозврата (point of no

Неапоптотический блеббинг часто связан с

return), после прохождения которой выживание

процессами клеточной подвижности [21], также

клетки невозможно [24]. Этот процесс приводит

встречается при цитокинезе в митозе, мигра$

к нарушению энергетических функций митохон$

ции, созревании и активации клеток иммунной

дрий, выходу цитохрома с в цитозоль с последу$

системы, распластывании клеток на субстрате,

ющей активацией каскада эффекторных каспаз

при защитных реакциях на стресс, а также при

и повреждению генома [10]. Однако, несмотря

пассировании культивируемых клеток с по$

на такие катастрофические последствия, клетка

мощью трипсина [21, 22]. Примечательно, что

способна восстановить нормальную жизнедея$

неапоптотический блеббинг может сопровож$

тельность после MOMP, что подтверждают не$

дать вирусные инфекции [21].

давние исследования.

Каспазы, в том числе апоптотические, могут

Исторически MOMP считалась событием,

участвовать в воспалении, поддержании гомеос$

происходящим по принципу «все или ничего».

таза В$лимфоцитов, дифференцировке тканей,

Однако ряд научных работ показал, что это не

регенерации и развитии нейронов, образовании

так: часть митохондрий могут сохранять целост$

опухолей, старении, аутофагии, поддержании

ность своей внешней мембраны на протяжении

стабильности генома, а также в неапоптотичес$

процесса апоптоза. Такая пермеабилизация

ких типах регулируемой клеточной гибели —

внешней мембраны только у части митохондрий

пироптозе и некроптозе [7].

возможна при инициации апоптоза под

Остается открытым вопрос, каким образом

действием множества стимулов: индуктора

активация апоптотических каспаз не всегда

апоптоза BH3$миметика ABT$737, который яв$

приводит к гибели клеток. Возможно, это дос$

ляется аналогом проапоптотических белков

тигается с помощью низкого уровня активности

BH3 и нейтрализует функции антиапоптотичес$

каспаз, недостаточного для индукции регулиру$

кого белка BCL2 [10], лигандов клеточной гибе$

емой гибели [23], либо благодаря ограничению

ли TRAIL [4], FASLG [25] и TNFα [26], желчной

их активности в пределах отдельных внутрикле$

кислоты

[25], протеасомного ингибитора

точных компартментов или расщепления

MG132 [10], этопозида и паклитаксела [27], ги$

субстратов, не связанных с гибелью [8].

перэкспрессии BID [10], стауроспорина и ульт$

рафиолетового излучения [26]. На данный мо$

мент в англоязычной литературе введены следу$

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОТИЧЕСКИХ

ющие термины, описывающие разную степень

СОБЫТИЙ

MOMP в клетке: widespread MOMP [27] — пер$

меабилизация внешней мембраны большинства

Как уже упоминалось, события, традицион$

митохондрий клетки; incomplete MOMP [26],

но считающиеся характерными признаками

minority MOMP [10] и limited MOMP [27] - пер$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1348

ЗАХАРОВ и др.

меабилизация внешней мембраны только неко$

собствует быстрой деградации цитохрома с в ци$

торых митохондрий клетки. Если при индукции

тозоле при отсутствии активации каскада эф$

апоптоза происходит пермеабилизация наруж$

фекторных каспаз [30]. В течение анастаза в

ной мембраны митохондрий, локализацию ци$

первичных гепатоцитах мыши также обнаруже$

тохрома с в клетке используют для оценки

но увеличение экспрессии белков теплового

MOMP. Отличия между нарушением проницае$

шока HSPB1, DNAJB1, HSPA1A и HSP90AA1

мости внешней мембраны большинства митохон$

(человеческие гомологи

- HSP27, HSP40,

дрий (wMOMP) и лишь части митохондрий

HSP70 и HSP90 соответственно) [28]. Шаперо$

(iMOMP) можно выявить, определив количест$

ны HSP27 и HSP70 способны предотвращать

во цитохрома с в цитозоле с помощью конфо$

выход цитохрома с из митохондрий [29]. Также

кальной микроскопии [27] - чем более диффуз$

известно, что HSP40 и HSP70 подавляют акти$

но окрашена цитоплазма, тем больше цитохро$

вацию проапоптотического белка BID каспазой

ма с покинуло митохондрии, и, следовательно,

8 и транслокацию проапоптотического BAX в

тем больше митохондрий пермеабилизовано. На

наружную мембрану митохондрий, а HSP27 по$

данный момент неизвестны конкретные меха$

давляет митохондриальную транслокацию tBID

низмы, позволяющие части митохондрий сохра$

[29]. Далее показано, что повышенная экспрес$

нить целостность внешней мембраны, однако

сия глицеральдегид$3$фосфатдегидрогеназы

вероятным объяснением является протекторное

(GAPDH) позволяет клеткам HeLa восстано$

влияние повышенной экспрессии антиапопто$

вить целостность внешней мембраны митохонд$

тических белков семейства BCL2 [25, 26].

рий, сохранить жизнеспособность и пролифе$

Как после iMOMP, так и после wMOMP

рировать после индукции апоптоза актиноми$

клетка способна восстановить свою жизнеспо$

цином D в присутствии каспазного ингибитора

собность. Клетки HeLa и MDA$MB$231 могут

[30]. Такое антиапоптотическое воздействие

возвращаться к нормальной жизнедеятельности

GAPDH наблюдается только в отсутствие акти$

после инкубации с этопозидом (100 мкМ) и пак$

вированных каспаз, однако можно предполо$

литакселом (200 нМ) соответственно в течение

жить, что GAPDH играет роль в ликвидации

24 ч. При этом происходит пермеабилизация

MOMP в процессе анастаза. Все вышеперечис$

внешней мембраны большинства митохондрий

ленные факторы могут являться потенциальны$

(wMOMP), что было выявлено с помощью кон$

ми участниками механизмов анастаза, обеспе$

фокальной микроскопии клеток, экспрессиру$

чивающими удаление поврежденных митохонд$

ющих Cyt$c$GFP. После снятия апоптотическо$

рий и деградацию цитохрома с в цитозоле, а так$

го воздействия лишь малая часть клеток, пре$

же блокирующими реализацию митохондриаль$

терпевших wMOMP (2-5%), выживает и проли$

ного механизма апоптоза. Кроме того, важно от$

ферирует, а цитохром с в таких клетках снова ло$

метить, что некоторые типы клеток, например,

кализуется в митохондриях [27]. При iMOMP и

нейроны и кардиомиоциты, могут сохранять

wMOMP часть митохондрий сохраняют свою

жизнеспособность после микроинъекции ци$

структурную целостность и продолжают постав$

тохрома с в цитоплазму [31]. Это позволяет

лять энергию, необходимую для восстановления

предположить, что существуют механизмы дег$

клетки. В поздней стадии анастаза фрагменти$

радации цитохрома с без активации апоптоти$

рованные митохондрии способны сливаться и

ческого процесса.

восстанавливать свою нормальную морфологию

Восстановление клеток после MOMP воз$

[6, 12]. Однако для успешного протекания анас$

можно и in vivo: при сердечной недостаточности

таза клетке необходимо также ликвидировать

многие кардиомиоциты претерпевают выход

последствия MOMP: ингибировать цитозоль$

цитохрома с и активацию каспазы$3, однако в

ный цитохром с, устранить проапоптотические

этих клетках не выявлено конденсации хрома$

факторы и удалить поврежденные митохонд$

тина, блеббинга и фрагментации цитоплазмы,

рии.

как и других признаков позднего апоптоза [3].

В результате секвенирования РНК анастати$

Остановка каскада эффекторных каспаз. Кас$

ческих клеток культуры первичных гепатоцитов

кад эффекторных каспаз считается централь$

мыши было обнаружено значительное увеличе$

ным событием апоптотической гибели, процес$

ние экспрессии белков аутофагии ATG12 и

сом, к которому приводит большинство путей

SQSTM1 [28]. Возможно, аутофагия участвует в

инициации апоптоза. Активация эффекторных

ликвидации поврежденных митохондрий и ци$

каспаз долгое время считалась необратимой, так

тозольного цитохрома с в анастатических клет$

как они поддерживают апоптоз через положи$

ках. Известно, что ATG12 и SQSTM1 отвечают

тельные обратные связи [4].

за митофагию и регуляцию гомеостаза митохон$

Однако в настоящее время существуют дан$

дрий [29], а увеличение экспрессии ATG12 спо$

ные, подтверждающие возможность анастаза

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1349

даже после активации каскада эффекторных

ся от активированных каспаз, локализованных в

каспаз. Так, прижизненные наблюдения показа$

цитозоле. Конкретный механизм ликвидации

ли, что в клетках HeLa, экспрессирующих био$

каспаз неизвестен, как и неизвестно, насколько

сенсор к каспазе$3, происходит активация кас$

одинаковы механизмы выживания при анастазе

пазы$3 после индукции клеточной гибели путем

и сохранения жизнеспособности при физиоло$

инкубации с этанолом [6, 12]. При этом такие

гической неапоптотической активности каспаз.

клетки восстанавливали нормальную морфоло$

Среди предполагаемых путей можно отметить

гию и функциональное состояние после удале$

группу белков теплового шока. HSP27 связыва$

ния этанола из среды культивирования.

ется с прокаспазой 3 и препятствует ее актива$

Анастаз после активации каспаз был обна$

ции. HSP27, HSP70 и HSP90 могут подавлять

ружен не только in vitro, но и in vivo. Выявление

формирование апоптосомы и активацию каспа$

анастаза у лабораторных животных — техничес$

зы 9 [29]. Усиление экспрессии MDM2, убикви$

ки сложная задача, так как анастатические

тинлигазы, отправляющей p53 на протеасомную

клетки могут быть морфологически неотличи$

деградацию [34], характерно для анастатических

мы от окружающих нормальных клеток. Tang et

клеток. В результате снижается экспрессия про$

al. разработали биосенсор к эффекторным кас$

апоптотического белка BAX. Также MDM2 спо$

пазам (in vivo CaspaseTracker) для Drosophila,

собен активировать антиапоптотический белок

состоящий из двух компонентов [12]. Актива$

XIAP [35], что приводит к ингибированию ини$

ция каскада эффекторных каспаз в клетках с

циаторных и эффекторных каспаз [36]. В даль$

этим биосенсором вызывает временную

нейшем предстоит детально исследовать, какие

экспрессию первого компонента - красного

из этих процессов характеризуют анастаз, а ка$

флуоресцентного белка. Второй компонент

кие присущи нелетальным функциям апоптоти$

CaspaseTracker представляет собой зеленый

ческих процессов.

флуоресцентный ядерный маркер (nucGFP),

Репарация поврежденной ДНК. Важным

который постоянно экспрессируется после вре$

признаком поздних стадий апоптоза является

менной активации каскада каспаз в анастати$

разрушение ДНК. За этот процесс ответственны

ческих клетках и их потомках [12]. Также разра$

апоптотические нуклеазы, такие как AIF, CAD и

ботан биосенсор CasExpress, постоянно

ENDOG; эффекторные каспазы также расщеп$

экспрессирующий nucGFP после временной

ляют белок PARP, участвующий в репарации

активации каспазы$3 в клетках и их потомках,

ДНК.

аналогичный по своему действию второму

В последние годы стало известно, что анас$

компоненту CaspaseTracker [32]. Исследова$

таз может происходить даже на поздних стадиях

ния Drosophila melanogaster с биосенсором

клеточной гибели. Первичные гепатоциты мы$

CaspaseTracker продемонстрировали, что после

ши и фибробласты NIH3T3 после инкубации с

краткосрочного стрессового воздействия на

этанолом способны к анастазу, несмотря на вы$

животных (переохлаждение, голодание) проис$

ход AIF и ENDOG из митохондрий и расщепле$

ходит экспрессия зеленого и красного флуорес$

ние PARP [6]. В большинстве анастатических

центных белков в результате временной актива$

клеток наблюдаются разрывы ДНК и хромосом$

ции каспазы$3 в различных тканях, включая

ные аберрации, могут появляться микроядра,

яичники [12, 33]. Нужно отметить, что биосен$

некоторые клетки претерпевают опухолевую

соры были активированы как во время эмбрио$

трансформацию [6, 10, 28]. В клетках HeLa и

генеза дрозофилы, так и во взрослом организме

U2OS наблюдается увеличение числа разрывов

в различных тканях и органах, что может свиде$

ДНК после инкубации с индуктором апоптоза

тельствовать об участии временной активации

BH3$миметиком ABT$737 [10]. Авторы данного

каскада каспаз в процессе развития насекомого

исследования сделали вывод о том, что клетки с

[12, 32, 33].

повреждениями ДНК являются клетками, вос$

Таким образом, можно сделать вывод, что

становившими жизнеспособность после реали$

активация эффекторных каспаз не является точ$

зации определенных, но не всех событий апоп$

кой невозврата. Одним из объяснений такой об$

тоза. Это может означать, что такие клетки

ратимости апоптотических событий может быть

прошли анастаз.

предположение о том, что неполная MOMP

Если анастаз осуществляется даже на таких

(iMOMP или wMOMP) вызывает ограниченный

поздних стадиях клеточной гибели, то можно

уровень активации каспаз 9, 7 и 3, которого не$

предположить, что существуют пути ингибиро$

достаточно для полномасштабного осуществле$

вания разрушения ДНК, характерного для

ния гибели клетки, и жизнеспособность такой

позднего апоптоза. Конкретные механизмы

клетки может восстанавливаться [10]. Однако

этих путей неизвестны, однако многие анаста$

даже в этом случае клетке необходимо избавить$

тические факторы могут играть роль в процес$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1350

ЗАХАРОВ и др.

сах предотвращения повреждения ДНК. Одним

подробно описаны ниже в соответствующем

таким фактором является убиквитинлигаза

разделе.

MDM2: она вызывает деградацию опухолевого

Ликвидация экстернализованного фосфати5

супрессора p53 и, тем самым, подавляет ассоци$

дилсерина. Анастаз после экстернализации ФС

ированное с p53 развитие митохондриального

обнаружен in vitro в клетках карциномы молоч$

механизма апоптоза и соответствующее пов$

ной железы мыши MOD [38], первичных кардио$

реждение ДНК. Показано, что в анастатических

миоцитах мыши и клетках культуры HL1 [6, 12].

клетках уровень экспрессии MDM2 повышает$

Восстановление клеток после экстернализации

ся [28]. Также известно, что ингибитор нуклеа$

ФС также возможно in vivo. Фосфатидилсерин,

зы CAD (ICAD) и белок репарации ДНК PARP

меченный аннексином V, при индукции апопто$

играют роль в процессе анастаза: экспрессия

за ишемическим стрессом в кардиомиоцитах

ICAD и PARP возвращается к исходным пока$

мыши и кролика первоначально обнаруживался

зателям после удаления апоптотического сти$

на поверхности плазматической мембраны,

мула [6].

позднее - внутри выживших клеток в составе

Далее показано, что через 6 ч после снятия

везикул. В конечном итоге ФС не регистриро$

проапоптотического воздействия в первичных

вался на поверхности кардиомиоцитов, подвер$

гепатоцитах мыши наблюдается снижение

гавшихся ишемии [39]. Эти результаты свиде$

экспрессии генов, кодирующих различные гис$

тельствуют о возвращении ФС во внутренний

тоны (Hist1h2ah, Hist1h2ad, Hist1h2ai и др.) [28].

монослой плазматической мембраны и восста$

По мнению авторов, такое снижение экспрес$

новлении асимметричности распределения

сии генов гистонов в течение анастаза может

фосфолипидов, что говорит об обратимости

быть связано с ответом клетки на повреждение

ранних этапов апоптоза.

генома: недавнее исследование показало, что

Известно, что клетки, выжившие после вре$

деградация гистонов может сопутствовать и

менной индукции апоптоза, сохраняют ФС,

способствовать репарации ДНК [37].

экспонированный во внешнем монослое, толь$

Белок теплового шока HSP70 также может

ко в течение нескольких часов [6, 12]. Предпо$

играть роль в снижении повреждений ДНК в те$

лагается, что анастазирующим клеткам необхо$

чение анастаза. HSP70 способен взаимодейство$

димо избавиться от экстернализованного фос$

вать с AIF и ENDOG и, тем самым, препятство$

фатидилсерина, чтобы избежать фагоцитоза.

вать деградации ДНК [29], уровень экспрессии

Вероятно, ликвидация фосфатидилсерина из

HSP70 повышен в течение анастаза [28]. Также

внешнего монослоя плазматической мембраны

известно, что в ходе анастаза возрастает

является важной составляющей анастаза, хотя

экспрессия генов Btg1, Cdkn1a и Trp53inp1,

молекулярный механизм этого процесса остает$

участвующих в остановке клеточного цикла, это

ся неизвестным.

может способствовать репарации ДНК [28]. Ау$

Слияние апоптотических телец. Финальной

тофагия также может обеспечивать удаление не

стадией апоптоза является распад клетки на

только поврежденных митохондрий, но и пов$

апоптотические тельца с их последующим фаго$

режденных хромосом и микроядер в анастати$

цитозом. Однако есть данные, свидетельствую$

ческих клетках: экспрессия белков аутофагии

щие о том, что анастаз может протекать даже

ATG12 и SQSTM1 в первичных гепатоцитах мы$

после фрагментации клетки. Прижизненные

ши повышена через 3 ч и 6 ч после апоптоза [28].

наблюдения продемонстрировали, что после

В настоящее время остается неясным, какие

временной инкубации культуры HeLa со стау$

именно типы аутофагии (базовая, митофагия,

роспорином апоптотические тельца способны

нуклеофагия) могут участвовать в процессе

сливаться и образовывать клетки с морфологи$

анастаза.

ей, которая выглядит вполне нормальной [29].

Несмотря на работу систем репарации в те$

Фрагменты клеток легочной карциномы H446

чение анастаза, клетка не может восстановить

также могут сливаться после временной индук$

все повреждения ДНК. В подавляющем боль$

ции апоптоза воздействием этанола [12]. Анас$

шинстве изученных случаев в анастатических

татические клетки имели повышенное число

клетках наблюдается накопление разрывов

микроядер и хромосомных аберраций [6, 28].

ДНК, образование микроядер и другие призна$

Это свидетельствует о неспособности апоптоти$

ки генетических нарушений [5, 6, 9-11, 27]. Бо$

ческих телец с поврежденными хромосомами

лее того, в результате накопления повреждений

правильно соединяться с образованием одно$

ДНК опухолевые клетки могут становиться бо$

ядерной клетки, что, в свою очередь, может уси$

лее злокачественными, а нормальные клетки —

ливать анеуплоидию опухолевых клеток [6, 12].

претерпевать опухолевую трансформацию [6, 9,

В настоящее время механизмы слияния

10, 27]. Последствия анастаза, связанные с этим,

апоптотических телец и последующего восста$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1351

новления нормальной морфологии и функций

жет быть связано с высокой аффинностью

клетки остаются неизвестными. Как уже упо$

TNFα к его рецептору [40].

миналось, недавние исследования демонстри$

Анализ данных секвенирования РНК мето$

руют важную роль экспонирования фосфати$

дом главных компонент выявил различия в двух

дилсерина на внешнюю сторону плазматичес$

группах анастазирующих клеток: клеток через

кой мембраны в процессах слияния клеток, та$

1-4 ч после снятия проапоптотического воздей$

ких как образование миотубул, слияние пов$

ствия (ранняя фаза) и клеток через 8 и 12 ч

режденных аксонов и слияние макрофагов [29].

(поздняя фаза). Эти две группы значительно от$

Можно предположить, что апоптотические

личались друг от друга и от исходных клеток, не

тельца с экстернализованным ФС используют

подвергавшихся проапоптотическим воздей$

похожие механизмы для слияния и восстанов$

ствиям. Для сравнения транскрипции генов в

ления клетки.

ранней и поздней фазе анастаза была использо$

вана программа AutoSOME, анализ Gene

Ontology (GO) и анализ сигнальных путей на ос$

ЭТАПЫ АНАСТАЗА

нове Киотской энциклопедии генов и геномов

(KEGG). Обнаружено, что в ранней фазе анас$

Анастаз не является мгновенным событием.

таза усиливается экспрессия 1172 генов, вклю$

От удаления проапоптотического стимула до

чая следующие группы генов (по GO): «регуля$

восстановления нормального функционирова$

ция клеточного цикла», «регуляция пролифера$

ния и морфологии клетки проходит период вре$

ции», «регуляция клеточной гибели», «ответ на

мени, который возможно поделить на отдель$

клеточный стресс», «модификация хроматина»

ные этапы. В настоящее время материалов, зат$

и «регуляция транскрипции». Экспрессия генов

рагивающих проблему последовательности

последней группы («регуляция транскрипции»)

процессов анастаза, крайне мало. Sun et al. в

была значительно увеличена [40]. Кратковре$

2017 г. [40] провели исследование транскрипто$

менная инкубация клеток HeLa и U2OS с субле$

ма клеток HeLa в различные сроки после сня$

тальной дозой ингибитора транскрипции акти$

тия проапоптотического воздействия. Они выя$

номицина D сразу после удаления проапоптоти$

вили две фазы анастаза: раннюю пролифера$

ческого стимула значительно снижает число

тивную и позднюю миграционную фазы, отли$

восстановившихся клеток [6]. В совокупности

чающиеся группами экспрессируемых генов

эти данные подтверждают ключевую роль тран$

[40].

скрипции новых мРНК в анастазе. Также в ран$

Для индукции апоптоза клетки HeLa инку$

ней фазе анастаза повышена активность сиг$

бировали с 5%$ным этанолом в течение 3 ч. В

нальных путей, связанных с регуляцией клеточ$

культуре выявляли клетки с блеббингом, сжати$

ного цикла и выживанием клетки, таких как

ем цитоплазмы и выходом цитохрома с в цито$

TGFβ, MAPK и Wnt (по KEGG). Данные об уси$

золь. Oкрашивание флуоресцентным зондом к

лении экспрессии генов регуляции клеточного

каспазе$3 продемонстрировало ее активацию ~ в

цикла и активации пролиферации подтверж$

75% клеток. После замены культуральной среды

дают тот факт, что в течение ~11 ч после удале$

с этанолом на среду без этанола клетки восста$

ния проапоптотического стимула число клеток

новили нормальную уплощенную морфологию.

HeLa возрастало, а затем темпы роста популя$

Было произведено секвенирование РНК необ$

ции уменьшились [40].

работанных клеток, клеток после 3 ч инкубации

В поздней фазе анастаза усиливается экспрес$

с этанолом, а также клеток через 1, 2, 3, 4, 8 и

сия 759 генов из следующих групп (по GO): «про$

12 ч после прекращения инкубации с этанолом.

цессинг некодирующих РНК», «биогенез рибо$

Восстановление нормальной уплощенной мор$

сом» и «экспрессия генов»; также повышена ак$

фологии произошло уже через ~ 4 ч. Для про$

тивность посттранскрипционных процессов

верки результатов анализа транскриптома была

(транспорт РНК, процессинг белков и эндоци$

использована ПЦР в реальном времени с обрат$

тоз), формирования фокальных контактов и ре$

ной транскрипцией. Способность к анастазу и

гуляции актинового цитоскелета (по KEGG).

экспрессия генов также были исследованы в

Усиление экспрессии генов регуляции адгезии и

клетках HeLa после воздействия стауроспорина

актинового цитоскелета могут свидетельствовать

и после комбинированного воздействия TNFα и

о том, что клетки через 8-12 ч после начала вос$

циклогексимида, а также в клетках глиомы че$

становления способны к миграции. Данная ги$

ловека H4 после инкубации с этанолом. Необ$

потеза была подтверждена моделированием раны

ходимо отметить, что лишь 5,6% клеток восста$

in vitro: рана в монослое клеток в поздней фазе

новили нормальную жизнедеятельность после

анастаза закрылась быстрее, чем рана в монослое

инкубации с TNFα и циклогексимидом, что мо$

контрольных клеток. Также большинство анаста$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1352

ЗАХАРОВ и др.

зирующих клеток имело более продолговатую ве$

ПОСЛЕДСТВИЯ АНАСТАЗА

ретенообразную форму [40].

Часть генов ранней фазы анастаза также

Очевидным и важным последствием анаста$

экспрессируются и во время апоптоза. Это поз$

за является само выживание клетки, вступив$

воляет предположить, что клетка «рассчитывает

шей в апоптоз. С одной стороны, для опухоле$

на выживание». Накопление мРНК, необходи$

вых клеток такое восстановление может увели$

мых для анастаза, начинается еще до удаления

чить риск рецидива и развития устойчивости

апоптотического стимула, что объясняет быст$

после радиационной или химиотерапии. Для ус$

рое восстановление жизнедеятельности клетки.

пешного лечения злокачественных новообразо$

Одна из них, мРНК транскрипционного факто$

ваний необходимо дополнительное подавление

ра SNAIL, который имеет антиапоптотический

анастаза или новые методики, основанные на

эффект, может способствовать выживанию опу$

индукции неапоптотической клеточной гибели.

холевых клеток [41]. После индукции апоптоза

С другой стороны, анастаз в рамках терапии

инкубацией с этанолом и стауроспорином РНК$

нейродегенеративных заболеваний открывает

интерференция SNAIL препятствует восстанов$

новые механизмы сохранения и защиты ценных

лению клеток HeLa и приводит к повышенному

нервных клеток от гибели. Это касается и других

расщеплению PARP1 - белка, участвующего в

дегенеративных патологий. Не менее важным

репарации ДНК.

последствием анастаза является приобретение

В рамках работы Seervi et al. [27] был прове$

клетками новых, зачастую злокачественных

ден протеомный анализ клеток HeLa и MDA$

свойств. В результате повреждения ДНК апоп$

MB$231 после инкубации с паклитакселом и

тотическими нуклеазами нормальные клетки

этопозидом. Анализ результатов с использова$

могут претерпевать опухолевую трансформа$

нием системы классификации PANTHER пока$

цию, а уже имеющиеся опухоли — прогрессиро$

зал, что экспрессия белков трех сигнальных пу$

вать. Также анастаз может играть роль в метаста$

тей (ядерно$цитоплазматического транспорта,

зировании, образовании стволовых клеток опу$

сигнального пути Ras и Redox$пути) повышена

холей и приобретении лекарственной устойчи$

в анастатических клетках HeLa. Одним из клю$

вости после онкотерапевтических воздействий.

чевых белков ядерного экспорта является экс$

Анастаз вызывает повреждения ДНК, хромо5

портин 1 (XPO1). Лептомицин B (специфичес$

сомные аберрации и геномную нестабильность.

кий ингибитор XPO1) уменьшает число анаста$

Как уже было отмечено, анастаз может происхо$

тических клеток HeLa и MDA$MB$231, т.е. кле$

дить даже на поздних стадиях апоптоза, когда

ток, восстановивших жизнеспособность после

системы разрушения ДНК, такие как ENDOG и

активации апоптоза. Сайленсинг XPO1 вызыва$

CAD, уже задействованы, и начинается фраг$

ет схожий эффект — нарушение восстановления

ментации ядра и цитоплазмы. В большинстве

жизнеспособности апоптотических клеток. Эти

исследований, посвященных обратимости

данные подтверждают важную роль ядерно$ци$

апоптоза, в популяциях анастатических клеток

топлазматического транспорта в анастазе. Более

обнаружены разрывы ДНК, хромосомные абер$

того, ингибирование XPO1 существенно умень$

рации, мутации, анеуплоидия и появление кле$

шает устойчивость анастатических клеток к

ток с микроядрами.

повторному воздействию паклитакселом и это$

Индукция апоптоза с помощью этанола в

позидом, а также препятствует повышению их

культурах HeLa, первичных гепатоцитов мыши и

способности к миграции и инвазии. Основыва$

клеток культуры NIH3T3 приводит к увеличению

ясь на этих данных, можно предположить, что

числа клеток с микроядрами после снятия проа$

ингибирование ядерного экспорта предотвра$

поптотического воздействия, что является важ$

щает усиление злокачественности клеток в ре$

ным признаком повреждения ДНК и хромосом$

зультате анастаза.

ных аберраций [6]. После прекращения инкуби$

Важным фактом является то, что часть клеток

рования с этанолом также наблюдается увеличе$

может выжить в условиях проапоптотического

ние числа клеток с повреждениями ДНК; метод

стимула без инициации апоптоза. Анализ протео$

ДНК$комет подтверждает накопление множест$

ма данных клеток не выявил значительных отли$

ва одно$ и двунитевых разрывов. Еще одним пос$

чий в экспрессии белков от контрольной группы

ледствием проапоптотического воздействия эта$

[27]. Эти данные подтверждают, что в популяции

нолом является расщепление важного компо$

присутствуют клетки, устойчивые к проапопто$

нента системы репарации ДНК — PARP, что так$

тическому воздействию. В дальнейшем необхо$

же может способствовать накоплению поврежде$

димо более детальное исследование экспрессии

ний ДНК в анастатических клетках [6].

генов таких клеток для понимания механизмов

Обработка клеток глиобластомы человека

подобной резистентности (таблица).

LN18 и мезенхимальных эмбриональных фиб$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1353

Гены, экспрессия которых изменяется в процессе анастаза

№

Полное название гена

Обозначение гена

Изменение экспрессии

Ссылки

Подавление апоптоза

Mouse double minute 2

Mdm2

повышение

[28]

BCL2$associated athanogene 3

Bag3

повышение

[28]

Heat shock protein beta$1, HSP27 homolog

Hspb1

повышение

[28]

DnaJ (Hsp40) homolog, subfamily B, member 1

Dnajb1

повышение

[28]

Heat shock protein 1A, HSP70 homolog

HSPa1a

повышение

[28]

HSP90 homolog

HSP90aa1

повышение

[28]

Rac family small GTPase 2

RAC2

повышение

[27]

Rac family small GTPase 3

RAC3

повышение

[27]

Phosphatidylinositol 3$kinase regulatory subunit alpha

PIK3R1

повышение

[27]

Остановка клеточного цикла

B$cell translocation gene 1, anti$proliferative

Btg1

повышение

[28]

Cyclin$dependent kinase inhibitor 1

p21/Cdkn1a

повышение

[28]

Tumor protein p53$inducible nuclear protein 1

Trp53inp1

повышение

[28]

Компенсация повреждения ДНК

Histone cluster 1, H2ah histone

Hist1h2ah

понижение

[28]

Histone cluster 1, H2ad histone

Hist1h2ad

понижение

[28]

Histone cluster 1, H2ai histone

Hist1h2ai

понижение

[28]

Деградация поврежденных компонентов клетки

Autophagy related 12

Atg12

повышение

[28]

Sequestosome$1

Sqstm1

повышение

[28]

Регуляция транскрипции

Activating transcription factor 3

Atf3

повышение

[28, 40]

FBJ osteosarcoma oncogene

Fos

повышение

[28, 40]

FBJ osteosarcoma oncogene B

Fosb

повышение

[28, 40]

Jun oncogene

Jun

повышение

[28, 40]

Jun$B oncogene

Junb

повышение

[28, 40]

Ядерный транспорт

Exportin 1

XPO1

повышение

[27]

Nuclear transport factor 2

NUTF2

повышение

[27]

Ran$specific binding protein 1

RANBP1

повышение

[27]

Миграция и инвазия

Snail family transcriptional receptor 1

Snail1

повышение

[28]

Snail homolog 1

Snai1

повышение

[28]

Matrix metallopeptidase 9

Mmp9

повышение

[28]

Matrix metallopeptidase 10

Mmp10

повышение

[28]

Matrix metallopeptidase 13

Mmp13

повышение

[28]

Ангиогенез

Angiopoietin$like 4

Angptl4

повышение

[28]

Vascular endothelial growth factor A

Vegfa

повышение

[28]

Placenta growth factor

PGF

повышение

[40]

Ephrin B1

EFNB1

повышение

[40]

Ephrin B2

EFNB2

повышение

[40]

Ephrin type$A receptor 2

EPHA2

повышение

[40]

Ephrin type$B receptor 2

EPHB3

повышение

[40]

Примечание. Гены разделены на группы по их предполагаемым функциям. Данные получены на клетках культуры HeLa

[27, 40], HepG2 и первичных гепатоцитах мыши [28]. Результаты получены с помощью анализа протеома и подтверждены

методом ПЦР в реальном времени.

3 БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1354

ЗАХАРОВ и др.

робластов (MEF) in vitro сублетальными концен$

iMOMP, частичный выход цитохрома с в цито$

трациями TRAIL и FASLG (индукторами рецеп$

золь и повреждение ДНК. Эти нарушения мож$

тор$зависимого пути апоптоза), а также циспла$

но предотвратить с помощью повышенной

тином, который активирует ядерный механизм

экспрессии BCL$XL или воздействием Q$VD$

апоптоза, вызывает мутации в локусе фосфори$

OPh — ингибитора активации каспаз$3, 8 и 9.

бозилтрансферазы (HPRT) [11]. Фосфорилиро$

Сублетальная доза FASLG также приводит к

ванный гистон H2AX (γH2AX) является марке$

повреждению ДНК в клетках U2OS, и эти нару$

ром повреждений ДНК. Цитометрический ана$

шения генома могут быть предотвращены гипер$

лиз показал дозозависимое увеличение количе$

экспрессией BCL$XL или ингибированием кас$

ства клеток LN18 и MEF с внутриядерными фо$

паз [10].

кусами γH2AX после обработки всеми перечис$

Инкубация клеток с ABT$737 или экспрес$

ленными индукторами. Сайленсинг мРНК кас$

сия BID способствуют не только повреждению

пазы 8 или РНК$интерференция CAD предотв$

ДНК, но также хромосомным аберрациям и ге$

ращают повреждение ДНК и мутации HPRT.

номной нестабильности. Периодическая обра$

Это подтверждает ключевую роль каспаз и CAD

ботка клеток HeLa и U2OS сублетальными доза$

в дестабилизации генома анастатических клеток

ми ABT$737 или сублетальная экспрессия BID в

[11].

течение 5 или 10 пассажей приводит к значи$

Сразу после инкубации клеток HeLa и U2OS

тельному и дозозависимому увеличению числа

с BH3$миметиком ABT$737 было выявлено уве$

клеток с микроядрами. Повышение экспрессии

личение числа разрывов ДНК [10]. Как уже упо$

BCL$XL или ингибирование каспаз Q$VD$OPh

миналось, это показывает анализ фокусов

предотвращает появление микроядер, что подт$

γH2AX и метод ДНК$комет. Роль нуклеазы CAD

верждает роль iMOMP в развитии геномной

в повреждении ДНК при действии сублеталь$

нестабильности [10]. Воздействие сублетальны$

ных доз ABT$737 была проанализирована на

ми дозами ABT$737 также способствует ампли$

клетках HeLa и U2OS, в которых методом ре$

фикации генов in vitro в клетках протоковой аде$

дактирования генома CRISPR/Cas9 был создан

нокарциномы поджелудочной железы мыши

дефицит гена, кодирующего CAD. Для доказа$

(PDAC), иммортализованных эмбриональных

тельства участия каспазы$3 в повреждениях ге$

фибробластах мыши 3T3$SA и клетках фибро$

нома при воздействии сублетальными дозами

саркомы мыши WEHI$S. Гиперэкспрессия BCL$

ABT$737 были использованы клетки MCF$7 с

XL в этих клетках предотвращает амплифика$

делецией гена каспазы$3. Оказалось, что клетки

цию генов [10].

HeLa и U2OS, дефицитные по CAD, и клетки

Сублетальное облучение клеток может вы$

MCF$7 с делецией гена каспазы$3 устойчивы к

зывать повреждение ДНК с участием каспазы$3.

воздействию ABT$737, что еще раз подтвержда$

Liu et al. в 2015 г. [9] показали, что после радиа$

ет участие каскада каспаз и CAD в возникнове$

ционной обработки (ионизирующее излучение

нии повреждений ДНК. Важно отметить, что в

⁵⁶Fe) в клетках культуры MCF10A, IMR90 и пер$

этих экспериментах была показана корреляция

вичных эмбриональных фибробластах мыши

уровня повреждения ДНК со степенью iMOMP.

наблюдается повышение уровня γH2AX, и это

Это может свидетельствовать о связи между

увеличение коррелирует с количеством активи$

уровнем активности митохондриального меха$

рованной каспазы$3 и апоптотической нуклеа$

низма апоптоза и степенью повреждения ДНК в

зы ENDOG. Важно отметить, что число индуци$

клетках, восстановивших свою жизнеспособ$

рованных радиацией фокусов γH2AX повышено

ность, т.е. в анастатических клетках.

даже через 3 месяца после облучения. Нокдаун

Более того, было обнаружено, что сублеталь$

каспазы$3 значительно снижает уровень пов$

ные дозы ABT$737 могут вызывать повреждение

реждения ДНК, в то время как нокдаун каспазы

ДНК и in vivo: после инъекции мышам ABT$737

7 вызывает меньший эффект. Экспрессия белка

происходило увеличение числа γH2AX в клетках

p53 сохраняется на повышенном уровне в тече$

прямой кишки. При этом не наблюдалось уве$

ние 10 дней после облучения клеток, однако ос$

личения частоты апоптотической гибели.

тается неясным, как присутствие этого белка

Связь между восстановлением жизнеспособ$

связано с повреждением ДНК в анастатических

ности клеток после неполной пермеабилизации

клетках: нокдаун p53 не влияет на образование

наружной мембраны митохондрий и поврежде$

фокусов γH2AX [9].

нием генома была продемонстрирована также

После воздействия стауроспорином также,

на модифицированных клетках линии MelJuSo.

как и после облучения, наблюдается формиро$

В этих клетках можно индуцировать экспрес$

вание фокусов γH2AX в ядрах первичных эмб$

сию BID на разном уровне. Оказалось, что

риональных фибробластов мыши; нокдаун кас$

экспрессия сублетальной дозы BID индуцирует

пазы$3 почти полностью предотвращает данный

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1355

эффект [9]. Облучение мышей C57BL/6 вызыва$

клеток MCF10A к субстрат$независимому росту.

ет хромосомные аберрации в клетках костного

Такие данные в очередной раз подтверждают

мозга. Casp3^$/$ C57BL/6 мыши в меньшей степе$

важную роль каспазы$3 в опухолевой трансфор$

ни подвержены хромосомным аберрациям в ре$

мации клеток. Эти клетки после облучения так$

зультате облучения [9]. Это еще раз свидетель$

же образуют опухоли при инъекции в мышь

ствует об участии процессов обратимости апоп$

C57BL/6 Nude [9].

тоза в возникновении генетической нестабиль$

Ген MLL (KMT2A) смешанной лейкемии час$

ности клеток.

то подвергается перестройкам и является важ$

Существует одна положительная сторона по$

ным участником онкогенной программы для

вышения генетической нестабильности опухо$

различных типов лейкемии. Исторически счи$

левых клеток в результате анастаза: мутации мо$

талось, что мутации MLL связаны с терапией

гут привести к опухолевой прогрессии, однако

ингибиторами топоизомеразы II. Однако совре$

они также увеличивают число и разнообразие

менные исследования продемонстрировали воз$

неоантигенов опухоли. Согласно последним ис$

можное участие каскада каспаз в этом процессе:

следованиям, увеличение числа мутаций и нео$

ингибирование активности каспазы$3 и CAD

антигенов повышает вероятность распознава$

снижает частоту мутаций в локусе MLL [44].

ния злокачественных клеток иммунной систе$

Учитывая важную роль каспазы$3 и CAD в

мой и может повысить эффективность иммуно$

апоптозе, можно предположить, что анастаз

логических методов противоопухолевой тера$

также способствует онкогенным мутациям.

пии [42].

Индукция рецепторного пути апоптоза так$

Анастаз способствует опухолевой трансформа5

же может способствовать опухолевой прогрес$

ции и прогрессии. Значительное число недавних

сии. TRAILR используется в качестве мишени

исследований подтверждает, что клетки, выжив$

селективных противоопухолевых химиотера$

шие после сублетального воздействия множест$

пий, так как клетки многих типов опухолей име$

вом различных апоптотических индукторов,

ют повышенную экспрессию TRAILR. Совре$

претерпевают схожие изменения, связанные с

менные исследования показывают, что

повреждением ДНК: аккумулируют мутации,

TRAILR$сигналинг играет роль в опухолевой

амплифицированные гены и хромосомные

прогрессии [45]. В мышиных моделях рака лег$

аберрации. Геномная нестабильность может

кого и поджелудочной железы человека

приводить к опухолевой трансформации нор$

(NSCLC и PDAC) активация рецептора

мальных клеток и в сочетании со стимуляцией

TRAILR2 стимулирует пролиферацию, мигра$

эпителиально$мезенхимального перехода и ан$

цию и инвазию опухолевых клеток. Нокдаун

гиогенеза способствовать прогрессии злокаче$

Trail в модели аденокарциномы поджелудочной

ственных новообразований.

железы мыши увеличивает шансы на выжива$

Активация каспазы$3 играет важную роль в

ние животного и уменьшает частоту метастази$

опухолевом гомеостазе и прогрессии. Напри$

рования. Данные клинических исследований

мер, клетки рака прямой кишки HCT116 с нок$

подтверждают гипотезу о роли TRAILR в злока$

дауном каспазы$3 имеют существенно более

чественной трансформации и прогрессии опу$

низкую способность к субстрат$независимому

холей: высокая экспрессия TRAILR2 коррели$

росту, инвазии и формированию метастазов,

рует с низкой вероятностью выживания мышей

чем HCT116, содержащие функциональную

и развитием метастазов в случаях рака прямой

каспазу$3. Также нокдаун каспазы$3 увеличива$

кишки [45]. Это позволяет предположить, что

ет чувствительность к радиационной терапии

именно анастатические клетки, которые воз$

как in vitro, так и in vivo: темпы пролиферации

никли после индукции апоптоза за счет актива$

Casp3^$/$ HCT116 после облучения различными

ции рецепторного механизма с участием

дозами рентгеновского излучения значительно

TRAILR2, являются клеточными источниками

ниже, чем у HCT116 дикого типа [43].

более злокачественного и метастазирующего ти$

Клетки MCF10A, получившие сублетальную

па опухолей.

дозу радиации, приобретают способность к

Как и TRAILR, FAS может выполнять нес$

субстрат$независимому росту, что является важ$

колько онкогенных функций, включая стимуля$

ным признаком опухолевой трансформации.

цию пролиферации и миграции [46]. Ингибиро$

При этом клетки с повышенной активностью

вание сигнального пути FAS блокирует опухоле$

каспазы$3 с большей частотой формировали

вую трансформацию в различных мышиных мо$

субстрат$независимые колонии, чем клетки с

делях [47].

более низкой активностью данного фермента.

Примечательной особенностью анастаза яв$

РНК$интерференция и нокдаун гена каспазы$3

ляется то, что антиапоптотические факторы, не$

значительно снижают способность облученных

обходимые для выживания и восстановления

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1356

ЗАХАРОВ и др.

клетки, стимулируют эпителиально$мезенхи$

и способствует ангиогенезу путем стимуляции

мальный переход (ЭМП) [48]. ЭМП — смена

пролиферации и миграции клеток эндотелия

фенотипа клетки с эпителиального на мезенхи$

[50]. Экспрессия ангиопоэтин$подобного белка

мальный. Клетка теряет полярность, адгезию к

4 (ANGPL4) и фактора роста сосудов А (VEGFA)

соседним клеткам и приобретает способности к

также повышена в течение анастаза в культурах

миграции и инвазии, характерные для мезенхи$

клеток HepG2 и первичных гепатоцитах мыши

мальных клеток. ЭМП играет важную роль в за$

[28]. С одной стороны, стимуляция ангиогенеза

живлении ран и эмбриональном развитии, а

благоприятствует быстрому восстановлению

также участвует в прогрессии опухолей и мета$

тканей после ишемии или других повреждений.

стазировании.

Однако развитие новых кровеносных сосудов

Исследование транскриптома клеток HeLa в

также может способствовать злокачественной

разные промежутки времени в течение анастаза

трансформации и метастазированию опухоле$

[40] показало, что через 8-12 ч после снятия

вых клеток, и вместе с другими онкогенными

проапоптотического воздействия активны сиг$

последствиями анастаза создает крайне опасное

нальные пути, ассоциированные с формирова$

сочетание.

нием фокальных контактов и перестройкой ак$

Анастаз способствует приобретению лекар5

тинового цитоскелета [27, 40]. Помимо этого,

ственной устойчивости. Одним из важных послед$

экспрессия транскрипционного фактора

ствий повреждения ДНК, геномной неста$

SNAIL1, как уже упоминалось, значительно

бильности и увеличения частоты мутаций в ре$

увеличена и необходима для протекания анаста$

зультате анастаза является ускорение отбора

за в клетках HeLa [40]. SNAIL1 подавляет синтез

опухолевых клеток, устойчивых к лекарствен$

Е$кадгерина и тем самым стимулирует ЭМП.

ным воздействиям. Так, после индукции апоп$

Сигнальные пути TGFβ, Ras/MAPK и Wnt также

тоза этопозидом и паклитакселом клетки HeLa

активны на ранней стадии анастаза; все эти пу$

и MDA$MB$231 становятся более устойчивыми

ти ассоциированы не только с выживанием, но

к повторному воздействию — доля выживших

и с ЭМП. Экспрессия матричных металлопроте$

анастатических клеток выше на 15-30% [27];

аз MMP9, MMP10, MMP13 - ферментов, необ$

это свидетельствует о возникновении лекар$

ходимых для преодоления клеткой базальной

ственной устойчивости к этопозиду и паклитак$

мембраны в процессе инвазии, - увеличена в

селу. Культивирование клеток лимфомы мыши

поздней стадии анастаза [28, 40]. Таким обра$

LyBcl2$6 и LyBcl2$9 с периодической обработ$

зом, анастаз способен стимулировать ЭМП и

кой BH$3$миметиком ABT$199 (также известен

способствовать метастазированию клеток ново$

как венетоклакс) приводит к приобретению ус$

образований.

тойчивости к воздействию ABT$199 и частичной

Анастаз может благоприятствовать транс$

устойчивости к другим противоопухолевым

формации клеток опухолей в опухолевые ство$

препаратам; мутации в семействе генов Bcl2

ловые клетки. Опухолевые стволовые клетки

предотвращают связывание белка с BH$3$миме$

более устойчивы к лекарственным воздействиям

тиком. Можно предположить, что повреждение

и часто являются причиной рецидивов новооб$

ДНК и аккумуляция мутаций в результате суб$

разований. Недавнее исследование продемон$

летального проапоптотического воздействия

стрировало повышенную экспрессию маркера

ABT$199 способствует приобретению лекар$

стволовости CD44 в некоторых анастатических

ственной устойчивости к данному препарату

клетках рака молочной железы MCF$7, T47D и

[51]. После длительного воздействия TRAIL

MDA$MB$231 in vitro и in vivo. Предварительное

клетки Bax^-/- HCT116 теряют чувствительность

подавление или стимуляция метилирования

к TRAIL в результате снижения экспрессии

ДНК нарушает стволовую трансформацию ра$

TRAILR и приобретают устойчивость к комби$

ковых клеток, что свидетельствует о важной ро$

нированному воздействию TRAIL и бортезоми$

ли эпигенетической регуляции в этом процессе

ба или MG$132 [52].

[49].

Учитывая результаты данных исследований,

Известно, что в ходе анастаза происходит

можно предположить, что вне зависимости от

увеличение продукции факторов ангиогенеза

выбранного апоптотического индуктора анас$

[28, 40]. Экспрессия ангиогенных факторов се$

таз может способствовать развитию лекар$

мейства эфринов (EFNB1, EFNB2) и их рецеп$

ственной устойчивости. Важно отметить, что

торов значительно увеличена в течение анастаза

возможно появление не только специфической

в клетках HeLa [40]. Экспрессия фактора роста

устойчивости к противоопухолевому агенту, но

плаценты (PGF) значительно повышена на про$

и потеря чувствительности к некоторым ком$

тяжении суток после индукции апоптоза в клет$

бинированным терапиям. Таким образом,

ках HeLa. PGF связывается с рецептором VEGF

анастаз может явиться еще одним механизмом

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1357

Позитивные и негативные последствия обратимости апоптоза. Представлены доказанные экспериментально и предпола$

гаемые физиологические функции анастаза, а также его патологические эффекты. (С цветным вариантом рисунка мож$

но ознакомиться в электронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/journal/biokhsm/)

развития множественной лекарственной ус$

ваний, полученных в последние годы, ставит

тойчивости (МЛУ) опухолевых клеток. Так как

под сомнение существование такой универсаль$

приобретение лекарственной устойчивости

ной «точки». Обратимость отдельных апоптоти$

после периода противоопухолевой химиотера$

ческих событий в рамках апоптоза и анастаз в

пии играет ключевую роль в рецидивах новооб$

целом обнаружены в разнообразных модельных

разований, исследование роли анастаза в фор$

системах как in vitro, так и in vivo; также наблю$

мировании такой устойчивости требует самого

дается обратимость апоптоза, протекающего по

пристального внимания и более широкого ис$

различным механизмам инициации, включая

следования.

рецептор$зависимый [4, 25, 26], митохондри$

альный [9, 10], ядерный [9, 26, 27] и с участием

стресса ЭПР [10]. Обнаружено, что выживание

На протяжении длительного времени апоп$

клетки возможно даже на поздних стадиях апоп$

тоз считался необратимым процессом. Относи$

тоза, несмотря на пермеабилизацию внешней

тельно недавно появились данные о возможнос$

мембраны митохондрий [4, 10, 25-27], разруше$

ти выживания клеток после инициации апопто$

ние ДНК апоптотическими нуклеазами [5, 6,

за [5, 6]. В различных работах были предприня$

9-11, 27] и распад клетки на апоптотические

ты попытки найти «точку невозврата» — апоп$

тельца [29].

тотическое событие, после которого клетка не$

Возможно, мы получим более полное пони$

минуемо погибает. Обилие результатов исследо$ мание апоптоза и анастаза, если будем рассмат$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1358

ЗАХАРОВ и др.

ривать обратимый апоптотический процесс как

Временная активация апоптотических кас$

взаимодействие проапоптотических и анти$

паз возможна и в половых клетках D. melano'

апоптотических сигналов. Недавние исследова$

gaster in vivo после переохлаждения или голода$

ния подтверждают, что синтез мРНК некоторых

ния животных [12]. Вероятно, анастаз служит

факторов выживания, необходимых для анаста$

механизмом усиления мутагенеза в ответ на

за, начинается еще во время воздействия апоп$

внешний стресс, что, в свою очередь, может

тотическим стимулом [28, 40] — таким образом

способствовать ускорению отбора более при$

клетка «готовится» выжить. Если апоптотичес$

способленных организмов. Однако геномная

кий стимул достаточно силен и продолжителен,

нестабильность, ассоциированная с анастазом,

возможна устойчивая активация проапоптоти$

также может являться причиной появления ге$

ческих сигналов, запуск положительных обрат$

нетических заболеваний (рисунок).

ных связей и быстрое завершение апоптоза. Ес$

ли апоптотический стимул оказывается крат$

Как и проблема анастаза, обратимость не$

ковременным или сублетальным, клетка может

апоптотических видов клеточной гибели на дан$

инициировать апоптоз, но не достичь необходи$

ный момент исследована недостаточно. Лишь в

мого уровня проапоптотических сигналов —

последние годы были опубликованы данные,

апоптотического плато [4]. Неустойчивый ба$

свидетельствующие о возможности выживания

ланс проапоптотических и антиапоптотических

клеток после инициации ферроптоза [14], нек$

факторов может сместиться как в сторону гибе$

роптоза и пироптоза [13]. Дальнейшее изучение

ли, так и в сторону выживания.

обратимости неапоптотических видов клеточ$

Возникает вопрос, может ли анастаз, как и

ной гибели расширит понимание физиологичес$

отдельные апоптотические события, играть роль

ких процессов, ассоциированных с этими типа$

в физиологических процессах? Апоптотические

ми гибели клеток, и положит основы для разра$

каспазы, чья активность не приводит к запуску

ботки новых методов терапии заболеваний, свя$

гибели клеток, принимают участие в развитии и

занных с гибелью или выживанием клеток.

регенерации многих тканей, таких как волокна

хрусталика, форменные элементы крови, кост$

ная ткань. Также активность каспаз важна при

Финансирование. Работа выполнена при фи$

развитии и дифференцировке нервной ткани и в

нансовой поддержке гранта РФФИ

осуществлении функциональной активности

(19$015$0023).

центральной нервной системы [7]. Анастаз в со$

Конфликт интересов. Авторы заявляют об от$

четании с компенсаторной пролиферацией мо$

сутствии конфликта интересов.

жет служить механизмом восстановления после

Соблюдение этических норм. Настоящая

повреждения тканей организма. Этим же целям

статья не содержит описания выполненных ав$

может служить анастаз в сочетании с аутофаги$

торами исследований с участием людей или ис$

ей (рисунок).

пользованием животных в качестве объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Galluzzi, L., Vitale, I., Aaronson, S. A., Abrams, J. M.,

Talbot Jr., C. C., Lau, W. K., Montell, D. J., and Fung, M. C.

Adam, D., et al. (2018) Molecular mechanisms of cell

(2012) Cell survival, DNA damage, and oncogenic trans$

death: recommendations of the Nomenclature Committee

formation after a transient and reversible apoptotic

on Cell Death, Cell Death. Differ.,

25,

486$541,

response, Mol. Biol. Cell, 23, 2240$2252, doi: 10.1091/

doi: 10.1038/s41418$017$0012$4.

mbc.E11$11$0926.

Savitskaya, M. A., and Onishchenko, G. E.

(2015)

7. Shalini, S., Dorstyn, L., Dawar, S., and Kumar, S. (2015)

Mechanisms of apoptosis, Biochemistry (Moscow), 80,

Old, new and emerging functions of caspases, Cell Death

1613$1627, doi: 10.1134/S0006297915110012.

Differ., 22, 526$539, doi: 10.1038/cdd.2014.216.

Narula, J., Haider, N., Arbustini, E., and Chandrashekhar, Y.

8. Espinosa$Oliva, A. M., Garc a$Revilla, J., Alonso$Bellido,

(2006) Mechanisms of disease: apoptosis in heart failure -

I. M., and Burguillos, M. A. (2019) Brainiac caspases:

seeing hope in death, Nat. Clin. Pract. Cardiovasc. Med., 3,

beyond the wall of apoptosis, Front. Cell Neurosci., 13, 500,

681$688, doi: 10.1038/ncpcardio0710.

doi: 10.3389/fncel.2019.00500.

Albeck, J. G., Burke, J. M., Aldridge, B. B., Zhang, M.,

9. Liu, X., He, Y., Li, F., Huang, Q., Kato, T. A., Hall, R. P.,

Lauffenburger, D. A., and Sorger, P. K. (2008) Quantitative

and Li C.$Y. (2015) Caspase$3 promotes genetic instability

analysis of pathways controlling extrinsic apoptosis in single

and carcinogenesis, Mol. Cell, 58, 284$296, doi: 10.1016/

cells, Mol. Cell, 30, 11$25, doi: 10.1016/j.molcel.2008.02.012.

j.molcel.2015.03.003.

Tang, H. L., Yuen, K. L., Tang, H. M., and Fung, M. C.

10. Ichim, G., Lopez, J., Ahmed, S. U., Muthalagu, N.,

(2009) Reversibility of apoptosis in cancer cells, Br. J.

Giampazolias, E., et al. (2015) Limited mitochondrial per$

Cancer, 100, 118$122, doi: 10.1038/sj.bjc.6604802.

meabilization causes DNA damage and genomic in$stabil$

Tang, H. L., Tang, H. M., Mak, K. H., Hu, S., Wang, S. S.,

ity in the absence of cell death, Mol. Cell, 57, 860$872,

Wong, K. M., Wong, C. S. T., Wu, H. Y., Law, H. T., Liu, K.,

doi: 10.1016/j.molcel.2015.01.018.

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ОБРАТИМОСТЬ АПОПТОЗА

1359

11.

Lovric, M. M., and Hawkins, C. J. (2010) TRAIL treat$

27.

Seervi, M., Sumi, S., Chandrasekharan, A., Sharma, A. K.,

ment provokes mutations in surviving cells, Oncogene, 29,

and Santhosh$Kumar, T. R. (2019) Molecular profiling of

5048$5060, doi: 10.1038/onc.2010.242.

anastatic cancer cells: potential role of the nuclear export

12.

Tang, H. L., Tang, H. M., Marie Hardwick, J., and Fung,

pathway, Cell Oncol., 42, 645$661, doi: 10.1007/s13402$

M. C. (2015) Strategies for tracking anastasis, a cell sur$

019$00451$1.

vival phenomenon that reverses apoptosis, J. Vis. Exp., 16,

28.

Tang, H. M., Talbot, Jr., C. C., Fung, M. C., and Tang, H.

1$13, doi: 10.3791/51964.

L. (2017) Molecular signature of anastasis for reversal of

13.

Gong, Y. N., Crawford, J. C., Heckmann, B. L., and

apoptosis, F1000Research,

43, doi:

10.12688/

Green, D. R. (2019) To the edge of cell death and back,

f1000research.10568.1.

FEBS J., 286, 430$440, doi: 10.1111/febs.14714.

29.

Tang, H. M., and Tang, H. L. (2018) Anastasis: recovery

14.

Tang, H. M., and Tang, H. L. (2019) Cell recovery by

from the brink of cell death, R. Soc. Open Sci., 5, 180442,

reversal of ferroptosis, Biol. Open,

1$10,

doi: 10.1098/rsos.180442.

doi: 10.1242/bio.043182.

30.

Colell, A., Ricci, J.$E., Tait, S., Milasta, S., Maurer, U., et al.

15.

Shlomovitz, I., Speir, M., and Gerlic, M. (2019) Flipping

(2007) GAPDH and autophagy preserve survival after apop$

the dogma - phosphatidylserine in non$apoptotic cell

totic cytochrome c release in the absence of caspase activa$

death, Cell Commun. Signal., 17, 139, doi: 10.1186/s12964$

tion, cell, 129, 983$997, doi: 10.1016/j.cell.2007.03.045.

019$0437$0.

31.

Potts, M. B., Vaughn, A. E., McDonough, H., Patterson, C.,

16.

Rote, N. S., Ng, A. K., Dostal$Johnson, D. A., Nicholson,

and Deshmukh, M. (2005) Reduced Apaf$1 levels in car$

S. L., and Siekman, R. (1993) Immunologic detection of

diomyocytes engage strict regulation of apoptosis by

phosphatidylserine externalization during thrombin$

endogenous XIAP, J. Cell Biol.,

171,

925$930,

induced platelet activation, Clin. Immunol. Immunopathol.,

doi: 10.1083/jcb.200504082.

66, 193$200, doi: 10.1006/clin.1993.1025.

32.

Ding, A. X., Sun, G., Argaw, Y. G., Wong, J. O., Easwaran, S.,

17.

Boyle, E. M., Pohlman, T. H., Cornejo, C. J., and Verrier,

and Montell, D. J. (2016) CasExpress reveals widespread and

E. D. (1996) Endothelial cell injury in cardiovascular

diverse patterns of cell survival of caspase$3 activation during

surgery: ischemia$reperfusion, Ann. Thor. Surg., 62, 1868$

development in vivo, Elife, 5, 1$20, doi: 10.7554/eLife.10936.

1875, doi: 10.1016/s0003$4975(96)00950$2.

33.

Tang, H. M., Fung, M. C., and Tang, H. L. (2018)

18.

Riedl, S., Rinner, B., Asslaber, M., Schaider, H., Walzer, S.,

Detecting anastasis in vivo by caspase$tracker biosensor,

Novak, A., Lohner, K., and Zweytick, D. (2011) In search

J. Vis. Exp., 132, 54107, 1$12, doi: 10.3791/54107.

of a novel target - phosphatidylserine exposed by non$

34.

Haupt, Y., Maya, R., Kazaz, A., and Oren, M. (1997)

apoptotic tumor cells and metastases of malignancies with

Mdm2 promotes the rapid degradation of p53, Nature,

poor treatment efficacy, Biochim. Biophys. Acta, 1808,

387, 296$299, doi: 10.1038/387296a0.

2638$2645, doi: 10.1016/j.bbamem.2011.07.026.

35.

Gu, L., Zhu, N., Zhang, H., Durden, D. L., Feng, Y., and

19.

Van den Eijnde, S. M., van den Hoff, M. J.,

Zhou, M. (2009) Regulation of XIAP translation and

Reutelingsperger, C. P., van Heerde, W. L., Henfling, M. E.,

induction by MDM2 following irradiation, Cancer Cell, 15,

Vermeij$Keers, C., Schutte, B., Borgers, M., and

363$375, doi: 10.1016/j.ccr.2009.03.002.

Ramaekers, F. C. (2001) Transient ex$pression of phos$

36.

Flanagan, L., Sebastià, J., Tuffy, L. P., Spring, A.,

phatidylserine at cell$cell contact areas is required for

Lichawska, A., Devocelle, M., Prehn, J. H. M., and Rehm, M.

myotube formation, J. Cell. Sci., 114 (Pt. 20), 3631$3642.

(2010) XIAP impairs Smac release from the mitochondria

20.

Vogt, E., Ng, A. K., and Rote, N. S. (1996) A model for the

during apoptosis, Cell Death Dis.,

1$13,

antiphospholipid antibody syn$drome: monoclonal

doi: 10.1038/cddis.2010.26.

antiphosphatidylserine antibody induces intrauterine

37.

Hauer, M. H., Seeber, A., Singh, V., Thierry, T., Sack, R.,

growth restriction in mice, Am. J. Obstet. Gynecol., 174,

Amitai, A., Kryzhanovska, M., Eglinger, J., Holcman, D.,

700$777, doi: 10.1016/s0002$9378(96)70453$2.

Owen$Hughes, T., and Gasser, S. M. (2017) Histone

21.

Charras, G., and Paluch, E. (2008) Blebs lead the way: how

degradation in response to DNA damage enhances chro$

to migrate without lamellipodia, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol.,

matin dynamics and recombination rates, Nat. Struct. Mol.

9, 730$736, doi: 10.1038/nrm2453.

Biol., 24, 99$107, doi: 10.1038/nsmb.3347.

22.

Khajah, M. A., and Luqmani, Y. A. (2016) Involvement of

38.

Geske, F. J., Lieberman, R., Strange, R., and Gerschenson, L.

membrane blebbing in immunological disorders and can$

E. (2001) Early stages of p53$induced apoptosis are reversible,

cer, Med. Princ. Pract., 25 Suppl. 2, 18$27, doi: 10.1159/

Cell Death Differ., 8, 182$191, doi: 10.1038/sj.cdd.4400786.

000441848.

39.

Kenis, H., Zandbergen, H. R., Hofstra, L., Petrov, A. D.,

23.

Aram, L., Yakobi$Sharon, K., and Arama, E. (2017)

Dumont, E. A., Blankenberg, F. D., Haider, N., Bitsch, N.,

CDPs: caspase$dependent non$lethal cellular processes,

Gijbels, M., Verjans, J. W. H., Narula, N., Narula, J., and

Cell Death Differ., 24, 1307$1310, doi: 10.1038/cdd.

Reutelingsperger, C. P. M. (2010) Annexin A5 uptake in

2017.111.

ischemic myocardium: demonstration of reversible phos$

24.

Green, D. R., Goldstein, J. C., Waterhouse, N. J., Juin, P.,

phatidylserine externalization and feasibility of radionu$

and Evan, G. I. (2000) The coordinate release of

clide imaging, J. Nucl. Med., 51, 259$267, doi: 10.2967/

cytochrome c during apoptosis is rapid, complete and

jnumed.109.068429.

kinetically invariant, Nat. Cell. Biol.,

156$162,

40.

Sun, G., Guzman, E., Balasanyan, V., Conner, C. M.,

doi: 10.1038/35004029.

Wong, K., Zhou, H. R., Kosik, K. S., and Montell, D. J.

25.

Xu, Y., Surman, D. R., Diggs, L., Xi, S., Gao, S., et al.

(2017) A molecular signature for anastasis, recovery from

(2020) Bile acid$induced “Minority MOMP” promotes

the brink of apoptotic cell death, J. Cell Biol., 216, 3355$

esophageal carcinogenesis while maintaining apoptotic

3360, doi: 10.1083/jcb.201706134.

resistance via Mcl$1, Oncogene,

39,

877$890,

41.

Wan, Z., Pan, H., Liu, S., Zhu, J., Qi, W., Fu, K., Zhao, T.,

doi: 10.1038/s41388$019$1029$6.

and Liang, J. (2015) Downregulation of SNAIL sensitizes

26.

Tait, S. W. G., Parsons, M. J., Llambi, F., Bouchier$Hayes, L.,

Hepatocellular carcinoma cells to TRAIL$induced apop$

Connell, S., Muñoz Pinedo, C., and Green, D. R. (2010)

tosis by regulating the NF$κB pathway, Oncol. Rep., 33,

Resistance to caspase$independent cell death requires per$

1560$1566, doi: 10.3892/or.2015.3743.

sistence of intact mitochondria, Dev. Cell., 18, 802$813,

42.

Germano, G., Lamba, S., Rospo, G., Barault, L., Magr , A.,

doi: 10.1016/j.devcel.2010.03.014.

et al. (2017) In$activation of DNA repair triggers neoanti$

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1360

ЗАХАРОВ и др.

gen generation and impairs tumour growth, Nature, 552,

48. Chakraborty, S., Mir, K. B., Seligson, N. D., Nayak, D.,

1$5, doi: 10.1038/nature24673.

Kumar, R., and Goswami, A. (2020) Integration of EMT

43.

Zhou, M., Liu, X., Li, Z., Huang, Q., Li, F., and Li, C.$Y.

and cellular survival instincts in reprogramming of pro$

(2018) Caspase$3 regulates the migration, invasion and

grammed cell death to anastasis, Cancer Metastasis Rev.,

metastasis of colon cancer cells, Int. J. Cancer, 143, 921$

39, 553$566, doi: 10.1007/s10555$020$09866$x.

930, doi: 10.1002/ijc.31374.

49. Xu, Y., So, C., Lam, H. M., Fung, M. C., and Tsang, S. Y.

44.

Betti, C. J., Villalobos, M. J., Diaz, M. O., and Vaughan,

(2018) Apoptosis reversal promotes cancer stem cell$like

A. T. M. (2003) Apoptotic stimuli initiate MLL$AF9

cell formation, neoplasia (United States), 20, 295$303,

translocations that are transcribed in cells capable of divi$

doi: 10.1016/j.neo.2018.01.005.

sion, Cancer Res., 63, 1377$1381.

50. De Falco, S. (2012) The discovery of placenta growth fac$

45.

Von Karstedt, S., Conti, A., Nobis, M., von Karstedt, S.,

tor and its biological activity, Exp. Mol. Med., 44, 1$9,

Conti, A., et al. (2015) Cancer cell$autonomous TRAIL$R

doi: 10.3858/emm.2012.44.1.025.

signaling promotes KRAS$Driven cancer progression,

51. Fresquet, V., Rieger, M., Carolis, C., Garc a Barchino, M. J.,

invasion, and metastasis, Cancer Cell, 27, 561$573,

and Martinez$Climent, J. A. (2014) Acquired mutations in

doi: 10.1016/j.ccell.2015.02.014.

BCL2 family proteins conferring resistance to the BH3

46.

Peter, M. E., Hadji, A., Murmann, A. E., Brockway, S.,

mimetic ABT$199 in lymphoma, Blood, 123, 4111$4119,

Putzbach, W., Pattanayak, W., and Ceppi, P. (2015) The

doi: 10.1182/blood$2014$03$560284.

role of CD95 and CD95 ligand in cancer, Cell Death Differ.,

52. Somasekharan, S. P., Koc, M., Morizot, A., Micheau, O.,

22, 549$559, doi: 10.1038/cdd.2015.3.

Sorensen, P. H. B., Gaide, O., Andera, L., and Martinou,

47.

Hadji, A., Ceppi, P., Murmann, A. E., Hadji, A., Ceppi, P.,

J.$C. (2013) TRAIL promotes membrane blebbing,

et al. (2014) Death induced by CD95 or CD95 ligand elim$

detachment and migration of cells displaying a dysfunc$

ination, Cell Rep, 7, 208$222, doi: 10.1016/j.celrep.

tional intrinsic pathway of apoptosis, Apoptosis, 18, 324$

2014.02.035.

336, doi: 10.1007/s10495$012$0782$6.

THE PROBLEM OF APOPTOTIC PROCESSES REVERSIBILITY

Review

I. I. Zakharov, М. А. Savitskaya, and G. E. Onischenko*

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology, 119234 Moscow, Russia; E'mail: galina22@mail.ru

Received July 10, 2020

Revised July 23, 2020

Accepted July 23, 2020

Apoptosis is the best understood variant of regulated cell death, which has been considered irreversible for a long time.

To date, an increasing amount of data has been accumulating indicating that key events of apoptosis, such as the exter$

nalization of phosphatidylserine, mitochondrial outer membrane permeabilization, caspase activation, DNA dam$

age, and cytoplasmic blebbing are not irreversible and can be involved in the normal cell functioning not associated

with the induction of apoptosis. Anastasis - cell recovery after induction of apoptosis - can occur following elimina$

tion of proapoptotic stimuli. This can facilitate survival of damaged or tumor cells. This review describes key process$

es of apoptosis, which do not necessarily lead to cell death during normal cell activity as well as anastasis.

Understanding mechanisms and consequences of apoptotic processes reversibility, on the one hand, could contribute

to the improvement of existing therapeutic approaches for various diseases, including malignant neoplasms, and, on

the other hand, could open up new possibilities for protecting cellular elements of tissues and organs from death dur$

ing treatment of degenerative pathologies.

Keywords: apoptosis, apoptosis reversibility, anastasis, caspase activation, MOMP, PS externalization, blebbing

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020