БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 10, с. 1323 - 1330

УДК 577.24

ПРОГРАММИРУЕМАЯ ГИБЕЛЬ КЛЕТОК:

ИСТОРИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ ИЗ РОССИИ

Мини обзор

Б. Животовский^1,2

¹ Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,

факультет фундаментальной медицины,119991 Москва, Россия

² Институт медицины окружающей среды, Каролинский институт,

Стокгольм, Швеция; электронная почта: boris.zhivotovsky@ki.se

Поступила в редакцию 12.07.2020

После доработки 12.07.2020

Принята к публикации 16.07.2020

Исследование механизмов гибели клеток - одна из наиболее быстро развивающихся областей современной

биомедицины. Особый интерес к этой проблеме возник в 1972 г. после опубликования статьи Kerr, Wyllie и

Currie, в которой апоптоз, один из типов гибели клеток, впервые был рассмотрен как базовый биологичес"

кий феномен, регулирующий гомеостаз тканей. Несколько российских групп, занимавшихся изучением

механизмов индуцируемой радиацией гибели клеток, обратили внимание на схожесть между этими двумя

механизмами. По некоторым объективным причинам эти работы долгое время нe были доступны мировой

общественности. В настоящем введении предпринята попытка восстановить цепь событий минувших дней.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: апоптоз, радиация, митохондрии, нуклеазы, протеазы.

DOI: 10.31857/S0320972520100012

К.П. Хансон (1936-2005)

Моему учителю посвящается!

То, что верно для бактерий, верно и для слона.

Жак Моно

ВВЕДЕНИЕ

ность моему Учителю и другу профессору Кайдо

Хансону. Он учил тому, как надо относиться к

У этих исторических заметок две цели. Пер"

научному исследованию, как не надо бояться

вая - никогда непроходящая память и благодар" сложностей и как надо критически смотреть на

1323

1324

ЖИВОТОВСКИЙ

результаты. Мне трудно судить о том, пол"

филогенетическую [6]. Saunders первым пришел

ностью ли я выполнял его наставления, но абсо"

к мысли о том, что гибель клеток в эмбриогене"

лютно честно скажу, что очень старался. Вторая

зе и морфогенезе может происходить в результа"

цель - рассказать молодому поколению иссле"

те активации генетической программы, запуска"

дователей историю развития такого важного ме"

емой особыми как внутритканевыми, так и

дико"биологического направления, как прог"

внешними сигналами [7]. Однако первым, кто

раммируемая гибель клеток, и о роли российс"

экспериментально подтвердил генетическую де"

ких исследователей в его разработке. Дело в том,

терминированность гибели клеток и то, что этот

что не только до, но и сразу после появления в

процесс может быть не случайным, а регулируе"

1972 г. принципиально важной для данной об"

мым, был Richard Lockshin. На примере дегене"

ласти знаний статьи Kerr, Wyllie и Currie [1], нес"

рации межсегментальных мышц шелкопряда им

колько российских групп стали очень серьезно

было установлено наличие процесса «програм"

заниматься изучением механизмов индуцируе"

мируемой гибели клеток» и введен в практику

мой радиацией гибели клеток. Основная часть

этот термин [8]. В 1972 г. Kerr, Wyllie и Currie [1]

полученных в этих исследованиях результатов

опубликовали статью, которая привлекла прис"

была опубликована на русском языке и, по изве"

тальное внимание многих исследователей к дан"

стным причинам, долгое время они нe были

ной проблеме. Авторы предложили рассматри"

доступны мировой общественности. Впослед"

вать апоптоз, генетически запрограммирован"

ствии некоторые из них были переведены, опуб"

ный тип гибели, как важное биологическое яв"

ликованы в международных журналах и призна"

ление, регулирующее гомеостаз тканей. Как

ны зарубежными коллегами. Так, в статье, напи"

сказано выше, задолго до появления этой важ"

санной одним из пионеров исследования апоп"

ной публикации и, соответственно, резко воз"

тоза A. Wyllie, среди ведущих мировых лаборато"

росшему интересу к данному вопросу, в литера"

рий, работающих в области апоптоза, была от"

туре имелись отдельные статьи на эту тему. Так,

мечена наша лаборатория радиобиологии в Ле"

еще в 1950"е гг. особенное внимание уделялось

нинграде [2]. Сейчас, почти 50 лет спустя, очень

изучению радиационно"индуцируемой гибели

хочется восстановить цепь событий минувших

клеток. В радиобиологии было принято разли"

дней. Итак...

чать два типа клеточной гибели: репродуктив"

ный и интерфазный. Первый - связывали с ми"

тотическим циклом и потерей клетки способ"

КАК ЭТО БЫЛО?

ности к делению. Второй, наоборот, происходил

до вступления клетки в митоз и не связывался с

Известно, что все биологические организ"

циклом деления. Поэтому его называли «неми"

мы, как одноклеточные, так и многоклеточные,

тотической», «немедленной», «интерфазной»

смертны. К сожалению, вскоре после создания

или «гибелью в отсутствии деления». Okada раз"

Шлейденом и Шванном теории клетки и обна"

делял три типа интерфазной гибели: 1) гибель

ружения феномена ее деления и дифференци"

некоторых видов неделящихся или ограниченно

ровки [3, 4] многие исследователи сфокусирова"

делящихся клеток (лимфоциты, тимоциты, эн"

ли свое внимание на изучении механизмов кле"

тероциты, клетки ростовой зоны хрусталика и

точной пролиферации и изменению ее феноти"

т.д.) в первые часы после облучения в дозах от

па и практически полностью игнорировали ин"

сотых долей до нескольких Грей; 2) гибель деля"

терес к выяснению того, как клетка элиминиру"

щихся клеток в культуре при воздействии высо"

ется. Cart Vogt был первым, кто описал процесс

ких доз излучения (десятки Грей); 3) гибель не"

гибели клеток в хорде и прилегающем хряще у

делящихся или редко делящихся клеток (нерв"

метаморфических жаб [5]. Однако это был при"

ные и мышечные клетки, гепатоциты, кардио"

мер единичного исследования. Вскоре стало по"

циты и др.) при облучении сверхвысокими доза"

нятно, что в процессе развития и в течение жиз"

ми (десятки и сотни Грей) [9]. В России эту

ни большое количество клеток, как у позвоноч"

проблему исследовали особенно детально. Так,

ных, так и беспозвоночных, погибает. Более то"

в 1970"е гг. Хансон сформулировал гипотезу,

го, в некоторых случаях таким образом удаляют"

согласно которой феномен радиационно"инду"

ся целые ткани или органы, выполнившие свои

цируемой интерфазной гибели лимфоидных

функции. Предпринимались редкие попытки

клеток впервые рассматривался как пример

классифицировать различные виды клеточной

программируемой гибели клеток, апоптоза [10].

гибели. Так, еще в 1951 г. Glucksmann предложил

Данная гипотеза базировалась на собственных и

в соответствии с биологическим назначением

накопленных в литературе экспериментальных

подразделять «естественную» клеточную гибель

данных и привела к дополнительному всплеску

на морфогенетическую, гистогенетическую и

исследований этого феномена. Хансон рассмат"

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ГИБЕЛЬ КЛЕТОК: ИСТОРИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ

1325

ривал радиационную интерфазную гибель под

ции внутриклеточной, но не лизосомальной эн"

принципиально новым углом зрения. Дело в

донуклеазы [13]. Следует подчеркнуть, что за"

том, что ионизирующее излучение не является

долго до появления этой статьи была опублико"

единственным агентом, обладающим лимфоли"

вана работа, описывающая in vivo деградацию

тическим действием. Аналогичные морфологи"

хроматина облученных лимфоидных клеток с

ческие и молекулярные события разыгрываются

образованием регулярных фрагментов [14]. Эти

в лимфоцитах в ответ на воздействия стероид"

данные были подтверждены несколькими науч"

ных гормонов, алкилирующих агентов и неко"

ными группами [15, 16], и наличие межнуклео"

торых других химических соединений. В пользу

сомной фрагментации хроматина было призна"

выдвинутой гипотезы свидетельствовали мно"

но одним из отличительных признаков апопто"

гие экспериментальные данные. Во"первых,

за. Справедливости ради необходимо также от"

было установлено, что независимо от характера

метить, что, используя достаточно простые био"

начального воздействия, вызвавшего поврежде"

химические методы еще до введения в научную

ние, реализуется единый механизм распада хро"

литературу термина «апоптоз», было показано,

матина и наблюдается единая морфологическая

что в результате воздействия гамма"облучения,

картина гибели лимфоидных клеток. Во"вто"

гидрокортизона и дегранола в щитовидной же"

рых, было обнаружено существенное сходство

лезе крыс появляются низкомолекулярные про"

молекулярных событий, происходящих при ин"

дукты распада дезоксирибонуклеопротеинов

терфазной гибели лимфоидных клеток и в про"

[17], и определен белковый состав этих фраг"

цессе развертывания генетической программы

ментов эндонуклеолиза хроматина [18]. Впослед"

дифференцировки, завершающейся, например,

ствии было установлено, что это и есть продук"

элиминацией клеточного ядра. В"третьих, было

ты межнуклеосомной деградации хроматина.

установлено, что ультрафиолетовое и гамма"из"

Дальнейшие эксперименты in vitro показа"

лучения в дозах, вызывающих интерфазную ги"

ли, что процесс распада хроматина требует учас"

бель, способны включать программу эритро"

тия нуклеазы, зависящей от наличия ионов

дифференцировки лейкемических клеток. В"

кальция и магния. Многие лаборатории вклю"

четвертых, было известно, что в процессе имму"

чились в ее активный поиск и установлениe ме"

нодифференцировки и при стрессовых воздей"

ханизмов ее активации [19]. В это же время поя"

ствиях определенная популяция лимфоцитов

вились первые данные о возможном участии

(клетки коркового слоя тимуса) погибает, вы"

протеаз в регуляции апоптоза. Так, было показа"

полняя свои физиологические функции в орга"

но, что гомолог IL1β"converting enzyme, белок

низме. Последнее рассматривалось как пример

Ced"3, необходим для активации программиру"

программируемой гибели клеток. Важно отме"

емой гибели клеток нематоды C. elegans [20].

тить, что эта гипотеза была впоследствии под"

Впоследствии оказалось, что IL1β"converting

вергнута очень детальной проверке многими ла"

enzyme представляет собой один из белков боль"

бораториями и признана научным сообществом

шого семейства, названного каспазами [21]. Ин"

[11, 12].

тересно отметить, что в это же время появилась

Исследования в области программируемой

работа Филипповича с сотр., в которой впервые

гибели клеток включают несколько периодов.

было установлено, что ингибиторы протеаз спо"

Так, сначала была описана цитологическая кар"

собны существенно замедлить деградацию ядер"

тина физиологической гибели. Наиболее ран"

ной ДНК в тимоцитах, подвергнутых облуче"

ним морфологическим признаком в клетке бы"

нию либо действию дексаметазона [22]. Важно,

ла признана конденсация ядерного материала.

что ни гистоны, ни белки ядерного матрикса ти"

Эти изменения детально описаны в статье Kerr

моцитов не подвергались протеолизу после та"

et al. как характерные для апоптоза [1]. Накоп"

ких воздействий. Более того, впервые было по"

ленные результаты позволили предположить,

казано, что деградация хроматина в этих услови"

что в основе гибели клеток лежат события, про"

ях не была обусловлена активацией Ca/Mg"за"

исходящие в ядре. Начался т.н. «ядерный пери"

висимой эндонуклеазы. Впоследствии работы

од» в исследовании этого клеточного феномена.

из лабораторий Nagata и Wang продемонстриро"

Действительно, в 1980 г. Wyllie опубликовал

вали, что распад генетического материала

статью в «Nature», в которой показал, что опи"

действительно не связан с Ca/Mg"зависимой

санная ранее типичная для апоптоза конденса"

эндонуклеазой, но зависит от протеолитическо"

ция хроматина в обработанных глюкокортикои"

го расщепления каспазой"3 ингибитора эндо"

дами тимоцитах и опухолевых лимфоидных

нуклеазы (ICAD/DFF45), приводившего к акти"

клетках тесно связана с межнуклеосомной фраг"

вации каспазо"зависимой эндонуклеазы (CAD/

ментацией хроматина и удалением нуклеосом"

DFF40) [23-26]. Впоследствии, в работах Nagata

ных цепей, по"видимому, посредством актива"

и Horvitz, было обнаружено, что ДНК апоптоти"

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1326

ЖИВОТОВСКИЙ

ческих клеток как человека, так и нематоды C.

радиационной гибели клеток. Как отмечено вы"

elegans может быть разрушена не только клеточ"

ше, намного раньше «эпохи» апоптоза гибель

но"автономно в умирающих клетках с помощью

клеток достаточно интенсивно изучалась в ради"

CAD/DFF40, но также с помощью ДНКазы II в

ационной биологии, поскольку именно гибель

лизосомах фагоцитов после поглощения апоп"

клетки является конечным результатом воздей"

тотических клеток [27, 28].

ствия ионизирующего излучения. Исследования

С накоплением данных об участии цитоп"

изменений в биоэнергетике клетки, вызванных

лазматических протеаз в апоптозе сформирова"

радиацией, были одной из наиболее активно

лось мнение, что главными в развитии апопто"

развивающихся областей радиобиологии в 1950"х

тической гибели являются цитоплазматические

и 1960"х гг. [37-40]. Изучение механизмов ран"

события, т.е. фокус исследований сместился с

ней массовой гибели клеток в радиочувстви"

«ядра в цитоплазму». Действительно, участие

тельных тканях в 1950"х гг. выявило подавление

каспаз в активации двух основных путей апоп"

окислительного фосфорилирования в митохон"

тоза, рецепторного и митохондриального, подт"

дриях тимуса и селезенки [38]. В одной из ран"

верждало данное предположение. Особенно это

них работ мой учитель К. Хансон показал, что

подтвердилось при выявлении белков"мишеней

данное явление не наблюдалось в митохондриях,

каспаз. Так, впервые Lazebnik et al., установили,

выделенных из радиорезистентных тканей [41].

что активная цитоплазматическая протеаза

Подавление окислительного фосфорилирова"

(позднее было показано, что это каспаза"3) спо"

ния обнаруживалось через 30-60 мин после об"

собна расщеплять ядерный белок PARP, нару"

щего рентгеновского облучения крыс в относи"

шая репарацию поврежденной ДНК и приводя к

тельно низких дозах облучения (50-100 сГр) [41,

ее деградации [29]. Возвращаясь в историю, сле"

42]. В радиочувствительных тканях подавление

дует подчеркнуть, что задолго до обнаружения

окислительного фосфорилирования сопровож"

PARP как первого субстрата каспаз, Уманский с

далось образованием пикнотических ядер

сотр. наблюдали снижение поли(ADP"рибоза)

(апоптотических телец) [42]. Было установлено,

полимеразной активности через 2-3 час после

что в митохондриях тимуса наблюдается замед"

облучения тимоцитов [30]. Более того, это сни"

ление переноса электронов между цитохромами

жение по времени совпадало с активацией меж"

b и c, что можно объяснить снижением содержа"

нуклеосомной деградации хроматина в облучен"

ния цитохрома с после облучения [39]. В качест"

ных клетках [31]. Одновременно Филиппович с

ве одной из причин называлось ослабление свя"

сотр. установили, что NAD"поли(ADP"рибо"

зывания цитохрома с с внутренней мембраной

за)полимеразная система, не является пусковым

митохондрий [43]. Интересно, что добавление

механизмом в радиационно"индуцированной

экзогенного цитохрома с стимулировало ско"

гибели тимоцитов, но регулирует радиацион"

рость потребления кислорода митохондриями,

ный ответ этих клеток на повреждение [32, 33].

выделенными из радиочувствительных, но не из

Интересно, что этот эффект наиболее четко

радиорезистентных тканей облученных крыс

воспроизводился в радиочувствительных, неже"

[44, 45]. Потеря цитохрома с не была результа"

ли в радиоустойчивых тканях. Как отмечено вы"

том его пассивного выхода из митохондрий,

ше, на «лидирующую» роль цитоплазмы в апоп"

поскольку дополнительное промывание мито"

тозе указывал также факт расщепления каспа"

хондриальной фракции изотоническим буфером

зой"3 ингибитора каспазо"зависимой эндонук"

не вызывало дальнейшего снижения скорости

леазы, что приводило к ее активации в ядре

дыхания митохондрий [44]. Интересно, что об"

[23-26].

лучение изолированных митохондрий in vitro не

В середине 1990"х гг., благодаря серии работ

влияло на содержание цитохрома с [44]. Таким

X. Wang, было высказано предположение о том,

образом, было высказано предположение, что

что важные события в развитии апоптоза связа"

нарушение переноса электронов в дыхательной

ны с митохондриями [34, 35]. Прежде всего бы"

цепи митохондрий радиочувствительных тканей

ло показано, что, находясь в цитоплазме, мито"

обусловлено регулируемым высвобождением

хондриальный белок, цитохром c, способствует

цитохрома с из митохондрий и его появлением в

сборке комплекса апоптосомы, что ведет к пос"

цитозоле [40, 44]. Интересно отметить, что вы"

ледовательной активации каспазы"9 и каспазы"3

ход цитохрома с был заметно меньше, когда он

[36]. Начался «митохондриальный период» в ис"

находился в полностью восстановленном состо"

следовании апоптoза. Услышав доклад Wang на

янии, а не частично окислен или подвержен аль"

Гордоновской конференции и прочитав его

тернативным изменениям окисления"восста"

статью в журнале «Cell», я вспомнил давние ра"

новления. В поддержку этих более ранних наб"

диобиологические исследования в которых бы"

людений спустя почти 30 лет появились иссле"

ло показано значение цитохрома с в развитии

дования о механизмах высвобождения цитохро"

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ГИБЕЛЬ КЛЕТОК: ИСТОРИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ

1327

ма с из митохондрий в клетках, подвергшихся

Дальнейшие исследования показали, что

облучению [46], и о важности окислительно"

протекание не только апоптоза, но и других ти"

восстановительного состояния цитохрома с в

пов гибели не является работой лишь одного из

процессе активации каспазы в цитозольных

внутриклеточных компартментов, а включает их

экстрактах [47]. Впоследствии многие из этих

тесное взаимодействие.

данных были подтверждены с использованием

Важно отметить, что многие из полученных

более точных методов исследования. Так, было

радиобиологами данных впоследствии были ис"

установлено что появление цитохрома с в цито"

пользованы и подтверждены при исследовании

золе представляет собой двухступенчатый про"

радиационного поражения в результате Черно"

цесс. Поскольку цитохром с находится на внеш"

быльской аварии, особенно у людей, занятых

ней стороне внутренней мембраны митохонд"

очисткой территории. Так, в качестве одного из

рий в комплексе с кардиолипином, это взаимо"

подходов биологической дозиметрии был ис"

действие должно быть сначала разрушено для

пользован анализ распада хроматина в клетках

создания растворимого пула гемопротеина. Бы"

крови. В определенных диапазонах доз была по"

ло установлено, что солюбилизация цитохрома с

лучена прямая зависимость между дозой облу"

включает нарушение электростатических и/или

чения и уровнем накопления фрагментов дегра"

гидрофобных связей, которые этот белок обыч"

дации хроматина.

но поддерживает с кардиолипином [48]. Этому

К сожалению, многие из российских лабо"

нарушению способствует селективное перекис"

раторий, занимающихся проблемой гибели кле"

ное окисление кардиолипина [49]. Как только

ток, в силу различных обстоятельств прекратили

цитохром с солюбилизирован, пермеабилизация

свои исследования. Однако появились новые

наружной митохондриальной мембраны с по"

группы, которые рассматривали гибель клеток с

мощью Bax/Bak достаточна, чтобы позволить

более широких позиций. Так, В.П. Скулачев для

экструзию этого белка в экстрамитохондриаль"

описания программируемой гибели организма

ную среду [50]. Было объяснено, каким образом

по аналогии с феноменом гибели клеток, апоп"

добавление экзогенного цитохрома с способно

тозом, предложил использовать термин «феноп"

восстановить работу цепи переноса электронов

тоз» [57]. В отличие от случая «острого» феноп"

[51]. Наконец, с помощью инвазивного подхода

тоза, примером которого автор рассматривал

было показано, что микроинъекция цитохрома с

смерть горбуши сразу после окончания нереста,

во все исследованные типы клеток индуцирова"

примером «мягкого», растянутого во времени

ла в них апоптоз [52].

феноптоза было предложено рассматривать

Интересно, что облучение вызывало лишь

процесс старения. Было постулировано, что

умеренное снижение уровня АТФ в клетках ти"

программа старения закодирована в геноме в

муса, селезенки и некоторых раковых клетках

виде цепи летальных биохимических событий,

[45]. Это наблюдение показало, что потеря ци"

инициированных в митохондриях активными

тохрома с митохондриями не была существен"

формами кислорода (мАФК). Если так, то инги"

ной, чтобы заметно влиять на выработку АТФ

битором этой программы мог бы служить анти"

митохондриями, или что эту потерю нельзя бы"

оксидант, специфически направляемый в мито"

ло компенсировать с помощью гликолиза. Зна"

хондрии. Эта интересная идея В.П. Скулачева

чительно позже появились исследования, подт"

нашла подтверждение во многих работах [58,

вердившие идею, что высвобождение цитохро"

59]. Молекулярные механизмы таких видов

ма с совместно с поддержанием жизненно необ"

программируемой гибели клеток, как апоптоз,

ходимого внутриклеточного пула АТФ необхо"

некроптоз, аутофагия, ферроптоз и др., во мно"

димы для реализации программы апоптоза [53,

гом расшифрованы. Недавно была предпринята

54]. В работах Reed [55] и Schendel [56] обсужда"

попытка выяснения молекулярных механизмов,

лись два возможных пути апоптоза, в которых

лежащих в основе феноптоза. Было установле"

принимает участие высвобождаемый из митохон"

но, что «умеренная» деполяризация внутренней

дрий цитохром c. Один из них включает акти"

мембраны митохондрий достаточна для полного

вацию каскада каспаз путем взаимодействия

ингибирования накопления мАФК, что являет"

высвобожденного гемопротеина с Apaf"1 и про"

ся одним из важнейших компонентов регуляции

каспазой"9 в цитозоле [36], тогда как другой

старения и феноптоза [60]. Детальная расшиф"

связан с замедлением транспорта митохондри"

ровка молекулярных механизмов феноптоза

альных электронов, что ведет не только к нару"

требует дополнительных исследований.

шению продукции АТФ, но и генерации актив"

В последние 10 лет в России наблюдается

ных форм кислорода. Этот второй путь очень

ренессанс в изучении как фундаментальных ас"

похож на тот, который описал Scaife много лет

пектов программируемой гибели клеток, так и

назад [45].

ее роли в патогенезе различных заболеваний,

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1328

ЖИВОТОВСКИЙ

прежде всего онкологических. Этому способ"

летию создания Лаборатории исследования ме"

ствовало создание, благодаря Мегагранту Рос"

ханизмов апоптоза в МГУ им. М.В. Ломоносова,

сийского правительства, лаборатории на фа"

посвящен обсуждению этого феномена с раз"

культете фундаментальной медицины МГУ им.

личных позиций. В этот выпуск вошли статьи и

М.В. Ломоносова (Животовский Б.), активной

обзоры как молодых сотрудников Лаборатории,

работе лабораторий на биологическом факуль"

так и коллег из вышеперечисленных лаборато"

тете (Онищенко Г. E., Скулачев В.П.), на физи"

рий и исследовательских центров. Очень наде"

ческом факультете (Пантелеев М.А.), лаборато"

юсь, что этот выпуск заинтересует читателей

рии в Институте цитологии и генетики в Ново"

журнала «Биохимия», а также широкий круг ис"

сибирске (Лаврик И.Н.), лаборатории в Инсти"

следователей в данной области знаний.

туте цитологии (Барлев Н.A., Piacentini M.) и

Технологическом университете (Melino G.) в

Санкт"Петербурге. Немаловажное значение

Финансирование. Работа выполнена при фи"

имело создание новых зондов для исследования

нансовой поддержке гранта РНФ (19"15"00125).

гибели клеток в лабораториях С.А. и К.А. Лукь"

Работа лабораторий также поддерживается

яновых. Есть надежда, что такая тенденция бу"

грантами РФФИ

(18"29"09005), Шведского

дет продолжена, и российские исследователи

(190345) и Стокгольмского (181301) противора"

вновь внесут свой вклад в развитие одной из

ковых фондов.

ключевых медико"биологических проблем.

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсут"

Важность того, что большое количество

ствии конфликта интересов.

клеток в различных тканях самоуничтожается

Соблюдение этических норм. Настоящая ра"

при нормальном развитии и при многочислен"

бота не содержит описания выполненных авто"

ных патологиях не вызывает сомнений. Данный

рами исследований с участием людей или ис"

номер журнала «Биохимия», выходящий к 10" пользованием животных в качестве объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kerr, J. F., Wyllie, A. H., and Currie, A. R. (1972) Apo"

13. Wyllie, A. H. (1980) Glucocorticoid"induced thymocyte

ptosis: a basic biological phenomenon with wide"ranging

apoptosis is associated with endogenous endonuclease acti"

implications in tissue kinetics, Br. J. Cancer, 26, 239"257,

vation, Nature, 284, 555"556, doi: 10.1038/284555a0.

doi: 10.1038/bjc.1972.33.

14. Cole, L. J., and Ellis, M. E. (1957) Radiation"induced

2. Wyllie, A. H. (1988) Apoptosis, ISI Atlas of Science:

changes in tissue nucleic acids; release of soluble deoxy"

Immunology, 1, 192"196.

polynucleotides in the spleen, Radiat. Res., 7, 508"517,

3. Schleiden, M. J. (1838) Beiträge zur phytogenesis, Arch.

PMID: 13485392.

Anat. Physiol. Wiss Med., 137"176.

15. Ermolaeva, N. V., and Vodolazskaya, N. A.

(1970)

4. Schwann, T. (1839) Mikroskopische Untersuchungen über

Separation on phosphate cellulose of deoxyribonucleopro"

die Übereinstimmung in der Struktur und dem Wachsthum

teins formed after irradiation and in vitro treatment with

der Thiere und Pflanzen, Sander, Berlin.

enzymes, Biochemistry, 35, 641"647.

5. Vogt, C. (1842) Untersuchungen uber die Entwicklungs"

16. Skalka, M., Matyásová, J., and Cejková, M. (1975) DNA

geschichte der Geburtshelferkröte (Alytes obstetricans),

in chromatin of irradiated lymphoid tissues degrades in vivo

Solothurn: Jent und Gassmann.

into regular fragments, FEBS Lett.,

72,

271"274,

6. Glücksmann, A. (1951) Cell deaths in normal vertebrate

doi: 10.1016/0014"5793(76)80984"2.

ontogeny, Biol. Rev. Camb. Philos. Soc., 26, 59"86,

17. Vodolazskaya, N. A., and Ermolaeva, N. V.

(1974)

doi: 10.1111/j.1469"185x.1951.tb00774.x.

Comparative analysis of the state of DNA and histone frac"

7. Saunders, J. W. (1966) Death in embryonic systems,

tion in DNP and salt extracts of rat thymus after gamma

Science, 154, 604"612, doi: 10.1126/science.154.3749.604.

radiation, as well as the introduction of degranol and

8. Lockshin, R. A., and Williams, C. M. (1965) Programmed

hydrocortisone, Radiobiology, 14, 651"655.

cell death: cytology of degeneration in the intersegmental

18. Vodolazskaya, N. A., and Ermolaeva, N. V. (1971) Study of

muscles of the Pernyi silkmoth, J. Insect. Physiol., 11, 123"

the decay products of deoxyribonucleoproteins induced by

133, doi: 10.1016/0022"1910(65)90099"5.

gamma irradiation, hydrocortisone and degranol in the

9. Okada, S. (1970) Radiation biochemistry (Altman, K. L.,

thyroid gland of rats by the methods of separation into

Gerber, G. B., and Okada, Sh., eds.) Vol. 2, Tissue and

phosphate cellulose and viscometry, Radiobiology, 11, 335"

Body Fluids, Academic Press, New York, London, pp.

358.

247"307.

19. Zhivotovsky, B., Wade, D., Nicotera, P., and Orrenius, S.

10. Hanson, K. P. (1979) Radiation"induced cell death,

(1994) Role of nucleases in apoptosis, Int. Arch. Allergy

Radiobiology, 19, 814"820 (in Russian).

Immunol., 105, 333"338, doi: 10.1159/000236778.

11. Umansky, S. R. (1982) Genetic program of cell death:

20. Yuan, J., Shaham, S., Ledoux, S., Ellis, H. M., and

hypothesis and some applications, Ach. Modern Biol., 93,

Horvitz, H. R. (1993) The C. elegans cell death gene ced"3

139"148 (in Russian).

encodes a protein similar to mammalian interleukin"1

12. Yamada, T., and Ohyama, H. (1988) Radiation"induced

beta"converting

enzyme, Cell,

75,

641"652,

interphase death of rat thymocytes is internally pro"

doi: 10.1016/0092"8674(93)90485"9.

grammed (apoptosis), Int. J. Radiat. Biol. Relat. Stud. Phys.

21. Zhivotovsky, B., Burgess, D. H., Vanags, D. M., and

Chem. Med., 53, 65"75, doi: 10.1080/09553008814550431.

Orrenius, S. (1997) Involvement of cellular proteolytic

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

ГИБЕЛЬ КЛЕТОК: ИСТОРИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ

1329

machinery in apoptosis, Biochem. Biophys. Res. Commun.,

CED"4, participates in cytochrome c"dependent activation

230, 481"488, doi: 10.1006/bbrc.1996.6016.

of caspase"3, Cell, 90, 405"413, doi: 10.1016/s0092"

22.

Soldatenko, V. A., Denisenko, M. F., Alferova, T. M., and

8674(00)80501"2.

Filippovich, I. V. (1991) Chromatin degradation during the

37.

Ashwell, G., and Hickman, J., (1952) Effects of X"irradia"

death of thymic lymphocytes under the influence of radia"

tion upon the enzyme systems of the mouse spleen, Proc.

tion or dexamethasone: the need for a preliminary proteol"

Soc. Exp. Biol. Med., 80, 407"413, doi: 10.3181/00379727"

ysis stage, Radiobiology, 31, 180"187.

80"19639.

23.

Enari, M., Sakahira, H., Yokoyama, H., Okawa, K.,

38.

Van Bekkum, D. W. (1957) The effect of X"rays on phos"

Iwamatsu, A., and Nagata, S. (1998) A caspase"activated

phorylation in vivo, Biochim. Biophys. Acta, 25, 487"492,

DNase that degrades DNA during apoptosis, and its

doi: 10.1016/0006"3002(57)90518"8.

inhibitor ICAD, Nature, 391, 43"50, doi: 10.1038/34112.

39.

Scaife, J. F. (1964) The nature of the radiation"induced

24.

Sakahira, H., Enari, M., and Nagata, S. (1998) Cleavage of

lesion of the electron transport chain of thymus mitochon"

CAD inhibitor in CAD activation and DNA degradation

dria, Can. J. Biochem., 42, 431"434, doi: 10.1139/o64"050.

during apoptosis, Nature, 391, 96"99, doi: 10.1038/34214.

40.

Manoilov, S. E. (1968) Primary Mechanisms of the Biological

25.

Liu, X., Zou, H., Slaughter, C., and Wang, X. (1997) DFF,

Action of Ionizing Radiation, Medicine, Leningrad.

a heterodimeric protein that functions downstream of cas"

41.

Hanson, K. P., and Mytareva, L. V. (1967) Mechanisms of

pase"3 to trigger DNA fragmentation during apoptosis,

the effect of ionizing radiation on oxidative phosphoryla"

Cell, 89, 175"184, doi: 10.1016/s0092"8674(00)80197"x.

tion in animals, Proc. Acad. Sci. (Estonia), 16, 80"87.

26.

Liu, X., Li, P., Widlak, P., Zou, H., Luo, X., Garrard, W. T.,

42.

Van Bekkum, D. W., DeVries, M. J., and Klowen, H. M.

and Wang, X. (1998) The 40"kDa subunit of DNA frag"

(1964) Biochemical and morphological changes in lym"

mentation factor induces DNA fragmentation and chro"

phatic tissues following partial"body irradiation, Int. J.

matin condensation during apoptosis, Proc. Natl. Acad.

Radiat. Biol., 8, 395"401.

Sci. USA, 95, 8461"8466, doi: 10.1073/pnas.95.15.8461.

43.

Scaife, J. F., and Hill, B. (1963) Uncoupling of oxidative

27.

Wu, Y. C., Stanfield, G. M., and Horvitz, H. R. (2000)

phosphorylation by ionizing radiation. II. The stability of

NUC"1, a Caenorhabditis elegans DNase II homolog,

mitochondrial lipids and cytochrome c, Can. J. Biochem.,

functions in an intermediate step of DNA degradation dur"

41, 1223"1227, PMID: 13976477.

ing apoptosis, Genes Dev., 14, 536"548, PMID: 10716942.

44.

Manoilov, S. E., and Hanson, K. P. (1964) The effect of

28.

Kawane, K., Fukuyama, H., Kondoh, G., Takeda, J.,

exogenous cytochrome c on oxidative phosphorylation in

Ohsawa, Y., Uchiyama, Y., and Nagata, S.

(2001)

mitochondria of tissues isolated from irradiated animals,

Requirement of DNase II for definitive erythropoiesis in

Vopr. Med. Chem., 10, 410"416.

the mouse fetal liver, Science,

292,

1546"1549,

45.

Scaife, J. F. (1966) The effect of lethal doses of X"irradia"

doi: 10.1126/science.292.5521.1546.

tion on the enzymatic activity of mitochondrial

29.

Lazebnik, Y. A., Kaufmann, S. H., Desnoyers, S., Poirier, G. G.,

cytochrome c, Can. J. Biochem.,

44,

433"439,

and Earnshaw, W. C. (1994) Cleavage of poly(ADP"ribose)

PMID: 4289628.

polymerase by a proteinase with properties like ICE,

46.

Kharbanda, S., Pandey, P., Schofield, L., Israels, S.,

Nature, 371, 346"347, doi: 10.1038/371346a0.

Roncinske, R., Yoshida, K., Bharti, A., Yuan, Z. M.,

30.

Zotova, R. N., Umansky, S. R., and Tokarskaya, V. I.

Saxena, S., Weichselbaum, R., Nalin, C., and Kufe, D.

(1983) Mechanism of chromatin degradation in thymo"

(1997) Role for Bcl"xL as an inhibitor of cytosolic

cytes of irradiated rats. Part 6. Post"radiation changes

cytochrome c accumulation in DNA damage"induced

in the activity of poly (ADP/ribose)"polymerase,

apoptosis, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 6939"6942,

Radiobiology, 23, 152"156.

doi: 10.1073/pnas.94.13.6939.

31.

Nelipovich, P. A., Nikonova, L. V., and Umansky, S. R.

47.

Hampton, M. B., Zhivotovsky, B., Slater, A. F. G.,

(1988) Inhibition of poly(ADP"ribose) polymerase as a

Burgess, D. H., and Orrenius, S. (1998) Importance of the

possible reason for activation of Ca²⁺/Mg²⁺"dependent

redox state of cytochrome c during caspase activation in

endonuclease in thymocytes of irradiated rats, Int. J.

cytosolic extracts,

Biochem. J.,

329,

95"99,

Radiat. Biol. Relat. Stud. Phys. Chem. Med., 53, 749"765,

doi: 10.1042/bj3290095.

doi: 10.1080/09553008814551111.

48.

Ott, M., Robertson, J. D., Gogvadze, V., Zhivotovsky, B.,

32.

Denisenko, M. F., Belovskaya, L. N., Soldatenkov, V. A.,

and Orrenius, S. (2002) Cytochrome c release from mito"

Smirnova, T. N., and Filippovich, I. V. (1987) Poly(ADP"

chondria proceeds by a two"step process, Proc. Natl. Acad.

ribosylation) of proteins determines the pool of endoge"

Sci. USA, 99, 1259"1263, doi: 10.1073/pnas.241655498.

nous NAD and the radiosensitivity of thymic lymphocytes,

49.

Kagan, V. E., Tyurin, V. A., Jiang, J., Tyurina, Y. Y.,

Radiobiology, 27, 737"742.

Ritov, V. B., Amoscato, A. A., Osipov, A. N., Belikova, N. A.,

33.

Denisenko, M. F., Soldatenkov, V. A., Belovskaya, L. N.,

Kapralov, A. A., Kini, V., Vlasova, I. I., Zhao, Q., Zou, M.,

and Filippovich, I. V. (1989) Is the NAD"poly (ADP"

Di, P., Svistunenko, D. A., Kurnikov, I. V., and Borisenko, G. G.

ribose) polymerase system the trigger in radiation"induced

(2005) Cytochrome c acts as a cardiolipin oxygenase

death of mouse thymocytes? Int. J. Radiat. Biol., 56, 277"

required for release of proapoptotic factors, Nat. Chem.

285, doi: 10.1080/09553008914551441.

Biol., 1, 223"232, doi: 10.1038/nchembio727.

34.

Liu, X., Kim, C. N., Yang, J., Jemmerson, R., and Wang, X.

50.

Orrenius, S., and Zhivotovsky, B. (2005) Cardiolipin oxi"

(1996) Induction of apoptotic program in cell"free extracts:

dation sets cytochrome c free, Nat. Chem. Biol., 1, 188"189,

requirement for dATP and cytochrome c, Cell, 86, 147"

doi: 10.1038/nchembio0905"188.

157, doi: 10.1016/s0092"8674(00)80085"9.

51.

Kuwana, T., Bouchier"Hayes, L., Chipuk, J. E., Bonzon, C.,

35.

Li, P., Nijhawan, D., Budihardjo, I., Srinivasula, S. M.,

Sullivan, B. A., Green, D. R., and Newmeyer, D. D.

Ahmad, M., Alnemri, E. S., and Wang, X.

(1997)

(2005) BH3 domains of BH3"only proteins differentially

Cytochrome c and dATP"dependent formation of Apaf"

regulate Bax"mediated mitochondrial membrane perme"

1/caspase"9 complex initiates an apoptotic protease

abilization both directly and indirectly, Mol. Cell, 17, 525"

cascade, Cell,

91,

479"489, doi:

10.1016/s0092"

535, doi: 10.1016/j.molcel.2005.02.003.

8674(00)80434"1.

52.

Zhivotovsky, B., Orrenius, S., Brustugun, O. T., and

36.

Zou, H., Henzel, W. J., Liu, X., Lutschg, A., and Wang, X.

Doskeland, S. O. (1998) Injected cytochrome c induces

(1997) Apaf"1, a human protein homologous to C. elegans

apoptosis, Nature, 391, 449"450, doi: 10.1038/35060.

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020

1330

ЖИВОТОВСКИЙ

53. Eguchi, Y., Shimizu, S., and Tsujimoto, Y. (1997) Intra"

systems: biochemical evidence in support of Weismann’s

cellular ATP levels determine cell death fate by apoptosis or

hypothesis, Biochemistry (Moscow),

62,

1394"1399,

necrosis, Cancer Res., 57, 1835"1840, PMID: 10232605.

PMID: 9467841.

54. Leist, M., Single, B., Castoldi, A. F., Kühnle, S., and

58. Libertini, G. (2012) Classification of phenoptotic phe"

Nicotera, P. (1997) Intracellular adenosine triphosphate

nomena, Biochemistry (Moscow),

77,

707"715,

(ATP) concentration: a switch in the decision between

doi: 10.1134/S0006297912070024.

apoptosis and necrosis, J. Exp. Med., 185, 1481"1486,

59. Walker, R. F. (2017) On the causes and mechanisms of

doi: 10.1084/jem.185.8.1481.

phenoptosis, Biochemistry (Moscow), 82, 1820"1841,

55. Reed, J. (1997) Cytochrome c: can’t live with it - can’t live

doi: 10.1134/S0006297917120069.

without it, Cell,

91,

559"562, doi:

10.1016/s0092"

60. Vyssokikh, M. Y., Holtze, S., Averina, O. A., Lyamzaev, K.

8674(00)80442"0.

G., Panteleeva, A. A., Marey, M. V., Zinovkin, R. A.,

56. Schendel, S. L., Montal, M., and Reed, J. C. (1998) Bcl"2

Severin, F. F., Skulachev, M. V., Fasel, N., Hildebrandt, T.

family proteins as ion"channels, Cell Death Differ., 5, 372"

B., and Skulachev, V. P. (2020) Mild depolarization of the

380, doi: 10.1038/sj.cdd.4400365.

inner mitochondrial membrane is a crucial component of

57. Skulachev, V. P. (1997) Aging is a specific biological func"

an anti"aging program. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 117,

tion rather than the result of a disorder in complex living

6491"6501, doi: 10.1073/pnas.1916414117.

PROGRAMMED CELL DEATH: HISTORICAL NOTES FROM RUSSIA

Mini review

B. Zhivotovsky^1,2

¹ Faculty of Basic Medicine, M.V. Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia

² Institute of Environmental Medicine, Karolinska Institute, Stockholm, Sweden; E<mail: boris.zhivotovsky@ki.se

Received July 12, 2020

Revised July 12, 2020

Accepted July 16, 2020

The investigation of cell death mechanisms is one of the fastest growing areas of modern biomedicine. A particular

interest in this research topic arose in 1972 after publication of an article by Kerr, Wyllie, and Currie, in which apo"

ptosis, one of the types of cell death, was first considered as a basic biological phenomenon regulating tissue homeo"

stasis. Several Russian groups involved in the investigation of the mechanisms of radiation"induced cell death have

drawn attention to the similarity between these two mechanisms. Unfortunately, these studies have been for a long

time inaccessible to the international scientific community. These introductory remarks attempt to restore the chain

of events that have taken place during the past 50 years

Keywords: apoptosis, radiation, mitochondria, nucleases, proteases

БИОХИМИЯ том 85 вып. 10 2020