Что такое репарация тканей: простое объяснение

Репарация тканей — это процесс восстановления поврежденных тканей в организме. Когда происходит травма, воспаление или другая форма повреждения, клетки начинают активно делиться и образовывать новые ткани, чтобы восстановить целостность и функцию поврежденной области.

Этот процесс включает в себя несколько этапов, таких как воспаление, регенерация и ремоделирование, которые помогают заживлению. В итоге, в нормальных условиях организм способен восстанавливать повреждения, но в некоторых случаях могут потребоваться медицинские вмешательства для ускорения или улучшения репарации.

0140 Регенеранты и репаранты

Лекарственные средства, перечисленные в текущих справочниках, выделены полужирным шрифтом. Обычно к их названиям добавляется годовой индекс информационного интереса, представляющий собой показатель популярности у потребителей.

включить препараты подгрупп

Жизнедеятельность организма осуществляется благодаря постоянному обновлению умирающих клеток и тканей, что называют физиологической регенерацией. Разные типы тканей имеют различные уровни восстановления (регенерации), которое тем выше, чем важнее регенерация для нормального функционирования и структуры данной ткани.

Клетки крови, слизистых оболочек ЖКТ, покровного эпителия кожи и др. быстро обновляются и поэтому ткани, которые они формируют, характеризуются высоким потенциалом регенерации. Напротив, у нейронов и мышечных клеток потенциал регенерации минимален (приближается к нулевому).

С возрастом, в результате разных заболеваний, воздействия токсинов и экологических условий, а также радиации, скорость физиологической регенерации может существенно снижаться. Это также может быть вызвано рядом медикаментов, включая иммунодепрессанты, противораковые препараты, кортикостероиды, некоторые антибиотики и НПВС. Замедление физиологической регенерации приводит к сбоям обменных процессов, возникновению лейко- и тромбоцитопении, анемии, а также повреждениям слизистых оболочек, в том числе желудочно-кишечного тракта. Лекарства, способствующие ускорению и усилению физиологической регенерации, называются стимуляторами регенерации или регенерантами.

Восстановление поврежденных участков тканей и органов, пострадавших от травм, повреждений или дистрофии (из-за интоксикации, гипоксии, инфекций и прочего), называется репаративной регенерацией. Следовательно, медикаменты, стимулирующие регенерацию (в частности репаративную регенерацию), именуются репарантами. В ходе репарации происходит замещение некротических тканей специфическими и/или соединительными, обладающими наивысшим потенциалом к регенерации.

Общий механизм регенеративного действия включает усиление биосинтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, РНК, функциональных и ферментативных клеточных элементов, в т. ч. фосфолипидов мембран, а также стимуляцию редупликации ДНК и деления клеток. Следует заметить, что процесс биосинтеза в ходе как физиологической, так и репаративной регенерации нуждается в субстратном обеспечении (незаменимые амино- и жирные кислоты, микроэлементы, витамины). Кроме этого, процесс биосинтеза белков и фосфолипидов отличается высокой энергоемкостью и его стимуляция требует соответствующего энергообеспечения (энергетические материалы). К таким средствам, субстратно и энергетически обеспечивающим протекание процессов регенерации относятся Актовегин, Солкосерил и др. Эффект этих препаратов зачастую трудно отдифференцировать от собственно регенерирующего.

По месту приложения действия (и целям фармакотерапии) стимуляторы регенерации и репарации можно условно разделить на универсальные и тканеспецифические. К универсальным стимуляторам, воздействующим на любую регенерирующую ткань, относятся анаболические стероиды, нестероидные анаболические препараты, такие как диоксометилтетрагидропиримидин (Метилурацил), инозин и прочие, и витамины, участвующие в пластическом обмене.

Препараты, которые воздействуют на конкретные ткани, имеют различные механизмы действия и делятся на подгруппы в зависимости от их избирательного воздействия на ту или иную ткань или орган. Например, средства, улучшающие образование форменных элементов крови в костном мозге, относятся к стимуляторам кроветворения.

Препараты на основе витамина D, кальция, фосфора и фтора, а также хондроитин-сульфат (Структум), Остеогенон и прочие, способны ускорять процессы регенерации костной ткани. Восстановление хрящевой ткани активно способствует витаминам C и E, хондроитин-фосфату и другим средствам.

Одной из самых представительных является группа препаратов — стимуляторов регенерации и репарации слизистой оболочки ЖКТ. Эти средства способствуют ускорению процесса заживления эрозивно-язвенных дефектов слизистой оболочки ЖКТ. Механизм репаративного действия препаратов этой группы, помимо стимуляции биосинтеза белка и клеточного деления, включает торможение свободно-радикальных реакций и либерации лизосомальных ферментов. Дополнительным фактором, играющим важную роль в проявлении репаративного эффекта, является усиление местного синтеза простагландинов, способных улучшать микроциркуляцию в слизистой оболочке ЖКТ.

К средствам, стимулирующим регенерацию и репарацию слизистой оболочки ЖКТ относятся висмута трикалия дицитрат (Де-нол), даларгин, натрия альгинат, Вентрамин, поливинокс и др. В гастроэнтерологической практике репаранты назначают после достижения ремиссии, при резистентности к обычным методам, в т. ч. в случае длительно нерубцующихся язв и чаще пациентам пожилого возраста.

Наибольшее количество лекарств среди тканеспецифических стимуляторов регенерации направлено на восстановление кожных покровов. Эти препараты применяются при труднозаживающих ранах, трофических язвах, ожогах, пролежнях и других проблемах.

Большинство средств такой группы, включая те, что содержат растительные активные компоненты, обладают способностью стимулировать регенерацию кожи, а также обладают дополнительными свойствами: противовоспалительными (например, мазь из окопника и календулы), антиоксидантными (Ревалид), улучшая баланс свертывающей и противосвертывающей систем крови, локальную микроциркуляцию и питание кожи (Гепатромбин, таблетки ксимедон и др.) и антибактериальными (поливинокс, гиалуронат цинка и др.). Наличие антибактериального действия особенно важно в связи с высоким риском инфицирования поврежденных участков кожи. Основная цель использования этих препаратов заключается в активизации регенерации в дермальной и соединительной ткани поврежденной области. Важно отметить, что заживление с эпителизацией возможно при менее серьезных нарушениях (эрозиях, язвах, ожогах и т.д.). Глубокие повреждения кожи ведут к образованию соединительно-тканного рубца.

Регенеративное действие в отношении нейронов оказывают ноотропы, Церебролизин, винпоцетин и др. Ретиналамин (комплекс полипептидных фракций из сетчатки глаз крупного рогатого скота или свиней) оказывает тканеспецифическое регенерирующее действие на сетчатку глаза.

• Стимулятор регенерации тканей
• Стимулятор репарации тканей
• Стимулятор регенерации тканей
• Растительное противогеморроидальное средство
• Биостимулятор природного происхождения
• Средство для терапии геморроя
• Стимулятор репарации тканей
• Стимулятор регенерации тканей натурального происхождения

Полисахарид, формируемый различными водорослями и бактериями, состоят из остатков β-D-маннуроната и α-L-гулуроната; альгиновая кислота или её соли, полученные из морских водорослей.

Вытяжка; концентрированное извлечение из лекарственного растительного сырья или сырья животного происхождения, полученное выпариванием и представляющее собой подвижную, вязкую жидкость или сухую массу.

Спиртовые, водно-спиртовые извлечения, полученные в соотношении 1:1, т. е. одна часть по массе или объёму эквивалентна одной части исходного высушенного ЛРС; концентрированная настойка.

Сыпучая масса, содержащая  5% влаги.

См. Биогенный стимулятор.

Принципы регенерации и заживления

Эндодонтическое лечение поможет предотвратить потерю зубов из-за заболеваний пульпы и периодонта; однако это не подход, основанный на биологии. Достижения в области биологии пульпы и тканевой инженерии бросают вызов традиционной концепции замещения утраченной пульпы инертными синтетическими материалами. Регенеративные методики направлены на замещение новыми тканями, напоминающими по архитектуре, структуре и функциям обычные, живые ткани. Что касается пульпы, уже давно стало известно, что эта ткань обладает регенеративной способностью, и стоматология является пионером в регенеративных методиках с использованием таких агентов, как гидроксид кальция, для ускорения заживления после покрытия пульпы. Подобные терапевтические методы в основном эмпирические, но по мере того, как мы раскрываем биологическую основу и начинаем понимать механизмы, лежащие в основе регенерации и восстановления, регенеративная медицина открывает большие возможности и для эндодонтии.

Термин «регенерация» относится к воссозданию исходной архитектуры, формы и функции определенного типа ткани; «репарация» обозначает заживление путем образования ткани, частично утратившей биологическую функцию исходной ткани. Различие между ними часто сложно определить в клинических условиях. Более того, как биологические процессы, в большинстве ситуаций они пересекаются. Сложный перелом длинных костей обычно заживает за счет практически полной регенерации самой кости, но поверхностная рана заживает за счет образования фиброзной ткани и рубца на коже.

Репарация – общий термин, описывающий процесс замещения мертвых или поврежденных клеток в тканях или органах новыми, здоровыми клетками.

Репарация с помощью регенерации включает активацию стволовых клеток для природного обновления, а также формирование третичного дентина в пульпе зуба.

Репарация и регенерация

Регенерация — восстановление (возмещение) структурных элементов ткани взамен погибших и ее функциональных возможностей.

Способы регенерации:

• клеточная форма – деление клеток митозом и амитозом;
• внутриклеточная форма (органоидная и внутроорганоидная) – увеличение количества (гиперплазия) и размеров (гипертрофия) органелл и их компонентов.

Преимущественно клеточная регенерация характерна для эпителия кожи и слизистых, преимущественно внутриклеточная — для миокарда, скелетных мышц, ганглиозных клеток ЦНС, клеточная и внутриклеточная регенерации — для печени, почек, легких, ГМК.

Морфогенез регенераторного процесса:

• фаза пролиферации – размножение молодых, недифференцированных клеток (камбиальных, стволовых, предшественников клеток);
• фаза дифференцировки – созревание и структурно-функциональные изменения молодых клеток.

Регуляция регенерации:

• гуморальные факторы (гормоны, поэтины, факторы роста, кейлоны);
• иммунологические (есть данные о переносе лимфоцитами «регенерационной информации», стимулирующей пролиферативную активность клеток различных внутренних органов);
• нервные;
• функциональные факторы (дозированная функциональная нагрузка).

На регенерационные процессы негативно влияют истощение, дефицит витаминов, а также нарушения иннервации.

Физиологическая регенерация — совершается в течение всей жизни, включает: обновление клеток, волокнистых структур, основного вещества соединительной ткани, обновление внутриклеточных структур.

Биохимическая регенерация — обновление молекулярного состава всех компонентов тела.

Примеры: обновление клеток слизистых оболочек, кожи, серозных оболочек, крови.

Репаративная (восстановительная) регенерация – процесс восстановления структурных компонентов при различных патологических состояниях, приводящих к повреждению клеток и тканей:

• полная регенерация (реституция) – полное восстановление дефекта тканью, идентичной утраченной – в основном в тканях с преобладанием клеточной регенерации (соединительная ткань, кости, слизистые);
• неполная регенерация (субституция) – остаток дефекта замщается соединительной тканью, рубцом, при этом происходит компенсаторное увеличение оставшихся элементов специализированной ткани в массе (так называемая регенерационная гипертрофия) — в основном в тканях, где происходит внутриклеточная регенерация либо ее сочетание с клеточной.

Регенерационная гипертрофия может осуществляться двумя путями:

1. гиперплазия клеток в печени, почках, поджелудочной железе, легких, селезенке и других органах;

2. гиперплазией ультраструктур (миокард и нейроны головного мозга)

Патологическая регенерация — извращение регенерационного процесса в сторону гипорегенерации или гиперрегенерации, нарушение смены фаз пролиферации и дифференцировки (фактически это неправильно протекающая репаративная регенерация).

1. Ткани не утратили регенераторной способности, но по физическим и биохимическим условиям регенерация принимает избыточный характер, давая в итоге опухолевидные разрастания и приводя к нарушению функции (интенсивное разрастание грануляционной ткани в ранах: избыточные грануляции, келлоидные рубцы после ожогов, ампутационные невромы).

2. Утрата тканями характерных, соответствующих нормальным темпам регенерации (например, при истощении, авитаминозах, диабете) – медленно заживающие раны, ложные суставы, метаплазия эпителия в области хронического воспаления.

3. Регенерация носит качественно новый характер в отношении возникших тканей, с этим связана функциональная неполноценность регенерата (образование ложных долек при циррозах печени).

Методы улучшения процессов репарации

Современная медицина предлагает множество способов оптимизации репарации тканей. Одним из наиболее перспективных направлений является использование биологически активных добавок. Коллагеновые пептиды, гиалуроновая кислота и аминокислоты показывают высокую эффективность в стимуляции регенеративных процессов. Например, исследования показали, что прием гидролизованного коллагена увеличивает скорость заживления ран на 30-40%.

Практический совет: для ускорения репаративных процессов рекомендуется употреблять комплекс витаминов и минералов, в составе которого должны быть аскорбиновая кислота (не менее 200 мг в день), цинк (15 мг) и витамин Е (400 МЕ).

Методы физиотерапии также показывают высокую эффективность. Лазерная терапия, магнитотерапия и ультразвуковая терапия способствуют улучшению микроциркуляции и активации клеточных процессов. Особенно результативны эти методы в сочетании с грамотно подобранной медикаментозной терапией.

Экспертное мнение: практические наблюдения

По словам Сергея Минеевского, эксперта компании Uniformed, специализирующегося на вопросах профессиональной защиты тканей: «В своей практике я часто сталкиваюсь с ситуациями, когда неправильный уход за рабочей одеждой приводит к ухудшению её защитных свойств. Это напрямую влияет на безопасность сотрудников и может затруднять естественные процессы репарации при микротравмах.»

Примером может служить ситуация в одной текстильной компании, где правильная организация обработки спецодежды привела к снижению случаев кожных травм у работников на 45%. «Корректный выбор материалов и следование рекомендациям по уходу – это не лишь техническое требование, но и важный аспект для сохранения здоровья сотрудников», – подчеркивает Минеевский.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

Актуальность: Данная тема является актуальной по причине того, что репарация является свойством живой клетки бороться с различными повреждениями ДНК, чтобы сохранить целостность ДНК. Данная тема затрагивает одну из важных задач современной медицины.

Цель: понять, как нарушается целостность генетического материала клетки и какие существуют восстановительные механизмы ДНК и как они работают.

1. Изучить, что такое репарация.

2. Изучить, как происходит повреждение ДНК и почему.

3. Выяснить, как работают репарационные механизмы ДНК

3. «Световое восстановление»………………………………………. …. 5

4. «Темновое восстановление»………………………………………. …….6

6. Классификация репарации……………………………………………….8

8. Интересные факты о репарации………………………………….………11

Репарация (от латинского «reparatio» — восстановление) представляет собой уникальную функцию клеток, которая выражается в их способности восстанавливать химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК. Эти повреждения могут возникать как в процессе нормального биосинтеза ДНК, так и под воздействием различных физических или химических факторов. Восстановление осуществляется благодаря специализированным ферментным системам внутри клетки. Некоторые наследственные заболевания, например, пигментная ксеродерма, связаны с нарушениями в работе репарационных систем. Окружающая среда полна факторов, способных вызывать необратимые изменения в живых организмах. Чтобы поддерживать свою целостность и избегать мутаций, несовместимых с жизнью, клетка должна обладать механизмами самостоятельного восстановления.

Нарушения в ДНК

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты может быть разорвана как в ходе биосинтеза, так и под влиянием вредных веществ.

Источники повреждения ДНК:

— Ошибки в репликации ДНК

— Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова

— Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания

К числу негативных факторов можно отнести высокую температуру и физические воздействия. В случае повреждения молекулы ДНК клетка активирует процессы репарации для восстановления её структуры. За этот важный процесс отвечают специализированные ферменты, которые находятся в клетках. Неспособность определенных клеток выполнять восстановления может приводить к различным заболеваниям.

Работы Кельнера стали основой для последующих исследований, проведённых американскими учеными Сетлоу, Рупертом и их коллегами. Эти исследователи установили, что фотореактивация — это процесс, инициируемый специальным ферментом, который катализирует расщепление димеров тимина.

Именно они, как выяснилось, образовывались в ходе экспериментов под воздействием ультрафиолета. При этом яркий видимый свет запускал действие фермента, который способствовал расщеплению димеров и восстановлению первоначального состояния поврежденных тканей. В данном случае речь идет о световой разновидности восстановления ДНК. Определим это более четко.

Световая репарация представляет собой восстановление молекулы ДНК под воздействием света после повреждения. Тем не менее, это не единственный механизм, способствующий устранению повреждений.

Спустя некоторое время после открытия световой была обнаружена темновая репарация. Это явление происходит без какого-либо воздействия световых лучей видимого спектра. Данная способность к восстановлению обнаружилась во время исследования чувствительности некоторых бактерий к ультрафиолетовым лучам и ионизирующему излучению. Темновая репарация ДНК – это способность клеток убирать любые патогенные изменения дезоксирибонуклеиновой кислоты. Но следует сказать, что это уже не фотохимический процесс, в отличие от светового восстановления.

Механизм «темнового» устранения повреждений Наблюдения за бактериями показали, что спустя некоторое время после того, как одноклеточный организм получил порцию ультрафиолета, вследствие чего некоторые участки ДНК оказались поврежденными, клетка регулирует свои внутренние процессы определенным образом. В результате измененный кусочек ДНК просто отрезается от общей цепочки. Получившиеся же промежутки заново заполняются необходимым материалом из аминокислот. Иными словами, осуществляется ресинтез участков ДНК. Открытие учеными такого явления, как темновая репарация тканей, – это еще один шаг в изучении удивительных защитных способностей организма животного и человека.

Эксперименты, позволившие выявить механизмы восстановления и само существование этой способности, проводились с помощью одноклеточных организмов. Но процессы репарации присущи живым клеткам животных и человека. Некоторые люди страдают пигментной ксеродермой. Это заболевание вызвано отсутствием способности клеток ресинтезировать поврежденную ДНК.

Ксеродерма является заболеванием, передающимся по наследству. Система репарации включает в себя четыре фермента, отвечающих за процесс восстановления: ДНК-хеликазу, экзонуклеазу, полимеразу и лигазу. Первый из указанных ферментов может распознавать повреждения в цепи молекул ДНК.

Он не только распознает, но и обрезает цепь в нужном месте, чтобы удалить измененный отрезок молекулы. Само устранение осуществляется с помощью ДНК-экзонуклеазы. Далее происходит синтез нового участка молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты из аминокислот с целью полностью заменить поврежденный отрезок.

Ну и финальный аккорд этой сложнейшей биологической процедуры совершается с помощью фермента ДНК-лигазы. Он отвечает за прикрепление синтезированного участка к поврежденной молекуле. После того как все четыре фермента сделали свою работу, молекула ДНК полностью обновлена и все повреждения остаются в прошлом. Вот так слаженно работают механизмы внутри живой клетки.

В настоящее время ученые выделяют различные типы систем репарации, которые активируются под воздействием различных факторов. К ним относятся: реактивация, рекомбинационное восстановление, репарация гетеродуплексов, эксцизионная репарация и воссоединение негомологичных концов ДНК. Все одноклеточные организмы имеют как минимум три ферментные системы, каждая из которых способна осуществлять восстановление. К ним относятся прямая, эксцизионная и пострепликативная репарация. Прокариоты обладают этими тремя способами, а эукариоты имеют в своем арсенале дополнительные механизмы, известные как Miss-mathe и SOS-репарация. Биология подробно изучила все эти способы самовосстановления клеточного генетического материала.

1. Прямая репарация — наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина.

2. Эксцизионная репарация (от англ. «excision» — «вырезание») включает процесс удаления поврежденных азотистых оснований из молекулы ДНК и последующее восстановление её нормальной структуры. Эксцизионная репарация осуществляется за счет ферментативной системы, которая удаляет короткие однонитевые участки двунитевой ДНК, содержащие неправильно спаренные или поврежденные основания, и заменяет их созданием комплементарной последовательности из оставшейся нити.

Эксцизионная репарация является наиболее распространенным способом репарации модифицированных оснований ДНК. Этот тип репарации базируется на распознавании модифицированного основания различными гликозилазами, расщепляющими N-гликозидную связь этого основания с сахарофосфатным остовом молекулы ДНК. При этом существуют гликозилазы, специфически распознающие присутствие в ДНК определенных модифицированных оснований (оксиметилурацила, гипоксантина, 5-метилурацила, 3-метиладенина, 7-метилгуанина и т. д.). Для многих гликозилаз к настоящему времени описан полиморфизм, связанный с заменой одного из нуклеотидов в кодирующей последовательности гена. Для ряда изоформ этих ферментов была установлена ассоциация с повышенным риском возникновения онкологических заболеваний.

3. Пострепликативная репарация Tип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей поврежденные участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка. Пострепликативная репарация была открыта в клетках E.Coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.

Интересные факты о репарации

1. Считается, что от 80 до 90 процентов всех случаев рака связано с нарушениями в репарации ДНК.

2. Повреждение ДНК под воздействием факторов окружающей среды, а также нормальных метаболических процессов, происходящих в клетке, происходит с частотой от нескольких сотен до 1000 случаев в каждой клетке, каждый час.

3. По сути ошибки в репарации происходят так же часто как и в репликации, а при некоторых условиях даже чаще.

4. В половых клетках сложные механизмы репарации, связанные с гомологичной рекомбинацией, отсутствуют из-за гаплоидности их генома.

Репарация является ключевым условием нормальной работы организма. Поскольку многоклеточные структуры ежедневно и ежечасно подвержены угроза повреждений и мутаций в ДНК, они адаптируются и выживают, в том числе благодаря эффективно функционирующей системе репарации. Нормальные функции восстановления необходимы, так как их отсутствие ведет к развитию болезней, мутациям и другим отклонениям.

К ним относятся различные патологии развития, онкология и даже само старение. Наследственные болезни вследствие нарушений репарации могут приводить к тяжелым злокачественным опухолям и другим аномалиям организма. Сейчас определены некоторые заболевания, вызываемые именно сбоями систем репарации ДНК. Это такие, например, патологии, как синдром Кокейна, ксеродерма, неполипозный рак толстой кишки, трихотиодистрофия и некоторые раковые опухоли.

1. Кирпичев А. С., Севастьянова Г. А. «Молекулярная биология». М. AKADEMA, 2005 г.

2. С. Коничев, Г. А. Севастьянова Молекулярная биология. — Москва: Академия, 2003г.

3. С. Г. Инге-Вечтомов. Генетика с основами селекции. — Москва: Высшая школа, 1989г.

4. Кирилл Стасевич Как клетка чинит свою ДНК. Наука и жизнь. — 2015г.

5. Б. Льюин. «Гены». 1987 г.

Новости

А у нас просто умопомрачительная новость! В нашей клинике появился новый помощник в борьбе за идеальное тело!

346 отзывов

1 место из 8 в Ставрополе ПОДАРОЧНЫЕ СЕРТИФИКАТЫ. Не знаете, что подарить? У нас вы найдёте отличный подарок для своих близких! Подробнее

ВЫБРАТЬ УСЛУГУ

О механизмах репарации ДНК в клетке

В данной статье обоснована необходимость более детального изучения механизмов репарации ДНК в клетках для обоснования этиологии и возможных генно-инженерных методов лечения различных заболеваний.

репарация ДНК, прямая репарация, эксцизионная репарация, ДНК-лигазы, SOS-репарация

Материал и методы: Был проведен поиск в базах данных Medline, Embase, Cochrane и Web of Science. Обмен нуклеотидов, в частности ДНК, является ключевым для нормальной жизнедеятельности клетки. Поэтому для поддержания гомеостаза клетки весьма необходима стабильная защита генома от спонтанных мутаций и случайных поломок.

Согласно имеющимся оценкам, в каждой клетке человеческого тела в сутки происходят десятки тысяч событий повреждений ДНК. Эндогенные повреждения в основном относятся к следующим категориям:

1) ошибочное включение в геном урацила или спонтанное деаминирование цитозина;

2) гидролиз или окисление любого из четырех оснований под действием активных форм кислорода, гормонов, активных форм азота, предшественников гема или аминокислот;

3) алкилирование пуринов и пиримидинов S-аденилметионином или другими агентами.

Также ежесуточно происходит спонтанное отщепление оснований, в количестве до 10 тысяч событий на весь объём генома. Сходные повреждения вызываются также экзогенными факторами, такими как ксенобиотики и радиация.

ДНК — это жизненно важные молекулы для клеток, и за время эволюции в клетках развилась сложная система репарации ДНК, включающая различные механизмы и сотни белков, что обеспечивает восстановление нормальной структуры ДНК. Основой всех репарационных процессов является две цепочки молекулы ДНК, что позволяет клетке иметь две копии генетической информации, и поврежденный участок может быть восстановлен на базе intact цепи; если же обе цепи повреждены, используется информация из гомологичных хромосом.

Прямая репарация — самый быстрый и простой вариант для клетки исправить дефект за одну стадию, но с её помощью возможно исправление лишь небольшого числа повреждений. К прямым репарациям относятся фотореактивация пиримидиновых димеров, исправление АР-сайтов прямой вставкой пуринов и прямая репарация разрывов одной цепи ДНК.

Фотореактивация пиримидиновых димеров реализуется за счёт группы ферментов ДНК-фотолиаз. Фотолиазы активируются светом, с длиной волны 300–600 нм (видимая область). Фермент связывается с поврежденным участком. Затем после активации фотолиазы видимым светом происходит разрыв связей, возникших между пиримидиновыми кольцами ДНК.

Фотолиазы были найдены у бактерий, дрожжей, мушек дрозофил и некоторых иглокожих, но наличие фотолиаз у высших млекопитающих, в том числе человека, не было подтверждено.

Репарация АР –с айтов прямой вставкой пуринов реализуется при участии фермента ДНК — инсертаза. Инсертаза комплементарно присоединяет основание к дезоксирибозе и структура ДНК приобретает исходный вид. При этом типе репарации нет необходимости в разрезании цепи ДНК, вырезать неправильный нуклеотид и репарировать разрыв, однако данный механизм работает медленно и таким образом может быть исправлено небольшое число поломок.

Прямая репарация однонитевых разрывов ДНК осуществляется за счёт работы одного фермента — ДНК-лигазы. Данная группа ферментов катализирует ковалентное сшивание цепей ДНК в дуплексе при репликации, репарации и рекомбинации. Они образуют фосфодиэфирные мостики между 5’-фосфорильной и 3’-гидроксильной группами соседних дезоксинуклеотидов в местах разрыва ДНК. Реакция протекает с затратой энергии АТФ. Помимо прямой репарации, ДНК-лигазы играют важную роль в механизмах эксцизионной репарации.

Эксцизионная репарация — более сложный механизм восстановления структуры ДНК, при котором поврежденные участки извлекаются из цепи ДНК; при этом могут удаляться даже соседние с повреждёнными участками нуклеотиды. В образовавшийся промежуток вставляется недостающий участок. Для эксцизионной репарации необходима комплементарная цепь ДНК. Несмотря на разнообразие типов эксцизионной репарации и белков, участвующих в ней, можно выделить общие этапы:

1) распознавание повреждений осуществляется с помощью ДНК-гликозилаз;

2) разрезание нити ДНК с помощью эндонуклеаз;

3) удаление повреждённого участка посредством различных экзонуклеаз;

4) репаративный синтез на неповрежденной матрице с участием ДНК-полимераз.

У бактерии E.coli был идентифицирован особый тип репарации — SOS-репарация, активируемая при угрозе смерти клетки. Эта система несет в себе определенные недостатки, так как в случае её использования может происходить вставка некомплементарных нуклеотидов. Тем не менее, этот механизм критически важен для митоза и репликации, даже в ситуациях с серьезными повреждениями ДНК.

В части процессов репарации в клетке также участвует и рекомбинация. Этот механизм восстановления ДНК является приоритетным при возникновении двунитевых разрывов и из-за обширности требует более детального рассмотрения.

У млекопитающих обнаружены несколько типов ДНК-лигаз:

– ДНК-лигаза I связывает фрагменты Оказаки в ходе репликации ДНК и вносит свою лепту в реакции эксцизионной репарации.

– ДНК-лигаза II — недостаточно изучена; имеются две теории образования этого фермента, связанные с лигазой III и альтернативным сплайсингом.

– ДНК-лигаза III также задействована в реакциях эксцизионной репарации и в рекомбинации.

– ДНК-лигаза IV — фермент, участвующий в финальной стадии не-гомологичного соединения (NHEJ) разрывов двух нитей ДНК, а В рекомбинации генов иммуноглобулинов.

Основные структуры, осуществляющие репарацию — это различные группы ферментов. У разных биологических видов обнаружены разные типы ферментов в пределах одной группы. Некоторые ферменты образуют большие комплексы с различными видами ферментной активности.

Вывод: Как мы видим, все разнообразие механизмов связано с огромным множеством ферментов, вносящих свой вклад в реакции репарации. С учетом развития молекулярной диагностики и генной терапии более детальное изучение механизмов репарации ДНК и структур, участвующих в них, является весьма приоритетным и многообещающим как для научного обоснования этиологии различных генетических и онкологических заболеваний, так и для практического применения в качестве мишеней для лекарственных препаратов.

Пути заживления и обновления тканей — репарация, регенерация

Повреждение клеток активирует ряд биохимических процессов, инициирующих исцеление, которое может происходить через регенерацию или репарацию. Регенерация приводит к полному восстановлению тканей, а репарация — к частичному восстановлению их структуры. Процесс восстановлении ткани является ключевым для выживания организма.

В основе регенерации, например, ампутированной конечности у амфибий, лежит пролиферация клеток. У млекопитающих же полное восстановление органов или сложных тканей после повреждения происходит крайне редко и обычно термин «регенерация» используют для описания таких процессов, как рост печени после частичной резекции или некроза.

Но этот процесс скорее результат репарации и компенсаторного роста, чем истинная регенерация, однако термин «регенерация» широко распространен. Ткани с высоким пролиферативным потенциалом, например ткани системы кроветворения, эпителий кожи и ЖКТ, постоянно обновляются и могут регенерировать после повреждения до тех пор, пока сохраняются стволовые клетки данной ткани.

В большинстве случаев восстановление тканей включает одновременно регенерацию и рубцевание, которые связаны с отложением коллагена. Соотношение этих процессов зависит от возможностей ткани к регенерации и объема повреждения. Например, неглубокая рана кожи заживает за счет регенерации верхнего слоя эпидермиса.

Однако в случае значительного повреждения структуры внеклеточного матрикса (ВКМ) в большинстве случаев происходит образование рубца. Хроническое воспаление, сопровождающее повреждение, также стимулирует рубцевание вследствие локального образования факторов роста и цитокинов, что вызывает пролиферацию фибробластов и синтез коллагена. Для описания избыточного накопления коллагена в таких ситуациях используют термин «фиброз».

Компоненты внеклеточного матрикса (ВКМ) являются направляющими структурами при миграции клеток и каркасом для поддержания их правильной полярности при восстановлении многослойных структур, поэтому имеют большое значение для заживления ран, а также необходимы для образования новых кровеносных сосудов (ангиогенеза).

Вдобавок клетки (фибробласты, макрофаги и др.) выделяют в ВКМ факторы роста, цитокины и хемокины, от которых зависят регенерация и репарация. Хотя репарация относится к процессам заживления, она сама по себе может вызвать нарушение функций ткани, например при развитии атеросклероза.

Понимание механизмов регенерации и репарации требует знания о регуляции клеточного роста, сигнальных путях и многообразии функций компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ).

В отдельных статьях на сайте сначала обсуждаются принципы деления клеток, пролиферативный потенциал тканей и роль стволовых клеток в поддержании тканевого гомеостаза. Далее рассматриваются факторы роста и сигнальные механизмы в клетках, связанные с процессом заживления. Затем рассматриваются регенеративные процессы с акцентом на регенерацию печени и свойства внеклеточного матрикса (ВКМ) и его компонентов. Данные статьи составляют основу для обсуждения важнейших характеристик заживления ран и фиброза.

Роль внеклеточного матрикса в регенерации и репарации.

Для успешной регенерации печени с восстановлением нормальной ткани после повреждения требуется целостный матрикс.

Если матрикс повреждён, восстановление будет осуществляться через образование фиброзной ткани, что приводит к образованию рубца, то есть процессу репарации.

— Рекомендуем ознакомиться со следующей статьей «Регуляция деления и пролиферации клеток в тканях»

1. Клеточные элементы, играющие роль в хроническом воспалительном процессе — макрофаги и прочие клетки
2. Факторы и механизмы, способствующие образованию гранулематозного воспаления. Что такое гранулема?
3. Воздействие воспалительных процессов на организм в целом (системные признаки воспаления)
4. Разнообразие воспалительных реакций и их последствия
5. Механизмы заживления и восстановления тканей — репарация и регенерация
6. Регуляция клеточной пролиферации и деления в тканях
7. Типы стволовых клеток и их характеристики
8. Эмбриональные стволовые клетки: их особенности
9. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) и их описание
10. Где находятся стволовые клетки у взрослых людей?