Molecular mechanisms of cell functioning in norm and pathology

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In our study, the following are modern information about the structural and functional organization of cell membranes, the internal apparatus, as well as the cell organelle. The features of the functioning of the structural and dynamic genome are shown, including the main epigenetic mechanisms of gene expression regulation. The cell pathology section describes the main pathological processes that occur in cells after reversible and irreversible damage. The mechanisms and signaling pathways of the phenomenon, markers of cellular aging are highlighted, as well as the significance of this phenomenon in normal and pathological conditions. The main mechanisms of hypoxic and free-radical necrobiosis are described. The mechanisms, signaling pathways, and significance for the norm and pathology of two types of programmed cell death, autophagy and apoptosis, are discussed in detail. The prospect of using fundamental knowledge about the molecular mechanisms of life activity to improve the treatment of the most urgent types of pathology is shown.

About the authors

Alexander I. Tyukavin

Saint Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: alexander.tukavin@pharminnotech.com
SPIN-code: 8476-5366

Doctor of Medicine (MD), Professor, Head of the Department to Physiology and Pathology

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey V. Suchkov

Russian Biotechnological University of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation; Moscow State Medical Dental University named after A. I. Evdokimov

Email: ssuchkov57@gmail.com
SPIN-code: 7052-7335

Doctor of Medicine (MD), Professor, Chair of the Department of Personalized Medicine, Precision Nutriciology and Biodesign, Institute of Biotechnology & Global Health, Professor of the Department of Clinical Al-lergology and Immunology

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Physiology with the basics of anatomy: textbook / ed. A. I. Tyukavina, V. A. Chereshneva, V. N. Yakovleva, I. V. Gaivoronsky / Yu. V. Natochin, I. A. Narkevich, V. N. Yakovlev [and others]. – Moscow: Publishing House “Infra-M”, 2016. – 574 p. – ISBN 978-5-16-011002-8. (In Russ.).
  2. Patologija: Uch. / Pod red. Tjukavina A.I. – M.: NIC INFRA-M2020. – 844 s. – (VO: Specialitet)(P) (Tjukavin A. I. Vasil’ev A. G. Vlasov Timur Dmitrievich); Infra-M, 2020. (In Russ.).
  3. Clinical pathophysiology: Course of lectures / Edited by V. A. Chereshneva, P. F. Litvitsky, V. N. Gypsy. – 2nd edition, revised and enlarged. – St. Petersburg: SpecLit, 2015. – 472 p. – ISBN 978-5-299-00511-0. (In Russ.).
  4. Popov B. V. Introduction to the cell biology of stem cells: a teaching aid for students of biological and medical faculties of universities, as well as students of higher medical educational institutions / B. V. Popov; B.V. Popov. – St. Petersburg: SpecLit, 2010. – 319 p. – ISBN 978-5-299-00430-4. (In Russ.).
  5. Chereshnev V. A. Patologija. V 2-h tomah. Tom 1 / Pod red. V. A. Chereshneva, V. V. Davydova. – Moskva: GJeOTAR-Media, 2009. – 608 s. – ISBN 978-5-9704-0998-5. – Tekst: jelektronnyj // JeBS “Konsul’tant studenta”: [sajt]. – URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970409985.html. (In Russ.).
  6. Patologija: uchebnik: v 2 t. / pod red. V. V. Davydova, V. A. Chereshneva. – 2-e izd., pererab. i dop. – Moskva : GJeOTAR-Media, 2023. – T. 2. – 664 s.: il. – doi: 10.33029/9704-6459-5-PDC2-2023-1-664. – ISBN 978-5-9704-6459-5. (In Russ.).
  7. Karbyshev M. S., Abdullaev Sh. P. Biohimija oksidativnogo stressa: uchebno-metodicheskoe posobie. FGBOU VO RNIMU imeni N.I. Pirogova Minzdrava Rossii, M.: Izdatel’stvo HH, 2018. 60 s. (In Russ.).
  8. Port K. M. Pathophysiology: basics / K. M. Port; K. Port; ed. G. V. Podryadina [i.e. Order]; [per. Koko reva E. V.]. – Moscow: Eksmo, 2011. – (Medicus Medica). – ISBN 978-5-699-43708-5. (In Russ.).
  9. Maltseva L. D. Pathology: Textbook / L. D. Maltseva, S. Ya. Dyachkova, E. L. Karpova. – Moscow: Limited Liability Company Publishing Group “GEOTAR-Media”, 2018. – 536 p. – ISBN 978-5-9704-4335-4. (In Russ.)
  10. Apoptoz v onkourologii / I. V. Knjaz’kin, V. N. Cygan; Rossijskaja akad. estestvennyh nauk, Sankt-Peterburgskij centr prostatologii. – Sankt-Peterburg: Nauka, 2007. – 239 s.: il., tabl.; 21 sm.; ISBN 978-5-02-026277-5. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Scheme of cell organization

Download (230KB)
3. Fig. 2. The structure of the plasma membrane of the cell

Download (166KB)
4. Fig. 3. Scheme of the organization of the cytoskeleton

Download (161KB)
5. Fig. 4. Scheme organization of mitochondria

Download (109KB)
6. Fig. 5. Scheme of intermolecular electron transfer along the respiratory chain of mitochondria

Download (117KB)
7. Fig. 6. Structure of the endoplasmic reticulum

Download (196KB)
8. Fig. 7. Functional interaction of the Golgi complex and lysosomes

Download (160KB)
9. Fig. 8. Scheme of the structure of ribosomes and protein synthesis

Download (66KB)
10. Fig. 9. Scheme of the structure of the cell nucleus

Download (218KB)
11. Fig. 10. Chromatin state variants and gene activity

Download (196KB)
12. Fig. 11. DNA packaging mechanism mediated by histones

Download (143KB)
13. Fig. 12. The structure of the human gene encoding the protein. Promoter – a DNA nucleotide sequence recognized by RNA polymerase as a launching pad for the start of transcription; An exon is a section of a gene that carries information about the structure of a protein. Intron – a section of a gene that does not carry information about the synthesis of an enzyme or RNA specific for these genes) is located between the coding sections of genes (exons)

Download (66KB)
14. Fig. 13. Protein synthesis

Download (157KB)
15. Fig. 14. Methylation of cytosine (left), 5-methylcytosine (right)

Download (34KB)
16. Fig. 15. Outcomes of disorders of intracellular processes after cell damage

Download (147KB)
17. Fig. 16. Types and mechanisms of cellular aging. There are three types of cellular aging: 1. Replicative, 2. Oncogene-induced senescence (OIS), and 3. Stress-induced premature cell senescence (SIPS)

Download (145KB)
18. Fig. 17. Replicative type of cellular aging. TRF2 is a factor that binds telomeric repeats and is present in telomeres throughout the entire cell cycle; POT1 is a gene that regulates telomere length and protects the ends of chromosomes from recombination and instability. ATM is an enzyme (protein kinase) that activates several proteins that initiate cell cycle arrest. ATR is an enzyme (protein kinase) that monitors DNA damage and, if detected, activates cell cycle arrest at a checkpoint

Download (53KB)
19. Fig. 18. Morphological signs of the phenomenon of cellular aging. Senescent cells are characterized by a single large nucleolus and small DNA foci formed by aging-associated heterochro matin (SAHF)

Download (96KB)
20. Fig. 19. Scheme of the development of cell necrosis

Download (178KB)
21. Fig. 20. Intracellular damaging effects of ionized calcium

Download (171KB)
22. Fig. 21. Stages of free radical lipid peroxidation

Download (65KB)
23. Fig. 22. Levels of action of antioxidant factors of the cell

Download (111KB)
24. Fig. 23. Types of autophagy

Download (114KB)
25. Fig. 24. Intracellular mechanisms of autophagy regulation

Download (116KB)
26. Fig. 25. When the mitochondrial pathway of apoptosis is blocked, activation of autophagy and the enzyme (kinase) JNK cause autophagic cell death

Download (104KB)
27. Fig. 26. Comparative evaluation of morphological and functional changes in the cell during necrosis and apoptosis

Download (172KB)
28. Fig. 27. Molecular mechanisms of apoptosis

Download (196KB)

Copyright (c) 2022 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».