Апоптоз, або запрограмована загибель клітин. Як справи?

Апоптоз (грец. Apoptosis - опадання листя) - це процес запрограмованої загибелі клітин, це цілком природне явище, яке дозволяє виводити з організму аномальні, пошкоджені та використані клітини. Варто з’ясувати, що саме це таке, чи шкідливий апоптоз, коли він відбувається і які процеси до нього призводять.

Зміст:

1. Початок апоптозу
2. Перебіг апоптозу
3. Контроль апоптозу
4. Апоптоз і хвороби

Апоптоз - це фізіологічний, природний процес, який постійно протікає у кожному здоровому організмі, він необхідний для нормального функціонування організму. Завдяки апоптозу організм має можливість контролювати кількість і якість клітин. Цей процес, відомий як програмована загибель клітин, призводить до усунення пошкоджених, інфікованих або непотрібних клітин, забезпечуючи баланс між утворенням нових клітин і руйнуванням старих клітин.

Порушення в процесі апоптозу мають дуже негативний ефект, є захворювання, профілактика та лікування яких дуже важкі - рак, аутоімунні захворювання. Можливо, нові методи лікування, які дозволяють процес апоптозу в ракових клітинах, стануть ефективним методом лікування.

Загальна кількість клітин в організмі строго визначена і постійна, будь-яка триваліша зміна їх кількості може негативно позначитися на нашому здоров’ї, тому організм прагне підтримувати баланс між руйнуванням клітин і утворенням нових. Процес загибелі клітини може відбуватися кількома способами, найважливішими з яких є:

• Некроз (некроз) - викликається зовнішніми факторами: хімічними, механічними, фізичними. Це патологічний, ненормальний процес, над яким організм не має контролю. В її процесі руйнуються цілі групи клітин, і наслідком цього пошкодження є розвиток запального процесу.

• Апоптоз (запрограмована загибель клітини) дуже різний, процес цілком нормальний, фізіологічний, одноклітинний і необхідний в нормально функціонуючому організмі.

• Автофагія - включає перетравлення клітиною власних ферментів.

Незважаючи на свій негативний вплив, апоптоз є нормальним, регулярним явищем, він спрямований на благо всього організму, дозволяючи замінити неефективні, зношені клітини новими. Видалені клітини - це в основному ті клітини, які можуть стати небезпечними для господаря, наприклад, ракові або новоутворені.

Таким чином, апоптоз допомагає підтримувати гомеостаз, тобто рівновагу організму. Процес запрограмованої загибелі клітин - дуже складне явище, в якому беруть участь десятки ферментів і білків. Час його виникнення також не випадковий, він визначається багатьма сигнальними шляхами, які активуються в результаті пошкодження клітини: її органел або генетичного матеріалу.

Читайте також: Martwica - що це? Види некрозу

Початок апоптозу

Активація апоптозу пов’язана з активацією або гальмуванням дії певних білків (про та антиапоптотичних), які постійно присутні в клітині. Спосіб процесу залежить від типу та стимулу, який викликає апоптоз. Ініціація - це перша, початкова фаза, під час якої активізуються сигнальні шляхи, що ведуть до розвитку процесу запрограмованої смерті.

Найважливішим з них є так званий внутрішній шлях, в якому мітохондрії відіграють домінуючу роль, а зовнішній шлях, його тригерами, є сигналами ззовні клітини:

• дефіцит факторів росту, гормонів
• збільшення концентрації деяких цитокінів (молекул, що виробляються лімфоцитами)
• взаємодії з сусідніми клітинами
• фізичні фактори
• дефіцит поживних речовин.

У випадку зовнішнього шляху подразники навколишнього середовища діють на рецептори, розташовані в клітинній мембрані (так звані рецептори смерті), які запускають каскад внутрішньоклітинних сигналів, що призводить до апоптозу.

У випадку внутрішнього шляху мітохондрії відіграють ключову роль. Після їх пошкодження різними факторами в цих органелах експресуються проапоптотичні білки, які, в свою чергу, пошкоджують функцію мітохондрій, перешкоджаючи виробленню енергії.

Крім того, ця шкода спричиняє вивільнення білка з мітохондрії - цитохрому, що сприяє збільшенню концентрації іонів кальцію в клітині. Збільшення кількості цього іона є пусковим механізмом апоптозу.

Перебіг апоптозу

Перехід клітини до апоптозу можна визнати за її відділенням від інших, і це перший крок у цьому процесі. Це відбувається внаслідок зсуву електролітів, зневоднення клітин та зміни його форми. Потім ядро ​​клітини фрагментується і утворюються так звані апопторичні тіла, це клітинні залишки, які будуть поглинатися сусідніми клітинами або «з’їдатися» макрофагами. Такий перебіг апоптозу змушує клітину «мовчки» видалятися і не викликає розвитку загальної реакції - запалення.

Як уже згадувалось, у цьому процесі беруть участь різні ферменти: каспази, що перетравлюють білки, що містяться в ядрі та цитоплазмі, трансглутамінази та ендонуклеолітичні ферменти, що відповідають за різання ДНК. Хід усього процесу знищення (виконання апоптозу) можна розділити на кілька етапів:

1. Етап управління-прийняття рішення - він полягає в передачі в ядро ​​клітини інформації про активацію механізмів репарації або їх відмову і початок процесу розпаду клітини. У цьому процесі беруть участь каспази, білки BID та BAX, а Т-лімфоцити виділяють всередину клітин гранзими, які, крім іншого, виділяють іони кальцію, стимулюючи апоптоз.

2. Виконавча фаза - на цій стадії каспази розвивають свою повну функцію - вони руйнують клітинні білки - структурні та ферментативні:

• ДНК-полімераза та ДНК-кіназа, запобігаючи відновленню нуклеїнових кислот
• ламіни, пошкоджуючи ядерну мембрану.

У цій фазі відбувається дегідратація клітини, подальші зміни форми і розміру, фрагментація ДНК (ендонуклеазою), потім фрагментація клітин і утворення апоптотичних тіл. Ці каспази є внутрішньоклітинними ферментами, які розрізають білки в певних місцях - заданій послідовності амінокислот. Їх активація відбувається лавиноподібно - активована каспаза активує наступну.

Цікаво, що, незважаючи на розпад багатьох клітинних білків, клітинні органели залишаються неушкодженими і повністю потрапляють в апопторичні тіла.

3. Етап очищення базується на фагоцитозі, тобто поглинанні клітинних залишків, найчастіше фантомними клітинами - макрофагами.

Контроль апоптозу

Апоптоз - це суворо регламентований процес - як його ініціювання, так і перебіг. Контроль в основному здійснюється білками Bcl-2, вони включають антиапоптотичні білки - вони протидіють розвитку апоптозу (наприклад, Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w) і проапоптотичні - сприяючи його виникненню, пошкоджуючи мітохондріальну мембрану (Bid, Bak, Погано).

Експресія або активність цих білків залежить від умов, в яких знаходиться клітина, а також її стану - якщо пошкодження велике або зовнішні умови не сприятливі, активуються проапоптотичні білки.

У нормальних умовах антиапоптотичні білки домінують і гальмують процес запрограмованої загибелі клітин. Більше того, було доведено, що апоптоз також контролюється генами, одним з яких є ген р53, який належить до проапоптотичних факторів. Його продукт, білок p53, запускає процес суїцидальної загибелі клітин, якщо пошкодження генетичного матеріалу настільки серйозне, що ДНК неможливо відновити.

Отже, цей білок іноді називають "охоронцем геному", оскільки він визначає, чи зупинить клітина поділ клітини для відновлення пошкоджень, що сталися, чи апоптоз.

Апоптоз і хвороби

Доведено, що дисбаланс між утворенням нових клітин та елімінацією старих клітин є причиною багатьох захворювань, тому клітинний контроль апоптозу надзвичайно важливий, і його порушення може мати дуже серйозні наслідки.

Якщо клітини стійкі до смерті внаслідок апоптозу, може розвинутися рак або аутоімунне захворювання (наприклад, ревматоїдний артрит). В обох цих випадках хворі клітини не зазнають процесу апоптозу, вони «стійкі» до нього через генетичні мутації або аномальну активність про- та антиапоптотичних білків. З іншого боку, надмірна відповідність та елімінація занадто великої кількості клітин може призвести до дегенеративних захворювань та пошкодження органів.

В даний час протестовані останні онкологічні препарати діють на стадії апоптозу - механізм дії полягає у сприянні присутності проапоптотичних білків - сприянні виникненню апоптозу в клітинах пухлини. Променева терапія та "стандартна" хіміотерапія працюють подібним чином, щоб викликати апоптоз. Обидва ці способи лікування спричиняють стільниковий стрес, що призводить до загибелі пухлинних клітин. На жаль, така терапія не завжди є ефективною, оскільки в пухлинних клітинах не рідко підвищується активність факторів, що інгібують апоптоз, що не тільки ускладнює боротьбу з ними, а й призводить до неконтрольованого росту та розмноження.

Читайте також: Розвиток раку або як виникає рак

Рекомендована стаття:

Розвиток пухлини - як рак формується про автора

Лук. Мацей Гримуза Випускник медичного факультету Медичного університету ім К. Марцінковського в Познані. Він закінчив школу з надмірно хорошим результатом. В даний час він є лікарем у галузі кардіології та докторантом. Його особливо цікавить інвазивна кардіологія та імплантовані пристрої (стимулятори).