Апоптоз - запрограмована загибель клітини

Що таке апоптоз?

апоптоз - фізіологічна смерть клітини, що представляє собою своєрідну генетично запрограмовану самоліквідацію.

Термін "апоптоз" в перекладі з грецького означає "опадає". Автори терміна дали таку назву процесу запрограмованої смерті клітин тому, що саме з ним пов`язано осіннє опадання зів`ялого листя. Крім того, сама назва характеризує процес як фізіологічний, поступовий і абсолютно безболісний.

У тварин в Як найбільш яскравий приклад апоптозу, як правило, призводять зникнення хвоста у жаби під час метаморфози з пуголовка в дорослу особину.

У міру дорослішання жабеня хвіст повністю зникає, оскільки його клітини піддаються поступового апоптозу - запрограмованої смерті, і поглинанню зазнала деструкції елементів іншими клітинами.

Явище генетично запрограмованої загибелі клітин зустрічається у всіх еукаріотів (організмів, клітини яких мають ядро). Прокаріоти ж (бактерії) мають своєрідний аналог апоптозу. Можна сказати, що даний феномен характерний для всього живого, за винятком таких особливих доклітинних форм життя, як віруси.

Апоптозу можуть піддаватися як окремі клітини (як правило, дефектні), так і цілі конгломерати. Останнє особливо характерно для ембріогенезу. Наприклад, досліди дослідників довели, що завдяки апоптозу під час ембріогенезу зникають перетинки між пальцями на лапках у курчат.

Вчені стверджують, що людина має такі вроджені аномалії, як зрощені пальці на руках і ногах, також виникають внаслідок порушення нормального апоптозу на ранніх стадіях ембріогенезу.

Історія відкриття теорії апоптозу

Вивчення механізмів та значення генетично запрограмованої клітинної смерті почалося ще в шістдесятих роках минулого століття. Вчених зацікавив той факт, що клітинний склад більшості органів протягом життя організму практично однаковий, а ось життєвий цикл різних типів клітин значно відрізняється. При цьому відбувається постійна заміна багатьох клітин.

Таким чином, відносна постійність клітинного складу всіх організмів підтримується динамічним рівновагою двох протилежних процесів - клітинної проліферації (ділення і зростання) і фізіологічного відмирання віджилих клітин.

Авторство терміна належить британським вченим - Дж. Керр, Е. Уайлі і А. Керрі, які вперше висунули і обгрунтували концепцію про принципову різницю фізіологічної загибелі клітин (апоптоз), і їх патологічної загибелі (некроз).

У 2002 році вчені з кембріджської лабораторії, біологи С. Бреннер, Дж. Салстон і Р. Хорвіц, отримали Нобелівську Премію з фізіології і медицині за розкриття основних механізмів генетичної регуляції розвитку органів і дослідження програмованої клітинної смерті.

Сьогодні теорії апоптозу присвячені десятки тисяч наукових робіт, що розкривають основні механізми його розвитку на фізіологічному, генетичному та біохімічному рівнях. Ведеться активний пошук його регуляторів.

Особливо великий інтерес представляють дослідження, що дають можливість практичного застосування регуляції апоптозу при лікуванні онкологічних, аутоімунних і нейродистрофических захворювань.

механізм

Механізм розвитку апоптозу на сьогоднішній день до кінця не вивчений. Доведено, що процес може індукувати малими концентраціями більшості речовин, що викликають некроз.

Відео: Apoptosis (Апоптоз) rus

Однак в більшості випадків генетично запрограмована загибель клітин відбувається при надходженні сигналів від молекул - клітинних регуляторів, таких як:

гормони;
антигени;
моноклональні антитіла і ін.

Сигнали до апоптозу сприймаються спеціалізованими клітинними рецепторами, які запускають послідовні етапи внутрішньоклітинних складних біохімічних процесів.

Характерно, що сигналом до розвитку апоптозу може бути як наявність активують речовин, так і відсутність деяких з`єднань, що перешкоджають розвитку запрограмованої смерті клітини.

Відповідь клітини на сигнал залежить не тільки від його сили, а й від загального вихідного стану клітини, морфологічних особливостей її диференціювання, стадії життєвого циклу.

Одним з базових механізмів апоптозу на стадії його реалізації є деградація ДНК, в результаті чого відбувається фрагментація ядра. У відповідь на пошкодження ДНК запускаються захисні реакції, спрямовані на її відновлення.

Відео: 185 Апоптоз

Невдалі спроби відновити ДНК призводять до повного енергетичного виснаження клітини, що і стає прямого причинного її загибелі.

Механізм апоптозу - відео

Фази і стадії

Розрізняють три фізіологічні фази апоптозу:
1. Сигнальна (активація спеціалізованих рецепторів).
2. Ефекторна (формування з різнорідних ефекторних сигналів єдиного шляху апоптозу, і запуск каскаду складних біохімічних реакцій).
3. Дегідратаційних (букв. Зневоднення - загибель клітини).

Крім того, морфологічно виділяють дві стадії процесу:
1. Перша стадія - преапоптоз. На цій стадії відбувається зменшення розмірів клітини за рахунок її зморщування, виникають оборотні зміни в ядрі (ущільнення хроматину і скупчення його по периферії ядра). У разі впливу деяких специфічних регуляторів апоптоз може бути зупинений, і клітина відновить свою нормальну життєдіяльність.
2. Друга стадія - власне апоптоз. Усередині клітини відбуваються грубі зміни в усіх її органелах, однак найбільш значущі перетворення розвиваються в ядрі і на поверхні її зовнішньої мембрани. Клітинна мембрана втрачає ворсинки і звичайну складчастість, на її поверхні формуються бульбашки - клітина як би кипить, і в результаті розпадається на так звані апоптичні тільця, що поглинаються тканинними макрофагами і / або сусідніми клітинами.

Морфологічно визначається процес апоптозу займає, як правило, від одного до трьох годин.

Некроз і апоптоз клітини. Подібність і відмінність

Термінами некроз і апоптоз позначають повне припинення життєдіяльності клітини. Однак апоптозом позначають фізіологічне відмирання, а некрозом - її патологічну загибель.

Апоптоз є генетично запрограмованим припиненням існування, тобто за визначенням має внутрішню причину розвитку, в той час як некроз відбувається в результаті впливу надсильних зовнішніх, по відношенню до клітки, чинників:

травма;
опік;
кисневе голодування;
нестача поживних речовин;
отруєння токсинами і т.п.

Для апоптозу характерна поступовість і стадійність процесу, в той час як некроз настає більш гостро, і чітко розрізнити стадії практично неможливо.

Крім того, загибель клітини при процесах некрозу і апоптозу відрізняється морфологічно - перший характеризується її набуханням, а при другому відбувається зморщування клітини, і ущільнення її мембран.

Під час апоптозу відбувається загибель клітинних органел, проте мембрана зберігається в цілісності, так що утворюються, так звані, апоптичні тільця, які згодом поглинаються спеціалізованими клітинами - макрофагами або клітинами-сусідами.

При некрозі відбувається розрив клітинної мембрани, і вміст клітини виходить назовні. Починається запальна реакція.

Якщо некрозу піддалося досить велика кількість клітин, запалення проявляється відомими з давніх-давен характерними клінічними симптомами. такими як:

біль;
почервоніння (розширення судин в області поразки);
припухлість (запальний набряк);
місцеве, а іноді і загальне підвищення температури;
більш-менш виражене порушення функції органу, в якому стався некроз.

біологічне значення

Біологічне значення апоптозу полягає в наступному:
1. Здійснення нормального розвитку організму в період ембріогенезу.
2. Запобігання розмноження мутованих клітин.
3. Регуляція діяльності імунної системи.
4. Запобігання передчасного старіння організму.

Даний процес відіграє провідну роль в ембріогенезі, оскільки багато органів і тканини зазнають значних трансформацій під час ембріонального розвитку. Багато вроджені дефекти виникають внаслідок недостатньої активності апоптозу.

Як запрограмована самоліквідація дефектних клітин, даний процес є потужною природним захистом проти онкологічних захворювань. Так, наприклад, вірус папіломи людини блокує клітинні рецептори, відповідальні за апоптоз і, таким чином, призводить до розвитку раку шийки матки та деяких інших органів.

Завдяки цьому процесу відбувається фізіологічна регуляція клонів Т-лімфоцитів. відповідальних за клітинний імунітет організму. Клітини, нездатні розпізнавати білки власного організму (а таких в цілому дозріває близько 97%), піддаються апоптозу.

Недостатність апоптозу призводить до тяжких аутоімунних захворювань, в той час як його посилення можливо при імунодефіцитних станах. Наприклад, тяжкість перебігу СНІДу корелює з посиленням даного процесу у Т-лімфоцитів.

Крім того, цей механізм має велике значення для функціонування нервової системи: він відповідальний за нормальне формування нейронів, і він же може викликати раннє руйнування нервових клітин при хворобі Альцгеймера.

Одна з теорій старіння організму - теорія апоптозу. Вже доведено, що саме він лежить в основі передчасного старіння тканин, де загибель клітин залишається непоправною (нервова тканина, клітини міокарда). З іншого боку, недостатній апоптоз може сприяти накопиченню в організмі старіючих клітин, які в нормі фізіологічно відмирають, і замінюються новими (раннє старіння сполучної тканини).

Роль теорії апоптозу в медицині

Роль теорії апоптозу в медицині полягає в можливості пошуку шляхів регуляції цього процесу для лікування і профілактики багатьох патологічних станів, викликаних ослабленням або, навпаки, посиленням апопоптоза.

Відео: Апоптоз

Дослідження ведуться одночасно у багатьох напрямках. Перш за все, слід відзначити наукові дослідження в такій важливій області медицини, як онкологія. Оскільки пухлинний ріст викликаний дефектом генетично запрограмованої загибелі мутованих клітин, вивчається можливість специфічної регуляції апоптозу, з підвищенням його активності в пухлинних клітинах.

Дія деяких хіміотерапевтичних препаратів, широко застосовуються в онкології, засноване на посиленні процесів апоптозу. Так як пухлинні клітини більш схильні до даного процесу, підбирається доза речовини, достатня для загибелі патологічних клітин, але відносно нешкідлива для нормальних.

Також надзвичайно важливі для медицини дослідження, які вивчають роль апоптозу в дегенерації тканини серцевого м`яза під впливом недостатності кровообігу. Група китайських вчених (Lv X, Wan J, Yang J, Cheng H, Li Y, Ao Y, Peng R) опублікувала нові експериментальні дані, які доводять можливість штучного зниження апоптозу в кардіоміоцитах при введенні певних речовин-інгібіторів.

Якщо теоретичні дослідження на лабораторних об`єктах вдасться застосувати в клінічній практиці - це буде великий крок вперед у боротьбі з ішемічною хворобою серця. Дана патологія займає перші позиції серед причин смерті в усіх високорозвинених країнах, так що перехід від теорії до практики важко було б переоцінити.

Ще одна вельми перспективний напрям - розробка методів регуляції даного процесу для уповільнення старіння організму. Теоретичні дослідження ведуться в напрямку створення програми, яка поєднувала підвищення активності апоптозу старіючих клітин, і одночасного посилення проліферації молодих клітинних елементів. Тут досягнуто певних успіхів на теоретичному рівні, проте до переходу від теорії до практичних рішень ще далеко.

Крім того, масштабні наукові дослідження проводяться в наступних напрямках:

алергологія;
імунологія;
терапія інфекційних захворювань;
трансплантологія;
косметологія і ін.

Таким чином, в недалекому майбутньому ми станемо свідками впровадження в практику принципово нових медичних препаратів, які перемагають багато захворювань.

Перед застосуванням необхідно проконсультуватися з фахівцем.

Поділіться з друзями

Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Схожі