Апоптоз (греч. Апоптоз - опадание листьев) - это процесс запрограммированной гибели клеток, это вполне естественное явление, которое позволяет удалять из организма аномальные, поврежденные и использованные клетки. Стоит выяснить, что именно это такое, вреден ли апоптоз, когда он возникает и какие процессы к нему приводят.
Оглавление:
- Инициирование апоптоза
- Течение апоптоза
- Контроль апоптоза
- Апоптоз и болезни
Апоптоз - это физиологический и естественный процесс, который непрерывно протекает в каждом здоровом организме и необходим для правильного функционирования организма. Благодаря апоптозу организм имеет возможность контролировать количество и качество клеток. Этот процесс, известный как запрограммированная смерть клеток, приводит к уничтожению поврежденных, инфицированных или ненужных клеток, что обеспечивает баланс между образованием новых клеток и разрушением старых клеток.
Нарушения при апоптозе очень негативно сказываются, есть заболевания, профилактика и лечение которых очень сложны - рак, аутоиммунные заболевания. Возможно, новые методы лечения, запускающие процесс апоптоза в раковых клетках, станут эффективным методом лечения.
Общее количество клеток в организме строго определено и постоянно, любое продолжительное изменение их количества может негативно сказаться на нашем здоровье, поэтому организм стремится поддерживать баланс между разрушением клеток и образованием новых. Процесс гибели клеток может происходить несколькими путями, наиболее важными из которых являются:
- Некроз (некроз) - вызывается внешними факторами: химическими, механическими, физическими. Это патологический, ненормальный процесс, над которым организм не властен. В его ходе разрушаются целые группы клеток, и следствием этого повреждения является развитие воспалительного процесса.
- Апоптоз (запрограммированная гибель клеток) очень отличается, процесс полностью нормальный, физиологический, одноклеточный и существенный в нормально функционирующем организме.
- Аутофагия - вовлечение клетки в переваривание собственными ферментами.
Несмотря на негативное влияние, апоптоз - нормальное, регулярное явление, он направлен на благо всего организма, позволяя заменять неэффективные, изношенные клетки новыми. Удаляются в основном те клетки, которые могут стать опасными для хозяина, например злокачественными или новообразованными.
Таким образом, апоптоз помогает поддерживать гомеостаз, то есть баланс организма. Процесс запрограммированной гибели клеток - очень сложное явление, в котором задействованы десятки ферментов и белков. Время его появления тоже не случайно, оно определяется многими сигнальными путями, которые активируются в результате повреждения клетки: ее органеллами или генетическим материалом.
Читайте также: Мартвица - что это? Виды некроза
Инициирование апоптоза
Активация апоптоза связана с активацией или ингибированием действия определенных белков (про и антиапоптозных), которые постоянно присутствуют в клетке. То, как происходит процесс, зависит от типа и стимула, запускающего апоптоз. Инициация - это первая, начальная фаза, во время которой активируются сигнальные пути, ведущие к развитию процесса запрограммированной смерти.
Наиболее важным из них является так называемый внутренний путь, в котором митохондрии играют доминирующую роль, а внешний путь, его триггеры - это сигналы извне клетки:
- дефицит факторов роста, гормонов
- повышение концентрации некоторых цитокинов (молекул, вырабатываемых лимфоцитами)
- взаимодействие с соседними клетками
- физические факторы
- дефицит питательных веществ.
В случае внешнего пути стимулы окружающей среды воздействуют на рецепторы, расположенные в клеточной мембране (так называемые рецепторы смерти), которые запускают каскад внутриклеточных сигналов, ведущих к апоптозу.
В случае внутреннего пути ключевую роль играют митохондрии. После их повреждения различными факторами в этих органеллах экспрессируются проапоптотические белки, которые, в свою очередь, нарушают функцию митохондрий, предотвращая выработку энергии.
Кроме того, это повреждение вызывает выброс из митохондрии белка - цитохрома, который способствует увеличению концентрации ионов кальция в клетке. Увеличение количества этого иона - триггер апоптоза.
Течение апоптоза
Переход клетки к апоптозу можно распознать, наблюдая за ее отделением от других, это первый шаг в этом процессе. Это происходит в результате сдвига электролита, обезвоживания клетки и изменения ее формы. Затем ядро клетки фрагментируется и образуются так называемые апопторные тельца, это клеточные остатки, которые будут поглощены соседними клетками или «съедены» макрофагами. При таком течении апоптоза клетка удаляется «тихо», не вызывает развития общей реакции - воспаления.
Как уже упоминалось, в этом процессе участвуют различные ферменты: каспазы, переваривающие белки, содержащиеся в ядре и цитоплазме, трансглутаминазы и эндонуклеолитические ферменты, ответственные за разрезание ДНК. Течение всего процесса разрушения (выполнения апоптоза) можно разделить на несколько этапов:
1. Фаза управления-принятия решения - заключается в передаче в ядро клетки информации об активации механизмов репарации или их прекращении и начале процесса распада клетки. В этом процессе участвуют каспазы, белки BID и BAX, а Т-лимфоциты выделяют внутри клеток гранзимы, которые, среди прочего, выделяют ионы кальция, стимулирующие апоптоз.
2. Исполнительная фаза - на этой стадии каспазы полностью раскрывают свою функцию - они разрушают клеточные белки - структурные и ферментативные:
- ДНК-полимераза и ДНК-киназа, предотвращающие восстановление нуклеиновых кислот
- ламины, повреждающие ядерную мембрану.
На этом этапе происходит обезвоживание клетки, дальнейшее изменение формы и размера, фрагментация ДНК (эндонуклеазой), затем фрагментация клетки и образование апоптотических телец. Эти каспазы представляют собой внутриклеточные ферменты, которые разрезают белки в определенных местах - определенной последовательности аминокислот. Их активация происходит лавинообразно - активированная каспаза активирует следующую.
Интересно, что, несмотря на распад многих клеточных белков, клеточные органеллы остаются неповрежденными и полностью проникают в апопторические тела.
3. Фаза очистки основана на фагоцитозе, то есть поглощении клеточного мусора, чаще всего фантомными клетками - макрофагами.
Контроль апоптоза
Апоптоз - это строго регулируемый процесс - как его начало, так и течение. Контроль в первую очередь осуществляется семейством белков Bcl-2, они включают антиапоптотические белки - они противодействуют развитию апоптоза (например, Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w) и проапоптозные - способствуя его возникновению путем повреждения митохондриальной мембраны (Bid, Bak, Плохой).
Экспрессия или активность этих белков зависит от условий, в которых находится клетка, а также от ее состояния - если повреждение велико или внешние условия неблагоприятны, проапоптотические белки активируются.
В нормальных условиях преобладают антиапоптотические белки, которые подавляют процесс запрограммированной гибели клеток. Более того, было доказано, что апоптоз также контролируется генами, одним из которых является ген p53, который относится к проапоптотическим факторам. Его продукт, белок p53, запускает процесс суицидальной гибели клеток, если повреждение генетического материала настолько серьезное, что ДНК невозможно восстановить.
Следовательно, этот белок иногда называют «хранителем генома», потому что он определяет, остановит ли клетка деление клетки, чтобы восстановить нанесенное повреждение, или произойдет апоптоз.
Апоптоз и болезни
Доказано, что дисбаланс между образованием новых клеток и удалением старых клеток является причиной многих заболеваний, поэтому клеточный контроль апоптоза чрезвычайно важен, а его нарушение может иметь очень серьезные последствия.
Если клетки устойчивы к смерти в результате апоптоза, может развиться рак или аутоиммунное заболевание (например, ревматоидный артрит). В обоих случаях больные клетки не подвержены апоптотическому процессу, они «устойчивы» к нему из-за генетических мутаций или аномальной активности про и антиапоптотических белков. С другой стороны, чрезмерная податливость и удаление слишком большого количества клеток может привести к дегенеративным заболеваниям и повреждению органов.
В настоящее время протестированы новейшие онкологические препараты, действующие на стадии апоптоза - механизм действия заключается в содействии присутствию проапоптотических белков, способствующих возникновению апоптоза в опухолевых клетках. Лучевая терапия и «стандартная» химиотерапия действуют одинаково, вызывая апоптоз. Оба этих метода лечения вызывают клеточный стресс, который приводит к гибели опухолевых клеток. К сожалению, такая терапия не всегда эффективна, поскольку в опухолевых клетках нередко повышается активность факторов, тормозящих апоптоз, что не только затрудняет борьбу с ними, но и приводит к неконтролируемому росту и размножению.
Также читайте: Развитие рака, или как возникает рак
Рекомендуемая статья:
Развитие опухоли - как формируется рак Об авторе
