ЗАГИБЕЛЬ КЛІТИН: ВИДИ ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКА - БІОЛОГІЯ - 2025

Загибель клітин представляє собою процес руйнування клітинних компонентів , що зазнають всі живі організми на різних етапах. У всіх багатоклітинних організмах повинен бути оптимальний баланс між загибеллю клітин та проліферацією клітин.

Загибель клітин відбувається за двома основними механізмами: некрозом або випадковою загибеллю клітин і апоптозом або запрограмованою загибеллю клітин. Кожному механізму приписується певна морфологія клітин.

Відмінності між апоптозом і некрозом.
Джерело: Національний інститут зловживання алкоголем та алкоголізмом (NIAAA)

Апоптоз або запрограмована загибель клітин включає шлях, який регулюється генетичними компонентами. Часто, коли організм відчуває патологічні обставини (наприклад, дегенеративні захворювання), апоптотичну програму можна реалізувати неправильно, що призводить до надмірної деструкції клітин.

Програмована загибель клітин є важливим компонентом шляхів розвитку та гомеостазу (контроль між загибеллю клітин та проліферацією) загалом.

Випадкова загибель клітин або некроз є другим типом загибелі клітин. Це радикальні відмінності, якщо порівнювати його з апоптозом. Це явище виникає, коли клітини потрапляють у несприятливе або екстремальне середовище, що призводить до пошкодження клітинних структур.

Програмована загибель клітин або апоптоз

Історична перспектива

У 1972 році вперше вжито термін апоптоз. Він з'явився у класичній науковій статті, написаній авторами Керром, Віллі та Керрі. Для Kerr et al., Термін апоптоз описує відмітну морфологічну форму загибелі клітин.

Хоча ці ознаки вже неодноразово деталізувалися, ці автори першими давали назву явищу.

Визначення

Багатоклітинний організм складається з декількох клітин, які повинні встановлювати зв’язки один з одним. Спільнота повинна дотримуватися суворої організації, а це досягається шляхом встановлення контролю між проліферацією нових клітин та елімінацією вже наявних клітин.

Таким чином, клітини, які з кількох причин більше не потрібні, зазнають свого роду молекулярне «самогубство», яке називається апоптоз.

Програмована загибель клітин - нормальне фізіологічне явище. Він передбачає контрольоване виведення певних клітин. Цей механізм має вирішальне значення для належного функціонування тканин дорослих. Він також відіграє певну роль у розвитку ембріона.

Особливості

Підтримуйте баланс розповсюдження

Основна мета запрограмованої загибелі клітин - підтримка балансу проліферації клітин. Наприклад, в нашому організмі майже 5 х 10 ¹¹ еритроцитів або клітин крові щодня виводиться через загибель клітин.

Захищають клітини

Крім того, це дозволяє встановити механізм захисту від клітин, який потенційно може впливати на організм. Що стосується клітин, які стали жертвами вірусної інфекції, вони зазвичай гинуть програмованою загибеллю клітин. Таким чином, вірус не зможе продовжувати розповсюдження всередині господаря.

Програмована загибель клітин не тільки усуває клітини, заражені зовнішніми патогенами, вона також здатна виключати клітини організму, які завдають шкоди генетичному матеріалу. У цьому випадку клітини, які несуть мутації, шкідливі для організму, усуваються.

У випадку, коли розвиток цих аномальних клітин може тривати і механізми загибелі клітин не діють, можуть з’являтися пухлини та розвиток різних видів раку.

Координувати розвиток ембріона

Програмована загибель клітин відіграє вирішальну роль у розвитку ембріона. Під час утворення одного і того ж декілька непотрібних клітин повинні бути вилучені.

Наприклад, він відповідає за усунення тканин личинок в організмах, які зазнають метаморфози: личинки та земноводні. Крім того, деякі юнацькі форми характеризуються тим, що між пальцями є перетинки, характерні для водного життя.

Коли організм стає дорослим, ці мембрани зникають, оскільки клітини, що їх складають, зазнають запрограмованої події загибелі клітин. Взагалі процес апоптозу формує кінцівки людини і мишей: структури лопатоподібної форми, що закінчуються добре сформованими цифрами.

Під час розвитку ссавців запрограмована загибель клітин бере участь у формуванні нервової системи. Коли організм розвивається, виробляється надмірна кількість нервових клітин, які згодом усуваються програмованою загибеллю клітин.

Нейрони, які виживають (близько 50%), мають правильні зв'язки з клітинами-мішенями. Коли встановлений зв’язок є таким, який зазначений, починається секреція ряду факторів росту, що дозволяє вижити клітині, оскільки пригнічує програму загибелі клітин.

Клітинні характеристики апоптозу

Під час запрограмованої загибелі клітин клітина проявляє особливий фенотип. Перша відмітна особливість - фрагментація хромосомної ДНК.

У цьому випадку відбувається розпад нуклеосом, структур, утворених ДНК і білками. При конденсації хроматину ядро ​​розпадається на невеликі шматочки.

По мірі протікання клітина значно зменшується в розмірах. У кінцевому рахунку клітина розпадається на кілька сегментів, оточених клітинною мембраною. Кожен з цих творів відомий як апоптотичні тіла.

Пізніше клітини імунної системи під назвою макрофаги відповідають за розпізнавання та фагоцитизацію цих вмираючих структур.

Таким чином, «труп» клітини, яка зазнає апоптозу, ефективно зникає з організму, якому він належав - всупереч тому, що відбувається, коли клітина помирає від травми. В останньому сценарії клітини набрякають і нарешті лізуються, запалюючи відповідну область.

Під час апоптозу відбувається пошкодження мітохондрій, що характеризується вивільненням ряду молекул, що стимулюють механізм загибелі, таких як цитохром c, білки Smac / Diablo, серед інших.

Генетичні аспекти

Сувора регуляція програмованої загибелі клітин відбувається завдяки оркестрованому функціонуванню різних генів.

Перші дослідження, пов'язані з генетичним механізмом апоптозу, були проведені в нематодах Caenorhabditis elegans. У цьому організмі було виявлено 3 гени, пов'язані із виконанням та регуляцією всього апоптотичного процесу.

У ссавців були виявлені гени, дуже схожі з геном нематоди. Тому вони були суттєво збереженими сутностями протягом усієї еволюції.

Цед-3 - приклад родини, що складається з більше десятка протеаз (ферментів, які гідролізують білки), відомих під назвою каспази.

Під час запрограмованої смерті каспази гідролізують понад 100 білків, виявлених у відповідній клітині. Серед цільових білків каспаз ми знаходимо інгібітори ДНКази, які викликають розпад ДНК у клітинному ядрі.

Каспази також відповідають за розрив ядерної пластини, що призводить до фрагментації ядра та цитоскелету в цілому. Безпосередніми наслідками всіх цих подій деградації є фрагментація клітин.

Запуск апоптозу

Існує серія подразників, які запускають апоптотичні механізми. Ці подразники можуть бути фізіологічними або патологічними. Цікаво, що не всі клітини однаково реагують на подразники.

Опромінення та препарати, що застосовуються для лікування раку (хіміотерапія), призводять до апоптозу з боку шляху, який називається шляхом, що залежить від p53.

Деякі гормони, такі як кортикостероїди - гормони з групи стероїдів та похідних - можуть призвести до апоптотичного шляху в деяких клітинах. Однак на його наявність не впливає більшість клітин.

Випадкова загибель клітин або некроз

Визначення

Випадкова загибель або некроз клітин відбувається, коли клітини потрапляють у несприятливе середовище, що завдає серйозної шкоди клітинним структурам.

Ці фактори, які викликають травму, включають дуже високу або дуже низьку температуру, ненормальний рівень кисню, вплив токсинів, вплив реактивних метаболітів кисню, позбавлення поживних речовин, аномальний рівень pH, серед інших.

Різні медичні стани пов'язані з некрозом, включаючи такі нейродегенеративні захворювання, як хвороба Альцгеймера, хвороба Хантінгтона, хвороба Паркінсона, латеральний аміотрофічний склероз та епілепсію.

Хоча некротичний процес пов'язаний з різними медичними станами, механізм, який стоїть за подіями, не був повністю з'ясований. Історично некроз розглядався просто як хаотичні реакції, що руйнують клітину.

Однак сучасні докази елегансів Caenorhabditis elegans та Drosophila викликають сумніви щодо цієї «догми».

Різні типи клітин, які зазнали некрозу, виявляють дуже специфічні морфологічні характеристики клітин у відповідь на травмування, що дозволяє припустити, що існує центральна програма виконання некрозу.

Повне та детальне розуміння некротичного процесу може призвести до розробки нових методологій боротьби із захворюваннями, які спричиняють некротичну загибель клітин.

Клітинні характеристики некрозу

Як і при апоптозі, некроз має характерні морфологічні особливості. Крім того, вони абсолютно відрізняються від того, що ми спостерігаємо у клітині, яка гине апоптотичним шляхом.

Смерть супроводжується значним запаленням у клітині, утворенням вакуол у цитоплазмі, розпиранням ендоплазматичного ретикулума, пухирцем цитоплазми, конденсацією мітохондрій, дезагрегацією та пролиттям рибосом, розривом мембран, запаленими лізосомами і зламаний, серед інших.

Некроз є "пасивним" процесом, оскільки він не потребує додаткового синтезу білка, потреба в енергії для його виникнення мінімальна, і він не має ніякого додаткового механізму регуляції гомеостатики.

Механізми

Травми, спричинені некротичною клітиною, можуть бути опосередковані двома основними механізмами: втручанням енергозабезпечення та прямим пошкодженням клітини чинниками, згаданими вище.

Порівняння апоптозу та некрозу

Відмінності

Контроль процесів : Порівняно апоптоз є висококонтрольованим активним процесом, тоді як некроз - це токсичний процес, коли клітина є пасивною жертвою енергетичного режиму загибелі. Як ми вже згадували, сучасні докази ставлять під сумнів нерегулювання некрозу.

Місце загибелі : Зазвичай апоптоз виникає в одній клітині або в малоклітинному скупченні, тоді як некроз відбувається в континуумі клітин.

Стан плазматичної мембрани : При апоптозі клітинна мембрана залишається неушкодженою, а цитоплазма зберігає апоптотичні тіла. При некрозі розривається плазматична мембрана і цитоплазма виділяється.

Запальні процеси : при апоптозі не спостерігається тип запалення, тоді як інфляція - одна з найяскравіших характеристик некрозу. Втрата мембранної та клітинної цілісності посилає хіміотаксичні сигнали, які набирають клітинних агентів, пов'язаних із запальним процесом.

Чи можете ви розмежовувати апоптоз та некроз?

Від чого залежить, чи помирає клітина від апоптозу чи від некрозу? У цьому рішенні беруть участь різноманітні фактори, включаючи характер сигналу про смерть, тип тканини, про яку йдеться, стан розвитку організму, серед інших.

Використовуючи традиційні методи гістології, нелегко розрізнити тканину, яка відмирає від апоптозу або некрозу. Морфологічні результати смерті, спричинені некротичним та апоптотичним шляхом, різняться в декількох аспектах і перетинаються в інших.

Докази свідчать про те, що апоптоз та некроз являють собою морфологічний вираз спільного біохімічного шляху, який називається континуумом апоптозу-некрозу. Наприклад, у перетворенні шляху апоптозу до некрозу беруть участь два фактори: зменшення доступності каспаз та АТФ всередині клітини.

Цитотоксична смерть

У багатоклітинних організмах є специфічні типи клітин, що належать до імунної системи - або виділяються ними виділень - токсичні для інших клітин.

Ці клітини відповідають за ініціювання шляхів, відповідальних за знищення клітин-мішеней (які можуть бути клітиною, зараженою збудником хвороби або раковою клітиною). Однак автори вважають за краще не включати жодну з двох згаданих категорій (некроз або апоптоз), оскільки це відбувається не через певний механізм.

Візьмемо конкретний випадок смерті клітин, опосередковується типом клітин під назвою цитотоксичних CD8 ⁺ Т - лімфоцитів . У цьому прикладі клітина поєднує в собі аспекти як випадкової, так і запрограмованої загибелі клітин.

Список літератури

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Основна клітинна біологія. Гарленд Наука.
2. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Клітина: молекулярний підхід. Вашингтон: округ Колумбія.
3. Elmore, S. (2007). Апоптоз: огляд запрограмованої загибелі клітин. Токсикологічна патологія, 35 (4), 495-516.
4. Ross, MH, і Pawlina, W. (2006). Гістологія. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Смерть від некрозу. Некерована катастрофа, чи за хаосом стоїть порядок ?. Звіти EMBO, 3 (7), 604-9.