Типи клітин загибелі та їх характеристики



The загибель клітин це процес руйнування клітинних компонентів, які всі живі організми проходять у різні стадії. У всіх багатоклітинних організмах повинен бути оптимальний баланс між загибеллю клітини і поширенням їх.

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

Апоптоз або запрограмована загибель клітин містить високорегульований шлях генетичних компонентів. Часто, коли в організмі спостерігаються патологічні стани (наприклад, дегенеративні захворювання), апоптотична програма може бути реалізована неправильно, що призводить до надмірного знищення клітин..

Запрограмована загибель клітин є важливим компонентом шляхів розвитку і гомеостазу (контроль між смертю і проліферацією клітин) в цілому.

Некроз або випадкова загибель клітин є другим типом загибелі клітин. Він представляє радикальні відмінності, якщо порівняти його з апоптозом. Це явище відбувається, коли клітини піддаються впливу несприятливого або екстремального середовища, що призводить до пошкодження клітинних структур.

Індекс

  • 1 запрограмована загибель клітин або апоптоз
    • 1.1 Історична перспектива
    • 1.2 Визначення
    • 1.3 Функції
    • 1.4 Клітинні характеристики апоптозу
    • 1.5 Генетичні аспекти
    • 1.6 Розрив апоптозу
  • 2 Випадкова загибель клітин або некроз
    • 2.1 Визначення
    • 2.2 Клітинні характеристики некрозу
    • 2.3 Механізми
  • 3 Порівняння апоптозу та некрозу
    • 3.1 Відмінності
    • 3.2 Чи можна диференціювати апоптоз і некроз?
  • 4 Цитотоксична смерть
  • 5 Посилання

Програмована загибель клітин або апоптоз

Історична перспектива

У 1972 році вперше був використаний термін апоптоз. Він з'явився в класичній науковій роботі, написаній авторами Керром, Уїллі і Керрі. Для Керра et al., термін апоптоз описує характерну морфологічну форму загибелі клітин.

Хоча ці функції вже були деталізовані багато разів, ці автори вперше дають ім'я явищу.

Визначення

Багатоклітинний організм складається з декількох клітин, які повинні встановлювати зв'язки один з одним. Громада повинна бути строго організованою, і це досягається шляхом встановлення контролю між поширенням нових клітин і ліквідацією вже наявних клітин..

Таким чином, клітини, які з багатьох причин більше не потрібні, мають вигляд молекулярного «самогубства», названого апоптозом.

Запрограмована загибель клітин є нормальним фізіологічним явищем. Вона передбачає контрольовану елімінацію певних клітин. Цей механізм має вирішальне значення для правильного функціонування тканин для дорослих. Він також відіграє певну роль у розвитку ембріона.

Функції

Підтримуйте баланс розповсюдження

Основною метою запрограмованої загибелі клітин є підтримка балансу клітинної проліферації. Наприклад, в нашому організмі щодня видаляються майже 5 х 1011 еритроцитів або клітин крові через загибель клітин.

Захищають клітини

Крім того, це дозволяє створити механізм захисту від клітин, які потенційно можуть впливати на організм. У випадку клітин, які стали жертвами вірусної інфекції, вони зазвичай виключаються за допомогою запрограмованої загибелі клітин. Таким чином, вірус не може продовжувати поширюватися всередині господаря.

Запрограмована загибель клітини не тільки усуває клітини, інфіковані зовнішніми патогенами, але й здатна відкидати власні клітини організму, які мають пошкодження генетичного матеріалу. У цьому випадку виключаються клітини, які несуть мутації, шкідливі для організму.

У випадку, коли розвиток цих аномальних клітин може тривати і механізми загибелі клітин не діють, можуть з'явитися пухлини і розвиватися різні типи раку.

Координує розвиток ембріона

Програмована загибель клітин відіграє вирішальну роль у розвитку ембріона. Під час формування ж, необхідно усунути кілька осередків, які є непотрібними.

Наприклад, він відповідає за ліквідацію тканин личинок в організмах, які зазнають метаморфози: личинки і земноводні. Крім того, деякі ювенільні форми характеризуються наявністю мембран між пальцями, характерних для водного життя.

Коли організм стає дорослим, ці мембрани зникають, оскільки клітини, які його складають, зазнають події, що запрограмовані на смерть клітин. Загалом, процес апоптозу формує кінцівки людини і миші: лопаткоподібні структури закінчуються добре сформованими цифрами.

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

Нейрони, яким вдається вижити (близько 50%), встановлюють правильні зв'язки з клітинами-мішенями. Коли з'єднання встановлено, починається секреція ряду факторів росту, що дозволяють вижити клітину, оскільки вона пригнічує програму загибелі клітин..

Клітинні характеристики апоптозу

Під час запрограмованої загибелі клітин клітина виявляє певний фенотип. Першою відмінною рисою є фрагментація хромосомної ДНК.

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

Оскільки процес триває, клітина значно зменшується в розмірах. Зрештою, клітина розпадається на безліч сегментів, оточених клітинною мембраною. Кожна з цих частин відома як апоптотичні тіла.

Згодом клітини імунної системи, звані макрофагами, несуть відповідальність за розпізнавання і фагоцитозу цих вмираючих структур.

Таким чином, "труп" клітини, що страждає від апоптозу, ефективно зникає з організму, до якого вона належить - всупереч тому, що відбувається, коли клітина помирає від травми. У цьому останньому сценарії клітини набухають і, нарешті, розсіваються, розпалюючи дану область.

Під час апоптозу відбувається пошкодження мітохондрій, що характеризується вивільненням ряду молекул, що стимулюють механізм смерті, таких як цитохром c, протеїни Smac / Diablo та інші..

Генетичні аспекти

Сувора регулювання запрограмованої загибелі клітин відбувається завдяки організованому функціонуванню різних генів.

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

У ссавців були виявлені гени, дуже схожі на гени нематод. З цієї причини вони були дуже консервативними об'єктами протягом всієї еволюції.

Ced-3 є прикладом сім'ї, утвореної більш ніж дюжиною протеаз (ферментів у білках гідролізу), відомих як каспази.

Під час програмованої смерті каспази гідролізують більше 100 білків, що знаходяться в даній клітині. Серед білих білків каспаз ми знаходимо інгібітори ДНКаз, які викликають розпад ДНК клітинного ядра..

Каспази також відповідають за поломку ядерного листа, що призводить до фрагментації ядра і цитоскелету в цілому. Безпосередніми наслідками всіх цих подій деградації є фрагментація клітини.

Розрив апоптозу

Існує ряд стимулів, які викликають апоптотичні механізми. Ці подразники можуть бути фізіологічними або патологічними. Цікаво, що не всі клітини реагують таким же чином на подразники.

Опромінення та препарати, що використовуються для лікування раку (хіміотерапія), призводять до апоптозу з шляху, який називається p53-залежним шляхом.

Деякі гормони, такі як кортикостероїди - гормони з групи стероїдів і похідні - можуть призвести до апоптотичного шляху в деяких клітинах. Однак більшість клітин не зазнає впливу їхньої присутності.

Випадкова загибель клітин або некроз

Визначення

Випадкова загибель клітин або некроз відбувається, коли клітини піддаються впливу несприятливого середовища, що викликає серйозне пошкодження клітинних структур.

Ці фактори, які викликають травму, включають дуже високі або дуже низькі температури, ненормальний рівень кисню, вплив токсинів, вплив реакційних метаболітів кисню, депривація поживних речовин, аномальний рівень рН серед інших..

Різні медичні стани включають некроз, включаючи нейродегенеративні захворювання, такі як хвороба Альцгеймера, хвороба Хантінгтона, хвороба Паркінсона, аміотрофічний бічний склероз і епілепсія..

Хоча некротичний процес залучений до різних медичних станів, механізм після події не був повністю з'ясований. Історично, некроз розглядався просто як хаотичні реакції, які руйнують клітку.

Однак наявні дані отримані з організмів Caenorhabditis elegans і Дрозофіла поставили під сумнів цю "догму".

Різні типи клітин, які відчувають некроз, проявляють дуже специфічні морфологічні клітинні характеристики у відповідь на ураження, що свідчить про існування центральної програми виконання некрозу.

Повна і детальна компресія некротичного процесу може призвести до розробки нових методологій для боротьби з захворюваннями, що супроводжуються загибеллю некротичних клітин.

Клітинні характеристики некрозу

Як і при апоптозі, некроз має характерні морфологічні ознаки. Крім того, вони абсолютно відрізняються від тих, які ми спостерігаємо в клітці, яка гине апоптотичним шляхом.

Смерть супроводжується значним запаленням в клітці, утворенням вакуолей в цитоплазмі, розтягуванням ендоплазматичного ретикулума, утворенням пухирів в цитоплазмі, конденсацією мітохондрій, дезагрегацією і відшаруванням рибосом, розривом оболонок, запаленням лізосом. і порушені, серед інших.

Некроз є «пасивним» процесом, оскільки він не вимагає синтезу додаткових білків, потреба в енергії, яка необхідна для проходження, є мінімальною і не має гомеостатичного механізму додаткового регулювання.

Механізми

Ураження, викликані в некротичній клітині, можуть бути опосередковані двома основними механізмами: інтерференцією енергозабезпечення і прямим пошкодженням клітини внаслідок вищезазначених факторів..

Порівняння апоптозу та некрозу

Відмінності

Управління процесомПорівняно, апоптоз є високо контрольованим активним процесом, тоді як некроз є токсичним процесом, коли клітина є пасивною жертвою режиму смерті, незалежної від енергії. Як ми вже згадували, нинішні свідчення ставлять під сумнів нерегулювання некрозу.

Місце смертіЯк правило, апоптоз відбувається в одній клітці або в маленькому клітинному кластері, тоді як некроз знаходиться в континуумі клітин.

Стан плазмової мембрани: при апоптозі клітинна мембрана залишається інтактною, а цитоплазма зберігає апоптотичні тіла. При некрозі плазматична мембрана руйнується і цитоплазма вивільняється.

Запальні процеси: при апоптозі не спостерігається тип запалення, в той час як інфляція є однією з найбільш яскравих ознак некрозу. Втрата мембранної і клітинної цілісності посилає хемотаксичні сигнали, які рекрутують клітинні агенти, пов'язані з запальним процесом.

Чи можна диференціювати апоптоз і некроз?

Від чого залежить загибель клітини від апоптозу або некрозу? Різноманітні фактори залучені до цього рішення, включаючи характер сигналу смерті, тип розглянутої тканини, стан розвитку організму, серед іншого.

Використовуючи традиційні методики гістології, нелегко відрізнити тканину, яка гине від апоптозу або некрозом. Морфологічні результати смерті, що виробляються некротичним шляхом і апоптотичний шлях, розрізняються в декількох аспектах і перекриваються в інших.

Докази вказують на те, що апоптоз і некроз являють собою морфологічну експресію спільного біохімічного шляху, який називається неперервним апоптозом. Наприклад, два фактори беруть участь у перетворенні шляху апоптозу в некроз: зниження доступності каспаз і АТФ в клітці.

Цитотоксична смерть

У багатоклітинних організмах існують специфічні типи клітин, що належать до імунної системи - або виділення, які вони продукують - які є токсичними для інших клітин.

Ці клітини відповідають за ініціювання шляхів, відповідальних за руйнування клітин-мішеней (які можуть бути клітини, інфіковані патогеном або раковою клітиною). Однак автори вважають за краще не включати будь-яку з двох згаданих категорій (некроз або апоптоз), оскільки вона не відбувається за допомогою конкретного механізму..

Візьмемо специфічний випадок загибелі клітин, який опосередкований типом клітин, що називається CD8 T-лімфоцитами+ цитотоксичні У цьому прикладі клітина поєднує аспекти як випадкової, так і запрограмованої загибелі клітин.

Список літератури

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Основна біологія клітини. Гірлянди наука.
  2. Cooper, G.M., Hausman, R.E., & Hausman, R.E. (2000). Клітка: молекулярний підхід. Вашингтон, округ Колумбія: ASM press.
  3. Elmore, S. (2007). Апоптоз: огляд запрограмованої загибелі клітин. Токсикологічна патологія, 35(4), 495-516.
  4. Ross, M. H., & Pawlina, W. (2006). Гістологія. Lippincott Williams & Wilkins.
  5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Смерть некрозом. Неконтрольована катастрофа, чи є порядок за хаосом?. Звіти EMBO, 3(7), 604-9.