Апоптоз

Процесс запрограммированной гибели клеток или апоптоз обычно характеризуется различными морфологическими характеристиками и энергозависимыми биохимическими механизмами. Апоптоз считается жизненно важным компонентом различных процессов, включая нормальную реорганизацию клеток, правильное развитие и функционирование иммунной системы, гормонозависимую атрофию, эмбриональное развитие и химически индуцированную гибель клеток. Несоответствующий апоптоз (слишком медленный или слишком быстрый) является фактором многих заболеваний человека, включая нейродегенеративные заболевания, ишемическое повреждение, аутоиммунные расстройства и многие виды рака. Способность модулировать жизнь или смерть клетки известна своим огромным терапевтическим потенциалом.

Термин апоптоз (a-po-toe-sis) был впервые использован в ставшей уже классической книге Керра, Уилли и Керри в 1972 году, где они дали описание морфологически отличной формы гибели клеток, хотя некоторые компоненты концепции апоптоза выяснены много лет назад.

Апоптоз обычно происходит во время развития и старения и как гомеостатический механизм для поддержания клеточных популяций в тканях. Апоптоз также проявляется как защитный механизм, например, в иммунных реакциях или когда клетки повреждены болезнью или вредными агентами. Хотя существует большое разнообразие стимулов и состояний, как физиологических, так и патологических, которые могут вызывать апоптоз, не все клетки обязательно погибнут в ответ на один и тот же стимул. Облучение или лекарства, используемые для химиотерапии рака, приводят к повреждению ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) в некоторых клетках, что может привести к апоптотической гибели через p53-зависимый путь. Некоторые гормоны, такие как кортикостероиды, могут вызывать апоптотическую гибель в некоторых клетках (таких как тимоциты), хотя другие клетки не подвергаются воздействию или даже стимулируются ими.

Некоторые клетки экспрессируют рецепторы Fas или TNF, которые могут приводить к апоптозу за счет связывания лигандов и сшивания белков. Другие клетки имеют прогрессирующий летальный путь, который должен блокироваться фактором выживания, таким как гормон или фактор роста. Существует также вопрос о различении апоптоза от некроза, двух процессов, которые могут происходить независимо, последовательно и одновременно. В некоторых случаях именно тип стимула и / или степень стимула определяет, погибают ли клетки от апоптоза или некроза. В низких дозах различные вредные раздражители, такие как тепло, радиация, гипоксия и цитотоксические противоопухолевые препараты, могут вызывать апоптоз, но эти же раздражители могут приводить к некрозу в более высоких дозах.

Наконец, апоптоз - это скоординированный и часто зависящий от энергии процесс, который включает активацию группы цистеиновых протеаз, называемых «каспазами», и сложный каскад событий, которые связывают начальные стимулы с окончательным опусканием клетки.

Апоптоз никогда не затрагивает целые участки паренхимы одновременно, а проявляется только как некроз отдельных клеток. Под микроскопом - это маленькие, сферические или яйцевидные клетки, конденсированная, гомогенная, высокоэозинофильная цитоплазма и пикнотическое ядро. На более поздних стадиях процесса ядро распадается на несколько фрагментов конденсированного хроматина. Часто апоптотические тела отделяются от соседних легких контактных клеток гало.

Световая и электронная микроскопия выявляют различные морфологические изменения, которые происходят во время апоптоза. Во время раннего процесса апоптоза с помощью световой микроскопии видны сокращение клеток и пикноз. При сокращении клеток сами клетки становятся меньше по размеру, цитоплазма плотнее, а органеллы плотнее упакованы. Пикноз является результатом конденсации хроматина, и это наиболее характерная черта апоптоза. При гистологическом исследовании с окрашиванием гематоксилином и эозином апоптоз включает отдельные клетки или небольшие скопления клеток. Апоптотическая клетка имеет вид округлой или овальной массы с темной эозинофильной цитоплазмой и плотными пурпурными фрагментами ядерного хроматина. Электронная микроскопия может лучше определить субклеточные изменения. Изначально, во время фазы конденсации хроматина, электронно-плотный ядерный материал обычно агрегирует периферически ниже ядерной мембраны, хотя он также может иметь однородно плотное ядро.

Плазматическая мембрана расширяется с последующим кариорексисом и выделением клеточных фрагментов в апоптотические тела во время процесса, называемого «возбуждением». Апоптотические тела состоят из цитоплазмы с плотно упакованными органеллами, с ядерным фрагментом или без него. Интеграция органелл продолжает поддерживаться, и все это заключено во всю плазматическую мембрану. Эти тела впоследствии фагоцитируются макрофагами, паренхимными клетками или опухолевыми клетками и разлагаются на фаголизосомы. Макрофаги, которые поглощают апоптотические клетки, называются «прилипшими макрофагами организма» и часто обнаруживаются в реактивных центрах лимфоидных фолликулов или иногда в коре головного мозга. Прилипшие тела представляют собой кусочки ядерного мусора из апоптотических клеток.

По существу нет воспалительного ответа, связанного ни с процессом апоптоза, ни с удалением апоптотических клеток, поскольку:

- апоптотические клетки не выделяют свои клеточные компоненты в окружающую интерстициальную ткань;

- они быстро фагоцитируются окружающими клетками, предотвращая тем самым вторичный некроз;

- поглощающие клетки не продуцируют противовоспалительные цитокины.

В отличие от некроза, развитие воспалительного ответа в окружающих тканях при апоптотической гибели клеток не наблюдается. Примерами апоптоза в разных клетках являются:

- эритроциты - в течение своей клеточной жизни они метаболизируются только в результате синтеза гемоглобина;

- кератиноциты эпидермиса - они продолжают образовывать только кератин, а когда они окончательно теряются в ядре, они погибают;

- хондроциты - в шишковидной железе они синтезируют протеогликаны и коллаген для роста тканей и в конечном итоге погибают;

- эмбриональные клетки - их ткань разрушается при атрофии инволюции.

Гормональная непроизвольная атрофия эндокринных органов в определенной степени представляет собой особую запрограммированную гибель клеток. Например, функциональная гипертрофия молочной железы восстанавливается после периода лактации.

Апоптоз - это процесс, который необходим для развития иммунной системы. Во время развития Т-клеток в тимусе аутореактивные Т-клетки подвергаются отрицательному отбору и удаляются путем апоптоза. В зародышевом центре лимфатических узлов, где после антигенной стимуляции проводится отбор зрелых В-клеток и В-клеток памяти, В - клетки, которые не связываются с фолликулярными дендритными клетками (носителями антигена), быстро погибают от апоптоза. Другие клетки нашего тела не бессмертны и подвержены старению, если они подвергаются разрушительным болезням, которым они сопротивляются.

Следовательно, в каждой клетке высших многоклеточных организмов физиологический механизм саморазрушения заложен в разной степени. Это позволяет живому организму полностью адаптироваться к неизбежному изменению условий жизни в форме отбора и эволюции. Нет признаков цитоплазматического адаптационного ответа в клетках, предназначенных для запрограммированной гибели клеток. Клетки в ткани, которая подвержена этому типу некроза, постепенно и в разных местах исчезают. Отсюда и идея именования этого процесса - апоптоз.

Статья подготовлена компанией DermapenRUssia . При полном или частичном копировании обязательно указывать источник.