ГИБЕЛЬ КЛЕТОК: ВИДЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Гибель клеток представляет собой процесс разрушения клеточных компонентов , испытывающих все живые организмы на разных этапах. Во всех многоклеточных организмах должен быть оптимальный баланс между гибелью клеток и их пролиферацией.

Смерть клеток происходит за счет двух основных механизмов: некроза или случайной гибели клеток и путем апоптоза или запрограммированной гибели клеток. Каждому механизму приписывается определенная морфология клетки.

Различия между апоптозом и некрозом.
Источник: Национальный институт алкоголизма и алкоголизма (NIAAA).

Апоптоз или запрограммированная гибель клеток - это путь, строго регулируемый генетическими компонентами. Часто, когда организм испытывает патологические состояния (например, дегенеративные заболевания), программа апоптоза может быть реализована неправильно, что приводит к чрезмерному разрушению клеток.

Запрограммированная смерть клеток - важный компонент путей развития и гомеостаза (контроль между гибелью клеток и пролиферацией) в целом.

Случайная гибель клеток или некроз - это второй тип гибели клеток. Он представляет собой радикальные отличия, если сравнивать его с апоптозом. Это явление возникает, когда клетки подвергаются неблагоприятному или экстремальному воздействию окружающей среды, что приводит к повреждению клеточных структур.

Запрограммированная гибель клеток или апоптоз

Историческая перспектива

В 1972 году впервые был использован термин апоптоз. Он появился в классической научной статье, написанной авторами Керром, Уилли и Карри. Согласно Kerr et al., Термин апоптоз описывает отличительную морфологическую форму гибели клеток.

Хотя эти черты уже были подробно описаны несколько раз, эти авторы первыми дали этому явлению имя.

Определение

Многоклеточный организм состоит из множества клеток, которые должны устанавливать связи друг с другом. Сообщество должно оставаться строго организованным, и это достигается путем установления контроля между размножением новых клеток и удалением уже имеющихся клеток.

Таким образом, клетки, которые больше не нужны по многим причинам, подвергаются своего рода молекулярному «самоубийству», называемому апоптозом.

Запрограммированная гибель клеток - нормальное физиологическое явление. Он включает контролируемое устранение определенных клеток. Этот механизм имеет решающее значение для правильной работы взрослых тканей. Он также играет роль в развитии эмбриона.

Характеристики

Поддерживать баланс распространения

Основная цель запрограммированной гибели клеток - поддержание баланса пролиферации клеток. Например, в нашем организме почти 5 x 10 ¹¹ эритроцитов или клеток крови ежедневно удаляются из- за гибели клеток.

Защитите клетки

Кроме того, он позволяет установить механизм защиты от клеток, которые потенциально могут повлиять на организм. В случае клеток, которые были жертвами вирусной инфекции, они обычно погибают в результате запрограммированной гибели клеток. Таким образом, вирус не сможет распространяться внутри хоста.

Запрограммированная гибель клеток не только устраняет клетки, инфицированные внешними патогенами, но также способна исключить клетки организма, которые наносят ущерб генетическому материалу. В этом случае удаляются клетки, несущие вредные для организма мутации.

В случае, когда развитие этих аномальных клеток может продолжаться и механизмы гибели клеток не действуют, могут появиться опухоли и развитие различных типов рака.

Координировать развитие эмбриона

Запрограммированная гибель клеток играет решающую роль в развитии эмбриона. Во время образования такового необходимо удалить несколько ненужных ячеек.

Например, он отвечает за удаление тканей у личинок организмов, подвергающихся метаморфозу: личинок и земноводных. Кроме того, для некоторых ювенильных форм характерны перепонки между пальцами, характерные для водных организмов.

Когда организм становится взрослым, эти мембраны исчезают, поскольку составляющие его клетки подвергаются запрограммированной гибели клеток. В целом, процесс апоптоза формирует конечности людей и мышей: структуры в форме лопаток, заканчивающиеся хорошо сформированными пальцами.

В процессе развития млекопитающих запрограммированная гибель клеток участвует в формировании нервной системы. Когда тело развивается, вырабатывается чрезмерное количество нервных клеток, которые позже уничтожаются посредством запрограммированной гибели клеток.

Выжившие нейроны (около 50%) устанавливают правильные соединения с клетками-мишенями. Когда установленное соединение является указанным, начинается секреция ряда факторов роста, которые обеспечивают выживание клетки, поскольку ингибируют программу гибели клеток.

Клеточные характеристики апоптоза

Во время запрограммированной гибели клетки клетка проявляет определенный фенотип. Первым отличительным признаком является фрагментация хромосомной ДНК.

В этом случае происходит разрыв нуклеосом - структур, образованных ДНК и белками. При конденсации хроматина ядро ​​распадается на мелкие кусочки.

По мере продвижения процесса размер ячейки значительно уменьшается. В конечном итоге клетка распадается на несколько сегментов, окруженных клеточной мембраной. Каждая из этих частей известна как апоптотические тела.

Позже клетки иммунной системы, называемые макрофагами, отвечают за распознавание и фагоцитизацию этих умирающих структур.

Таким образом, «труп» клетки, подвергшейся апоптозу, эффективно исчезает из организма, которому он принадлежал - в отличие от того, что происходит, когда клетка умирает от повреждения. В последнем случае клетки набухают и, наконец, растворяются, вызывая воспаление в рассматриваемой области.

Во время апоптоза в митохондриях происходит повреждение, которое характеризуется высвобождением ряда молекул, которые стимулируют механизм гибели, таких как цитохром с, белки Smac / Diablo и другие.

Генетические аспекты

Строгое регулирование запрограммированной гибели клеток происходит благодаря слаженному функционированию различных генов.

Первые исследования генетического механизма апоптоза были проведены на нематоде Caenorhabditis elegans. В этом организме было идентифицировано 3 гена, связанных с выполнением и регуляцией всего апоптотического процесса.

У млекопитающих были обнаружены гены, очень похожие на гены нематод. Следовательно, на протяжении всей эволюции они были очень консервативными сущностями.

Ced-3 - это пример семейства, состоящего из более чем дюжины протеаз (ферментов, гидролизующих белки), известных под названием каспаз.

В случае запрограммированной смерти каспазы гидролизуют более 100 белков, обнаруженных в рассматриваемой клетке. Среди белков-мишеней каспаз мы находим ингибиторы ДНКаз, которые вызывают распад ДНК в ядре клетки.

Каспазы также ответственны за разрыв ядерной пластинки, что приводит к фрагментации ядра и цитоскелета в целом. Непосредственным следствием всех этих событий деградации является фрагментация клеток.

Запуск апоптоза

Существует ряд стимулов, запускающих механизмы апоптоза. Эти раздражители могут быть физиологическими или патологическими. Интересно, что не все клетки одинаково реагируют на раздражители.

Облучение и лекарства, используемые для лечения рака (химиотерапия), приводят к апоптозу по пути, называемому p53-зависимым путем.

Некоторые гормоны, такие как кортикостероиды - гормоны из группы стероидов и производных - могут вызывать апоптотический путь в некоторых клетках. Однако его присутствие не влияет на большинство клеток.

Случайная гибель клеток или некроз

Определение

Случайная гибель или некроз клеток происходит, когда клетки подвергаются воздействию неблагоприятной окружающей среды, которая вызывает серьезное повреждение клеточных структур.

Эти факторы, вызывающие травму, включают очень высокие или очень низкие температуры, аномальный уровень кислорода, воздействие токсинов, воздействие реактивных метаболитов кислорода, недостаток питательных веществ, аномальные уровни pH и другие.

Различные медицинские состояния включают некроз, включая нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингтона, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз и эпилепсия.

Хотя некротический процесс участвует в различных заболеваниях, механизм этого явления до конца не выяснен. Исторически некроз рассматривался просто как хаотическая реакция, разрушающая клетку.

Однако текущие данные, полученные от организмов Caenorhabditis elegans и Drosophila, ставят под сомнение эту «догму».

Различные типы клеток, которые подвергаются некрозу, демонстрируют очень специфические морфологические клеточные характеристики в ответ на повреждение, что позволяет предположить, что существует центральная программа выполнения некроза.

Полное и подробное понимание некротического процесса может привести к разработке новых методологий борьбы с заболеваниями, которые связаны с гибелью некротических клеток.

Клеточные характеристики некроза

Как и при апоптозе, некроз имеет характерные морфологические особенности. Более того, они полностью отличаются от того, что мы наблюдаем в клетке, которая умирает в результате апоптотического пути.

Смерть сопровождается значительным воспалением в клетке, образованием вакуолей в цитоплазме, растяжением эндоплазматического ретикулума, вздутием цитоплазмы, конденсацией митохондрий, дезагрегацией и отслаиванием рибосом, разрывом мембран, воспалением лизосом. и сломанный, среди прочего.

Некроз - это «пассивный» процесс, поскольку он не требует дополнительного синтеза белка, потребность в энергии для его возникновения минимальна, и он не имеет какого-либо дополнительного механизма гомеостатической регуляции.

Механизмы

Повреждения, вызванные некротической клеткой, могут быть опосредованы двумя основными механизмами: вмешательством в поставку энергии и прямым повреждением клетки упомянутыми выше факторами.

Сравнение апоптоза и некроза

Различия

Управление процессом : для сравнения, апоптоз - это строго контролируемый активный процесс, в то время как некроз - это токсический процесс, при котором клетка является пассивной жертвой энергонезависимого способа смерти. Как мы уже упоминали, имеющиеся данные ставят под сомнение нерегулируемость некроза.

Место гибели : Обычно апоптоз происходит в отдельной клетке или в небольшом кластере клеток, в то время как некроз происходит в континууме клеток.

Состояние плазматической мембраны : при апоптозе клеточная мембрана остается неповрежденной, а цитоплазма сохраняет апоптотические тельца. При некрозе плазматическая мембрана разрывается, и цитоплазма высвобождается.

Воспалительные процессы : при апоптозе не наблюдается никакого воспаления, в то время как раздувание - один из самых ярких признаков некроза. Утрата мембраны и клеточной целостности посылает хемотаксические сигналы, которые привлекают клеточные агенты, связанные с воспалительным процессом.

Можете ли вы отличить апоптоз от некроза?

Что зависит от того, умирает клетка от апоптоза или от некроза? В этом решении участвует множество факторов, включая характер сигнала смерти, тип ткани, о которой идет речь, состояние развития организма и другие.

Используя обычные гистологические методы, нелегко отличить ткань от апоптоза или от некроза. Морфологические результаты смерти, вызванной некротическим и апоптотическим путями, различаются в некоторых отношениях и частично совпадают.

Доказательства показывают, что апоптоз и некроз представляют собой морфологическое выражение общего биохимического пути, называемого континуумом апоптоза-некроза. Например, в превращении пути апоптоза в некроз участвуют два фактора: снижение доступности каспаз и АТФ в клетке.

Цитотоксическая смерть

В многоклеточных организмах есть определенные типы клеток, принадлежащих к иммунной системе, или выделяемые ими секреты, которые токсичны для других клеток.

Эти клетки ответственны за инициирование путей, ответственных за разрушение клеток-мишеней (которые могут быть клеткой, инфицированной патогеном, или раковой клеткой). Однако авторы предпочитают не включать ни одну из двух упомянутых категорий (некроз или апоптоз), поскольку это не происходит через определенный механизм.

Возьмем конкретный случай гибели клеток, опосредованной типом клеток, называемым цитотоксическими CD8 ⁺ Т-лимфоцитами . В этом примере клетка сочетает в себе аспекты как случайной, так и запрограммированной гибели клеток.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Брей, Д., Хопкин, К., Джонсон, А.Д., Льюис, Дж., Рафф, М.,… и Уолтер, П. (2013). Существенная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Купер, Г. М., Хаусман, Р. Е., и Хаусман, Р. Е. (2000). Клетка: молекулярный подход. Вашингтон, округ Колумбия: Пресса ASM.
3. Элмор, С. (2007). Апоптоз: обзор запрограммированной гибели клеток. Токсикологическая патология, 35 (4), 495-516.
4. Росс, М.Х., и Павлина, В. (2006). Гистологии. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.
5. Синтичаки П. и Тавернаракис Н. (2002). Смерть от некроза. Неуправляемая катастрофа, или за хаосом стоит порядок? Сообщения EMBO, 3 (7), 604-9.