Тема нашей сегодняшней лекции — апоптоз (греч. απόπτωσις — опадание листьев) — программируемая клеточная смерть.

Апоптоз и некроз

Ничто не вечно под луной, в том числе и наши с вами клетки. Клетки человеческого организма могут завершать свой жизненный путь управляемо (апоптоз) и неуправляемо (некроз).
Давайте отметим основные морфологические отличия апоптоза и некроза:
апоптоз:
— конденсация хроматина и некоторое сжатие клетки (из-за конденсации цитоплазмы)
— фрагментация ядра и цитоплазмы с образованием апоптозных телец
— фагоцитоз апоптозных телец окружающими клетками


некроз
— овреждение плазмалеммы и других мембран (проницаемость для воды и, видимо, ионов повышается
— набухание клетки, ядра и других мембранных структур (объем клетки увеличивается)
— самопереваривание клетки ферментами лизосом в результате кариолизиса хроматин исчезает
— разрыв плазмолеммы и высвобождение продуктов клеточного распада в межклеточную среду => следствия: а) повреждение соседних клеток, б) начало воспалительного процесса)

Определение и типы апоптоза

Апоптоз – запрограммированная клеточная смерть (такая гибель клетки, в развитии которой активную роль играет специальные и генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы)

типы апоптоза
1. «неудовлетворительное» состояние самой клетки (по-другому, «апоптоз изнутри»)
2. «негативная» сигнализация, передающаяся через специальные рецепторы клетки («апоптоз по команде»)

«Апоптоз изнутри»

(«неудовлетворительное» состояние самой клетки)

Что вызывает:

— чрезмерные (нерепарируемые или плохо репарируемые) повреждения хромосом; многочисленные разрывы ДНК, нарушения ее конформации, сшивки между цепями, неправильная сегрегация хромосом и т.д.
— серьезные повреждения внутриклеточных мембран (особенно митрохондрий) в результате перикисного окисления их липидов

В чем причина повреждений?

— внешние факторы: разные виды облучений, изменения температуры, некоторые химические соединения (прим: цисплатин – противораковое средство)
— внутренние факторы: эндогенно образующиеся соединения – оксид азота, супероксидный радикал и др.
— нарушения питания (прим: прогрессивное уменьшение с возрастом количества нейронов в головном мозгу)
— сам процесс деления (в делящихся клетках строгий контроль)

функция — уничтожение деффектных клеток.

Реализация апоптоза изнутри

Апоптоз реализуется через белок p53(белок p53 является транскрипционным фактором: он активирует гены будущих участников апоптозного процесса). Да-да, это тот самый антионкобелок.

Необходимое условие -повреждение клеточных структур, ведущее к апоптозу, не может быть чрезмерно сильным, иначе — некроз.

«Апоптоз по команде»

(вызывается внешней «негативной» сигнализацией)

— связан с той или иной стадией онтогенеза (метаморфозы у насекомых, процессы в эмбриогенезе, инволюция органов у горбуш, гибель предшественников половых клеток, непрямой остеогенез...)
— формирование и функционирование иммунной системы (уничтожение аутореактивных клонов T- и B-лимфоцитов, гибель стимулированных антигеном лимфоцитов при длительном отсутствии антигена, цитолитическое действие T-киллеров на клетки-мишени и т.д.)
— гибель клеток крови в отсутствие цитокинов, колиниестимулирующих факторов (КСФ)
— и т.д.

«Апоптоз по команде»: пусковые факторы

— негативная сигнализация (прим.: глюкокортикоиды в отношении лимфоцитов, кадгерины при «контактном торможении», взаимодействие Fas-рецептор и Fas-лиганд)
— прекращение позитивного сигнала (гибель начальных клеток кроветворных рядов в отсутствии колониеобразующих факторов, прекращение деление при отсутствии сигналов от интегринов)

Сигналами апоптоза по команде являются:
обычный гормон
тканевой гормон (цитокин или фактор роста)
антиген
адгезивный белок

Орудия апоптоза

-цитоплазматические протеазы – каспазы
-эндонуклеазы
-прочие орудия (совокупность сильных окислителей, белки, ответственные за изменение плазмалеммы)
-митохондриальные факторы

Каспазы – цитоплазматические протеиназы.
— являются сериновыми протеиназами (у некот.организмов – цистеиновыми)
— по всей видимости, присутствуют практически во всех клетках в виде неактивной формы — прокаспазы
— каспазы образуют разветвленный каскад реакций

Эндонуклеазы
— в неизмененных клетках присутствует целый набор нуклеаз, различающихся по механизму действия, и по функциям
— Ca2+, Mg2+- зависимая эндонуклеаза – центральный фермент апоптоза (расщепляет ДНК хромосом только в линкерных участках -> фрагментация хроматина)
— в интактных клетках Ca2+, Mg2+- зависимая эндонуклеаза находится в виде высокомолекулярного комплекса, активность подавлена. Под действием индукторов апоптоза происходит активация.

Резюме

В данной статье я постарался изложить материал в максимально доступной форме. Если есть желание углубиться в тематику, то порекомендую следующие учебники:
— Молекулярная биология. Н.Н. Мушкамбаров.
— Молекулярная биология клетки. Альбретс.



Несколько интересных видео по теме:
апоптоз остеокласта

гранулоциты убивают раковые клетки, запуская в них механизм апоптоза