КЛЕТЪЧНА СМЪРТ: ВИДОВЕ И ТЕХНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2024

В смъртта на клетките е процес на разрушаване на клетъчните компоненти изпитват всички живи организми на различни етапи. Във всички многоклетъчни организми трябва да има оптимален баланс между клетъчната смърт и клетъчната пролиферация.

Клетъчната смърт настъпва по два основни механизма: чрез некроза или случайна клетъчна смърт и чрез апоптоза или програмирана клетъчна смърт. Всеки механизъм се приписва определена морфология на клетките.

Разлики между апоптоза и некроза.

Източник: Национален институт за злоупотреба с алкохол и алкохолизъм (NIAAA)

Апоптозата или програмираната клетъчна смърт съдържа път, силно регулиран от генетичните компоненти. Често, когато организмът изпитва патологични обстоятелства (дегенеративни заболявания, например), апоптотичната програма може да бъде изпълнена неправилно, което води до ненужно разрушаване на клетките.

Програмираната клетъчна смърт е важен компонент от пътищата на развитие и хомеостазата (контрол между клетъчната смърт и пролиферацията) като цяло.

Случайната клетъчна смърт или некроза е вторият вид клетъчна смърт. Представя радикални разлики, ако го сравним с апоптоза. Това явление възниква, когато клетките са изложени на неблагоприятна или екстремна среда, което води до увреждане на клетъчните структури.

Програмирана клетъчна смърт или апоптоза

Историческа перспектива

През 1972 г. за първи път се използва терминът апоптоза. Тя се появи в класическа научна статия, написана от авторите Кер, Уили и Къри. За Kerr et al., Терминът апоптоза описва отличителна морфологична форма на клетъчна смърт.

Въпреки че тези черти вече бяха подробно описани многократно, тези автори са първите, които дават име на феномена.

дефиниция

Многоклетъчният организъм е съставен от множество клетки, които трябва да установят връзки помежду си. Общността трябва да бъде строго организирана и това се постига чрез установяване на контрол между пролиферацията на нови клетки и елиминирането на вече наличните клетки.

По този начин клетките, които по множество причини вече не са необходими, претърпяват вид молекулярно „самоубийство“, наречено апоптоза.

Програмираната клетъчна смърт е нормално физиологично явление. Тя включва контролираното елиминиране на определени клетки. Този механизъм е решаващ за поддържането на правилното функциониране на тъканите на възрастните. Той също играе роля в развитието на ембриона.

Характеристика

Поддържайте баланса на разпространението

Основната цел на програмираната клетъчна смърт е поддържане на баланса на клетъчната пролиферация. Например в нашето тяло почти 5 х 10 ¹¹ еритроцити или кръвни клетки се елиминират ежедневно чрез клетъчна смърт.

Защитете клетките

В допълнение, той позволява да се създаде защитен механизъм срещу клетки, които потенциално биха могли да повлияят на организма. В случай на клетки, станали жертва на вирусна инфекция, те обикновено се убиват от програмирана клетъчна смърт. По този начин вирусът няма да може да продължи да се разпространява вътре в хоста.

Програмираната клетъчна смърт не само елиминира клетките, заразени от външни патогени, но също така е в състояние да изключи клетките на организма, които представляват увреждане на генетичния материал. В този случай клетките, които носят вредни за организма мутации, се елиминират.

В случай, че развитието на тези анормални клетки може да продължи и механизмите на клетъчната смърт не действат, могат да се появят тумори и развитието на различни видове рак.

Координирайте развитието на ембриона

Програмираната клетъчна смърт играе решаваща роля в развитието на ембрион. По време на образуването на същото, няколко ненужни клетки трябва да бъдат елиминирани.

Например, той е отговорен за елиминирането на тъканите в ларвите в организмите, които са подложени на метаморфоза: ларвите и земноводните. Освен това някои юношески форми се характеризират с наличието на мембрани между пръстите, характерни за водния живот.

Когато организмът стане възрастен, тези мембрани изчезват, тъй като клетките, които го съставят, претърпяват програмирано събитие на клетъчна смърт. Като цяло процесът на апоптоза оформя крайниците на хората и мишките: лопатовидни структури, завършващи с добре оформени цифри.

По време на развитието на бозайниците, програмираната клетъчна смърт участва във формирането на нервната система. Когато тялото се развива, се произвежда прекомерен брой нервни клетки, които по-късно се елиминират чрез програмирана клетъчна смърт.

Невроните, които оцеляват (около 50%), правят правилни връзки с целевите клетки. Когато установената връзка е тази, която е посочена, започва секрецията на поредица от растежни фактори, което позволява оцеляването на клетката, тъй като инхибира програмата за клетъчна смърт.

Клетъчни характеристики на апоптозата

По време на програмирана клетъчна смърт, клетката проявява особен фенотип. Първата отличителна черта е фрагментацията на хромозомната ДНК.

В този случай се случва разпадането на нуклеозоми, структури, образувани от ДНК и протеини. С кондензацията на хроматин ядрото се разпада на малки парчета.

Докато процесът протича, клетката значително намалява по размер. В крайна сметка клетката се разпада на множество сегменти, заобиколени от клетъчната мембрана. Всяко от тези парчета е известно като апоптотични тела.

По-късно клетките на имунната система, наречени макрофаги, са отговорни за разпознаването и фагоцитирането на тези умиращи структури.

По този начин "трупът" на клетката, която претърпява апоптоза, ефективно изчезва от организма, към който е принадлежал - противно на това, което се случва, когато клетката умре от нараняване. В последния сценарий клетките набъбват и накрая лизират, възпалявайки въпросната област.

По време на апоптозата се появява увреждане в митохондриите, характеризиращо се с освобождаването на серия от молекули, които стимулират механизма на смърт, като цитохром с, протеините Smac / Diablo, наред с други.

Генетични аспекти

Строгата регулация на програмираната клетъчна смърт се случва благодарение на оркестрираното функциониране на различни гени.

Първите проучвания, свързани с генетичния механизъм на апоптозата, са проведени в елеганите на нематода Caenorhabditis. В този организъм бяха идентифицирани 3 гена, свързани с изпълнението и регулирането на целия апоптотичен процес.

При бозайниците са открити гени, много подобни на тези на нематодата. Следователно, те са били много запазени същества през цялата еволюция.

Ced-3 е пример за семейство, съставено от повече от дузина протеази (ензими, които хидролизират протеините), известни под името каспази.

По време на програмирана смърт, каспазите хидролизират повече от 100 протеина, открити във въпросната клетка. Сред целевите протеини на каспазите откриваме ДНКаза инхибитори, които причиняват разграждането на ДНК в клетъчното ядро.

Каспазите също са отговорни за разрушаването на ядрената ламина, което води до фрагментацията на ядрото и цитоскелета като цяло. Непосредствените последствия от всички тези деградационни събития са фрагментацията на клетките.

Задействане на апоптоза

Има серия от стимули, които задействат апоптотични механизми. Тези стимули могат да бъдат физиологични или патологични. Интересното е, че не всички клетки реагират по един и същи начин на стимули.

Облъчването и лекарствата, използвани за лечение на рак (химиотерапия), водят до апоптоза от път, наречен p53-зависим път.

Някои хормони, като кортикостероиди - хормони от групата на стероиди и производни - могат да доведат до апоптотичния път в някои клетки. Повечето клетки обаче не са засегнати от присъствието му.

Случайна клетъчна смърт или некроза

дефиниция

Случайната клетъчна смърт или некроза настъпва, когато клетките са изложени на неблагоприятна среда, която причинява сериозни щети на клетъчните структури.

Тези фактори, които причиняват травма, включват много високи или много ниски температури, ненормални нива на кислород, излагане на токсини, излагане на реактивни кислородни метаболити, недостиг на хранителни вещества, анормални нива на рН, и други.

Различните медицински състояния включват некроза, включително невродегенеративни заболявания като болестта на Алцхаймер, болестта на Хънтингтън, Паркинсонова болест, амиотрофична латерална склероза и епилепсия.

Въпреки че некротичният процес участва в различни медицински състояния, механизмът зад събитието не е изяснен напълно. В исторически план некрозата се разглежда просто като хаотични реакции, които унищожават клетката.

Въпреки това, настоящите данни от Caenorhabditis elegans и Drosophila организми поставят под въпрос тази „догма“.

Различните типове клетки, които са подложени на некроза, проявяват много специфични морфологични характеристики на клетките в отговор на нараняване, което предполага, че има централна програма за изпълнение на некроза.

Пълното и подробно разбиране на некротичния процес може да доведе до разработването на нови методологии за контрол на заболявания, които включват некротична клетъчна смърт.

Клетъчни характеристики на некрозата

Както при апоптозата, некрозата има характерни морфологични характеристики. Освен това, те са напълно различни от това, което наблюдаваме в клетка, която умира по апоптотичния път.

Смъртта е придружена от значително възпаление в клетката, образуване на вакуоли в цитоплазмата, задържане на ендоплазмения ретикулум, мехуриране на цитоплазмата, кондензация на митохондриите, дезагрегация и проливане на рибозоми, разкъсване на мембраните, възпалени лизозоми и счупен, наред с други.

Некрозата е "пасивен" процес, тъй като не се нуждае от допълнителен синтез на протеин, енергийното изискване за това да се прояви е минимално и няма допълнителен хомеостатичен регулаторен механизъм.

механизми

Нараняванията, причинени в некротична клетка, могат да бъдат медиирани чрез два основни механизма: смущение в енергоснабдяването и директно увреждане на клетката от споменатите по-горе фактори.

Сравнение между апоптоза и некроза

Различията

Контрол на процесите: Сравнително апоптозата е силно контролиран активен процес, докато некрозата е токсичен процес, при който клетката е пасивна жертва на енергийно независим начин на смърт. Както споменахме, настоящите доказателства поставят под съмнение нерегулацията на некрозата.

Местоположение на смъртта: Обикновено апоптозата се проявява в единична клетка или в клетъчен клъстер, докато некрозата се проявява в континуум от клетки.

Състояние на плазмената мембрана: При апоптоза клетъчната мембрана остава непокътната, а цитоплазмата запазва апоптотични тела. При некроза се разкъсва плазмената мембрана и цитоплазмата се освобождава.

Възпалителни процеси: при апоптоза не се наблюдава вид възпаление, докато инфлацията е една от най-поразителните характеристики на некрозата. Загубата на мембранна и клетъчна цялост изпраща хемотактични сигнали, които набират клетъчни агенти, свързани с възпалителния процес.

Можете ли да разграничите апоптозата и некрозата?

От какво зависи дали една клетка умира от апоптоза или от некроза? В това решение участват различни фактори, включително естеството на сигнала за смъртта, вида на въпросната тъкан, етапа на развитие на организма, наред с други.

Използвайки конвенционални хистологични техники, не е лесно да различим тъканта, умираща от апоптоза, или от некрозата. Морфологичните резултати от смъртта, произведени от некротичния и апоптотичен път, се различават в няколко отношения и се припокриват в други.

Доказателствата сочат, че апоптозата и некрозата представляват морфологичен израз на споделен биохимичен път, наречен апоптоза-некрозен континуум. Например, в преобразуването на пътя на апоптозата към некроза участват два фактора: намалена наличност на каспази и АТФ в клетката.

Цитотоксична смърт

В многоклетъчните организми има специфични видове клетки, принадлежащи към имунната система - или секретите, които произвеждат - които са токсични за други клетки.

Тези клетки са отговорни за инициирането на пътища, отговорни за унищожаването на целевите клетки (които могат да бъдат клетки, заразени от патоген или ракова клетка). Авторите обаче предпочитат да не включват нито една от двете споменати категории (некроза или апоптоза), тъй като тя не се осъществява чрез специфичен механизъм.

Вземете конкретния случай на клетъчна смърт, който се медиира от клетъчен тип, наречен цитотоксични CD8 ⁺ Т-лимфоцити. В този пример клетката комбинира аспекти както на случайна, така и на програмирана клетъчна смърт.

Препратки

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
2. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Клетката: молекулен подход. Вашингтон, окръг Колумбия: ASM press.
3. Elmore, S. (2007). Апоптоза: преглед на програмирана клетъчна смърт. Токсикологична патология, 35 (4), 495-516.
4. Ross, MH, & Pawlina, W. (2006). Хистология. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Смърт от некроза. Безконтролна катастрофа или има ред зад хаоса ?. Доклади на EMBO, 3 (7), 604-9.