Апоптоз - програмована клітинна смерть - біологія

Читати далі: ЕТАП - Вплив на хроматин ядра нуклеазами і (або) ферментами конденсації

У багатоклітинних організмів - тварин, рослин і грибів - генетично закладена програма загибелі клітин. Формообразовательние процеси в онтогенезі, позитивна і негативна селекція Т-і В-лімфоцитів у тварин, гіперчутливий відповідь рослин на вторгнення патогена, осінній листопад - лише кілька прикладів програмованої клітинної смерті (ПКС). ПКС сприяє збереженню порядку і нормального функціонування біологічної системи, очищаючи від незатребуваних, хворих, які закінчили свій життєвий цикл або з'явилися врезультате мутацій потенційно небезпечних клітин.

Той факт, що онтогенез на-ходиться під генетичним кон-тролем, навряд чи міг когось вудь-вить навіть в далекі вже 70-е го-ди минулого XX ст. Такий кон-троль повинен був бути, і знайшов його Бреннер Двоє інших «нобелівцям» відкрили «гени смерті».

Давно вже було очевидно, що онтогенез неможливий без ліквідації окремих клітин, ділянок тканин і навіть цілих органів, що виникають на визна-ділених етапах индивидуаль-ного розвитку, щоб потім ис-чезнуть при формуванні дорослого організму. Неясно було лише, відбувається така ліквідація за допомогою Фаго-цитоза або якимось іншим, поки невідомим шляхом.

Свої експерименти вчені проводили на нематоди Caenorhabditis elegans.Етот об'єкт

a) дуже мала (довжиною близько 1 мм)

в) живе всього пару тижнів. З цього було просто простежити долю кожної зі складових її 959 від заплідненої яйцеклітини до дорослої особі.Бреннер використовували мутаген (метілетансульфонат) і отримав мутації, що зупиняють розвиток окремими етапів онтогенезу, і ідентифікував гени, відповідальні за них.

Салстон звернув увагу на те, що доросла нематода повинна була б складатися з 1090кл. а не з 959 т. е. 131 кл. гине в ході онтогенезу ставши на шлях запрограмованої смерті (апоптозу). Сал-он ідентифікував перший ген клітинного самогубства - nuc - 1, небхідно для деградації ДНК в вмираючої клітці. У ті ж 70-е Хорвіц продол-іл дослідження Бреннера він відкрив гени ced-З і ced-4, необхідні для клітинного самогубства. Згодом Хорвіц опісол також ген ced-9, що утримує клітину від апоптозу, поки не прийшов час, і знайшов відповідні гени у вищих тварин і людини.

Апоптоз і некроз - два варіанти клітинної смерті

Існує два різних види клітинної смерті у тварин - апоптозу і некрозу.

Картина апоптозу у тварин - це перехід фосфатидилсерина з внутрішнього моношару цитоплазматичної мембрани в зовнішній монослой, зменшення об'єму клітини, зморщування цитоплазматичної мембрани, конденсація ядра (каріорексис і кариопикноз: каріорексис-маргінація гетерохроматина і освіту кільця з окремих грудочок; пикноз-стиснення ядер), розриви нитки ядерної ДНК і подальший розпад ядра на частини, фрагментація клітини на мембранні везикули з внутрішньоклітинним вмістом (апоптозние тільця), фагоцитуючих макрофагами і клітинами мі-сусідами. Така ж доля спіткає клітку, коли в ній відбулася мутація, яка може привести до пухлинного розростання тканини, коли вона стає непотрібною для організму, наприклад, в процесі онтогенетичного розвитку або, стосовно до лімфоцитам, на заключних етапах інфекційного процесу, коли організм вже не потребує в подальшій вироблення антитіл [5-7].

Є й інша, патологічна, форма клітинної смерті - некроз. Така смерть осягає клітку, коли Т-кілер своєчасно не розпорядився долею інфікованої клітини, наставивши її на шлях апоптозу. Вірус чи іншої паразит, розмножуючись в клітці, руйнує її: клітина лізує, її вміст виливається назовні, у міжклітинний простір. Деякі внутрішньоклітинні паразити, включаючи найпростіше Toxoplasma gondii (збудник токсоплазмозу), здатні до придушення апоптозу. Нове покоління паразитів спрямовується в сусідні клітини, завдаючи все більший і більший шкоди організму. Починається запальний процес, результатом якого може бути як одужання, так і загибель організму. Некротическую загибель можуть викликати фізичні або хімічні пошкодження, наприклад, обмороження чи опік, органічні розчинники, гіпоксія, отруєння, гіпотонічний шок і ін.

Наявність або відсутність запалення у тварин використовується як ознака, що дозволяє відрізнити апоптоз від некрозу.

Некроз характеризується розривом цитоплазматичної і внутрішньоклітинних мембран, що призводить до руйнування органел, вивільненню лізосомальних ферментів і виходу вмісту цитоплазми в міжклітинний простір (рис. 1). При апоптозу зберігається цілісність мембран, органели виглядають морфологічно інтактними, а продукти дроблення клітини, апоптозние тільця (або везикули) є окремі фрагменти, оточені мембраною (рис. 1).

Апоптоз - програмована клітинна смерть - біологія

Мал. 1. Зміна ультраструктури клітин тварин при некрозі і апоптозу. 1 - нормальна клітина, 2 - апоптотичні сморщивание клітини з утворенням пузирчастих виростів, 3 - фрагментація клітини з утворенням апоптотичних везикул, 4 - набухання клітини при некрозі, 5 - некротична дезінтеграція клітини

Більшість вчених сходяться в думці, що апоптоз настає в результаті ензиматичного розпаду хроматину в ядрі клітини, при цьому ендонуклеази клітини починають розрізати молекулу ДНК з утворенням моно- і олігомерів. Нуклеазного атаці піддаються не тільки еухроматіновие. але і спіраль ущільнені гетерохроматіновие ділянки ядра. Для того щоб запустити цей процес клітина повинна призвести ферменти - нуклеази, а для цього, в свою чергу, в клітині відбувається посилення процесів транскрипції (біосинтез РНК) і трансляції (біосинтез білка). Є дані, що інгібітори білкового синтезу - ціклогексамід і пуромицин - запобігають ензиматичний розпад хроматину і можуть запобігти або відстрочити процес апоптозу. На даний момент відомо кілька шляхів для апоптозу.

По-перше це шлях ензиматичного перетравлення межнуклеосомних просторів і нарізування фрагментів розміром в 200 нуклеотидів

2) по-друге це гетерохроматізація хроматину без розрізання ДНК

Читати далі: ЕТАП - Вплив на хроматин ядра нуклеазами і (або) ферментами конденсації

Інформація про роботу «Апоптоз - програмована клітинна смерть»