Апоптоз клітини: біологічне значення та його роль

Апоптоз – це генетично запрограмоване самогубство клітини. Даний процес може відбуватися в різних ситуаціях, перш за все в процесі ембріонального розвитку або у випадках серйозних пошкоджень генетичного матеріалу при впливі на клітини специфічних сигналів, які спонукають їх до самознищення.

Смерть живої клітини може відбутися двома шляхами – апоптозу або некрозу. Хоча кінцевий результат обох процесів для клітини однаковий, в їх протіканні спостерігаються істотні відмінності. Некроз – це спонтанне, неконтрольоване омертвіння клітин і тканин під впливом несприятливих механічних, фізичних або хімічних факторів, а ось апоптотична загибель клітини є наслідком активації ряду білкових з’єднань, транскрипційних і генних чинників.

Важливим відмінністю між некрозом і апоптозом є і той факт, що при некрозі відбувається абсолютно безладна фрагментація ДНК, за якою слідує її незворотний структурно-функціональний розпад і викид вмісту омертвілої клітини назовні. Частинки мертвих клітин виловлюються спеціалізованими клітинами імунної системи, і ця захисна реакція організму супроводжується гострим запальним процесом в області некрозу. Апоптоз ж зачіпає поодинокі клітини, що не поширюючись на цілі ділянки тканин.

Апоптоз як генетично запрограмоване самогубство клітини грає ключову роль в ряді процесів розвитку організму, його нормальної життєдіяльності і регенерації тканин. Дане явище повсюдно використовується живими організмами з метою контрольованої ліквідації клітин на різних стадіях розвитку особини. Апоптоз відіграє життєво важливу роль в розвитку нервової системи. Він же, зокрема, робить можливим формування частин тіла в результаті відмирання непотрібних ділянок тканин; так, наші долоні формуються саме шляхом руйнування клітин в міжпальцевих проміжках. Як показують дослідження, апоптоз набуває ключове значення по завершенні процесів розвитку організму, забезпечуючи планомірну заміну старих клітин новими і регулюючи їх чисельність відповідно до потреб зрілого організму.

До відомих прикладів гормон-залежною апоптотической загибелі клітин відноситься відторгнення ендометрію під час менструального циклу, атрофія простати після кастрації і регресія молочної залози після припинення лактації. Крім того, апоптоз виконує важливу захисну функцію, допомагаючи організму позбавлятися від небезпечних для нього клітин, що утворюються в процесі онтогенезу, в тому числі клітин злоякісних пухлин або інфікованих вірусами.

Процес апоптозу.

Сьогодні вважається, що формування механізму апоптотической загибелі клітин є одним з найбільш ранніх і фундаментальних досягнень еволюції, результатом якої стала поява все більш складних багатоклітинних організмів. Хоча апоптоз ще не розкрив вченим всіх своїх таємниць, основні його етапи вже досить добре вивчені. Першою легко впізнаваною стадією цього процесу є стиснення клітини і конденсація хроматину на одному з полюсів мембрани клітинного ядра.

При цьому утворюються чітко окреслені щільні маси різної форми і розмірів. На наступній стадії відбувається конденсація цитоплазми і формування в ній порожнин, що призводить до утворення поглиблень в гладкій поверхні клітинної мембрани і, в кінцевому рахунку, до фрагментації клітини. Характерні морфологічні зміни в апоптотичних клітинах супроводжуються каскадом вельми складних біохімічних реакцій, в яких бере участь велика кількість спеціалізованих білкових з’єднань. Хоча запуск програми апоптозу пов’язаний з активированием або розпадом багатьох клітинних білків, а набір беруть участь в цьому процесі генів і білків може змінюватися в залежності від типу клітини і сигналу, що індукує її самознищення, існує строго певна група білків, без яких апоптоз був би взагалі неможливий.

Вони складаються з двох елементів різної величини. За характером виконуваних функцій дані білки можна віднести до типу внутрішньоклітинних протеолітичних ферментів, що переварюють інші білки. Вони вступають в дію з каскадної схемою – активація однієї частки пробуджує такі за нею по ланцюжку, необоротно ставлячи клітку на шлях апоптозу. З посиленням активності відбувається фрагментація певних білків. Одні з них при цьому руйнуються і активуються, а інші в результаті відсікання певних фрагментів знаходять здатність розщеплювати ДНК в клітинному ядрі. Сигнал до активації особливих білків і запуску програми самознищення клітини можуть подати найрізноманітніші чинники. До найважливіших з них належать іонізуюче випромінювання, вільні кисневі радикали, недолік факторів росту, деякі антитіла і фактор некрозу пухлин. Залежно від характеру фактора, його інтенсивності, тривалості впливу та типу клітини рано чи пізно відбувається запуск програми її самознищення.

Осягнення механізмів апоптозу має принципове значення не тільки для вивчення процесів диференціації та формування тканин в ході ембріонального розвитку. У нормально функціонуючому організмі генерування і загибель клітин знаходиться в стані нестійкої рівноваги, і порушення процесів апоптозу виступають прямій або опосередкованій причиною багатьох захворювань. Доведено прискорення апоптозу при синдромі набутого імунодефіциту. Особливий інтерес представляє роль апоптозу в разі інфікування організму вірусом ВІЛ, що призводить до розвитку СНІД: у хворих цим тяжким недугом самознищення піддаються навіть не заражені вірусом Т-лімфоцити. Відбувається це тому, що деякі білки, закодовані генами вірусу, змушують клітини імунної системи людини нарощувати вироблення білків, що підвищують ймовірність апоптозу навіть у здорових лімфоцитів.

Апоптоз і СНІД

Якби вдалося загальмувати процес запрограмованої загибелі неінфікованих лімфоцитів, це дозволило б істотно віддалити момент прояви у хворих клінічних симптомів СНІД. З іншого боку, найбільш поширеною проблемою, пов’язаною із занадто низькими темпами апоптозу, є розвиток злоякісних новоутворень. Пухлинні клітини просто ігнорують сигнали, які примушують їх до самознищення, якимось чином запобігаючи появі або активацію особливих білків. Сьогодні багато наукових колективів у всьому світі працюють над можливостями впровадження в пухлинні клітини активних генів, що кодують білки, або над синтезом хімічних препаратів, що підвищують активність в пухлинних клітинах.

Перші праці з проблем апоптозу почали з’являтися в науковій літературі на початку 1970 років. Спочатку вони не викликали широкого інтересу в науковому співтоваристві, однак рубіж 10 і 11 століть ознаменувався обвальним зростанням досліджень генетично запрограмованої клітинної смерті, і нині в науковій періодиці щорічно з’являються тисячі статей, присвячених різним аспектам цього явища. Здобуті вченими дані, без сумніву, наближають нас до успішного лікування СНІД і злоякісних пухлин.

...
ПОДІЛИТИСЯ: