Некроз і апоптоз

Протягом тривалого часу, аж до другої половини XX ст., Вчені описували тільки один шлях загибелі клітини – некроз, що в перекладі з грецького означає «мертвий». При некрозі омертвіння клітин і тканин в живому організмі супроводжується необоротним припиненням їх функцій. Некроз – не тільки патологічний процес, але і необхідний компонент нормальної життєдіяльності клітин і тканин в процесі фізіологічної регенерації. Некроз характеризується певними змінами клітини і міжклітинної речовини.
Некроз відбувається при порушенні цілісності плазматичної мембрани. Необоротне ушкодження клітинної мембрани завжди призводить до патологічних змін клітини. Мембрана може пошкоджуватися механічно, при впливі великих доз радіації, високої температури; дію сильних отрут може зробити мембрану проникною. У перерахованих випадках в клітці відбуваються незворотні зміни. Порушується гомеостаз, набухають всі органели, руйнується структура мітохондрій, в гіалоплазме набряклою клітини можна виявити фрагменти крист. Руйнуються мембрани лізосом, гідролітичні ферменти лізосом також виявляються в гіалоплазме і при закислення середовища можуть перетравлювати клітинні структури. Спостерігаються зміни структури ядра: весь хроматин суперспіралізуется з утворенням великих грудочок гетерохроматину і потім розрізає за допомогою спеціальних ферментів на фрагменти різної довжини, ядро ​​також розпадається на фрагменти і потім зникає (рис. 11.1). Продукти розпаду клітин привертають (хемотаксис) клітини імунної системи (лейкоцити, макрофаги), які ліквідують погибающие некротичні клітини. На місці некрозу клітин розвивається реакція запалення, потім місце запалення заміщається клітинами сполучної тканини – фібробластами, які утворюють рубець, сприяючи відновленню (регенерації) тканин.

Апоптоз – це генетично запрограмований процес загибелі клітин, який відбувається в нормальному фізіологічному стані організму. Кількість клітин в тканинах регулюється двома шляхами – пролиферацией (поділом) клітин і апоптозом. Обидва процеси в організмі знаходяться під контролем стимулюючих та інгібуючих факторів, які присутні в розчинній формі або експресуються на поверхню сусідніх клітин. Апоптоз працює як захисний механізм для видалення непотрібних і потенційно небезпечних клітин, таких як самоактівірующіеся лімфоцити, інфіковані вірусом клітини, а також пухлинні клітини. Цей процес закладений в програмі життєдіяльності клітин. При апоптозу не розвивається реакція запалення – це основний відмітний ознака апоптозу від некрозу.
Вперше морфологічні зміни процесу загибелі клітин без запалення були описані В. Флемінгом у 1885 році. Він вивчав на мікроскопічному рівні загибель клітин фолікулів яєчника після виходу яйцеклітини. Вчений докладно описав, як в ядрах фолікулярних клітин утворюються великі грудочки гетерохроматину, після чого ядра, а потім і клітини розпадаються на невеликі фрагменти, що містять мікроядра. Після цього клітинні структури зникають без ознак запалення.
Тривалий час, протягом майже 100 років, вчені вважали, що програмована нетоксична загибель клітин властива лише ембріональному розвитку або фізіологічного морфогенезу, як у випадку спостережень, описаних Флемінгом. Проте концепція клітинної загибелі на рівні фізіологічно здорового організму існувала і продовжувала розвиватися.
Термін «апоптоз» був введений в 70-і рр. XX ст. після детального вивчення процесу загибелі клітин в експериментах на печінці щурів після перев’язки портальної вени. Термін походить від грецького слова, що описує втрачає листя рослина, як це відбувається під час листопада. Листопад – це нормальний фізіологічний стан рослини, так і апоптоз – нормальна фізіологічна загибель клітин. Значні успіхи у вивченні апоптозу були досягнуті ближче до кінця 80-х рр. XX ст.
Апоптоз – це загибель клітин з включенням спеціальної генетичної програми, яка запускає певну ланцюг подій в клітці. Плазматична мембрана клітини зберігає свою цілісність, але на поверхні мембрани відбувається «отшнуровиванія» бульбашок, клітина втрачає воду, за рахунок чого зменшується її об’єм і вона зморщується. При цьому усередині клітини руйнується цитоскелет, змінюється в’язкість гіалоплазми, а на поверхні мембран знижується різниця потенціалів. На наступному етапі починають зморщуватися всі органели до такої міри, що компоненти крист мітохондрій можна виявити в гіалоплазме. Потім зморщується ядро, хроматин суперспіралізуется з утворенням великих грудочок гетерохроматину. У ядрі активуються ферменти, здатні розрізати ДНК на фрагменти довжиною від 50 до 300 тисяч пар нуклеотидів, а потім і на більш дрібні структури. Ядро розпадається на безліч мікроядер, після чого вже клітина розпадається на безліч мікроструктур, що містять мікроядра. Ці мікроструктури називаються апоптотичні мікротільця. Незабаром вони зникають, так як їх знищують макрофаги периферичної крові або сполучної тканини. Запалення при цьому не розвивається, і сполучнотканинного рубця на місці загибелі клітин шляхом апоптозу не утворюється (рис. 11.2).

Апоптоз вважається процесом програмованої клітинної загибелі, оскільки виявлено понад 15 генів, що відповідають за процес. Описано гени, які стимулюють загибель клітин, і гени, які запобігають цю подію, «рятують» клітку від загибелі. Гени, які включають програму апоптозу, починають працювати за 1-2 години до того, як з’являться його морфологічні ознаки.
Апоптоз можуть викликати як зовнішні сигнали, так і порушення протікання процесів всередині клітини. Прикладом зовнішнього впливу може бути опромінення рентгенівськими променями. До внутрішніх клітинним сигналам, здатним включити програму апоптозу, відносять порушення нормальної роботи мітохондрій, цитоскелету, функції ламіни всередині ядра. Велика роль у регуляції апоптозу належить спеціальним рецепторам на поверхні клітин, які взаємодіють з різноманітними факторами росту, особливо в клітинах імунної системи. Дуже важлива роль у генетичному контролі апоптозу належить ядерному білку Р53. Цей білок називають сторожем генома клітини.
Після того, як в S-періоді відбувається реплікація ДНК, в ядрі починають працювати спеціальні ферменти, перевіряючі правильність структури ДНК, дотримання правила комплементарності. Якщо в ДНК є помилка, то вона виправляється. Перевірка здійснюється кілька разів. Якщо після багаторазових перевірок помилка буде виправлена, то білок Р53 перемикає клітку на підготовку до мітозу. У разі збереження помилки в ДНК «сторож геному» включає програму апоптозу і клітина знищується. Білок р53 відіграє велику роль у виникненні пухлинних клітин. В даний час описано кілька сімей, у представників яких відсутній нормальний ген білка Р53. У людей з таким генетичним дефектом швидко протягом життя накопичуються дефекти в ДНК соматичних клітин, клітини з генетичними дефектами не знищуються, і до 40 років розвиваються різноманітні пухлини.
У наш час відомі захворювання людей, в основі яких лежить порушення регуляції апоптозу. Наприклад, при розвитку нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера, в результаті апоптозу гинуть певні групи нейронів головного мозку, що веде до порушень нормальних мозкових функцій.
Таким чином, вивчення апоптозу сприяє можливості управляти цим процесом, і, отже, у випадку розвитку патології, стимулювати або уповільнювати його.

Питання
1. Назвіть два шляхи загибелі клітини. Поясніть походження їхніх назв.
2. Який шлях загибелі клітин характерний тільки для патології?
3. Який шлях загибелі притаманний нормальним клітинам і в ряду деяких патологічних станів?
4. Чому апоптоз називається програмованої клітинної загибеллю?
5. Які події в клітці і навколишньому середовищі можуть включати апоптоз?
7. Що ви знаєте про білку Р53? Яка його роль у включенні програми апоптозу?
8. Порівняйте морфологічні події в клітині і організмі під час некрозу та апоптозу.

Посилання на основну публікацію