Apoptozes morfoloģiskās izpausmes. Apoptoze - funkcijas, mehānismi Šūnu apoptozes stadijas
![Apoptozes morfoloģiskās izpausmes. Apoptoze - funkcijas, mehānismi Šūnu apoptozes stadijas](https://i0.wp.com/tiensmed.ru/news/uimg/ac/apoptoz-w2c.jpg)
Apoptoze
Šūnu nāve organismā var notikt divos veidos: nekroze Un apoptoze.
Apoptoze– tas ir šūnu nāves veids, kurā šūna pati aktīvi piedalās tās nāves procesā, t.i. notiek šūnu pašiznīcināšanās. Apoptoze, atšķirībā no nekrozes, ir aktīvs process, pēc etioloģisko faktoru iedarbības tiek uzsākta ģenētiski ieprogrammēta reakciju kaskāde, ko pavada noteiktu gēnu aktivācija, proteīnu, enzīmu sintēze, kas noved pie efektīvas un ātras šūnu izvadīšanas no audi.
Apoptozes cēloņi.
1. Embrioģenēzes laikā apoptozei ir liela nozīme dažādu audu pirmatnīšu iznīcināšanā un orgānu veidošanā.
2. Novecojošas šūnas, kas ir pabeigušas savu attīstības ciklu, piemēram, limfocīti, kas ir izsmēluši savu citokīnu krājumu, tiek pakļauti apoptozei.
3. Augošajos audos noteiktai meitas šūnu daļai notiek apoptoze. Mirstošo šūnu procentuālo daudzumu var regulēt ar sistēmiskiem un vietējiem hormoniem.
4. Apoptozes cēlonis var būt vāja kaitīgo faktoru ietekme, kas ar lielāku intensitāti var izraisīt nekrozi (hipoksiju, jonizējošo starojumu, toksīnus utt.)
Apoptozes patoģenēze:
Šūna tiek pakļauta apoptozei, ja kodolā rodas DNS bojājumi, kurus nevar novērst ar remonta sistēmu. Šo procesu uzrauga proteīns, ko kodē p53 gēns. Ja DNS defektu nav iespējams novērst, p53 proteīna ietekmē tiek aktivizēta apoptozes programma.
Daudzām šūnām ir receptori, kuru ietekme izraisa apoptozes aktivāciju. Visvairāk pētītie ir Fas receptori, kas atrodami limfocītos, un audzēja nekrozes faktora alfa (TNF-α) receptori, kas atrodami daudzās šūnās. Šiem receptoriem ir svarīga loma autoreaktīvo limfocītu izvadīšanā un šūnu populācijas lieluma noturības regulēšanā ar atgriezenisko saiti.
Apoptozi var aktivizēt dažādi metabolīti un hormoni: pretiekaisuma citokīni, steroīdie hormoni, slāpekļa oksīds (NO) un brīvie radikāļi.
Šūnu apoptoze tiek aktivizēta, ja audos trūkst skābekļa. Iemesls tās aktivizēšanai var būt brīvo radikāļu darbība, no enerģijas atkarīgo DNS remonta procesu traucējumi utt.
Šūnas, kas zaudējušas kontaktu ar ekstracelulāro matricu, bazālo membrānu vai blakus esošajām šūnām, tiek pakļautas apoptozei. Šī apoptozes mehānisma zudums audzēja šūnās noved pie metastāžu spējas rašanās.
Daži vīrusu proteīni var aktivizēt šūnu apoptozi pēc vīrusa pašsavienošanās inficētā šūnā. Apoptotisko ķermeņu absorbcija blakus esošajās šūnās izraisa to inficēšanos ar vīrusu. AIDS vīruss var arī aktivizēt neinficētu šūnu apoptozi, kuru virsmā ir CD4 receptors.
Ir arī faktori, kas novērš apoptozi. Daudzi metabolīti un hormoni, piemēram, dzimumhormoni un proinflammatoriskie citokīni, var palēnināt apoptozi. Apoptoze var strauji palēnināt šūnu nāves mehānisma defektu dēļ, piemēram, ar p53 gēna mutāciju vai apoptozi inhibējošu gēnu aktivāciju (bcl-2). Daudzi vīrusi spēj inhibēt apoptozi pēc savas DNS integrēšanas šūnu genomā uz savu strukturālo proteīnu sintēzes periodu.
Apoptozes morfoloģiskās izpausmes
Apoptozei ir savas atšķirīgas morfoloģiskās pazīmes gan gaismas optiskā, gan ultrastrukturālā līmenī. Visskaidrāk morfoloģiskās pazīmes atklāj elektronu mikroskopija. Šūnu, kurā notiek apoptoze, raksturo:
Šūnu saspiešana.Šūnas izmērs samazinās; citoplazma kļūst blīvāka; organoīdi, kas šķiet salīdzinoši normāli, ir izkārtoti kompaktāk. Tiek pieņemts, ka šūnu formas un tilpuma traucējumi rodas transglutamināzes un cisteīna proteāžu (kaspāžu) aktivācijas rezultātā apoptotiskās šūnās. Pirmā enzīmu grupa izraisa šķērssaišu veidošanos citoplazmas olbaltumvielās, kā rezultātā zem šūnas membrānas veidojas sava veida membrāna, piemēram, keratinizējošas epitēlija šūnas, bet otrā enzīmu grupa iznīcina citozolā esošos proteīnus.
Hromatīna kondensācija.Šī ir raksturīgākā apoptozes izpausme. DNS tiek šķelta ar endonukleāzēm vietās, kas saistās ar atsevišķām nukleosomām, kā rezultātā veidojas liels skaits fragmentu, kuros bāzes pāru skaits tiek dalīts ar 180-200, kas pēc tam kondensējas zem kodola membrānas. Kodols var sadalīties divos vai vairākos fragmentos.
Apoptotisko ķermeņu veidošanās. Apoptotiskā šūnā veidojas dziļas šūnas membrānas invaginācijas, kas noved pie šūnu fragmentu atdalīšanās, t.i. membrānu ieskautu apoptotisku ķermeņu veidošanās, kas sastāv no citoplazmas un blīvi izvietotām organellām ar kodola fragmentiem vai bez tiem.
Fagocitoze Apoptotiskās šūnas vai ķermeņus veic apkārtējās veselās šūnas, gan makrofāgi, gan parenhīmas. Apoptotiskie ķermeņi tiek ātri iznīcināti lizosomās, un apkārtējās šūnas vai nu migrē, vai dalās, lai aizpildītu šūnu nāves atbrīvoto telpu.
Krāsojot ar hematoksilīnu un eozīnu, apoptoze tiek konstatēta atsevišķās šūnās vai nelielās šūnu grupās. Apoptotiskajām šūnām ir apaļa vai ovāla forma, intensīvi eozinofīla citoplazma ar blīviem kodolhromatīna fragmentiem. Tā kā šūnu saspiešana un apoptotisku ķermeņu veidošanās notiek ātri un tikpat ātri tie fagocitējas, sadalās vai izdalās orgāna lūmenā, histoloģiskajos preparātos apoptoze tiek konstatēta tās nozīmīgas smaguma pakāpes gadījumos. Turklāt apoptozi – atšķirībā no nekrozes – nekad nepavada iekaisuma reakcija, kas arī apgrūtina tās histoloģisko noteikšanu.
Šūnu identificēšanai agrīnās apoptozes stadijās tiek izmantoti īpaši imūnhistoķīmiskie pētījumi, piemēram, aktivēto kaspāžu noteikšana vai TUNEL metode, kas vizualizē endonukleāžu šķelto DNS.
Apoptozes nozīme.
1. Apoptozei ir liela nozīme embrioģenēzē (ieskaitot implantāciju un organoģenēzi). Pavājināta šūnu nāve starppirkstu telpās var izraisīt sindaktiliju, un pārmērīga epitēlija apoptozes neesamība palatīna procesu vai audu saplūšanas laikā, kas ieskauj nervu caurulīti, izraisa audu saplūšanas traucējumus abās pusēs, kas izpaužas kā plaisa. attiecīgi cietās aukslējas un mugurkaula kanālu ierobežojošo audu defekts (spina bifida).
2. Apoptozei ir svarīga loma šūnu sastāva noturības uzturēšanā, īpaši hormonjutīgos audos. Apoptozes palēnināšanās noved pie audu hiperplāzijas, paātrināšanās – pie atrofijas. Tas ir iesaistīts endometrija izdalīšanā menstruālā cikla laikā, folikulu atrēzijā olnīcās menopauzes laikā un krūšu audu regresijā pēc laktācijas pārtraukšanas.
3. Pašlaik tiek pētīts milzīgs skaits zāļu, kuru mērķis ir regulēt apoptozi noteiktos audos. Tādējādi paātrinošu imūnkompetentu šūnu apoptozi var izmantot, lai ārstētu autoimūnas slimības un novērstu transplantāta atgrūšanu, un palēninātu apoptozi var izmantot, lai novērstu apoptozi audos, kuriem ir išēmija, paaugstināts ārējais spiediens vai īslaicīgi neaktīvi audi. Apoptozes palēnināšanās vīrusu infekciju laikā novērš infekcijas izplatīšanos blakus esošajās šūnās.
4. Visos audzējos audzēja šūnās ir traucēta apoptoze. Šis sadalījums var notikt dažādos apoptozes posmos, piemēram, var rasties p53 gēna mutācija, kas noved pie tā, ka mutants p53 proteīns šūnā uzkrājas pārmērīgā daudzumā, bet neradīs apoptozi, neskatoties uz defektiem šūnu genoms, kas novedīs pie šūnu ar izjauktu genomu proliferācijas, un ar katru nākamo dalīšanos uzkrāsies DNS pārkāpumi. Dažreiz normāls vai “savvaļas” p53 proteīns var uzkrāties audzēja šūnās, ja apoptozes mehānisma sabrukums notiek citos līmeņos. Hroniskas limfoidās leikēmijas gadījumā tiek novērota bcl-2 gēnu produktu uzkrāšanās, kas izraisa patoloģisku audzēja šūnu dzīves ilguma pagarināšanos un šūnu rezistenci pret dažādiem proapoptotiskiem faktoriem. Dažreiz tiek traucēta signālu pārraide no šūnu nāves receptoriem, piemēram, no TNF-α receptoriem. TNF-α ir iesaistīts šūnu populāciju atgriezeniskās saites regulēšanā. Visas populācijas šūnas izdala TNF-α nelielos daudzumos; jo vairāk šūnu audos, jo augstāka ir TNF-α koncentrācija un līdz ar to arī apoptozes līmenis. Tādā veidā tiek panākts līdzsvars starp šūnu proliferāciju un šūnu nāvi. Audzēja šūnas šī citokīna ietekmē zaudē spēju iziet apoptozi, un tas lielos daudzumos uzkrājas audzēja audos. Tā rezultātā TNF-α sāk iekļūt asinsritē lielos daudzumos un izraisīt parenhīmas šūnu apoptozi daudzos orgānos, izraisot kaheksiju.
Apoptozes definīcija. Apoptoze ir iedzimtas ieprogrammētas šūnu nāves parādība. Katra šūna tās dzimšanas brīdī ir it kā ieprogrammēta pašiznīcināšanai. Viņas dzīves nosacījums ir bloķēt šo pašnāvības programmu.
Apoptoze notiek šūnās:
Vecie, kuri savu lietderību ir pārdzīvojuši;
Šūnas ar traucētu diferenciāciju;
Šūnas ar ģenētiskiem traucējumiem;
Ar vīrusiem inficētas šūnas.
Apoptozes morfoloģiskās pazīmes.
Šūnu saraušanās;
Kodola kondensācija un sadrumstalotība;
Citoskeleta iznīcināšana;
Šūnu membrānas bullozs izvirzījums.
Apoptozes pazīmes - apoptoze neizraisa iekaisumu apkārtējos audos.Cēlonis ir membrānas saglabāšanās un → kaitīgo faktoru izolēšana citoplazmā līdz procesa beigām (O 2 -, H 2 O 2, lizosomu enzīmi). Šī īpašība ir svarīga pozitīva apoptozes iezīme, atšķirībā no nekrozes. Nekrozes gadījumā membrāna tiek nekavējoties bojāta (vai plīsusi). Tāpēc nekrozes laikā izdalās citoplazmas saturs (O 2 -, H 2 O 2, lizosomu enzīmi). Notiek blakus esošo šūnu bojājumi un iekaisuma process. Svarīga apoptozes iezīme ir mirstošo šūnu noņemšana bez iekaisuma attīstības.
Apoptozes process - var iedalīt 2 (divos) posmos:
1. Apoptotisko signālu veidošanās un vadīšana – lēmumu pieņemšanas fāze.
2. Šūnu struktūru demontāža - efektorfāze.
1. fāze – lēmumu pieņemšana (=apoptotisko signālu veidošana un pieņemšana). Šī ir apoptozes stimulu pieņemšanas fāze. Atkarībā no stimulu rakstura var būt divu (2) veidu signalizācijas ceļi:
1) DNS bojājumi starojuma rezultātā toksisko vielu iedarbība, glikokortikoīdi utt.
2) “šūnu nāves reģiona” receptoru aktivizēšana. Šūnu nāves reģiona receptori ir receptoru grupa uz jebkuras šūnas membrānām, kas uztver proapoptotiskus stimulus. Ja palielinās šādu receptoru skaits un aktivitāte, tad palielinās apoptiski mirstošo šūnu skaits. “Šūnu nāves reģiona” receptori ietver: a) TNF-R (saistās ar audzēja nekrozes faktoru un aktivizē apoptozi); b) Fas-R (k); c) CD45-R (saistās ar antivielām un aktivizē apoptozi).
Atkarībā no signāla veida ir 2 (divas) galvenās apoptozes metodes: a) DNS bojājuma rezultātā;
b) neatkarīgas “šūnu nāves reģiona” receptoru aktivācijas rezultātā bez DNS bojājumiem.
2. fāze – efektors (= šūnu struktūru demontāža. Galvenie efektorfāzes dalībnieki:
cisteīna proteāzes (kaspāzes);
Endonukleāzes;
Serīna un lizosomu proteāzes;
Ca++ aktivētās proteāzes (kalpeīns)
Bet! Starp tiem galvenie šūnu struktūru demontāžas faktori ir kaspāzes.
Kaspāžu klasifikācija - 3 (trīs) grupas:
Efektoru kaspāzes - kaspāzes 3, 6, 7.
Efektorkaspāžu aktivācijas induktori – kaspāzes 2, 8, 9, 10. = citokīnu aktivatori – kaspāzes 1, 4, 5, 13.
Efektorkaspāzes ir kaspāzes 3, 6, 7. Tās ir tiešie apoptozes izpildītāji. Šīs kaspāzes šūnā atrodas neaktīvā stāvoklī. Aktivētās efektoru kaspāzes sāk proteolītisko notikumu ķēdi, kuras mērķis ir “izjaukt” šūnu. Tos aktivizē efektoru kaspāžu aktivācijas induktori.
Efektorkaspāžu aktivācijas induktori – kaspāzes 2, 8, 9, 10. Galvenie induktori ir kaspāzes 8 un 9. Tie aktivizē efektoru kaspāzes. Mehānisms ir asparagīna bāzu šķelšanās, kam seko aktīvo apakšvienību dimerizācija. Šīs kaspāzes šūnās parasti ir neaktīvas un pastāv prokaspāžu formā.
Dažu induktoru aktivizēšana ir atkarīga no signalizācijas ceļa veida:
1. Kad notiek DNS bojājums, tiek aktivizēts signalizācijas ceļš Nr. 1, tiek aktivizēta kaspāze Nr. 9.
2. Kad tiek aktivizēti šūnu nāves receptori, tiek iesaistīts signalizācijas ceļš Nr. 2, tiek aktivizēta kaspāze Nr. 8.
Signalizācijas ceļš Nr. 1 (saistīts ar DNS bojājumu)
DNS bojājumi
P53 gēna aktivizēšana un atbilstošā proteīna ražošana
BCL-2 ģimenes proapoptotisko gēnu aktivizēšana (BAX un BID)
Šo gēnu proteīnu veidošanās
Kaspāzes 9 aktivizēšana
Kaspāzes 3 aktivizēšana
Signāla ceļš Nr.2
(saistīts ar "šūnu nāves reģiona" aktivizēšanu)
"Šūnu nāves reģiona" ligandu + receptori
Kaspāzes numura 8 aktivizēšana
Neatkarīga kaspāzes numura 3 aktivizēšana
Citu kaspāžu un proteāžu aktivizēšana
Apoptozes regulēšana. Pēdējo gadu pētījumi ir noveduši pie apoptozes modeļa izveides. Saskaņā ar šo modeli katra šūna dzimšanas brīdī ir ieprogrammēta pašiznīcināšanai. Tāpēc viņas dzīves nosacījums ir bloķēt šo pašnāvības programmu. Apoptozes regulēšanas galvenais uzdevums ir uzturēt efektoru kaspāzes neaktīvā stāvoklī, bet ātri pārvērst tās aktīvā formā, reaģējot uz minimālu attiecīgo induktoru darbību.
Līdz ar to arī apoptozes inhibitoru un aktivatoru jēdziens.
Apoptozes inhibitori (=anti-apoptotiskie faktori). Nopietnākie apoptozes inhibitori ir augšanas faktori. Citi: neitrālas aminoskābes, cinks, estrogēni, androgēni, daži proteīni.
Piemērs: IAP ģimenes proteīni nomāc 3. un 9. kaspāžu aktivitāti. Atcerieties: viens no šiem proteīniem (Survin) ir atrodams audzēja šūnās. Tas ir saistīts ar audzēja šūnu rezistenci pret ķīmijterapiju
Apoptozes aktivatori (=pro-apoptotiskie faktori). Tie ir proapoptotiskie gēni un to produkti: a) BCL-2 saimes gēni (BAX un BID); b) Rb un P53 gēni (izraisa apoptozi, ja šūnu aiztur kontrolpunkta mehānisms.
Kopsavilkums. Daudzu slimību, tostarp audzēju, patoģenēze ir saistīta ar šūnu apoptozes spējas samazināšanos. Līdz ar to bojāto šūnu uzkrāšanās un audzēja veidošanās.
ŠŪNU DALĪŠANAS PATOFIZIOLOĢIJA
Galvenā atšķirība starp veselīgas un audzēja šūnas dalīšanos:
Veselas šūnas dalīšanās tiek regulēta parakrīnā un endokrīnā veidā. Šūna pakļaujas šiem signāliem un dalās tikai tad, ja organismam nepieciešama jaunu noteikta tipa šūnu veidošanās.
Audzēja šūnu dalīšanās tiek regulēta autokrīnā veidā. Audzēja šūna pati ražo mitogēnus stimulantus un sadalās to ietekmē. Tas nereaģē uz parakrīnajiem un endokrīnajiem stimuliem.
Ir 2 (divi) audzēja šūnu transformācijas mehānismi:
1. Onkogēnu aktivizēšana.
2. Slāpētāju gēnu inaktivācija.
ONKOĢĒNA AKTIVĀCIJA
Pirmkārt, 2 (divi) galvenie jēdzieni: = proto-onkogēni;
Onkogēni.
Proto-onkogēni ir normāli, neskarti gēni, kas kontrolē veselīgu šūnu dalīšanos.
Proto-onkogēni ietver gēnus, kas kontrolē izglītību un darbu:
1. Izaugsmes faktori.
2. Membrānas receptori augšanas faktoriem, piemēram, tirozīna kināzes receptori.
3. Ras proteīni.
4. MAP kināzes, MAP kināzes kaskādes dalībnieki.
5. AP-1 transkripcijas faktori.
Onkogēni ir bojāti proto-onkogēni. Proto-onkogēna bojāšanas un pārveidošanas par onkogēnu procesu sauc par onkogēna aktivāciju.
Onkogēna aktivācijas mehānismi.
1. Veicinātāja iekļaušana (ievietošana). Promotors ir DNS reģions, pie kura saistās proto-onkogēna RNS polimerāze. Nepieciešams nosacījums ir tāds, ka promotoram jāatrodas tiešā proto-onkogēna tuvumā. Līdz ar to varianti: a) promotors – onkornavīrusu DNS kopija; b) "lecošie gēni" - DNS sadaļas, kas var pārvietoties un integrēties dažādās šūnas genoma daļās.
2. Pastiprināšana – proto-onkogēnu skaita palielināšanās vai proto-onkogēnu kopiju parādīšanās. Proto-onkogēniem parasti ir maza aktivitāte. Palielinoties kopiju skaitam vai izskatam, to kopējā aktivitāte ievērojami palielinās, un tas var izraisīt šūnas audzēju transformāciju.
3. Proto-onkogēnu translokācija. Šī ir proto-onkogēna kustība uz lokusu ar funkcionējošu promotoru.
4. Proto-onkogēnu mutācijas.
Onkogēnu ražošana. Onkogēni veido paši savus proteīnus. Šos proteīnus sauc par "onkoproteīniem".
Onkoproteīnu sintēzi sauc par "aktīvo šūnu onkogēnu ekspresiju".
Onkoproteīni būtībā ir proto-onkogēno proteīnu analogi: augšanas faktori, Ras proteīni, MAP kināzes, transkripcijas faktori. Bet starp onkogēniem un proto-onkogēniem proteīniem pastāv kvantitatīvās un kvalitatīvās atšķirības.
Atšķirības starp onkoproteīniem un normālu proto-onkogēna ražošanu:
1. Paaugstināta onkoproteīnu sintēze salīdzinājumā ar proto-onkogēno proteīnu sintēzi.
2. Onkoproteīniem ir strukturālas atšķirības no proto-onkogēniem proteīniem.
Onkoproteīnu darbības mehānisms.
1. Onkoproteīni saistās ar augšanas faktoru receptoriem un veido kompleksus, kas pastāvīgi ģenerē signālus šūnu dalīšanai.
2. Onkoproteīni palielina receptoru jutību pret augšanas faktoriem vai samazina jutību pret augšanas inhibitoriem.
3. Onkoproteīni paši var darboties kā augšanas faktori.
SUPRESORGĒNU INAKTIVĀCIJA
Supresora gēni: Rb Un 53. lpp.
Viņu produkti ir attiecīgie proteīni.
Supresorgēnu (iedzimta vai iegūta) inaktivācija izraisa šūnu ar bojātu DNS pāreju mitozē, šo šūnu reprodukciju un uzkrāšanos. Tas ir iespējamais audzēja veidošanās iemesls.
Audzēja AUGSME: DEFINĪCIJA, ĻAundabīgo slimību SKAITA PALIELINĀJUMA CĒLOŅI
Audzējs ir patoloģisks veidojums, kas atšķiras no citiem patoloģiskiem veidojumiem ar iedzimtu spēju neierobežoti nekontrolēti augt.
Citi patoloģiski veidojumi ir hiperplāzija, hipertrofija, reģenerācija pēc bojājumiem.
Iedzīvotāju ļaundabīgo slimību skaita pieauguma iemesli:
1. Palielināts dzīves ilgums.
2. Diagnostikas kvalitātes uzlabošana → vēža atklāšanas palielināšana.
3. Vides situācijas pasliktināšanās, kancerogēno faktoru satura palielināšanās vidē.
LABABĪGI UN Ļaundabīgi Audzēji
Vienota audzēju klasifikācija vēl nav izveidota. Iemesls:
1. Visdažādākās pazīmes, kas raksturīgas dažādiem audzējiem.
2. Nepietiekamas zināšanas par to etioloģiju un patoģenēzi.
Mūsdienu klasifikācijas pamatojas uz galvenajām audzēju morfoloģiskajām un klīniskajām pazīmēm.
Pamatojoties uz klīniskajām pazīmēm, visi audzēji ir sadalīti labdabīgos un ļaundabīgos.
Labdabīgi audzēji:
1. Audzēja šūnas ir morfoloģiski identiskas vai līdzīgas normālām cilmes šūnām.
2. Audzēja šūnu diferenciācijas pakāpe ir diezgan augsta.
3. Izaugsmes temps ir lēns, daudzu gadu garumā.
4. Izaugsmes būtība ir ekspansīva, t.i. Audzēja augšanas laikā blakus esošie audi tiek pārvietoti, dažreiz saspiesti, bet parasti netiek bojāti.
5. Demarkācija no apkārtējiem audiem ir skaidra.
6. Nav metastāžu spējas.
7. Nav izteiktas nelabvēlīgas ietekmes uz ķermeni. Izņēmums: audzēji, kas atrodas netālu no dzīvībai svarīgiem centriem. Piemērs: smadzeņu audzējs, kas saspiež nervu centrus.
Ļaundabīgi audzēji.
1. Audzēja šūnas morfoloģiski atšķiras no normālām cilmes šūnām (bieži vien līdz nepazīšanai).
2. Audzēja šūnu diferenciācijas pakāpe ir zema.
3. Izaugsmes temps ir ātrs.
4. Augšanas raksturs ir invazīvs, t.i. audzējs izaug blakus esošajās struktūrās. Veicinošie faktori:
Audzēja šūnas iegūst spēju atdalīties no audzēja mezgla un aktīvi kustēties;
Audzēja šūnu spēja ražot "karcinoagresīnus". Tie ir olbaltumvielas, kas iekļūst apkārtējos normālos audos un stimulē audzēja šūnu ķīmijaksi.
Samazināti šūnu adhēzijas spēki. Tas atvieglo audzēja šūnu atdalīšanu no primārā mezgla un to turpmāko kustību.
Kontakta bremzēšanas samazināšana.
5. Demarkācija no apkārtējiem audiem – nav.
6. Spēja metastāzes ir izteikta.
7. Ietekme uz organismu ir nelabvēlīga, vispārināta.
Vietne sniedz atsauces informāciju tikai informatīviem nolūkiem. Slimību diagnostika un ārstēšana jāveic speciālista uzraudzībā. Visām zālēm ir kontrindikācijas. Nepieciešama speciālista konsultācija!
Kas ir apoptoze?
Apoptoze– fizioloģiskā šūnu nāve, kas ir sava veida ģenētiski ieprogrammēta pašiznīcināšanās.Termins "apoptoze" ir tulkots no grieķu valodas kā "nokrišana". Termina autori ieprogrammētās šūnu nāves procesam devuši šādu nosaukumu, jo ar to saistās rudens vītušo lapu krišana. Turklāt pats nosaukums raksturo procesu kā fizioloģisku, pakāpenisku un absolūti nesāpīgu.
Dzīvniekiem visspilgtākais apoptozes piemērs parasti ir vardes astes izzušana metamorfozes laikā no kurkuļa līdz pieaugušajam.
Vardei augot, aste pilnībā izzūd, jo tās šūnās notiek pakāpeniska apoptoze - ieprogrammēta nāve un iznīcināto elementu absorbcija citās šūnās.
Ģenētiski ieprogrammētas šūnu nāves parādība notiek visos eikariotos (organismos, kuru šūnām ir kodols). Prokariotiem (baktērijām) ir savdabīgs apoptozes analogs. Var teikt, ka šī parādība ir raksturīga visām dzīvajām būtnēm, izņemot tādas īpašas pirmsšūnu dzīvības formas kā vīrusi.
Gan atsevišķas šūnas (parasti bojātas), gan veseli konglomerāti var tikt pakļauti apoptozei. Pēdējais ir īpaši raksturīgs embrioģenēzei. Piemēram, pētnieku eksperimenti ir pierādījuši, ka embrioģenēzes laikā notiekošās apoptozes dēļ cāļu starp pirkstiem membrānas izzūd.
Zinātnieki saka, ka cilvēkiem iedzimtas anomālijas, piemēram, roku un kāju pirkstu saplūšana, rodas arī normālas apoptozes traucējumu dēļ embrioģenēzes sākumposmā.
Apoptozes teorijas atklāšanas vēsture
Ģenētiski ieprogrammētas šūnu nāves mehānismu un nozīmes izpēte sākās pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados. Zinātniekus interesēja fakts, ka vairumam orgānu šūnu sastāvs visā organisma dzīves laikā ir gandrīz vienāds, bet dažāda veida šūnu dzīves cikls būtiski atšķiras. Šajā gadījumā daudzas šūnas tiek pastāvīgi nomainītas.Tādējādi visu organismu šūnu sastāva relatīvo noturību uztur divu pretēju procesu - šūnu proliferācijas (dalīšanās un augšanas) un novecojušo šūnu fizioloģiskās nāves - dinamiskais līdzsvars.
Termina autorība pieder britu zinātniekiem - J. Kerram, E. Vilijam un A. Kerijam, kuri pirmie izvirzīja un pamatoja koncepciju par fundamentālo atšķirību starp šūnu fizioloģisko nāvi (apoptozi) un to patoloģisko nāvi (nekrozi). .
2002. gadā Kembridžas laboratorijas zinātnieki biologi S. Brenners, J. Sulstons un R. Horvics saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā par orgānu attīstības ģenētiskās regulēšanas pamatmehānismu atklāšanu un ieprogrammētas šūnu nāves izpēti.
Mūsdienās apoptozes teorijai ir veltīti desmitiem tūkstošu zinātnisku rakstu, atklājot tās attīstības pamatmehānismus fizioloģiskā, ģenētiskā un bioķīmiskā līmenī. Notiek aktīva tās regulatoru meklēšana.
Īpaši interesanti ir pētījumi, kas ļauj praktiski pielietot apoptozes regulēšanu onkoloģisko, autoimūno un neirodistrofisko slimību ārstēšanā.
Mehānisms
Apoptozes attīstības mehānisms līdz šim nav pilnībā izpētīts. Ir pierādīts, ka procesu var izraisīt zemas koncentrācijas vairumam vielu, kas izraisa nekrozi.Tomēr vairumā gadījumu ģenētiski ieprogrammēta šūnu nāve notiek, kad tiek saņemti signāli no molekulām - šūnu regulatoriem, piemēram:
- hormoni;
- antigēni;
- monoklonālās antivielas utt.
Raksturīgi, ka signāls apoptozes attīstībai var būt vai nu aktivējošo vielu klātbūtne, vai noteiktu savienojumu trūkums, kas novērš ieprogrammētas šūnu nāves attīstību.
Šūnas reakcija uz signālu ir atkarīga ne tikai no tā stipruma, bet arī no šūnas vispārējā sākuma stāvokļa, tās diferenciācijas morfoloģiskajām iezīmēm un dzīves cikla stadijas.
Viens no apoptozes pamatmehānismiem tās īstenošanas stadijā ir DNS degradācija, kā rezultātā notiek kodola fragmentācija. Reaģējot uz DNS bojājumiem, tiek uzsāktas aizsardzības reakcijas, kuru mērķis ir tās atjaunošana.
Neveiksmīgi mēģinājumi atjaunot DNS noved pie pilnīgas šūnas enerģijas izsīkšanas, kas kļūst par tiešo tās nāves cēloni.
Apoptozes mehānisms - video
Fāzes un posmi
Ir trīs apoptozes fizioloģiskās fāzes:1. Signalizācija (specializētu receptoru aktivizēšana).
2. Efektors (viena apoptozes ceļa veidošanās no neviendabīgiem efektora signāliem un sarežģītu bioķīmisko reakciju kaskādes palaišana).
3. Dehidratācija (burtiski dehidratācija - šūnu nāve).
Turklāt morfoloģiski izšķir divus procesa posmus:
1.
Pirmais posms - preapoptoze. Šajā posmā šūnas izmērs samazinās tās saraušanās dēļ, un kodolā notiek atgriezeniskas izmaiņas (hromatīna sablīvēšanās un tā uzkrāšanās gar kodola perifēriju). Dažu specifisku regulatoru iedarbības gadījumā apoptozi var apturēt, un šūna atsāks savu normālu darbību.
2.
Otrais posms ir pati apoptoze. Šūnas iekšienē rupjas izmaiņas notiek visās tās organellās, bet nozīmīgākās transformācijas attīstās kodolā un tās ārējās membrānas virsmā. Šūnas membrāna zaudē savus bārkstiņus un normālu locījumu, uz tās virsmas veidojas burbuļi – šūna it kā vārās, un rezultātā sadalās tā sauktajos apoptotiskajos ķermeņos, ko absorbē audu makrofāgi un/vai blakus esošās šūnas.
Morfoloģiski noteiktais apoptozes process parasti ilgst no vienas līdz trīs stundām.
Šūnu nekroze un apoptoze. Līdzības un atšķirības
Termini nekroze un apoptoze attiecas uz pilnīgu šūnu aktivitātes pārtraukšanu. Tomēr apoptoze attiecas uz fizioloģisko nāvi, un nekroze attiecas uz tās patoloģisko nāvi.Apoptoze ir ģenētiski ieprogrammēta eksistences pārtraukšana, tas ir, pēc definīcijas, tai ir iekšējs attīstības cēlonis, savukārt nekroze rodas ārkārtīgi spēcīgu šūnu ārējo faktoru ietekmes rezultātā:
- uzturvielu trūkums;
- saindēšanās ar toksīniem utt.
Turklāt šūnu nāve nekrozes un apoptozes procesos atšķiras morfoloģiski - pirmajai raksturīgs tās pietūkums, bet otrā laikā šūna saraujas un tās membrānas sabiezē.
Apoptozes laikā notiek šūnu organellu nāve, bet membrāna paliek neskarta, tāpēc veidojas tā sauktie apoptotiskie ķermeņi, kurus pēc tam absorbē specializētās šūnas - makrofāgi vai blakus esošās šūnas.
Nekrozes gadījumā šūnas membrāna plīst un šūnas saturs izdalās. Sākas iekaisuma reakcija.
Ja pietiekami lielam šūnu skaitam ir veikta nekroze, iekaisums izpaužas raksturīgos klīniskos pazīmēs, kas zināmi kopš seniem laikiem, piemēram:
- sāpes;
- apsārtums (asinsvadu paplašināšanās skartajā zonā);
- pietūkums (iekaisuma tūska);
- vietēja un dažreiz vispārēja temperatūras paaugstināšanās;
- vairāk vai mazāk izteikta orgāna disfunkcija, kurā radās nekroze.
Bioloģiskā nozīme
![](https://i0.wp.com/tiensmed.ru/news/uimg/ac/apoptoz-w2c.jpg)
1. Normālas organisma attīstības īstenošana embrioģenēzes laikā.
2. Mutācijas šūnu proliferācijas novēršana.
3.
Imūnsistēmas regulēšana.
4.
Novērš priekšlaicīgu ķermeņa novecošanos.
Šim procesam ir vadošā loma embrioģenēzē, jo daudzos orgānos un audos embrija attīstības laikā notiek būtiskas transformācijas. Daudzus iedzimtus defektus izraisa nepietiekama apoptotiskā aktivitāte.
Kā ieprogrammēta bojāto šūnu pašiznīcināšana, šis process ir spēcīga dabiska aizsardzība pret vēzi. Piemēram, cilvēka papilomas vīruss bloķē šūnu receptorus, kas ir atbildīgi par apoptozi, un tādējādi izraisa dzemdes kakla un dažu citu orgānu vēža attīstību.
Pateicoties šim procesam, notiek T-limfocītu klonu fizioloģiska regulēšana, kas ir atbildīgi par ķermeņa šūnu imunitāti. Šūnas, kas nespēj atpazīt sava ķermeņa olbaltumvielas (un kopumā aptuveni 97% no tām nobriest), tiek pakļautas apoptozei.
Apoptozes nepietiekamība izraisa smagas autoimūnas slimības, savukārt imūndeficīta stāvokļos ir iespējama tās pastiprināšanās. Piemēram, AIDS smagums korelē ar šī procesa pastiprināšanos T-limfocītos.
Turklāt šim mehānismam ir liela nozīme nervu sistēmas darbībā: tas ir atbildīgs par normālu neironu veidošanos, kā arī var izraisīt agrīnu nervu šūnu iznīcināšanu Alcheimera slimības gadījumā.
Viena no ķermeņa novecošanas teorijām ir apoptozes teorija. Jau ir pierādīts, ka tas ir pamats audu priekšlaicīgai novecošanai, kur šūnu nāve paliek neatgriezeniska (nervu audi, miokarda šūnas). No otras puses, nepietiekama apoptoze var veicināt novecojošu šūnu uzkrāšanos organismā, kuras parasti fizioloģiski atmirst un tiek aizstātas ar jaunām (agrīna saistaudu novecošanās).
Apoptozes teorijas nozīme medicīnā
Apoptozes teorijas loma medicīnā ir iespēja atrast veidus, kā regulēt šo procesu daudzu patoloģisku stāvokļu ārstēšanai un profilaksei, ko izraisa apoptozes pavājināšanās vai, gluži pretēji, nostiprināšanās.Pētījumi tiek veikti vienlaikus daudzos virzienos. Pirmkārt, jāatzīmē zinātniskie pētījumi tik nozīmīgā medicīnas jomā kā onkoloģija. Tā kā audzēja augšanu izraisa mutāciju šūnu ģenētiski ieprogrammētas nāves defekts, tiek pētīta iespēja specifiski regulēt apoptozi, palielinoties tās aktivitātei audzēja šūnās.
Dažu onkoloģijā plaši izmantoto ķīmijterapijas līdzekļu darbība balstās uz apoptozes procesu pastiprināšanu. Tā kā audzēja šūnas ir vairāk pakļautas šim procesam, tiek izvēlēta vielas deva, kas ir pietiekama patoloģisko šūnu iznīcināšanai, bet ir salīdzinoši nekaitīga normālām.
Arī medicīnai ārkārtīgi svarīgi ir pētījumi, kas pēta apoptozes lomu sirds muskuļu audu deģenerācijā asinsrites mazspējas ietekmē. Ķīnas zinātnieku grupa (Lv X, Wan J, Yang J, Cheng H, Li Y, Ao Y, Peng R) publicēja jaunus eksperimentālus datus, kas pierāda iespēju mākslīgi samazināt apoptozi kardiomiocītos, ieviešot noteiktas inhibitorvielas.
Ja teorētiskos pētījumus par laboratorijas objektiem varēs pielietot klīniskajā praksē, tas būs liels solis uz priekšu cīņā pret koronāro sirds slimību. Šī patoloģija ieņem pirmo vietu starp nāves cēloņiem visās augsti attīstītajās valstīs, tāpēc pāreju no teorijas uz praksi būtu grūti pārvērtēt.
Vēl viens ļoti perspektīvs virziens ir šī procesa regulēšanas metožu izstrāde, lai palēninātu organisma novecošanos. Tiek veikti teorētiski pētījumi, lai izveidotu programmu, kas apvieno novecojošo šūnu apoptozes aktivitātes palielināšanu un vienlaikus jaunu šūnu elementu proliferācijas palielināšanu. Teorētiskā līmenī ir panākts zināms progress, taču pāreja no teorijas uz praktiskiem risinājumiem vēl ir tālu.
Turklāt liela mēroga zinātniskie pētījumi tiek veikti šādās jomās:
- alergoloģija;
- imunoloģija;
- infekcijas slimību terapija;
- transplantoloģija;
Apoptoze ir ieprogrammēta šūnu nāve (kas ierosināta ārpusšūnu vai intracelulāru faktoru ietekmē), kuras attīstībā aktīvi piedalās īpaši un ģenētiski ieprogrammēti intracelulāri mehānismi.. Tas, atšķirībā no nekrozes, ir aktīvs process, kas prasa noteiktu enerģijas patēriņš. Sākotnēji viņi mēģināja atšķirt jēdzienus " ieprogrammēta šūnu nāve" Un " apoptoze": pirmais termins ietvēra šūnu likvidēšanu embrioģenēzē, bet otrais - tikai nobriedušu diferencētu šūnu ieprogrammētu nāvi. Tagad ir kļuvis skaidrs, ka šajā lietā nav praktiskuma (šūnu nāves attīstības mehānismi ir vienādi) un abi jēdzieni ir kļuvuši par sinonīmiem, lai gan šī saistība nav neapstrīdama.
Pirms sākam iepazīstināt ar materiālu par apoptozes lomu šūnas (un organisma) dzīvē normālos un patoloģiskos apstākļos, mēs apsvērsim apoptozes mehānismu. To ieviešanu var uzrādīt šādu posmu pakāpeniskas izstrādes veidā:
1. posms – iniciācijas (indukcijas) stadija .
Atkarībā no apoptozi stimulējošā signāla izcelsmes ir:
apoptozes intracelulārie stimuli. Starp tiem pazīstamākie ir dažādi starojuma veidi, H+ pārpalikums, slāpekļa oksīds, skābekļa un lipīdu brīvie radikāļi, hipertermija utt. hromosomu bojājumi(DNS pārrāvumi, tās konformācijas traucējumi utt.) un intracelulārās membrānas(īpaši mitohondriji). Tas ir, šajā gadījumā apoptozes iemesls ir “pašas šūnas neapmierinošais stāvoklis” (Mushkambirov N.P., Kuznetsov S.L., 2003). Turklāt šūnu struktūru bojājumiem jābūt diezgan spēcīgiem, bet ne destruktīviem. Šūnai jāsaglabā enerģija un materiālie resursi, lai aktivizētu apoptozes gēnus un to efektormehānismus. Intracelulāro ceļu programmētas šūnu nāves stimulēšanai var apzīmēt kā " apoptoze no iekšpuses»;
apoptozes transmembrānu stimuli, t.i., šajā gadījumā to aktivizē ārēja “signalizācija”, kas tiek pārraidīta caur membrānas vai (retāk) intracelulāriem receptoriem. Šūna var būt diezgan dzīvotspējīga, taču no visa organisma vai “kļūdainās” apoptozes stimulēšanas viedokļa tai ir jāmirst. Šo apoptozes veidu sauc par " apoptoze pēc komandas».
Transmembrānas stimuli ir sadalīti:
« negatīvs» signāli. Šūnas normālai funkcionēšanai, dalīšanās un vairošanās regulēšanai nepieciešams to ietekmēt caur dažādu bioloģiski aktīvo vielu receptoriem: augšanas faktoriem, citokīniem, hormoniem. Cita starpā tie nomāc šūnu nāves mehānismus. Un, protams, šo bioloģiski aktīvo vielu trūkums vai trūkums aktivizē ieprogrammētās šūnu nāves mehānismus;
« pozitīvs» signāli. Signālmolekulas, piemēram, TNFα, glikokortikoīdi, daži antigēni, adhēzijas proteīni utt., pēc mijiedarbības ar šūnu receptoriem var izraisīt apoptozes programmu.
Uz šūnu membrānām ir receptoru grupa, kuras galvenā, varbūt pat vienīgā funkcija ir pārraidīt signālu apoptozes attīstībai. Tie ir, piemēram, DR grupas proteīni (nāves recepti - “ nāves receptori"): DR 3, DR 4, DR 5. Visvairāk pētīts ir Fas receptors, kas parādās uz šūnu virsmas (hepatocītu) spontāni vai aktivācijas ietekmē (nobrieduši limfocīti). Fas receptors, mijiedarbojoties ar slepkavas T šūnas Fas receptoru (ligandu), uzsāk mērķa šūnu nāves programmu. Tomēr Fas receptoru mijiedarbība ar Fas ligandu apgabalos, kas izolēti no imūnsistēmas, beidzas ar paša T-slepkavas nāvi (skatīt zemāk).
Jāatceras, ka dažas apoptozes signalizācijas molekulas atkarībā no situācijas, gluži pretēji, var bloķēt ieprogrammētas šūnu nāves attīstību. Ambivalence(pretēju īpašību divējāda izpausme) ir raksturīga TNF, IL-2, interferonam γ utt.
Uz eritrocītu, trombocītu, leikocītu, kā arī plaušu un ādas šūnu membrānām speciālas marķieru antigēni. Viņi sintezē fizioloģiskos autoantivielas, un viņi, pildot lomu opsonīni, veicina šo šūnu fagocitozi, t.i. šūnu nāve notiek ar autofagocitoze. Izrādījās, ka marķieru antigēni parādās uz “veco” (kuras ir izgājušas savu ontoģenētisko attīstību) un bojāto šūnu virsmas, savukārt jaunām un nebojātām šūnām to nav. Šos antigēnus sauc par “novecojošu un bojātu šūnu marķieru antigēniem” vai “trešās joslas proteīniem”. Trešās joslas proteīna izskatu kontrolē šūnas genoms. Tāpēc autofagocitozi var uzskatīt par ieprogrammētas šūnu nāves variantu.
Jaukti signāliem. Tas ir pirmās un otrās grupas signālu apvienotais efekts. Piemēram, apoptoze notiek limfocītos, ko aktivizē mitogons (pozitīvs signāls), bet nav saskarē ar antigēnu (negatīvs signāls).
2. posms – programmēšanas posms (apoptozes mehānismu kontrole un integrācija).
Šo posmu raksturo divi diametrāli pretēji procesi, kas novēroti pēc ierosināšanas. Notiek vai nu:
apoptozes trigera signāla ieviešana, aktivizējot tās programmu (efektori ir kaspāzes un endonukleāzes);
tiek bloķēta apoptozes izraisītāja iedarbība.
Programmēšanas posma izpildei ir divas galvenās, bet viena otru neizslēdzošas iespējas (14. att.):
Rīsi. 14. Kaspāzes kaskāde un tās mērķi
R – membrānas receptors; K – kaspāze, AIF – mitohondriju proteāze; Citāts C – citohroms c; Apaf-1 – citoplazmas proteīns; IAP – kaspāzes inhibitori
1. Tiešā signāla pārraide (tiešs apoptozes efektormehānismu aktivācijas ceļš, apejot šūnas genomu) tiek realizēts, izmantojot:
adaptera proteīni. Piemēram, šādi apoptozi izraisa slepkavas T šūnas. Tas aktivizē kaspāzi-8 (adaptera proteīnu). TNF var darboties līdzīgi;
citohroms C un proteāzes AIF (mitohondriju proteāze). Tie iziet no bojātajiem mitohondrijiem un aktivizē kaspāzi-9;
granzīmi. Killer T šūnas sintezē proteīnu perforīnu, kas veido kanālus mērķa šūnas plazmalemmā. Pa šiem kanāliem šūnā iekļūst proteolītiskie enzīmi. granzīmi, ko izdala tas pats T-killer, un tie izraisa kaspāzes tīkla kaskādi.
2. Netiešā signāla pārraide. To īsteno, izmantojot šūnu genomu:
gēnu apspiešana, kas kontrolē proteīnu sintēzi, kas inhibē apoptozi (gēni Bcl-2, Bcl-XL utt.). Bcl-2 proteīni normālās šūnās ir daļa no mitohondriju membrānas un aizver kanālus, caur kuriem citohroms C un AIF proteāze iziet no šīm organellām;
gēnu ekspresija, aktivācija, kas kontrolē apoptozes aktivatoru proteīnu sintēzi (gēni Bax, Bad, Bak, Rb, P 53 u.c.). Tie savukārt aktivizē kaspāzes (k-8, k-9).
Attēlā 14. attēlā parādīta aptuvenā kaspāzes aktivizācijas kaspāzes principa diagramma. Var redzēt, ka neatkarīgi no tā, kur sākas kaskāde, tās galvenais punkts ir kaspāze 3. To aktivizē arī kaspāzes 8 un 9. Kopumā kaspāžu saimē ir vairāk nekā 10 enzīmu. Lokalizēts šūnas citoplazmā neaktīvā stāvoklī (prokaspāzes). Visu kaspāžu atrašanās vieta šajā kaskādē nav pilnībā noskaidrota, tāpēc diagrammā trūkst vairāku no tām. Tiklīdz tiek aktivizētas kaspāzes 3, 7, 6 (iespējams, citi to veidi), notiek 3. apoptozes stadija.
3. posms – programmas īstenošanas posms (izpildvara, iedarbinātāja).
Tiešie izpildītāji (šūnas "izpildītāji") ir iepriekš minētās kaspāzes un endonukleāzes. To darbības (proteolīzes) pielietošanas vietas ir (14. att.):
citoplazmas proteīni – citoskeleta proteīni (fodrīns un aktīns). Fodrīna hidrolīze izskaidro izmaiņas šūnu virsmā - plazmlemmas “rievošanos” (invagināciju un izvirzījumu parādīšanos uz tās);
dažu citoplazmas regulējošo enzīmu olbaltumvielas: fosfolipāze A 2, proteīnkināze C utt.;
kodolproteīni. Kodolproteīnu proteolīzei ir liela nozīme apoptozes attīstībā. Tiek iznīcināti strukturālie proteīni, replikācijas un labošanas enzīmu proteīni (DNS-proteīnkināzes uc), regulējošie proteīni (pRb utt.) un endonukleāzes inhibitoru proteīni.
Pēdējās grupas deaktivizēšana - endonukleāzes inhibitoru proteīni izraisa endonukleāžu aktivāciju, otrā "lielgabals » apoptoze. Pašlaik endonukleāzes un jo īpaši Sa 2+ , Mg 2+ -atkarīgā endonukleāze, tiek uzskatīts par centrālo ieprogrammētās šūnu nāves enzīmu. Tas nesadala DNS nejaušās vietās, bet tikai saistīšanas reģionos (savieno reģionus starp nukleosomām). Tāpēc hromatīns netiek lizēts, bet tikai fragmentēts, kas nosaka apoptozes atšķirīgo, strukturālo iezīmi.
Olbaltumvielu un hromatīna iznīcināšanas dēļ šūnā veidojas un no tās veidojas dažādi fragmenti - apoptotiski ķermeņi. Tie satur citoplazmas paliekas, organellus, hromatīnu utt.
4. posms – posms apoptotisko ķermeņu noņemšana (šūnu fragmenti).
Ligandi tiek ekspresēti uz apoptotisko ķermeņu virsmas, un tos atpazīst fagocītu receptori. Atmirušās šūnas fragmentu noteikšanas, absorbcijas un metabolizācijas process notiek salīdzinoši ātri. Tas palīdz izvairīties no atmirušās šūnas satura nokļūšanas vidē un tādējādi, kā minēts iepriekš, iekaisuma process neattīstās. Šūna aiziet “mierīgi”, netraucējot “kaimiņiem” (“klusā pašnāvība”).
Programmēta šūnu nāve ir svarīga daudziem fizioloģiskie procesi . Saistīts ar apoptozi:
uzturēt normālus morfoģenēzes procesus– programmēta šūnu nāve embrioģenēzes (implantācijas, organoģenēzes) un metamorfozes laikā;
šūnu homeostāzes uzturēšana(ieskaitot ar ģenētiskiem traucējumiem un ar vīrusiem inficētu šūnu likvidēšanu). Apoptoze izskaidro mitožu fizioloģisko involūciju un līdzsvarošanu nobriedušos audos un orgānos. Piemēram, šūnu nāve aktīvi proliferējošās un pašatjaunojos populācijās – zarnu epitēlija šūnās, nobriedušajos leikocītos, eritrocītos. No hormoniem atkarīga involūcija - endometrija nāve menstruālā cikla beigās;
šūnu šķirņu izvēle populācijā. Piemēram, imūnsistēmas antigēnam specifiskas sastāvdaļas veidošanās un tās efektormehānismu īstenošanas kontrole. Ar apoptozes palīdzību tiek iznīcināti nevajadzīgie un organismam bīstamie (autoagresīvie) limfocītu kloni. Salīdzinoši nesen (Griffith T.S., 1997) parādīja ieprogrammētas šūnu nāves nozīmi “imunoloģiski priviliģētu” zonu (acs un sēklinieku iekšējās vides) aizsardzībā. Pārejot šo zonu histo-hematoloģiskos šķēršļus (kas notiek reti), efektoru T-limfocīti mirst (skatīt iepriekš). To nāves mehānismu aktivizēšanos nodrošina barjeršūnu Fas liganda mijiedarbība ar T limfocītu Fas receptoriem, tādējādi novēršot autoagresijas attīstību.
Apoptozes loma patoloģijā un dažādu slimību veidi, kas saistīti ar traucētu apoptozi, parādīti diagrammas (15. att.) un 1. tabulas veidā.
Protams, apoptozes nozīme patoloģijā ir mazāka nekā nekrozei (varbūt tas ir saistīts ar šādu zināšanu trūkumu). Taču arī tās problēmai patoloģijā ir nedaudz atšķirīgs raksturs: to vērtē pēc apoptozes smaguma pakāpes – pastiprināšanās vai pavājināšanās pie noteiktām slimībām.
Procesu, kurā šūna var nogalināt sevi, sauc par programmētu šūnu nāvi (PCD). Šim mehānismam ir vairākas šķirnes, un tam ir būtiska loma dažādu organismu, īpaši daudzšūnu, fizioloģijā. Visizplatītākā un labi izpētītā PGC forma ir apoptoze.
Kas ir apoptoze
Apoptoze ir kontrolēts fizioloģisks šūnu pašiznīcināšanās process, ko raksturo pakāpeniska tā satura iznīcināšana un sadrumstalotība, veidojot membrānas pūslīšus (apoptotiskos ķermeņus), ko pēc tam absorbē fagocīti. Šis ģenētiski pamatotais mehānisms tiek aktivizēts noteiktu iekšēju vai ārēju faktoru ietekmē.
Ar šāda veida nāvi šūnu saturs nepārsniedz membrānu un neizraisa iekaisumu. Apoptozes disregulācija izraisa nopietnas patoloģijas, piemēram, nekontrolētu šūnu dalīšanos vai audu deģenerāciju.
Apoptoze ir tikai viens no vairākiem programmētas šūnu nāves (PCD) veidiem, tāpēc ir maldinoši pielīdzināt šos jēdzienus. Zināmie šūnu pašiznīcināšanās veidi ietver arī mitotisku katastrofu, autofagiju un ieprogrammētu nekrozi. Citi PGC mehānismi vēl nav pētīti.
Šūnu apoptozes cēloņi
Programmētās šūnu nāves mehānisma izraisītājs var būt gan dabiski fizioloģiski procesi, gan patoloģiskas izmaiņas, ko izraisa iekšējie defekti vai ārēju nelabvēlīgu faktoru iedarbība.
Parasti apoptoze līdzsvaro šūnu dalīšanās procesu, regulējot to skaitu un veicinot audu atjaunošanos. Šajā gadījumā PCD cēlonis ir daži signāli, kas iekļauti homeostāzes kontroles sistēmā. Ar apoptozes palīdzību tiek iznīcinātas vienreizējās lietošanas vai savu funkciju pabeigušās šūnas. Tādējādi palielinātais leikocītu, neitrofilu un citu šūnu imunitātes elementu saturs pēc infekcijas apkarošanas beigām tiek novērsts tieši apoptozes dēļ.
Ieprogrammēta nāve ir daļa no reproduktīvo sistēmu fizioloģiskā cikla. Apoptoze ir iesaistīta oģenēzes procesā, kā arī veicina olšūnas nāvi, ja nav apaugļošanas.
Klasisks piemērs šūnu apoptozes līdzdalībai veģetatīvo sistēmu dzīves ciklā ir rudens lapu krišana. Pats termins nāk no grieķu vārda apoptoze, kas burtiski tulko kā "nokrišana".
Apoptozei ir izšķiroša nozīme embrioģenēzē un ontoģenēzē, kad organismā tiek nomainīti audi un atrofējas daži orgāni. Piemērs ir membrānu izzušana starp kāju pirkstiem dažiem zīdītājiem vai astes nāve vardes metamorfozes laikā.
Apoptozi var izraisīt defektīvu izmaiņu uzkrāšanās šūnā, ko izraisa mutācijas, novecošanās vai mitotiskas kļūdas. PCD cēlonis var būt nelabvēlīga vide (barojošo komponentu trūkums, skābekļa deficīts) un patoloģiska ārējā ietekme, ko izraisa vīrusi, baktērijas, toksīni utt. Turklāt, ja kaitīgā iedarbība ir pārāk intensīva, šūnai nav laika pārnēsāt izslēdz apoptozes mehānismu un iet bojā, kā rezultātā attīstās patoloģiskais process – nekroze.
Morfoloģiskās un strukturāli-bioķīmiskās izmaiņas šūnās apoptozes laikā
Apoptozes procesu raksturo noteikts morfoloģisko izmaiņu kopums, ko var novērot audu preparātā in vitro, izmantojot mikroskopiju.
Galvenās šūnu apoptozes pazīmes ir:
- citoskeleta pārstrukturēšana;
- šūnu satura sablīvēšana;
- hromatīna kondensācija;
- kodola sadrumstalotība;
- šūnu tilpuma samazināšanās;
- membrānas kontūras krokošanās;
- vezikulu veidošanās uz šūnas virsmas,
- organellu iznīcināšana.
Dzīvniekiem šie procesi beidzas ar apoptocītu veidošanos, ko var absorbēt gan makrofāgi, gan blakus esošo audu šūnas. Augos apoptotisku ķermeņu veidošanās nenotiek, un pēc protoplasta noārdīšanās tiek saglabāts skelets šūnas sienas formā.
Papildus morfoloģiskām izmaiņām apoptozi pavada vairākas pārkārtošanās molekulārā līmenī. Palielinās lipāzes un nukleāzes aktivitātes, kas izraisa hromatīna un daudzu proteīnu sadrumstalotību. Strauji palielinās cAMP saturs, mainās šūnu membrānas struktūra. Augu šūnās tiek novērota milzu vakuolu veidošanās.
Kā apoptoze atšķiras no nekrozes?
Galvenā atšķirība starp apoptozi un nekrozi ir šūnu degradācijas cēlonis. Pirmajā gadījumā iznīcināšanas avots ir pašas šūnas molekulārie instrumenti, kas strādā stingrā kontrolē un kuriem nepieciešama ATP enerģija. Ar nekrozi ārējās kaitīgās ietekmes dēļ notiek pasīva dzīvības aktivitātes pārtraukšana.
Apoptoze ir dabisks fizioloģisks process, kas paredzēts, lai nekaitētu apkārtējām šūnām. Nekroze ir nekontrolēta patoloģiska parādība, kas rodas kritisku traumu rezultātā. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka apoptozes un nekrozes mehānisms, morfoloģija un sekas lielā mērā ir pretējas. Tomēr ir arī kopīgas iezīmes.
Bojājuma gadījumā šūnas iedarbina ieprogrammētas nāves mehānismu, tostarp, lai novērstu nekrotisko attīstību. Tomēr jaunākie pētījumi liecina, ka pastāv vēl viena nepatoloģiska nekrozes forma, kas arī ir klasificēta kā PCC.
Apoptozes bioloģiskā nozīme
Neskatoties uz to, ka apoptoze izraisa šūnu nāvi, tās loma visa organisma normālas darbības uzturēšanā ir ļoti liela. Pateicoties PGC mehānismam, tiek veiktas šādas fizioloģiskas funkcijas:
- saglabājot līdzsvaru starp šūnu proliferāciju un nāvi;
- audu un orgānu atjaunošana;
- bojāto un “veco” šūnu likvidēšana;
- aizsardzība pret patogēnas nekrozes attīstību;
- audu un orgānu maiņa embrio- un ontoģenēzes laikā;
- nevajadzīgu elementu noņemšana, kas pildījuši savu funkciju;
- organismam nevēlamu vai bīstamu šūnu likvidēšana (mutants, audzējs, inficēts ar vīrusu);
- infekcijas attīstības novēršana.
Tādējādi apoptoze ir viens no veidiem, kā uzturēt šūnu un audu homeostāzi.
Šūnu nāves stadijas
Tas, kas notiek ar šūnu apoptozes laikā, ir sarežģītas dažādu enzīmu molekulāro mijiedarbību ķēdes rezultāts. Reakcijas notiek kā kaskāde, kad daži proteīni aktivizē citus, veicinot pakāpenisku nāves scenārija attīstību. Šo procesu var iedalīt vairākos posmos:
- Indukcija.
- Proapoptotisko proteīnu aktivizēšana.
- Kaspāžu aktivizēšana.
- Šūnu organellu iznīcināšana un pārstrukturēšana.
- Apoptocītu veidošanās.
- Šūnu fragmentu sagatavošana fagocitozei.
Visu komponentu sintēze, kas nepieciešama katra posma palaišanai, ieviešanai un kontrolei, ir ģenētiski noteikta, tāpēc apoptozi sauc par ieprogrammētu šūnu nāvi. Šī procesa aktivizēšana notiek stingrā regulējošo sistēmu, tostarp dažādu PGC inhibitoru, kontrolē.
Šūnu apoptozes molekulārie mehānismi
Apoptozes attīstību nosaka divu molekulāro sistēmu: induktīvās un efektora - kombinētā darbība. Pirmais bloks ir atbildīgs par kontrolētu ZGK palaišanu. Tas ietver tā sauktos nāves receptorus, Cys-Asp proteāzes (kaspāzes), vairākus mitohondriju komponentus un proapoptotiskus proteīnus. Visus indukcijas fāzes elementus var iedalīt trigeros (piedalīties indukcijā) un modulatoros, kas nodrošina nāves signāla transdukciju.
Efektoru sistēma sastāv no molekulāriem instrumentiem, kas nodrošina šūnu komponentu degradāciju un pārstrukturēšanu. Pāreja starp pirmo un otro fāzi notiek proteolītiskās kaspāzes kaskādes stadijā. Pateicoties efektora bloka sastāvdaļām, apoptozes laikā notiek šūnu nāve.
Apoptozes faktori
Strukturālās, morfoloģiskās un bioķīmiskās izmaiņas apoptozes laikā veic noteikts specializētu šūnu instrumentu komplekts, starp kuriem vissvarīgākie ir kaspāzes, nukleāzes un membrānas modifikatori.
Kaspāzes ir enzīmu grupa, kas sagriež peptīdu saites pie asparagīna atliekām, sadalot proteīnus lielos peptīdos. Pirms apoptozes sākuma tie atrodas šūnā neaktīvā stāvoklī inhibitoru dēļ. Galvenie kaspāžu mērķi ir kodolproteīni.
Nukleāzes ir atbildīgas par DNS molekulu sagriešanu. Īpaši svarīga apoptozes attīstībā ir aktīvā endonukleāze CAD, kas sadala hromatīna sekcijas linkeru sekvenču reģionos. Rezultātā veidojas fragmenti 120-180 nukleotīdu pāru garumā. Proteolītisko kaspāžu un nukleāžu kompleksā darbība izraisa kodola deformāciju un fragmentāciju.
Šūnu membrānas modifikatori - izjauc bilipīda slāņa asimetriju, pārvēršot to par fagocītu šūnu mērķi.
Galvenā loma apoptozes attīstībā pieder kaspāzēm, kas pakāpeniski aktivizē visus turpmākos degradācijas un morfoloģiskās pārstrukturēšanas mehānismus.
Kaspāžu loma šūnu nāvē
Kaspāžu ģimene ietver 14 proteīnus. Daži no tiem nav iesaistīti apoptozē, bet pārējās ir sadalītas 2 grupās: iniciators (2, 8, 9, 10, 12) un efektors (3, 6 un 7), ko citādi sauc par otrā līmeņa kaspāzēm. Visas šīs olbaltumvielas tiek sintezētas kā prekursori - prokaspāzes, ko aktivizē proteolītiskā šķelšanās, kuras būtība ir N-gala domēna atdalīšana un atlikušās molekulas sadalīšana divās daļās, kas pēc tam tiek saistītas dimēros un tetramēros.
Iniciatora kaspāzes ir nepieciešamas, lai aktivizētu efektoru grupu, kurai ir proteolītiska aktivitāte pret dažādiem vitāli svarīgiem šūnu proteīniem. Otrā līmeņa kaspāžu substrāti ietver:
- DNS labošanas enzīmi;
- p-53 proteīna inhibitors;
- poli(ADP-ribozes) polimerāze;
- DNāzes inhibitors DFF (šī proteīna iznīcināšana izraisa CAD endonukleāzes aktivāciju) utt.
Kopējais efektoru kaspāžu mērķu skaits ietver vairāk nekā 60 proteīnu.
Iniciatora prokaspāžu aktivācijas stadijā joprojām ir iespējama šūnu apoptozes inhibīcija. Kad iedarbojas efektoru kaspāzes, process kļūst neatgriezenisks.
Apoptozes aktivācijas ceļi
Signālu pārraidi, lai izraisītu šūnu apoptozi, var veikt divos veidos: receptoru (vai ārējo) un mitohondriju. Pirmajā gadījumā process tiek aktivizēts, izmantojot specifiskus nāves receptorus, kas uztver ārējos signālus, kas ir TNF saimes proteīni vai Fas ligandi, kas atrodas uz killer T šūnu virsmas.
Receptors ietver 2 funkcionālos domēnus: transmembrānu domēnu (paredzēts saziņai ar ligandu) un "nāves domēnu", kas orientēts šūnas iekšpusē, kas izraisa apoptozi. Receptoru ceļa mehānisms ir balstīts uz DISC kompleksa veidošanos, kas aktivizē iniciatora kaspāzes 8 vai 10.
Montāža sākas ar nāves domēna mijiedarbību ar intracelulāriem adaptera proteīniem, kas savukārt saista iniciatora prokaspāzes. Kā daļa no kompleksa pēdējie tiek pārveidoti par funkcionāli aktīvām kaspāzēm un izraisa turpmāku apoptotisku kaskādi.
Iekšējā ceļa mehānisms ir balstīts uz proteolītiskās kaskādes aktivāciju ar īpašiem mitohondriju proteīniem, kuru izdalīšanos kontrolē intracelulāri signāli. Organellu komponentu izeja notiek, veidojot milzīgas poras.
Īpaša loma palaišanā pieder citohromam c. Nokļūstot citoplazmā, šī elektriskās transporta ķēdes sastāvdaļa saistās ar Apaf1 proteīnu (apoptotisko faktoru aktivizējošās proteāzes), kas noved pie pēdējās aktivācijas. Pēc tam Apaf1 saista iniciatora prokaspāzes 9, kas izraisa apoptozi, izmantojot kaskādes mehānismu.
Iekšējo ceļu kontrolē īpaša Bcl12 saimes proteīnu grupa, kas regulē mitohondriju starpmembrānu komponentu izdalīšanos citoplazmā. Ģimenē ir gan proapoptotiski, gan antiapoptotiski proteīni, kuru līdzsvars nosaka, vai process tiks uzsākts.
Viens no spēcīgajiem faktoriem, kas izraisa apoptozi caur mitohondriju mehānismu, ir reaktīvās skābekļa sugas. Vēl viens nozīmīgs induktors ir p53 proteīns, kas aktivizē mitohondriju ceļu DNS bojājumu klātbūtnē.
Dažreiz šūnu apoptozes izraisīšana apvieno divus veidus vienlaikus: gan ārējo, gan iekšējo. Pēdējais parasti kalpo, lai uzlabotu receptoru aktivāciju.