Апоптозата (на гръцки: apoptosis - падане на листата) е процес на програмирана клетъчна смърт, това е напълно естествен феномен, който ви позволява да премахнете ненормални, увредени и използвани клетки от тялото. Струва си да разберете какво точно представлява, дали апоптозата е вредно явление, кога възниква и какви процеси водят до нея.
Съдържание:
- Иницииране на апоптоза
- Курс на апоптоза
- Контрол на апоптозата
- Апоптоза и болест
Апоптозае физиологичен, естествен процес, който протича непрекъснато във всеки здрав организъм, той е от съществено значение за правилното функциониране на организма. Благодарение на апоптозата тялото има способността да контролира броя и качеството на клетките. Този процес, известен като програмирана клетъчна смърт, води до елиминиране на увредени, заразени или ненужни клетки, което осигурява баланс между образуването на нови клетки и унищожаването на старите клетки.
Нарушенията в хода на апоптозата се отразяват много негативно, има заболявания, чиято профилактика и лечение са много трудни - рак, автоимунни заболявания. Може би новите методи на лечение, които позволяват процеса на апоптоза в раковите клетки, ще станат ефективно лечение.
Общият брой клетки в тялото е строго определен и постоянен, всяка по-продължителна промяна в техния брой може да има отрицателно въздействие върху здравето ни, поради което тялото се стреми да поддържа баланс между разрушаването на клетките и образуването на нови. Процесът на клетъчна смърт може да се случи по няколко начина, най-важните от които са:
- Некроза (некроза)- се причинява от външни фактори: химически, механични, физически. Това е патологичен, необичаен процес, върху който тялото няма контрол. При него се унищожават цели групи клетки, а следствието от това увреждане е развитието на възпалителния процес.
- Апоптоза (програмирана клетъчна смърт)е напълно различен, процесът е напълно нормален, физиологичен, едноклетъчен и от съществено значение за нормално функциониращ организъм.
- Автофагия- състои се в смилане на клетката от нейните собствени ензими.
Въпрекиотрицателен обертон, апоптозата е нормално явление, протичащо редовно, насочена е към доброто на целия организъм, позволявайки замяната на неефективните, износени клетки с нови. Отстранените клетки са предимно тези, които могат да станат опасни за гостоприемника, например ракови или неопластични.
Апоптозата ви позволява да поддържате хомеостазата, тоест баланса на тялото. Процесът на програмирана клетъчна смърт е много сложен феномен, включващ десетки ензими и протеини. Времето на възникването му също не е случайно, то се определя от множество сигнални пътища, които се активират в резултат на увреждане на клетката: нейните органели или генетичен материал.
Иницииране на апоптоза
Активирането на апоптозата е свързано с активиране или инхибиране на действието на определени протеини (про и антиапоптотични), които постоянно присъстват в клетката. Начинът, по който протича процесът, зависи от вида и стимула, който предизвиква апоптоза. Инициацията е първата, начална фаза, по време на която се активират сигналните пътища, водещи до развитието на процеса на програмирана смърт.
Най-важният от тях е т. нар. вътрешен път, в който доминираща роля играят митохондриите, а външният, неговите тригери са сигнали отвън на клетката:
- дефицит на растежни фактори, хормони
- повишаване на концентрацията на някои цитокини (молекули, произведени от лимфоцити)
- взаимодействия от съседни клетки
- физически фактори
- дефицит на хранителни вещества.
В случай на външния път стимулите от околната среда засягат рецепторите, разположени в клетъчната мембрана (т.нар. рецептори на смъртта), които задействат каскада от вътреклетъчни сигнали, водещи до апоптоза.
Митохондриите играят ключова роля в ендогенния път. Когато са увредени от различни фактори, проапоптотични протеини се експресират в тези органели, които от своя страна увреждат функцията на митохондриите, предотвратявайки производството на енергия.
Освен това, това увреждане причинява освобождаването на протеин от митохондриона - цитохрома, което допринася за повишаване на концентрацията на калциеви йони в клетката. Увеличаването на количеството на този йон е задействане на апоптоза.
Курс на апоптоза
Преходът на клетката към апоптоза може да бъде разпознат по отделянето й от другите и е първата стъпка в този процес. Това е резултат от електролитни измествания, дехидратация на клетката и промени в нейната форма. Тогава клетъчното ядро се фрагментира и се образуват така наречените апопторни тела, това са остатъците от клетката, които ще се абсорбиратот съседни клетки или "изядени" от макрофаги. Такъв ход на апоптоза кара клетката да се отстрани „тихо“, не предизвиква развитие на обща реакция – възпаление.
Както споменахме, различни ензими участват в този процес: каспази, усвояващи протеини, съдържащи се в ядрото и цитоплазмата, трансглутаминази и ендонуклеолитични ензими, отговорни за разрязването на ДНК. Ходът на целия процес на унищожаване (изпълнение на апоптоза) може да бъде разделен на няколко етапа:
1. Контролно-решаваща фаза- тя се състои в предаване на информация към ядрото за активиране на възстановителните механизми или тяхното изоставяне и започване на процеса на клетъчно разпадане. В този процес участват каспази, BID и BAX протеини, а Т-лимфоцитите освобождават гранзими вътре в клетките, които, наред с други неща, освобождават калциеви йони, за да стимулират апоптозата.
2. Изпълнителна фаза- в този етап каспазите развиват своята пълна функция - те разрушават клетъчните протеини - структурни и ензимни:
- ДНК полимераза и ДНК киназа, предотвратяващи възстановяването на нуклеиновите киселини
- ламини, увреждащи ядрената мембрана.
В тази фаза се извършва дехидратация на клетката, по-нататъшни промени във формата и размера, фрагментация на ДНК (чрез ендонуклеаза), след това клетъчна фрагментация и образуване на апоптотични тела. Тези каспази са вътреклетъчни ензими, които разрязват протеините на определени места – дадена последователност от аминокиселини. Тяхното активиране става лавинообразно - активираната каспаза активира друга.
Интересно е, че въпреки разграждането на много клетъчни протеини, клетъчните органели остават непокътнати и намират своя път напълно в апопторните тела.
3.фазата на почистване се състои от фагоцитоза, т.е. абсорбция на клетъчни остатъци, най-често от фантомните клетки - макрофаги.
Контрол на апоптозата
Апоптозата е строго регулиран процес - както нейното започване, така и нейното протичане. Контролът е преди всичко семейството протеини Bcl-2, включително антиапоптотични протеини - те противодействат на развитието на апоптоза (напр. Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w) и про-апоптотични - насърчават появата му чрез увреждане на митохондриите мембрана (Bid, Bak, Bad).
Експресията или активността на тези протеини зависи от условията, в които се намира клетката, както и от нейното състояние - ако увреждането е голямо или външните условия не са благоприятни, се активират проапоптотичните протеини.
При нормални условия антиапоптотичните протеини доминират и инхибират процеса на програмирана клетъчна смърт. Освен това е доказано, че апоптозата се контролира и от гени, един от тях е генът p53, той принадлежи към факторитепроапоптотичен. Неговият продукт, протеинът p53, задейства процеса на самоубийствена клетъчна смърт, ако увреждането на генетичния материал е толкова сериозно, че ДНК не може да бъде поправена.
Следователно този протеин понякога се нарича "пазител на генома", защото определя дали клетката ще спре клетъчното делене, за да възстанови настъпилите щети, или дали ще апоптоза.
Апоптоза и болест
Доказано е, че дисбалансът между образуването на нови клетки и елиминирането на старите клетки е причина за много заболявания, поради което клетъчният контрол на апоптозата е изключително важен и нарушаването му може да има много сериозни последици.
Ако клетките са устойчиви на смърт чрез апоптоза, те могат да развият рак или автоимунно заболяване (като ревматоиден артрит). И в двата случая болните клетки не преминават през процеса на апоптоза, те са „резистентни” към него поради генетични мутации или анормална активност на про- и антиапоптотичните протеини. От друга страна, прекомерното спазване и елиминирането на твърде много клетки може да доведе до дегенеративни заболявания и увреждане на органите.
Тествани в момента, най-новите онкологични лекарства действат на етапа на апоптоза - механизмът на действие е да насърчава наличието на проапоптотични протеини - насърчаване на появата на апоптоза в туморните клетки. Лъчетерапията и "стандартната" химиотерапия действат по подобен начин, за да индуцират апоптоза. И двете лечения причиняват клетъчен стрес, който убива туморните клетки. За съжаление, подобна терапия не винаги е ефективна, тъй като в туморните клетки често се повишава активността на факторите, инхибиращи апоптозата, което не само затруднява борбата с тях, но и води до неконтролиран растеж и размножаване.
За автора
Лък. Мачей ГримузаВъзпитаник на Медицинския факултет на Медицински университет в К. Марчинковски в Познан. Завършил е университет с много добър успех. В момента е лекар в областта на кардиологията и докторант. Особено се интересува от инвазивната кардиология и имплантируемите устройства (стимулатори).