Апоптоз - запрограммированная клеточная смерть
Биологическая клетка - это сложный и крайне интересный объект, по сути своей она является целым организмом, который рождается, дышит, питается, размножается и умирает. Но это не удивительно, ведь огромная часть живых существ на нашей планете состоят только из одной клетки. После поста об антиоксидантах и активных формах кислорода, мне захотелось написать про такой мрачный, но нужный процесс как запрограммированная смерть клеток - по научному апоптоз. Стоит отличать апоптоз от некроза, который является гибелью клеток в результате травмы и повреждения. Основное отличие - при апоптозе, которые не происходит случайно, из остатков клеток образуются апоптические тела, которые поедаются вызванными для этого фагоцитами, что препятствует воспалению и отравлению соседних клеток, а при некрозе происходит отмирание клеток и целых тканей, сопровождающееся сильным воспалением.
Интересный факт, что термин «апоптоз» означал опадание лепестков и листьев у растений, что, на мой взгляд, не совсем верно, так как при апоптозе остатки клетки утилизируются собственным организмом, а при опадании листьев они просто отваливаются и уже перерабатываются другими организмами. Хотя оба процесса носят запрограммированный характер. Но это всего лишь философско-лингвистические рассуждения.
Наши клетки - своеобразные ипохондрики и могут покончить с собой по любой причине: перегрев, радиационное облучение, гипоксия и многое другое. В целом клетки на столько склонны к самоубийству, что они все время получают сигнал от других клеток : «Живи-живи-живи» и прерывание этого сигнала сразу приводит к сильной депрессии с последующим намыливанием веревки апоптозу. Забавно, что из таких вот клеток складывается организм с весьма ощутимым инстинктом самосохранения… . Во истину, природа полна парадоксов.
Условно можно выделить три стадии апоптоза: инициация или получение сигнала, эффекторная стадия, в которой запускаются процессы деградации и, собственно, процесс разрушения и деградация - формирование апоптических тел с последующим поеданием макрофагами.
Выделяют 2 пути инициации: митохондриальный и внешний сигнал.
Митохондрии - энергетические станции нашего организма, там собственно и происходит процесс клеточного дыхания с превращением кислорода в воду. В школьных учебниках митохондрии изображались как такие вытянутые овалы разбросанные по всех клетке. Но это не совсем так. Если посмотреть на срез клетки, то вы действительно увидите такую картину, но при трехмерной реконструкции клеток по этим тонким срезам ученые обнаружили, что митохондирия в клетке всего одна, но она имеет сложную изогнутую структуру, поэтому на срезах мы видим различные ее выросты.
Митохондрии окружены двумя клеточными мембранами и между ними находятся белки апоптоза или апоптические белки, которые вырываются на свободу при разрыве внешней мембраны или формировании в ней пор. Собственно это и является ключевой фазой начала апоптоза. Освободившиеся белки через ряд биохимических реакций активируют каспазы - ферменты, которые разрушают другие белки. Каспазы начинаю крушить все вокруг себя, разрушая все основные клеточные структуры. В процессе разрушения митохондриальной мембраны не только высвобождаются белки, но и вода начинает активно поступать в митохондрию, вызывая ее разбухание.
Второй путь начала апоптоза - сигнальный. На поверхности клеток есть рецепторы клеточной гибели, специальные лиганды, продуцируемые другими клетками (частенько это бывают активированные макрофаги, которые позже и подъедают остатки), связываются с этими лигандами и активируют их. Рецепторы представляют собой большую молекулу, которая сидит в клеточной мембране и выступает с обоих сторон: внутрь клетки и наружу. С наружной стороны садится лиганд и по всему рецептору передается сигнал на внутреннюю сторону. Далее запускается цепь биохимических реакций, в результате которой, как и в митохондриальном пути, активируются каспазы.
На второй стадии апоптоза - эффекторной, уже не так важно как клетка получила сигнал. На этой стадии внутри начинается настоящий апокалипсис и главную роль в нем играют каспазы. Второй важный элемент этой стадии - флавопротеин AIF, который выходит из митохондрий и активируют эндонуклеазы - белки, которые разрушают ДНК клетки. Фактически, после этой стации клетка представляет собой город после ядерной бомбежки.
Во время разрушения митохондриальной мембраны также высвобождается весь энергетический комплекс, который провоцируют образование активных форм кислорода внутри клетки. Свободные радикалы запускают цепные реакции, которые способствуют разрушению содержимого клетки. В этот момент их уже нельзя сдержать антиоксидантами.
После этого начинается третья и последняя стадия - деградация. Клетка теряет свою форму и сжимается из-за разрушения клеточного скелета. Далее начинается фрагментация клетки на мелкие части, которые представляют собой клеточную мембрану с остатками внутри - эти образования получили название - апоптические тела. Вокруг умирающей клетки уже дежурят макрофаги, готовые набросится на останки. В процессе клетки, на поверхности мембраны появляются сигнальные белки, которые привлекают голодных макрофагов и вот, они уже поглощают останки погибшего сородича.
Пишу это, а сама думаю, что это все мне напоминает какую-то сцену из популярных ныне зомбо‑апокалипсисов. Прямо страшно стало. Один кровоподтек и на тебя набросятся и сожрут. Бр-р.
Но и у клеток есть антидепрессанты, которые держат эти процессы под контролем не давая среагировать на малейший стресс - это ингибиторы апоптических белков. Но, как только мембрана митохондрий начинает выпускать предшественников апокалипсиса, на волю вырывается и белок SMAC, который деактивируют эти ингибиторы и они становятся бесполезны. После этой стадии апоптоз уже сложно остановить.
Не стоит думать, что апоптоз - исключительно мрачно-негативное явление нашего организма. С помощью апоптоза поддерживается правильное количество и соотношение различных клеток в организме. Апоптоз играет далеко не последнюю роль в нашем развитии: например, разделение пальцев на руках и ногах является следствием запрогроммированной гибели клеток. При прорезании зубов у детей еще до того, как появится зуб начинается процесс гибели клеток десны, чтобы зубу было легко выйти. Хвост у головастиков также не отваливается с появлением ног, а деградирует с помощью того же явления.
Апоптоз незаменим при предотвращении развития раковых опухолей. Во время нашей обычной жизни огромное количество клеток в организме претерпевают патологические изменения и перерождаются в потенциально раковые клетки. Соседние клетки, как и бабушки на скамейки около подъезда, внимательно следят за своими соседями и при неадекватном поведении посылают клетке сигнал апоптоза еще до того, как она размножится и станет опасна. Собственно по этой причине за последние 20 лет сильно возрос интерес к апоптозу, как средству для предотвращения и борьбы со злокачественными опухолями.