Typy komórek śmierci i ich cechy



The śmierć komórki jest to proces niszczenia składników komórkowych, które przechodzą wszystkie żywe organizmy na różnych etapach. We wszystkich organizmach wielokomórkowych musi istnieć optymalna równowaga między śmiercią komórki a ich proliferacją.

Śmierć komórek zachodzi przez dwa główne mechanizmy: przez martwicę lub przypadkową śmierć komórki oraz przez apoptozę lub zaprogramowaną śmierć komórki. Każdemu mechanizmowi przypisana jest określona morfologia komórki.

Apoptoza lub zaprogramowana śmierć komórki obejmuje wysoce regulowany szlak przez składniki genetyczne. Często, gdy organizm doświadcza stanów patologicznych (na przykład chorób zwyrodnieniowych), program apoptotyczny może zostać wdrożony nieprawidłowo, co prowadzi do nadmiernego zniszczenia komórek.

Zaprogramowana śmierć komórki jest ważnym składnikiem ścieżek rozwoju i homeostazy (kontrola między śmiercią a proliferacją komórek) w ogólności.

Martwica lub przypadkowa śmierć komórki jest drugim typem śmierci komórki. Przedstawia radykalne różnice, jeśli porównamy je z apoptozą. Zjawisko to występuje, gdy komórki są narażone na niekorzystne lub ekstremalne środowisko, co powoduje uszkodzenie struktur komórkowych.

Indeks

  • 1 zaprogramowana śmierć komórki lub apoptoza
    • 1.1 Perspektywa historyczna
    • 1.2 Definicja
    • 1.3 Funkcje
    • 1.4 Właściwości komórkowe apoptozy
    • 1.5 Aspekty genetyczne
    • 1.6 Odkrycie apoptozy
  • 2 Przypadkowa śmierć komórek lub martwica
    • 2.1 Definicja
    • 2.2 Charakterystyka komórkowa martwicy
    • 2.3 Mechanizmy
  • 3 Porównanie apoptozy i martwicy
    • 3.1 Różnice
    • 3.2 Czy możemy odróżnić apoptozę od martwicy?
  • 4 Śmierć cytotoksyczna
  • 5 referencji

Zaprogramowana śmierć komórki lub apoptoza

Perspektywa historyczna

W 1972 roku po raz pierwszy zastosowano termin apoptoza. Pojawił się w klasycznym artykule naukowym napisanym przez autorów Kerr, Wyllie i Currie. Dla Kerr et al., termin apoptoza opisuje charakterystyczną morfologiczną formę śmierci komórki.

Chociaż funkcje te zostały już szczegółowo opisane wielokrotnie, autorzy ci jako pierwsi nadają nazwę zjawisku.

Definicja

Organizm wielokomórkowy składa się z wielu komórek, które muszą nawiązywać ze sobą połączenia. Społeczność musi być ściśle zorganizowana, a to osiąga się poprzez ustanowienie kontroli między proliferacją nowych komórek a eliminacją komórek już obecnych.

W ten sposób komórki, które z wielu powodów nie są już potrzebne, doświadczają pewnego rodzaju molekularnego „samobójstwa” zwanego apoptozą.

Zaprogramowana śmierć komórki jest normalnym zjawiskiem fizjologicznym. Polega na kontrolowanej eliminacji pewnych komórek. Mechanizm ten ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania dorosłych tkanek. Odgrywa również rolę w rozwoju zarodka.

Funkcje

Utrzymuj równowagę proliferacji

Głównym celem zaprogramowanej śmierci komórek jest utrzymanie równowagi proliferacji komórek. Na przykład w naszym ciele prawie 5 x 10 jest eliminowanych codziennie11 erytrocyty lub krwinki poprzez śmierć komórek.

Chroń komórki

Ponadto pozwala na ustanowienie mechanizmu ochrony przed komórkami, które potencjalnie mogą wpływać na organizm. W przypadku komórek, które padły ofiarą infekcji wirusowej, są one zwykle eliminowane przez zaprogramowaną śmierć komórki. W ten sposób wirus nie może rozprzestrzeniać się wewnątrz hosta.

Zaprogramowana śmierć komórki nie tylko eliminuje komórki zakażone przez zewnętrzne patogeny, ale także jest w stanie odrzucić własne komórki organizmu, które uszkadzają materiał genetyczny. W tym przypadku komórki przenoszące mutacje szkodliwe dla organizmu są eliminowane.

W przypadku, gdy rozwój tych nieprawidłowych komórek może być kontynuowany, a mechanizmy śmierci komórki nie działają, mogą pojawić się guzy i rozwój różnych typów nowotworów.

Koordynuj rozwój zarodka

Zaprogramowana śmierć komórki odgrywa kluczową rolę w rozwoju zarodka. Podczas tworzenia tego samego, należy wyeliminować kilka niepotrzebnych komórek.

Na przykład odpowiada za eliminację tkanek larw w organizmach, które ulegają metamorfozie: larwom i płazom. Ponadto niektóre formy młodzieńcze charakteryzują się prezentowaniem błon między palcami, charakterystycznych dla życia wodnego.

Gdy organizm staje się dorosły, błony te znikają, ponieważ komórki, które go tworzą, przechodzą zaprogramowane zdarzenie śmierci komórki. Ogólnie rzecz biorąc, proces apoptozy kształtuje kończyny ludzi i myszy: struktury w kształcie łopaty kończą się dobrze uformowanymi cyframi.

Podczas rozwoju ssaków zaprogramowana śmierć komórki uczestniczy w tworzeniu układu nerwowego. Gdy organizm się rozwija, powstaje nadmierna liczba komórek nerwowych, które są następnie eliminowane przez zaprogramowaną śmierć komórki.

Neurony, które zdołają przeżyć (blisko 50%), ustanawiają prawidłowe połączenia z komórkami docelowymi. Gdy połączenie zostanie ustanowione, zaczyna się wydzielanie szeregu czynników wzrostu, które umożliwiają przetrwanie komórki, ponieważ hamuje program śmierci komórki.

Właściwości komórkowe apoptozy

Podczas programowanej śmierci komórki komórka wykazuje określony fenotyp. Pierwszą cechą wyróżniającą jest fragmentacja chromosomalnego DNA.

W tym przypadku następuje rozbicie nukleosomów, struktur utworzonych przez DNA i białka. Wraz z kondensacją chromatyny jądro rozpada się na małe kawałki.

W miarę postępu procesu komórka znacznie się zmniejsza. W końcu komórka rozpada się na wiele segmentów otoczonych błoną komórkową. Każdy z tych fragmentów jest znany jako ciała apoptotyczne.

Następnie komórki układu odpornościowego zwane makrofagami są odpowiedzialne za rozpoznawanie i fagocytowanie tych umierających struktur.

Zatem „zwłoki” komórki cierpiącej na apoptozę skutecznie znikają z organizmu, do którego należały - w przeciwieństwie do tego, co dzieje się, gdy komórka umiera z powodu kontuzji. W tym ostatnim scenariuszu komórki pęcznieją, aw końcu ulegają lizie, powodując zapalenie danego obszaru.

Podczas apoptozy dochodzi do uszkodzenia mitochondrialnego, charakteryzującego się uwolnieniem szeregu cząsteczek, które stymulują mechanizm śmierci, takich jak między innymi białka cytochromu c, Smac / Diablo..

Aspekty genetyczne

Ścisła regulacja zaprogramowanej śmierci komórek zachodzi dzięki zaaranżowanemu funkcjonowaniu różnych genów.

Pierwsze badania związane z genetycznym mechanizmem apoptozy przeprowadzono w nicieniu Caenorhabditis elegans. W tym organizmie zidentyfikowano 3 geny związane z wykonaniem i regulacją całego procesu apoptozy.

U ssaków znaleziono geny bardzo podobne do genów nicieni. Z tego powodu były one bardzo konserwatywnymi istotami w trakcie ewolucji.

Ced-3 jest przykładem rodziny utworzonej przez kilkanaście proteaz (enzymów w hydrolizowanych białkach), znanych jako kaspazy.

W przypadku zaprogramowanej śmierci kaspazy hydrolizują ponad 100 białek znalezionych w danej komórce. Wśród białych białek kaspaz znajdujemy inhibitory DNAaz, które powodują rozpad DNA jądra komórkowego.

Kaspazy są również odpowiedzialne za pękanie arkusza jądrowego, co prowadzi do fragmentacji jądra i ogólnie cytoszkieletu. Bezpośrednimi konsekwencjami wszystkich tych zdarzeń degradacji jest fragmentacja komórki.

Odkrycie apoptozy

Istnieje szereg bodźców, które wyzwalają mechanizmy apoptotyczne. Bodźce te mogą być fizjologiczne lub patologiczne. Co ciekawe, nie wszystkie komórki reagują w ten sam sposób na bodźce.

Napromienianie i leki stosowane w leczeniu raka (chemioterapia) powodują apoptozę ze ścieżki zwanej szlakiem zależnym od p53.

Niektóre hormony, takie jak kortykosteroidy - hormony z grupy steroidów i pochodnych - mogą prowadzić do szlaku apoptozy w niektórych komórkach. Jednak większość komórek nie ma na nie wpływu.

Przypadkowa śmierć komórek lub martwica

Definicja

Przypadkowa śmierć komórki lub martwica występuje, gdy komórki są narażone na niekorzystne środowisko, które powoduje poważne uszkodzenie struktur komórkowych.

Te czynniki, które powodują uraz, obejmują bardzo wysokie lub bardzo niskie temperatury, nieprawidłowe poziomy tlenu, ekspozycję na toksyny, ekspozycję na reaktywne metabolity tlenu, deprywację składników odżywczych, nieprawidłowe poziomy pH, między innymi..

Różne schorzenia obejmują martwicę, w tym choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera, choroba Huntingtona, choroba Parkinsona, stwardnienie zanikowe boczne i padaczka..

Chociaż proces martwiczy jest związany z różnymi stanami medycznymi, mechanizm po zdarzeniu nie został w pełni wyjaśniony. Historycznie, martwicę uważano po prostu za chaotyczne reakcje niszczące komórkę.

Jednak obecne dowody uzyskane od organizmów Caenorhabditis elegans i Drosophila zakwestionowali ten „dogmat”.

Różne typy komórek, które doświadczają martwicy, wykazują bardzo specyficzne morfologiczne cechy komórkowe w odpowiedzi na zmianę, co sugeruje, że istnieje centralny program nekrozy.

Kompletna i szczegółowa kompresja procesu martwiczego może doprowadzić do opracowania nowych metod kontroli chorób związanych z martwicą komórek.

Charakterystyka komórkowa martwicy

Podobnie jak w apoptozie, martwica ma charakterystyczne cechy morfologiczne. Ponadto są one całkowicie różne od tych, które obserwujemy w komórce, która umiera na drodze apoptozy.

Śmierci towarzyszy znaczące zapalenie w komórce, tworzenie wakuoli w cytoplazmie, rozdęcie siateczki endoplazmatycznej, tworzenie pęcherzy w cytoplazmie, kondensacja mitochondriów, dezagregacja i oderwanie rybosomów, pęknięcie błon, lizosomy w stanie zapalnym i złamane, między innymi.

Martwica jest procesem „pasywnym”, ponieważ nie wymaga syntezy dodatkowych białek, zapotrzebowanie na energię, które jest potrzebne, jest minimalne i nie ma żadnego mechanizmu homeostatycznego dodatkowej regulacji.

Mechanizmy

Uszkodzenia wywołane w komórce nekrotycznej mogą być mediowane przez dwa główne mechanizmy: zakłócenie dostaw energii i bezpośrednie uszkodzenie komórki z powodu wyżej wymienionych czynników.

Porównanie apoptozy i martwicy

Różnice

Kontrola procesuStosunkowo, apoptoza jest wysoce kontrolowanym aktywnym procesem, podczas gdy nekroza jest procesem toksycznym, w którym komórka jest pasywną ofiarą trybu śmierci niezależnego od energii. Jak już wspomnieliśmy, obecne dowody zakwestionowały brak regulacji martwicy.

Miejsce śmierci: Normalnie apoptoza występuje w pojedynczej komórce lub w małej grupie komórek, podczas gdy nekroza znajduje się w kontinuum komórek.

Stan błony plazmatycznej: w apoptozie błona komórkowa pozostaje nienaruszona, a cytoplazma zachowuje ciała apoptotyczne. W martwicy błona plazmatyczna rozpada się i cytoplazma jest uwalniana.

Procesy zapalne: w apoptozie nie obserwuje się żadnego rodzaju zapalenia, podczas gdy inflacja jest jedną z najbardziej uderzających cech martwicy. Utrata błony i integralność komórkowa wysyła sygnały chemotaktyczne, które rekrutują czynniki komórkowe związane z procesem zapalnym.

Czy potrafisz odróżnić apoptozę od martwicy?

Od czego zależy, czy komórka umrze na skutek apoptozy czy martwicy? W tę decyzję zaangażowanych jest wiele czynników, w tym charakter sygnału śmierci, rodzaj omawianej tkanki, stan rozwoju organizmu, między innymi.

Stosując konwencjonalne techniki histologiczne, nie jest łatwo odróżnić tkankę, która umiera przez apoptozę lub przez martwicę. Wyniki morfologiczne śmierci wywołanej przez szlak martwiczy i ścieżkę apoptozy różnią się w kilku aspektach i nakładają się na siebie w innych.

Dowody wskazują, że apoptoza i martwica reprezentują morfologiczną ekspresję wspólnej ścieżki biochemicznej zwanej ciągłą martwicą apoptozy. Na przykład dwa czynniki biorą udział w konwersji szlaku apoptozy w nekrozę: zmniejszenie dostępności kaspaz i ATP w komórce.

Śmierć cytotoksyczna

W organizmach wielokomórkowych istnieją specyficzne typy komórek należących do układu odpornościowego - lub wydzieliny, które produkują - które są toksyczne dla innych komórek.

Komórki te są odpowiedzialne za inicjowanie szlaków odpowiedzialnych za zniszczenie komórek docelowych (które mogą być komórkami zakażonymi przez patogen lub komórkę nowotworową). Jednak autorzy wolą nie włączać żadnej z dwóch wymienionych kategorii (martwica lub apoptoza), ponieważ nie występuje ona za pośrednictwem specyficznego mechanizmu.

Weźmy konkretny przypadek śmierci komórek, w którym pośredniczy typ komórek zwany limfocytami T CD8+ cytotoksyczny W tym przykładzie komórka łączy aspekty zarówno przypadkowej, jak i zaprogramowanej śmierci komórki.

Referencje

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... i Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
  2. Cooper, G.M., Hausman, R.E. i Hausman, R.E. (2000). Komórka: podejście molekularne. Waszyngton, DC: prasa ASM.
  3. Elmore, S. (2007). Apoptoza: przegląd zaprogramowanej śmierci komórki. Patologia toksykologiczna, 35(4), 495-516.
  4. Ross, M. H., i Pawlina, W. (2006). Histologia. Lippincott Williams & Wilkins.
  5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Śmierć przez martwicę. Niekontrolowana katastrofa, czy jest porządek za chaosem?. Raporty EMBO, 3(7), 604-9.