Typy buniek smrti a ich charakteristiky



bunková smrť je to proces deštrukcie bunkových zložiek, ktoré všetky živé organizmy prechádzajú v rôznych štádiách. Vo všetkých mnohobunkových organizmoch musí existovať optimálna rovnováha medzi smrťou bunky a ich proliferáciou.

K bunkovej smrti dochádza dvoma hlavnými mechanizmami: nekrózou alebo náhodnou bunkovou smrťou a apoptózou alebo programovanou bunkovou smrťou. Každému mechanizmu je priradená určitá morfológia buniek.

Apoptóza alebo programovaná bunková smrť zahŕňa vysoko regulovanú dráhu genetických zložiek. Keď organizmus zažíva patologické stavy (napríklad degeneratívne ochorenia), môže byť apoptotický program implementovaný nesprávne, čo vedie k neprimeranému zničeniu buniek..

Programovaná bunková smrť je dôležitou zložkou vývojových ciest a homeostázy (kontrola medzi smrťou a bunkovou proliferáciou) všeobecne.

Nekróza alebo náhodná bunková smrť je druhým typom bunkovej smrti. Predstavuje radikálne rozdiely, ak ho porovnáme s apoptózou. K tomuto javu dochádza, keď sú bunky vystavené nepriaznivému alebo extrémnemu prostrediu, čo vedie k poškodeniu bunkových štruktúr.

index

  • 1 programovaná bunková smrť alebo apoptóza
    • 1.1 Historická perspektíva
    • 1.2 Definícia
    • 1.3 Funkcie
    • 1.4 Bunkové charakteristiky apoptózy
    • 1.5 Genetické aspekty
    • 1.6 Zachytenie apoptózy
  • 2 Náhodná bunková smrť alebo nekróza
    • 2.1 Definícia
    • 2.2 Bunkové charakteristiky nekrózy
    • 2.3 Mechanizmy
  • 3 Porovnanie apoptózy a nekrózy
    • 3.1 Rozdiely
    • 3.2 Môžeme rozlišovať medzi apoptózou a nekrózou?
  • 4 Cytotoxická smrť
  • 5 Referencie

Programovaná bunková smrť alebo apoptóza

Historická perspektíva

V roku 1972 bol prvýkrát použitý termín apoptóza. To sa objavilo v klasickej vedeckej práci napísanej autorom Kerr, Wyllie a Currie. Pre Kerra et al., termín apoptóza opisuje charakteristickú morfologickú formu bunkovej smrti.

Hoci tieto vlastnosti už boli podrobne popísané viackrát, títo autori sú prví, ktorí pomenovali fenomén.

definícia

Mnohobunkový organizmus sa skladá z viacerých buniek, ktoré musia vytvoriť vzájomné spojenia. Komunita musí byť prísne organizovaná a to sa dosiahne zavedením kontroly medzi proliferáciou nových buniek a elimináciou už prítomných buniek..

Týmto spôsobom bunky, ktoré z viacerých dôvodov už nie sú potrebné, zažívajú druh molekulárnej "samovraždy" nazývanej apoptóza.

Programovaná bunková smrť je normálny fyziologický jav. Zahŕňa kontrolovanú elimináciu určitých buniek. Tento mechanizmus je rozhodujúci pre správne fungovanie dospelých tkanív. To tiež zohráva úlohu vo vývoji embrya.

funkcie

Udržať rovnováhu proliferácie

Hlavným cieľom programovanej smrti buniek je udržanie rovnováhy bunkovej proliferácie. Napríklad v našom tele je takmer 5 x 10 denne eliminovaných11 erytrocytov alebo krvných buniek prostredníctvom bunkovej smrti.

Chráňte bunky

Okrem toho umožňuje vytvoriť ochranný mechanizmus proti bunkám, ktoré by mohli potenciálne ovplyvniť organizmus. V prípade buniek, ktoré boli obeťami vírusovej infekcie, sú zvyčajne eliminované programovanou bunkovou smrťou. Vírus sa teda nemôže ďalej šíriť vo vnútri hostiteľa.

Programovaná bunková smrť nielen eliminuje bunky infikované externými patogénmi, ale je tiež schopná odhodiť vlastné bunky tela, ktoré poškodzujú genetický materiál. V tomto prípade sa odstránia bunky, ktoré nesú mutácie škodlivé pre organizmus.

V prípade, že vývoj týchto abnormálnych buniek môže pokračovať a mechanizmy bunkovej smrti nefungujú, môžu sa objaviť nádory a vývoj rôznych typov rakoviny..

Koordinovať vývoj embrya

Programovaná bunková smrť hrá rozhodujúcu úlohu vo vývoji embrya. Počas tvorby toho istého musí byť odstránených niekoľko buniek, ktoré sú zbytočné.

Zodpovedá napríklad za elimináciu tkanív lariev v organizmoch, ktoré podliehajú metamorfóze: larvám a obojživelníkom. Okrem toho, niektoré juvenilné formy sa vyznačujú prezentáciou membrán medzi prstami, ktoré sú charakteristické pre vodný život.

Keď sa organizmus stane dospelým, tieto membrány zmiznú, pretože bunky, ktoré ho tvoria, prechádzajú programovanou udalosťou bunkovej smrti. Všeobecne platí, že proces apoptózy formuje končatiny ľudí a myší: lopatkovité štruktúry končia dobre tvarovanými číslicami..

Počas vývoja cicavcov sa programovaná bunková smrť podieľa na tvorbe nervového systému. Keď sa organizmus vyvíja, produkuje sa nadmerný počet nervových buniek, ktoré sa následne eliminujú programovanou smrťou buniek.

Neuróny, ktoré dokážu prežiť (takmer 50%), vytvárajú správne spojenie s cieľovými bunkami. Keď je nadviazané spojenie, začína sa vylučovanie série rastových faktorov, ktoré umožňujú prežitie bunky, pretože inhibuje program bunkovej smrti..

Bunkové charakteristiky apoptózy

Počas programovanej bunkovej smrti bunka vykazuje konkrétny fenotyp. Prvým charakteristickým znakom je fragmentácia chromozomálnej DNA.

V tomto prípade dochádza k porušeniu nukleozómov, štruktúr tvorených DNA a proteínmi. S kondenzáciou chromatínu sa jadro rozpadne na malé kúsky.

Ako proces pokračuje, bunka sa významne zmenšuje. Nakoniec sa bunka rozdelí do viacerých segmentov obklopených bunkovou membránou. Každý z týchto kusov je známy ako apoptotické telá.

Následne sú bunky imunitného systému nazývané makrofágy zodpovedné za rozpoznávanie a fagocytáciu týchto umierajúcich štruktúr.

Teda "mŕtvola" bunky, ktorá trpí apoptózou, účinne zmizne z organizmu, ku ktorému patrila - na rozdiel od toho, čo sa stane, keď bunka zomrie na zranenie. V tomto poslednom scenári bunky napučia a nakoniec lýzu, zapália danú oblasť.

Počas apoptózy dochádza k mitochondriálnemu poškodeniu, charakterizovanému uvoľňovaním série molekúl, ktoré stimulujú mechanizmus smrti, ako sú napríklad cytochróm c, proteíny Smac / Diablo..

Genetické aspekty

Prísna regulácia programovanej bunkovej smrti prebieha vďaka riadenému fungovaniu rôznych génov.

Prvé štúdie týkajúce sa genetického mechanizmu apoptózy sa uskutočnili v nematóde Caenorhabditis elegans. V tomto organizme boli identifikované 3 gény súvisiace s realizáciou a reguláciou celého apoptotického procesu.

U cicavcov sa našli gény, ktoré sú veľmi podobné génom háďatka. Z tohto dôvodu boli v priebehu evolúcie veľmi konzervatívnymi subjektmi.

Ced-3 je príkladom rodiny tvorenej viac ako tuctom proteáz (enzýmov v hydrolyzovaných proteínoch), známych ako kaspázy.

Počas naprogramovanej smrti kaspázy hydrolyzujú viac ako 100 proteínov nachádzajúcich sa v danej bunke. Medzi bielymi proteínmi kaspáz nájdeme inhibítory DNAáz, ktoré spôsobujú rozpad DNA bunkového jadra..

Kaspázy sú tiež zodpovedné za rozbitie jadrového listu, čo vedie k fragmentácii jadra a cytoskeletu všeobecne. Bezprostredným dôsledkom všetkých týchto degradačných udalostí je fragmentácia bunky.

Nezistenie apoptózy

Existuje rad podnetov, ktoré spúšťajú apoptotické mechanizmy. Tieto stimuly môžu byť fyziologické alebo patologické. Zaujímavé je, že nie všetky bunky reagujú rovnakým spôsobom na stimuly.

Ožarovanie a lieky používané na liečbu rakoviny (chemoterapia) vedú k apoptóze z dráhy nazývanej cesta závislá od p53.

Niektoré hormóny, ako napríklad kortikosteroidy - hormóny zo skupiny steroidov a derivátov - môžu v niektorých bunkách viesť k apoptotickej ceste. Väčšina buniek však nie je ovplyvnená ich prítomnosťou.

Náhodná bunková smrť alebo nekróza

definícia

K náhodnej bunkovej smrti alebo nekróze dochádza, keď sú bunky vystavené nepriaznivému prostrediu, ktoré spôsobuje vážne poškodenie bunkových štruktúr.

Tieto faktory, ktoré spôsobujú traumu, zahŕňajú veľmi vysoké alebo veľmi nízke teploty, abnormálne hladiny kyslíka, expozíciu toxínom, vystavenie reaktívnym metabolitom kyslíka, depriváciu živín, abnormálne hladiny pH..

Rôzne zdravotné stavy zahŕňajú nekrózu, vrátane neurodegeneratívnych ochorení, ako je Alzheimerova choroba, Huntingtonova choroba, Parkinsonova choroba, amyotrofická laterálna skleróza a epilepsia..

Hoci nekrotický proces je zapojený do rôznych zdravotných stavov, mechanizmus po udalosti nebol úplne objasnený. Historicky bola nekróza považovaná za chaotické reakcie, ktoré ničia bunku.

Súčasné dôkazy získané z týchto organizmov Caenorhabditis elegans a Drosophila spochybnili túto "dogmu".

Rôzne typy buniek, u ktorých dochádza k nekróze, vykazujú veľmi špecifické morfologické bunkové charakteristiky v reakcii na léziu, čo naznačuje, že existuje centrálny program nekrózy..

Úplná a podrobná kompresia nekrotického procesu by mohla viesť k vývoju nových metodík na kontrolu chorôb zahŕňajúcich nekrotickú bunkovú smrť..

Bunkové charakteristiky nekrózy

Ako pri apoptóze, aj nekróza má charakteristické morfologické znaky. Okrem toho sú úplne odlišné od tých, ktoré pozorujeme v bunke, ktorá zomiera apoptotickou cestou.

Smrť je sprevádzaná významným zápalom v bunke, tvorbou vakuol v cytoplazme, distenziou endoplazmatického retikula, tvorbou pľuzgierikov v cytoplazme, kondenzáciou mitochondrií, disagregáciou a oddelením ribozómov, ruptúrou membrán, zapálenými lyzozómami a rozbité, okrem iného.

Nekróza je "pasívny" proces, pretože nevyžaduje syntézu ďalších proteínov, energetická potreba, ktorá je potrebná, je minimálna a nemá žiadny homeostatický mechanizmus dodatočnej regulácie.

mechanizmy

Lézie spôsobené v nekrotickej bunke môžu byť sprostredkované dvoma hlavnými mechanizmami: interferenciou dodávky energie a priamym poškodením bunky v dôsledku vyššie uvedených faktorov.

Porovnanie apoptózy a nekrózy

rozdiely

Riadenie procesuApoptóza je relatívne vysoko aktívny proces, zatiaľ čo nekróza je toxický proces, kde bunka je pasívnou obeťou režimu smrti nezávislého od energie. Ako sme uviedli, súčasné dôkazy spochybňujú nereguláciu nekrózy.

Miesto smrtiNormálne sa apoptóza vyskytuje v jednej bunke alebo v malom bunkovom klastri, zatiaľ čo nekróza sa nachádza v kontinuu buniek..

Stav plazmatickej membrány: pri apoptóze bunková membrána zostáva neporušená a cytoplazma si zachováva apoptotické telieska. Pri nekróze sa plazmatická membrána rozkladá a cytoplazma sa uvoľňuje.

Zápalové procesy: pri apoptóze sa nepozoruje žiadny typ zápalu, zatiaľ čo inflácia je jedným z najvýraznejších znakov nekrózy. Strata membránovej a bunkovej integrity vysiela chemotaktické signály, ktoré získavajú bunkové činidlá súvisiace so zápalovým procesom.

Môžete rozlišovať medzi apoptózou a nekrózou?

Čo závisí od toho, či bunka zomrie apoptózou alebo nekrózou? Do tohto rozhodnutia sa zapájajú rôzne faktory vrátane povahy signálu smrti, typu príslušného tkaniva, stavu vývoja organizmu, okrem iného..

Použitím konvenčných histologických techník nie je ľahké rozlíšiť medzi tkanivom, ktoré zomrie apoptózou alebo nekrózou. Morfologické výsledky smrti vyvolanej nekrotickou cestou a apoptotickou cestou sa líšia v niekoľkých aspektoch a prekrývajú sa v iných oblastiach..

Dôkazy naznačujú, že apoptóza a nekróza predstavujú morfologickú expresiu spoločnej biochemickej dráhy nazývanej kontinuálna apoptóza-nekróza. Napríklad dva faktory sa podieľajú na premene apoptózovej dráhy na nekrózu: zníženie dostupnosti kaspáz a ATP v bunke.

Cytotoxická smrť

V mnohobunkových organizmoch existujú špecifické typy buniek patriacich do imunitného systému - alebo sekréty, ktoré produkujú - ktoré sú toxické pre iné bunky..

Tieto bunky sú zodpovedné za iniciáciu dráh zodpovedných za deštrukciu cieľových buniek (ktorými môže byť bunka infikovaná patogénom alebo rakovinovou bunkou). Autori však radšej nezahŕňajú žiadnu z uvedených dvoch kategórií (nekróza alebo apoptóza), pretože sa nevyskytujú prostredníctvom špecifického mechanizmu..

Vezmite špecifický prípad bunkovej smrti, ktorý je sprostredkovaný bunkovým typom nazývaným CD8 T lymfocyty+ Cytotoxické. V tomto príklade bunka kombinuje aspekty náhodnej a naprogramovanej bunkovej smrti.

referencie

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Základná bunková biológia. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., Hausman, R.E., & Hausman, R.E. (2000). Bunka: molekulárny prístup. Washington, DC: ASM press.
  3. Elmore, S. (2007). Apoptóza: prehľad programovanej bunkovej smrti. Toxikologická patológia, 35(4), 495-516.
  4. Ross, M. H., & Pawlina, W. (2006). histológia. Lippincott Williams & Wilkins.
  5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Smrť nekrózou. Nekontrolovateľná katastrofa, alebo je tu poriadok za chaosom?. EMBO správy, 3(7), 604-9.