Читать книгу Fizjologia człowieka w zarysie - Группа авторов - Страница 20

Zachowanie równowagi pomiędzy podziałami komórek, a ich niszczeniem i eliminacją, stanowi istotny element warunkujący prawidłowy wzrost organizmu, przebudowę tkanek i narządów oraz ich regenerację. Zachowanie tzw. homeostazy komórkowej jest również istotą procesu selekcji limfocytów biorących późnej udział w reakcjach immunologicznych. Równowaga pomiędzy procesem powstawania nowych i niszczeniem starych komórek stanowi również naturalny mechanizm zabezpieczający przed rozwojem nowotworów. W organizmie istnieją dwie podstawowe metody eliminacji komórek: apoptoza i nekroza.

Tabela 1.2. Porównanie mitozy i mejozy

Apoptoza to zaprogramowana genetycznie śmierć komórki zachodząca w wyniku aktywacji zróżnicowanych mechanizmów wewnątrzkomórkowych. Kluczowym jej procesem jest aktywacja enzymów z grupy proteaz, nazywanych kaspazami. Układ pobudzanych kolejno enzymów, nazywany kaskadą kaspaz, składa się z kilkunastu białek. W wyniku ich działania następuje rozpad otoczki jądrowej oraz degradacja DNA i białek komórki. Sygnały kierujące komórkę na szlak apoptozy mogą pochodzić zarówno z wnętrza komórki, jak i dochodzić do niej z otoczenia. W zależności od tego, jakie receptory pełnią rolę inicjatorów w procesie zaprogramowanej śmierci komórki, wyróżniamy szlak błonowy (wynikający z pobudzenia receptorów błonowych, szlak zewnętrzny) oraz szlak mitochondrialny apoptozy (związany z sygnałem pochodzącym z białek mitochondrium, szlak wewnętrzny). Szlak błonowy rozpoczyna się w momencie pobudzenia określonych receptorów rozlokowanych w błonie komórkowej, nazywanych receptorami śmierci. Receptory te zawierają wewnątrzkomórkową domenę śmierci (DD – death domain) odpowiadającą za aktywację kaskady kaspaz. Najważniejsze z nich to: rodzina receptorów dla czynnika martwicy nowotworów α (TNF-α – tumor necrosis factor α), receptory Fas (CD95) oraz receptory dla związanego z TNF czynnika indukującego apoptozę (TRAIL – TNF-related apoptosis inducing ligand). Szlak mitochondrialny apoptozy jest inicjowany przez bezpośrednie oddziaływanie różnych związków z błoną zewnętrzną mitochondriów (np. reaktywnych form tlenu) albo uszkodzeniem chromatyny jądrowej. Zjawiska te prowadzą do wbudowania do zewnętrznej błony mitochondrium białek z rodziny Bcl-2 i w efekcie wypływ cytochromu c i czynnika indukującego apoptozę (AIF – apoptosis-inducing factor) z przestrzeni perimitochondrialnej do cytozolu. Cytochrom c oraz białko AIF, wchodząc następnie w swoiste inter-akcje, nabywają zdolności do aktywacji kaskady kaspaz.

Proces apoptozy jest nieustannie kontrolowany przez nagromadzone w cytoplazmie białka o charakterze pro- i antyapoptotycznym. Na poziomie molekularnym apoptoza jest regulowana przez ekspresję określonych genów. Produkty protoonkogenów najczęściej hamują apoptozę, a białka kodowane przez geny supresorowe zwykle ją indukują. Do najlepiej poznanych białek promujących apoptozę należy białko p53, będące produktem genu supresorowego TP53.

Drugim powszechnie występującym typem śmierci komórek jest nekroza, zwana również martwicą, wywoływana przez czynniki działające na komórkę z zewnątrz z takim natężeniem, że powodują jej bezpośrednie uszkodzenie. Są to zwykle czynniki fizyczne (zarówno niska, jak i wysoka temperatura, promieniowanie jonizujące i ultrafioletowe) oraz mechaniczne. W wyniku ich działania dochodzi do zaburzenia równowagi osmotycznej w komórce, zahamowania metabolizmu, spadku poziomu ATP, zaburzenia równowagi jonowej (przede wszystkim dotyczące jonów Ca²⁺) oraz napływu wody do wnętrza komórki skutkującego obrzękiem organelli i całej komórki. Enzymy uwalniane z pękających lizosomów rozpoczynają trawienie struktur komórkowych, a zwiększone stężenie jonów wapniowych aktywuje nukleazy uszkadzające materiał genetyczny. W efekcie dochodzi do rozpadu komórki i uwolnienia jej zawartości do przestrzeni pozakomórkowej. Proces ten prowadzi do rozwoju miejscowego stanu zapalnego przyciągającego komórki fagocytarne.

Podsumowanie najważniejszych cech wyróżniających dwa podstawowe mechanizmy śmierci komórek opisane w tym rozdziale zawiera tabela 1.3.

Tabela 1.3. Porównanie dwóch głównych mechanizmów śmierci komórek (apoptozy i nekrozy)