Апоптоз и некроз. Особенности отличия
Особенности и отличиеТермин “апоптоз” обозначает генетически контролируемую гибель клеток. Будучи универсальным процессом элиминации клеток, апоптоз совместно с митозом обеспечивает регуляцию численности клеточных популяций.
Морфология апоптоза может обладать видовой и тканевой специфичностью. Тем не менее, гибель клеток путем апоптоза в различных клеточных популяциях имеет сходные морфологические проявления, которые разворачиваются по единому сценарию.
В начале процесса клетка утрачивает микроворсинки и контакты с соседними клетками, округляется и отделяется от клеточного пласта. Одновременно в ядре наблюдается перераспределение хроматина: он смещается к периферии, тогда как центральные области ядра становятся однородными. Затем в ядре появляются выпячивания нуклеолеммы (протуберанцы), которые заполняются гетерохроматином. В результате гетерохроматин формирует по периметру ядра скопления с четко очерченными границами. Эухроматиновые области ядра при этом просветляются.
Маргинация хроматина и образование кольца из его глыбок по периферии ядра давно была известна цитологам под названием “кариорексис”. Ядра клеток при апоптозе могут также сжиматься, что обозначается термином “пикноз”.
Параллельно изменениям ядра при апоптозе наблюдается конденсация цитоплазмы. При этом длительное время сохраняется целостность большинства цитоплазматических органелл, в том числе лизосом и митохондрий.
На более поздних этапах плазмолемма начинает формировать глубокие инвагинации, которые приводят к распаду клетки на гроздь апоптозных телец. В некоторых из них могут содержаться остатки клеточного ядра, состоящие из фрагментов нуклеолеммы и скоплений хроматина. В дальнейшем апоптозные тельца фагоцитируются макрофагами и другими клетками. Иногда апоптозные тельца не фагоцитируются, а слущиваются в полости, кровеносное русло или почечные канальцы. Длительность апоптоза обычно варьирует в пределах от 1 до 12 часов.
В некоторых тканях отдельные морфологические проявления апоптоза могут быть выражены слабо или отсутствовать. Например, у лимфоцитов маргинация хроматина приводит к формированию одного скопления в форме полумесяца. Деградация ДНК в сердечных мышечных клетках происходит без маргинации и конденсации хроматина. Распад клетки на апоптозные тельца также наблюдается не всегда. Несмотря на это, по комплексу морфофизиологических свойств апоптоз значительно отличается от случайной гибели клеток – некроза, для которого характерна гипертрофия ядра и цитоплазмы вследствие переваривания клетки лизосомальными ферментами.
Апоптоз инициируется специфическими молекулярными сигналами. Связывание их рецепторными белками плазмолеммы вызывает биохимические изменения в мембранах клетки, а также активацию ферментов, расщепляющих белки хроматина и ДНК
Наиболее изученным примером лиганд-рецепторного комплекса, который обеспечивает запуск апоптоза у многих клеток, является пара молекул лигандFas – рецептор Fas (CD95). ЛигандFasэкспрессируется, главным образом, на активированных Т-лимфоцитах. Он имеет молекулярную массу 46 кДа и находится в мембране в виде димера или тримера. В отличие от лиганда, рецептор Fasэкспрессируется не только на T-лимфоцитах, но и на многих других типах клеток. Его молекулярная масса составляет 36 кДа. На цитоплазматической стороне рецептора имеется участок из 70 аминокислот, который критичен для передачи сигнала внутрь клетки - “домен смерти”.
Другими примерами таких комплексов могут служить фактор некроза опухолей ФНО и его рецептор, фактор роста нервов ФРН и его рецептор, рецептор CD45 и его лиганд. Все они содержат “домен смерти” и участвуют в запуске апоптоза у различных типов клеток.
Главным процессом, происходящим в клетке при апоптозе, является деградация хроматина в клеточном ядре. Она осуществляется путем сочетанного воздействия на хроматин специфических для апоптоза ферментов. Белки хроматина при этом расщепляются цистеиновыми протеазами – каспазами, тогда как ДНК разрезается на фрагменты под действием специфических эндогенных ДНК-аз.
При запуске апоптоза через рецепторные комплексы Fas и ФНО важная роль принадлежит каспазе-1, которая является продуктом гена ice. Первоначально она была идентифицирована как цистеиновая протеаза, расщепляющая предшественник интерлейкина-1-бета. Каспаза-1 синтезируется в виде неактивного предшественника (молекулярная масса 45 кДа), который затем превращается в субъединицы р10 и р20. Активный фермент представляет собой тетрамер, содержащий по две копии каждой субъединицы и атакующий пептидную связь после аспарагиновой кислоты.
К настоящему времени обнаружено более 10 каспаз. Субстратами для них являются сами каспазы, ламины, топоизомеразы, гистон H1 и другие компоненты хроматина. В частности, активируемая каспазой-1 каспаза-3 подавляет функцию фермента, который участвует в репарации однонитевых разрывов ДНК. Одновременно, каспаза-3 активирует ДНК-азу CAD/DFF40, которая разрезает ДНК между нуклеосомами. Субстратом для каспазы-6 является ламинA, который входит в состав ядерного матрикса
Разрушение ядерной ДНК рассматривается как ключевое событие апоптоза, после которого процесс клеточной гибели становится необратимым. При этом сначала происходит образование крупных фрагментов ДНК размером 50-300 тысяч п.н., что соответствует петлевым доменам хроматина. Позднее величина образующихся фрагментов сокращается до 200 п.н., что равняется длине ДНК в составе нуклеосомы. Фрагментация ДНК при апоптозе представляет собой активный процесс, требующий затрат энергии и синтеза РНК и белка.
В разрушении ядерной ДНК участвуют CAD, ДНК-азы I и II, а также апоптоз-активирующий фактор АИФ. Наибольшее значение из них имеет активируемая каспазой–3 эндонуклеазаCAD, активность которой зависит от кальция и магния, но подавляется ионами цинка
Таким образом, апоптоз представляет собой генетически запрограммированную реакцию клетки на специфический молекулярный сигнал, результатом которой является уничтожение ее генома. Апоптоз обеспечивает удаление клеток из нормально развивающихся и функционирующих тканей, не вызывая при этом повреждения соседних клеток и не запуская воспалительный процесс.