BUNĚČNÁ SMRT: TYPY A JEJICH VLASTNOSTI - BIOLOGIE - 2025

Buněčná smrt je proces destrukci buněčných složek ve kterých všechny živé organismy v různých fázích. U všech mnohobuněčných organismů musí existovat optimální rovnováha mezi buněčnou smrtí a buněčnou proliferací.

K buněčné smrti dochází dvěma hlavními mechanismy: nekrózou nebo náhodnou buněčnou smrtí a apoptózou nebo programovanou buněčnou smrtí. Každý mechanismus má určitou morfologii buněk.

Rozdíly mezi apoptózou a nekrózou.

Zdroj: Národní institut pro zneužívání alkoholu a alkoholismus (NIAAA)

Apoptóza nebo programovaná buněčná smrt zahrnuje cestu vysoce regulovanou genetickými složkami. Často, když organismus zažije patologické okolnosti (například degenerativní onemocnění), může být apoptický program implementován nesprávně, což má za následek nepřiměřenou destrukci buněk.

Programovaná buněčná smrt je obecně důležitou součástí vývojových cest a homeostázy (kontrola mezi buněčnou smrtí a proliferací).

Druhý typ buněčné smrti je náhodná smrt nebo nekróza buněk. Pokud ji porovnáme s apoptózou, představuje radikální rozdíly. K tomuto jevu dochází, když jsou buňky vystaveny nepříznivému nebo extrémnímu prostředí, což má za následek poškození buněčných struktur.

Programovaná buněčná smrt nebo apoptóza

Historická perspektiva

V roce 1972 byl poprvé použit termín apoptóza. Objevil se v klasickém vědeckém článku, který napsali autoři Kerr, Wyllie a Currie. Pro Kerr et al., Termín apoptóza popisuje výraznou morfologickou formu buněčné smrti.

Ačkoli tyto rysy již byly podrobně popsány vícekrát, tito autoři jako první dali tomuto jevu jméno.

Definice

Vícebuněčný organismus je tvořen více buňkami, které si musí navzájem navazovat spojení. Komunita musí být přísně organizována, čehož je dosaženo zavedením kontroly mezi proliferací nových buněk a eliminací již přítomných buněk.

Tímto způsobem buňky, které již z více důvodů již nejsou potřeba, podstoupí určitý druh molekulární "sebevraždy" zvané apoptóza.

Programovaná buněčná smrt je normální fyziologický jev. Zahrnuje řízené vylučování některých buněk. Tento mechanismus je zásadní pro správnou funkci dospělých tkání. Hraje také roli ve vývoji embrya.

Funkce

Udržujte rovnováhu proliferace

Hlavním cílem programované buněčné smrti je udržovat rovnováhu buněčné proliferace. Například v našem těle je téměř 5 x 10 ¹¹ erytrocytů nebo krvinek vylučováno denně smrtí buněk.

Chraňte buňky

Kromě toho umožňuje vytvoření ochranného mechanismu proti buňkám, které by potenciálně mohly ovlivnit tělo. V případě buněk, které se staly oběťmi virové infekce, jsou obvykle usmrceny programovanou buněčnou smrtí. Virus se tedy nebude moci dále šířit uvnitř hostitele.

Programovaná buněčná smrt nejenže eliminuje buňky infikované vnějšími patogeny, ale je také schopna vyloučit buňky organismu, které představují poškození genetického materiálu. V tomto případě jsou buňky, které nesou mutace, které jsou škodlivé pro organismus, vyloučeny.

V případě, že vývoj těchto abnormálních buněk může pokračovat a mechanismy buněčné smrti nefungují, mohou se objevit nádory a vývoj různých typů rakoviny.

Koordinujte vývoj embrya

Programovaná buněčná smrt hraje klíčovou roli ve vývoji embrya. Během jejich formování musí být eliminováno několik zbytečných buněk.

Například je zodpovědný za odstraňování tkání v larvách u organismů, které podstupují metamorfózu: larvy a obojživelníky. Kromě toho jsou některé juvenilní formy charakterizovány membránami mezi prsty, které jsou charakteristické pro vodní život.

Když se organismus stane dospělým, tyto membrány zmizí, protože buňky, které jej tvoří, podléhají programované buněčné smrti. Obecně proces apoptózy formuje končetiny lidí a myší: lopatkovité struktury končící dobře tvarovanými číslicemi.

Během vývoje savců se programovaná buněčná smrt podílí na tvorbě nervového systému. Když se tělo vyvíjí, vzniká nadměrný počet nervových buněk, které jsou později eliminovány programovanou buněčnou smrtí.

Neurony, které přežívají (asi 50%), navazují správné spojení s cílovými buňkami. Když je navázané spojení správné, začíná sekrece řady růstových faktorů, která umožňuje přežití buňky, protože inhibuje program buněčné smrti.

Buněčné vlastnosti apoptózy

Během programované buněčné smrti vykazuje buňka konkrétní fenotyp. Prvním rozlišitelným znakem je fragmentace chromozomální DNA.

V tomto případě dochází k rozpadu nukleosomů, struktur vytvořených DNA a proteiny. Při kondenzaci chromatinu se jádro rozpadne na malé kousky.

Jak proces pokračuje, buňka se významně zmenšuje. Nakonec se buňka rozpadne na několik segmentů obklopených buněčnou membránou. Každý z těchto kusů je známý jako apoptická těla.

Později jsou buňky imunitního systému zvané makrofágy zodpovědné za rozpoznávání a fagocytování těchto umírajících struktur.

Tudíž „mrtvola“ buňky, která podstupuje apoptózu, účinně zmizí z organismu, ke kterému patřila - na rozdíl od toho, co se stane, když buňka zemře na zranění. Ve druhém scénáři buňky nabobtnají a nakonec lyzují a zapálí dotyčnou oblast.

Během apoptózy dochází k poškození v mitochondriích, které se vyznačují uvolňováním řady molekul, které stimulují mechanismus smrti, jako je cytochrom c, proteiny Smac / Diablo.

Genetické aspekty

Přísná regulace programované buněčné smrti nastává díky řízenému fungování různých genů.

První studie týkající se genetického mechanismu apoptózy byly provedeny v háďátku Caenorhabditis elegans. V tomto organismu byly identifikovány 3 geny související s provedením a regulací celého apoptotického procesu.

U savců byly nalezeny geny velmi podobné genům nematod. Proto byly během evoluce vysoce konzervovanými entitami.

Ced-3 je příklad rodiny tvořené více než tuctem proteáz (enzymů, které hydrolyzují proteiny), známých pod názvem kaspázy.

Během programované smrti kaspázy hydrolyzují více než 100 proteinů nalezených v dotyčné buňce. Mezi cílové proteiny kaspáz najdeme inhibitory DNAázy, které způsobují rozklad DNA v buněčném jádru.

Kaspázy jsou také zodpovědné za porušení jaderné laminy, což vede k fragmentaci jádra a cytoskeletu obecně. Okamžitými důsledky všech těchto degradačních událostí je fragmentace buněk.

Spuštění apoptózy

Existuje řada podnětů, které spouštějí apoptotické mechanismy. Tyto podněty mohou být fyziologické nebo patologické. Je zajímavé, že ne všechny buňky reagují na podněty stejným způsobem.

Ozařování a léčiva používaná k léčbě rakoviny (chemoterapie) vedou k apoptóze z cesty nazývané dráha závislá na p53.

Některé hormony, jako jsou kortikosteroidy - hormony ze skupiny steroidů a jejich derivátů - mohou v některých buňkách vést k apoptické dráze. Jeho přítomnost však není ovlivněna většina buněk.

Náhodná buněčná smrt nebo nekróza

Definice

K náhodné buněčné smrti nebo nekróze dochází, když jsou buňky vystaveny nepříznivému prostředí, které způsobuje vážné poškození buněčných struktur.

Mezi tyto faktory, které způsobují trauma, patří mimo jiné velmi vysoké nebo velmi nízké teploty, abnormální hladiny kyslíku, expozice toxinům, expozice reaktivním metabolitům kyslíku, deprivace živin, abnormální hodnoty pH.

Různé zdravotní stavy zahrnují nekrózu, včetně neurodegenerativních chorob, jako je Alzheimerova choroba, Huntingtonova choroba, Parkinsonova choroba, amyotrofická laterální skleróza a epilepsie.

Přestože je nekrotický proces zapojen do různých zdravotních stavů, mechanismus události nebyl zcela objasněn. Historicky byla nekróza vnímána jednoduše jako chaotické reakce, které ničí buňku.

Současné důkazy od Caenorhabditis elegans a organismů Drosophila však zpochybnily toto „dogma“.

Různé typy buněk, které podléhají nekróze, vykazují velmi specifické morfologické charakteristiky buněk v reakci na poškození, což naznačuje, že existuje centrální prováděcí program pro nekrózu.

Úplné a podrobné porozumění nekrotickému procesu by mohlo vést k vývoji nových metodik pro kontrolu nemocí, které zahrnují smrt nekrotických buněk.

Buněčné vlastnosti nekrózy

Stejně jako u apoptózy má nekróza charakteristické morfologické znaky. Kromě toho jsou zcela odlišné od toho, co pozorujeme v buňce, která zemře apoptickou cestou.

Smrt je doprovázena významným zánětem v buňce, tvorbou vakuol v cytoplazmě, distenzí endoplazmatického retikula, puchýřením cytoplazmy, kondenzací mitochondrií, disagregací a vylučováním ribozomů, prasknutím membrán, zanícenými lysosomy a rozbité, mezi ostatními.

Nekróza je „pasivní“ proces, protože nevyžaduje další syntézu bílkovin, energetická náročnost, aby k ní došlo, je minimální a nemá žádný další homeostatický regulační mechanismus.

Mechanismy

Poranění způsobená v nekrotické buňce mohou být zprostředkována dvěma hlavními mechanismy: interferencí s dodávkou energie a přímým poškozením buňky výše uvedenými faktory.

Porovnání apoptózy a nekrózy

Rozdíly

Řízení procesu: Apoptóza je relativně vysoce kontrolovaný aktivní proces, zatímco nekróza je toxický proces, kdy je buňka pasivní obětí energeticky nezávislého způsobu smrti. Jak jsme již zmínili, současné důkazy zpochybňují neregulaci nekrózy.

Místo úmrtí: Normálně se apoptóza vyskytuje v jedné buňce nebo v malém buněčném shluku, zatímco nekróza se vyskytuje v kontinuu buněk.

Stav plazmatické membrány: Při apoptóze zůstává buněčná membrána neporušená a cytoplazma si zachovává apoptická těla. Při nekróze dochází k prasknutí plazmatické membrány a uvolnění cytoplazmy.

Zánětlivé procesy: u apoptózy není pozorován žádný typ zánětu, zatímco inflace je jednou z nejvýraznějších charakteristik nekrózy. Ztráta membrány a buněčná integrita vysílá chemotaktické signály, které přijímají buněčné látky související se zánětlivým procesem.

Dokážete rozlišit mezi apoptózou a nekrózou?

Co to záleží na tom, zda buňka zemře na apoptózu nebo nekrózu? Do tohoto rozhodnutí je zapojena řada faktorů, mimo jiné včetně povahy signálu smrti, typu dotyčné tkáně, stavu vývoje organismu.

Při použití konvenčních histologických technik není snadné rozlišit mezi umíráním tkání na apoptózu nebo nekrózou. Morfologické výsledky smrti vyvolané nekrotickými a apoptickými cestami se v několika ohledech liší a v jiných se překrývají.

Důkazy ukazují, že apoptóza a nekróza představují morfologickou expresi sdílené biochemické dráhy zvané kontinuum apoptózy-nekrózy. Například do přeměny apoptosové dráhy na nekrózu jsou zapojeny dva faktory: snížená dostupnost kaspáz a ATP v buňce.

Cytotoxická smrt

V mnohobuněčných organismech existují specifické typy buněk patřících do imunitního systému - nebo sekrece, které produkují -, které jsou toxické pro jiné buňky.

Tyto buňky jsou zodpovědné za iniciaci cest zodpovědných za destrukci cílových buněk (což může být buňka infikovaná patogenem nebo rakovinovou buňkou). Autoři však raději nezahrnují ani jednu ze dvou zmíněných kategorií (nekróza nebo apoptóza), protože k tomu nedochází prostřednictvím specifického mechanismu.

Vezměte konkrétní případ buněčné smrti, která je zprostředkována buněčným typem zvaným cytotoxické CD8 ⁺ T lymfocyty. V tomto příkladu buňka kombinuje aspekty jak náhodné, tak programované buněčné smrti.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
2. Cooper, GM, Hausman, RE a Hausman, RE (2000). Buňka: molekulární přístup. Washington, DC: ASM press.
3. Elmore, S. (2007). Apoptóza: přehled programované buněčné smrti. Toxikologická patologie, 35 (4), 495-516.
4. Ross, MH, a Pawlina, W. (2006). Histologie. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Smrt nekrózou. Nekontrolovatelná katastrofa, nebo je za chaosem pořádek? Zprávy EMBO, 3 (7), 604-9.