ŠŪNU NĀVE: VEIDI UN TO RAKSTUROJUMS - BIOLOĢIJA - 2025

Šūnu nāve ir process iznīcināšanu šūnu komponentus saskaras visi dzīvie organismi dažādos posmos. Visiem daudzšūnu organismiem jābūt optimālam līdzsvaram starp šūnu nāvi un šūnu proliferāciju.

Šūnu nāve notiek ar diviem galvenajiem mehānismiem: ar nekrozi vai nejaušu šūnu nāvi un ar apoptozi vai ieprogrammētu šūnu nāvi. Katram mehānismam tiek piešķirta noteikta šūnu morfoloģija.

Apoptozes un nekrozes atšķirības.
Avots: Nacionālais alkohola lietošanas un alkoholisma institūts (NIAAA)

Apoptoze vai ieprogrammēta šūnu nāve satur ceļu, ko ļoti regulē ģenētiski komponenti. Bieži vien, kad organisms piedzīvo patoloģiskus apstākļus (piemēram, deģeneratīvas slimības), apoptotisko programmu var īstenot nepareizi, kā rezultātā šūnas tiek nepamatoti iznīcinātas.

Programmētā šūnu nāve ir svarīga attīstības ceļu un homeostāzes (kontrole starp šūnu nāvi un proliferāciju) sastāvdaļa kopumā.

Nejauša šūnu nāve vai nekroze ir otrais šūnu nāves veids. Tas rada radikālas atšķirības, ja salīdzinām to ar apoptozi. Šī parādība rodas, kad šūnas tiek pakļautas nelabvēlīgai vai ekstremālai videi, kā rezultātā tiek bojātas šūnu struktūras.

Ieprogrammēta šūnu nāve vai apoptoze

Vēsturiskā perspektīva

1972. gadā pirmo reizi tika lietots termins apoptoze. Tas parādījās klasiskā zinātniskā rakstā, ko rakstījuši autori Kerr, Wyllie un Currie. Kerr et al. Termins apoptoze apraksta atšķirīgu šūnu nāves morfoloģisko formu.

Lai arī šīs pazīmes jau tika sīki aprakstītas vairākas reizes, šie autori ir pirmie, kas parādībai piešķīruši nosaukumu.

Definīcija

Daudzšūnu organismu veido vairākas šūnas, kurām jāveido savienojumi savā starpā. Sabiedrība ir stingri jāorganizē, un to var panākt, izveidojot kontroli starp jaunu šūnu izplatīšanos un jau esošo šūnu iznīcināšanu.

Tādā veidā šūnas, kas vairāku iemeslu dēļ vairs nav vajadzīgas, iziet sava veida molekulāru "pašnāvību", ko sauc par apoptozi.

Ieprogrammēta šūnu nāve ir normāla fizioloģiska parādība. Tas ietver noteiktu šūnu kontrolētu izvadīšanu. Šis mehānisms ir būtisks, lai pieaugušo audi darbotos pareizi. Tam ir arī loma embrija attīstībā.

Iespējas

Saglabājiet izplatīšanas līdzsvaru

Programmētās šūnu nāves galvenais mērķis ir saglabāt šūnu proliferācijas līdzsvaru. Piemēram, mūsu ķermenī katru dienu šūnu nāves dēļ tiek izvadīti gandrīz 5 x 10 ¹¹ eritrocīti vai asins šūnas.

Aizsargājiet šūnas

Turklāt tas ļauj izveidot aizsardzības mehānismu pret šūnām, kas potenciāli varētu ietekmēt ķermeni. Šūnās, kuras ir kļuvušas par vīrusu infekcijas upuriem, tās parasti tiek nogalinātas ar ieprogrammētu šūnu nāvi. Tādējādi vīruss nespēs turpināt izplatīties saimnieka iekšienē.

Programmētā šūnu nāve ne tikai novērš ārējo patogēnu inficētās šūnas, bet arī spēj izslēgt organisma šūnas, kas rada ģenētiskā materiāla bojājumus. Šajā gadījumā tiek izvadītas šūnas, kas nes organismam kaitīgas mutācijas.

Gadījumā, ja var turpināties šo patoloģisko šūnu attīstība un nedarbojas šūnu nāves mehānismi, var parādīties audzēji un dažāda veida vēzis.

Koordinēt embrija attīstību

Ieprogrammētajai šūnu nāvei ir izšķiroša loma embrija attīstībā. Veidojot to pašu, jālikvidē vairākas nevajadzīgas šūnas.

Piemēram, tā ir atbildīga par audu likvidēšanu kāpuros organismos, kuros notiek metamorfoze: kāpuri un abinieki. Turklāt dažām mazuļu formām ir raksturīga membrāna starp pirkstiem, kas raksturīga ūdens dzīvībai.

Kad organisms kļūst pilngadīgs, šīs membrānas pazūd, jo šūnas, kas to veido, iziet ieprogrammētu šūnu nāves gadījumu. Kopumā apoptozes process veido cilvēku un peļu ekstremitātes: lāpstas formas struktūras, kas beidzas ar labi veidotiem cipariem.

Zīdītāju attīstības laikā ieprogrammētā šūnu nāve piedalās nervu sistēmas veidošanā. Kad ķermenis attīstās, tiek ražots pārmērīgs skaits nervu šūnu, kuras vēlāk tiek izvadītas ar ieprogrammētu šūnu nāvi.

Neironi, kas izdzīvo (apmēram 50%), izveido pareizu savienojumu ar mērķa šūnām. Kad izveidotais savienojums ir norādīts, sākas augšanas faktoru virknes sekrēcija, kas ļauj šūnai izdzīvot, jo tas kavē šūnas nāves programmu.

Apoptozes šūnu īpašības

Programmētās šūnu nāves laikā šūnai ir noteikts fenotips. Pirmā atšķirīgā pazīme ir hromosomu DNS fragmentācija.

Šajā gadījumā notiek nukleosomu, struktūru, ko veido DNS un olbaltumvielas, sadalīšana. Ar hromatīna kondensāciju kodols sadalās mazos gabaliņos.

Procesa gaitā šūnas izmērs ievērojami samazinās. Galu galā šūna sadalās vairākos segmentos, ko ieskauj šūnu membrāna. Katru no šiem gabaliem sauc par apoptotiskiem ķermeņiem.

Vēlāk imūnsistēmas šūnas, ko sauc par makrofāgiem, ir atbildīgas par šo mirstošo struktūru atpazīšanu un fagocitēšanu.

Tādējādi šūnas "līķis", kurā notiek apoptoze, efektīvi izzūd no organisma, pie kura tas piederēja - pretēji tam, kas notiek, kad šūna mirst no ievainojuma. Pēdējā scenārijā šūnas uzbriest un beidzot lizējas, iekaisot attiecīgajai zonai.

Apoptozes laikā bojājumi rodas mitohondrijos, kam raksturīga virkne molekulu, kas stimulē nāves mehānismu, piemēram, citohroms c, Smac / Diablo proteīni, cita starpā.

Ģenētiskie aspekti

Stingra ieprogrammēto šūnu nāves regulēšana notiek, pateicoties dažādu gēnu organizētai darbībai.

Pirmie pētījumi, kas saistīti ar apoptozes ģenētisko mehānismu, tika veikti ar nematodi Caenorhabditis elegans. Šajā organismā tika identificēti 3 gēni, kas saistīti ar visa apoptotiskā procesa izpildi un regulēšanu.

Zīdītājiem tika atrasti gēni, kas ir ļoti līdzīgi nematodes vīriešiem. Tāpēc tās visas evolūcijas laikā ir bijušas ļoti konservatīvas vienības.

Ced-3 ir piemērs ģimenei, kas sastāv no vairāk nekā divpadsmit proteāzēm (fermentiem, kas hidrolizē olbaltumvielas), kas pazīstamas ar nosaukumu kasparāzes.

Ieprogrammētas nāves gadījumā kaspazes hidrolizē vairāk nekā 100 olbaltumvielas, kas atrodamas attiecīgajā šūnā. Starp kasparāžu mērķa proteīniem mēs atrodam DNSāzes inhibitorus, kas izraisa DNS sadalīšanos šūnas kodolā.

Kasparāžas ir arī atbildīgas par kodola slāņa plīsumu, izraisot kodola un citoskeleta sadrumstalotību. Visu šo sadalīšanās notikumu tiešās sekas ir šūnu sadrumstalotība.

Apoptozes palaišana

Ir virkne stimulu, kas iedarbina apoptotiskos mehānismus. Šie stimuli var būt fizioloģiski vai patoloģiski. Interesanti, ka ne visas šūnas uz stimuliem reaģē vienādi.

Apstarošana un zāles, ko izmanto vēža ārstēšanā (ķīmijterapijā), izraisa apoptozi no ceļa, ko sauc par p53 atkarīgo ceļu.

Daži hormoni, piemēram, kortikosteroīdi - hormoni no steroīdu un atvasinājumu grupas - dažās šūnās var novest pie apoptotiskā ceļa. Tomēr lielāko daļu šūnu tā klātbūtne neietekmē.

Nejauša šūnu nāve vai nekroze

Definīcija

Nejauša šūnu nāve vai nekroze rodas, kad šūnas tiek pakļautas nelabvēlīgai videi, kas nopietni bojā šūnu struktūras.

Šie faktori, kas izraisa traumu, cita starpā ietver ļoti augstu vai ļoti zemu temperatūru, neparastu skābekļa līmeni, toksīnu iedarbību, reaktīvo skābekļa metabolītu iedarbību, barības vielu trūkumu, nenormālu pH līmeni.

Dažādi medicīniski apstākļi ir saistīti ar nekrozi, ieskaitot tādas neirodeģeneratīvas slimības kā Alcheimera slimība, Hantingtona slimība, Parkinsona slimība, amiotrofiskā laterālā skleroze un epilepsija.

Kaut arī nekrotiskais process ir saistīts ar dažādiem medicīniskiem stāvokļiem, notikuma pamatā esošais mehānisms nav pilnībā noskaidrots. Vēsturiski nekrozi uzskatīja vienkārši par haotiskām reakcijām, kas iznīcina šūnu.

Tomēr pašreizējie Caenorhabditis elegans un Drosophila organismu pierādījumi ir radījuši šaubas par šo “dogmu”.

Dažādiem šūnu veidiem, kuriem tiek veikta nekroze, ir ļoti specifiskas šūnu morfoloģiskās īpašības, reaģējot uz ievainojumiem, kas liecina, ka nekrozei ir centrālā izpildes programma.

Pilnīga un detalizēta nekrotiskā procesa izpratne varētu izraisīt jaunu metodoloģiju izstrādi tādu slimību kontrolei, kas ietver nekrotisko šūnu nāvi.

Nekrozes šūnu īpašības

Tāpat kā apoptozes gadījumā, nekrozei ir raksturīgas morfoloģiskas iezīmes. Turklāt tie ir pilnīgi atšķirīgi no tā, ko novērojam šūnā, kas mirst ar apoptozes ceļu.

Nāvi pavada ievērojams iekaisums šūnā, vakuolu veidošanās citoplazmā, endoplazmas retikulāra izkliedēšana, citoplazmas pūslīša veidošanās, mitohondriju kondensācija, ribosomu sadalīšanās un izkliedēšana, membrānu plīsumi, iekaisušas lizosomas un salauzts, cita starpā.

Nekroze ir "pasīvs" process, jo tam nav nepieciešama papildu olbaltumvielu sintēze, lai tas notiktu, ir nepieciešama minimāla enerģija, un tam nav papildu homeostatiskā regulēšanas mehānisma.

Mehānismi

Nekrotiskajā šūnā gūtos ievainojumus var veikt ar diviem galvenajiem mehānismiem: enerģijas piegādes traucējumiem un tiešiem šūnas bojājumiem iepriekš minēto faktoru ietekmē.

Apoptozes un nekrozes salīdzinājums

Atšķirības

Procesa kontrole : Salīdzinoši, apoptoze ir augsti kontrolēts aktīvs process, savukārt nekroze ir toksisks process, kad šūna ir pasīvs upuris no enerģijas neatkarīga nāves veida. Kā mēs minējām, pašreizējie pierādījumi ir radījuši šaubas par nekrozes neregulēšanu.

Nāves vieta : parasti apoptoze notiek vienā šūnā vai nelielu šūnu klasterī, bet nekroze notiek šūnu kontinuumā.

Plazmas membrānas stāvoklis : Apoptozes gadījumā šūnu membrāna paliek neskarta, un citoplazma saglabā apoptotiskus ķermeņus. Nekrozes gadījumā plazmas membrāna plīst un izdalās citoplazma.

Iekaisuma procesi : apoptozes gadījumā netiek novērots neviens iekaisuma veids, savukārt inflācija ir viena no visspilgtākajām nekrozes īpašībām. Membrānas un šūnu integritātes zudums sūta ķemotaktiskus signālus, kas pieņem darbā šūnu līdzekļus, kas saistīti ar iekaisuma procesu.

Vai jūs varat atšķirt apoptozi un nekrozi?

Kas tas ir atkarīgs no tā, vai šūna mirst no apoptozes vai no nekrozes? Šajā lēmumā ir iesaistīti dažādi faktori, tostarp nāves signāla raksturs, attiecīgo audu tips, organisma attīstības stāvoklis.

Izmantojot parastās histoloģijas metodes, nav viegli nošķirt audus, kas mirst no apoptozes vai nekrozes. Nāves morfoloģiskie rezultāti, ko rada nekrotiskie un apoptotiskie ceļi, vairākos aspektos atšķiras, bet citos - pārklājas.

Pierādījumi norāda, ka apoptoze un nekroze raksturo dalīta bioķīmiskā ceļa morfoloģisko izpausmi, ko sauc par apoptozes-nekrozes turpinājumu. Piemēram, divi faktori ir iesaistīti apoptozes ceļa pārveidošanā par nekrozi: samazināta kaspazu un ATP pieejamība šūnā.

Citotoksiska nāve

Daudzšūnu organismos ir specifiski šūnu veidi, kas pieder imūnsistēmai - vai to izdalījumi -, kas ir toksiski citām šūnām.

Šīs šūnas ir atbildīgas par ceļu uzsākšanu, kas atbild par mērķa šūnu iznīcināšanu (kas var būt šūna, kas inficēta ar patogēnu, vai vēža šūna). Tomēr autori dod priekšroku neiekļaut nevienu no abām minētajām kategorijām (nekroze vai apoptoze), jo tā nenotiek, izmantojot īpašu mehānismu.

Veiciet īpašo šūnu nāves gadījumu, ko mediē šūnu tips, ko sauc par citotoksiskiem CD8 ⁺ T limfocītiem . Šajā piemērā šūna apvieno gan nejaušas, gan ieprogrammētas šūnas nāves aspektus.

Atsauces

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Būtiskā šūnu bioloģija. Garland zinātne.
2. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Šūna: molekulārā pieeja. Vašingtona, DC: ASM prese.
3. Elmore, S. (2007). Apoptoze: pārskats par ieprogrammēto šūnu nāvi. Toksikoloģiskā patoloģija, 35 (4), 495–516.
4. Ross, MH un Pawlina, W. (2006). Histoloģija. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., un Tavernarakis, N. (2002). Nāve ar nekrozi. Nekontrolējama katastrofa, vai aiz haosa ir kārtība ?. EMBO ziņojumi, 3 (7), 604-9.