Апоптоз (программированная гибель клеток)

25.10.2015

Явление апоптоза впервые описали в 1972 году Дж. Керр, А. Вили и А. Кьюрри. В переводе с греческого языка «апоптоз» означает опадание листьев, листопад. Иначе говоря, апоптоз представляет собой отмирание клеток, представляющих элемент опасности для особи, в которой происходит это явление. Примером могут служить реакции селекции в центральных органах иммунитета, в процессе которых апоптозу или программируемой гибели подвергаются клетки, способные развивать аутоиммунные реакции против антигенов собственного организма.
Первые сведения об апоптотической гибели клеток, по-видимому, относятся к 1951 г., когда А. Глуксман дал морфологическое описание смерти клеток у эмбрионов. В 1964 г. Кристиан Рене Мари Жозеф Де Дюв высказал гипотезу «клеточного суицида» и впоследствии описал участие лизосом в процессах апоптоза, в 2002 г. Сидни Бреннер, Джон Э. Салстон и X. Роберт Хорвиц были удостоены Нобелевской премии «За открытия, касающиеся регуляции развития органов и программированной клеточной гибели».
Апоптоз (программированная гибель клеток) играет важную роль в эмбриогенезе, в процессах дифференцировки клеток, в росте и инволюции тканей, Апоптозу подвергаются инфицированные, генетически поврежденные или функционально малоэффективные старые клетки. С помощью апоптоза удаляются образовавшиеся «лишние» клетки, а также клеточные элементы, подвергнувшиеся лучевому или иным воздействиям, т.е. все те клетки, которые не нужны организму для наиболее эффективного выполнения присущих ему функций или мешают их осуществлению. Более тщательное изучение программируемой клеточной гибели показало, однако, что указанные эффекты апоптоза являются частными составляющими фундаментального биологического процесса, направленного на поддержание гомеостаза клеточных популяций путем обеспечения баланса между нарождающимися пролиферирующими и погибающими массами клеток.
По механизмам проявления апоптоз принципиально отличается от другого явления гибели клеток — некроза. В случае некроза объем клетки возрастает, нарушается целостность ее мембраны, происходит лизис клеточных гранул, содержимое которых попадает во внеклеточную среду. Некроз сопровождается повреждением рядом расположенных клеток и воспалением. При апоптозе, наоборот, клетка уменьшается в объеме, сморщивается, утрачиваются микроворсинки. В цитоплазме конденсируются и сморщиваются гранулы, расширяется эндополазматический ретикулум, наблюдается конденсация хроматина по периферии ядерной мембраны, клетка образует вздутия, нарушается целостность ее мембраны. Затем ядро клетки распадается на несколько ядрышек, покрытых цитоплазматической мембраной, образуются апоптотические тельца, которые фагоцитируются макрофагами. Центральным событием апоптоза является фрагментация ДНК, которая происходит в результате протеолитического расщепления топоизомеразы II — белка, участвующего в формировании суперспирализованных петель ДНК. Различные этапы деградации ДНК обеспечиваются действием разных эндонуклеаз.
В процессе развития апоптоза можно выделить несколько фаз — инициацию апоптоза, инициацию формирования сигнального пути и начальных этапов его передачи, активацию каспаз, процесса реализации апоптоза и фрагментации ДНК. Начальные процессы инициации апоптоза протекают более разнообразно, определяются зависимостью развития процесса от особенностей генетической клеточной программы (тип клетки, строение рецепторного аппарата и т.п.), являются обратимыми. Начиная с активации каспаз, ключевого события процесса апоптоза, события приобретают необратимый характер, протекают существенно более стандартным образом.
Апоптотическая гибель клеток происходит по двум сценариям. Один из них рассматривает развитие апоптоза в результате действия на рецепторный аппарат клетки внешних факторов. Процесс апоптоза могут индуцировать компоненты семейства фактора некроза опухоли (ФНО), физические (например действие радиации) и химические факторы, интерфероны (ИНФ), глюкокортикоиды, интерлейкины (ИЛ) и др. Второй сценарий, наоборот, рассматривает гибель клетки в результате дефицита внешних факторов, в частности факторов роста. Первый из них именуют рецепторным механизмом включения апоптоза, второй — внутренним, или митохондриальным механизмом.
Мишенями для отдельных факторов, индуцирующих развитие апоптоза, могут выступать разные клетки. К действию ИНФ, например, преимущественно чувствительны клетки костного мозга, к действию глюкокортикоидов — тимоциты, T- и В-лимфоциты преимущественно незрелых стадий дифференцировки. ИЛ-4 и ИЛ-10 преимущественно индуцируют апоптоз моноцитов, ИЛ-1 — клеток поджелудочной железы, ИЛ-12 — естественных киллеров. Цитокины могут не только активировать проявление апоптоза, но и ингибировать его. Супрессируют апоптотическую гибель T- и В-лимфоцитов ИЛ-2 и ИЛ-4, на развитие апоптоза супрессирующее действие могут оказывать также ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-9.