CELIČNA SMRT: VRSTE IN NJIHOVE ZNAČILNOSTI - BIOLOGIJA - 2026

Celične smrti je postopek uničenja celičnih komponent, ki se srečujejo vsi živi organizmi na različnih stopnjah. V vseh večceličnih organizmih mora obstajati optimalno ravnovesje med celično smrtjo in razmnoževanjem celic.

Do celične smrti pride zaradi dveh glavnih mehanizmov: z nekrozo ali naključno celično smrtjo ter z apoptozo ali programirano celično smrtjo. Vsakemu mehanizmu je pripisana posebna celična morfologija.

Razlike med apoptozo in nekrozo.
Vir: Nacionalni inštitut za zlorabo alkohola in alkoholizem (NIAAA)

Apoptoza ali programirana celična smrt obsega pot, ki je zelo urejena z genetskimi komponentami. Pogosto, ko organizem doživi patološke okoliščine (na primer degenerativne bolezni), se lahko apoptotični program izvede nepravilno, kar povzroči neupravičeno uničenje celic.

Programirana celična smrt je pomembna sestavina razvojnih poti in homeostaze (nadzor med celično smrtjo in širjenjem) na splošno.

Nezgodna celična smrt ali nekroza je druga vrsta celične smrti. Predstavlja korenite razlike, če ga primerjamo z apoptozo. Do tega pojava pride, ko so celice izpostavljene neugodnemu ali ekstremnemu okolju, kar ima za posledico poškodbe celičnih struktur.

Programirana celična smrt ali apoptoza

Zgodovinska perspektiva

Leta 1972 se je prvič uporabil izraz apoptoza. Pojavila se je v klasičnem znanstvenem članku, ki so ga napisali avtorji Kerr, Wyllie in Currie. Za Kerr in sod. Izraz apoptoza opisuje značilno morfološko obliko celične smrti.

Čeprav so bile te lastnosti že večkrat podrobno opisane, so ti avtorji prvi imenovali fenomen.

Opredelitev

Večcelični organizem sestavlja več celic, ki morajo vzpostaviti povezave med seboj. Skupnost mora biti strogo organizirana, kar dosežemo z vzpostavitvijo nadzora med širjenjem novih celic in izločanjem že prisotnih celic.

Na ta način celice, ki iz več razlogov niso več potrebne, podvržejo nekakšnemu molekularnemu "samomoru", imenovanemu apoptoza.

Programirana celična smrt je normalen fiziološki pojav. Vključuje nadzorovano izločanje določenih celic. Ta mehanizem je ključnega pomena za pravilno delovanje odraslih tkiv. Ima tudi vlogo pri razvoju zarodka.

Lastnosti

Ohranjajte ravnovesje širjenja

Glavni cilj programirane celične smrti je ohranjati ravnovesje celične proliferacije. Na primer, v našem telesu se skozi celično smrt dnevno izloči skoraj 5 x 10 ¹¹ eritrocitov ali krvnih celic.

Zaščitite celice

Poleg tega omogoča vzpostavitev zaščitnega mehanizma pred celicami, ki bi lahko vplivale na telo. V primeru celic, ki so bile žrtve virusne okužbe, jih običajno ubijejo s programirano celično smrtjo. Tako virus ne bo mogel nadaljevati širjenja znotraj gostitelja.

Programirana celična smrt ne odstrani samo celic, okuženih z zunanjimi patogeni, ampak tudi lahko izloči celice organizma, ki predstavljajo škodo na genskem materialu. V tem primeru se izločijo celice, ki prenašajo mutacije, škodljive za organizem.

V primeru, da se razvoj teh nenormalnih celic lahko nadaljuje in mehanizmi celične smrti ne delujejo, se lahko pojavijo tumorji in razvoj različnih vrst raka.

Koordinira razvoj zarodka

Programirana celična smrt igra ključno vlogo pri razvoju zarodka. Med nastajanjem istega je treba odstraniti več nepotrebnih celic.

Na primer, odgovoren je za odstranjevanje tkiv ličink v organizmih, ki so podvrženi metamorfozi: ličinke in dvoživke. Poleg tega so za nekatere juvenilne oblike značilne membrane med prsti, značilne za vodno življenje.

Ko organizem postane odrasel, te membrane izginejo, saj so celice, ki ga sestavljajo, podvržene programirani celični smrti. Na splošno proces apoptoze oblikuje okončine ljudi in miši: lopataste strukture, ki se končajo z dobro oblikovanimi števkami.

Med razvojem sesalcev programirana celična smrt sodeluje pri nastajanju živčnega sistema. Ko se telo razvija, nastane prekomerno število živčnih celic, ki jih kasneje izloči programirana celična smrt.

Nevroni, ki preživijo (približno 50%), naredijo pravilne povezave s ciljnimi celicami. Ko je vzpostavljena povezava navedena, se začne izločanje vrste rastnih faktorjev, ki omogoča preživetje celice, saj zavira program smrti celice.

Celične značilnosti apoptoze

Med programirano celično smrtjo celica kaže poseben fenotip. Prva značilnost je fragmentacija kromosomske DNK.

V tem primeru pride do razpada nukleozomov, struktur, ki jih tvorijo DNK in proteini. S kondenzacijo kromatina se jedro razbije na majhne koščke.

Ko postopek teče, se celica v velikosti zmanjša. Končno se celica razbije na več segmentov, ki jih obdaja celična membrana. Vsak od teh kosov je znan kot apoptotična telesa.

Kasneje so celice imunskega sistema, imenovane makrofagi, odgovorne za prepoznavanje in fagocitizacijo teh umirajočih struktur.

Tako "truplo" celice, ki je podvržena apoptozi, dejansko izgine iz organizma, ki ji je pripadal - v nasprotju s tem, kar se zgodi, ko celica umre zaradi poškodbe. V zadnjem scenariju celice nabreknejo in končno lizirajo, vnamejo zadevno območje.

Med apoptozo nastane škoda v mitohondrijih, za katero je značilno sproščanje niza molekul, ki spodbujajo mehanizem smrti, kot so citokrom c, beljakovine Smac / Diablo.

Genetski vidiki

Stroga regulacija programirane celične smrti se zgodi zahvaljujoč orkestriranemu delovanju različnih genov.

Prve študije, povezane z genetskim mehanizmom apoptoze, so bile izvedene pri ogorčicah Caenorhabditis elegans. V tem organizmu so identificirali 3 gene, povezane z izvajanjem in regulacijo celotnega apoptotičnega procesa.

Pri sesalcih so našli gene, ki so zelo podobni genom ogorčic. Zato so bili skozi celotno evolucijo zelo ohranjeni subjekti.

Ced-3 je primer družine, ki jo sestavlja več kot ducat proteaz (encimov, ki hidrolizirajo beljakovine), znanih pod imenom kaspaze.

Med programsko smrtjo kaspaze hidrolizirajo več kot 100 beljakovin, ki jih najdemo v zadevni celici. Med ciljnimi proteini kaspaz najdemo zaviralce DNAase, ki povzročajo razpad DNK v celičnem jedru.

Kaspaze so tudi odgovorne za rušenje jedrske lamine, kar vodi do razdrobljenosti jedra in citoskeleta na splošno. Neposredne posledice vseh teh degradacijskih dogodkov je razdrobljenost celic.

Sprožitev apoptoze

Obstaja vrsta dražljajev, ki sprožijo apoptotične mehanizme. Ti dražljaji so lahko fiziološki ali patološki. Zanimivo je, da se na dražljaje ne odzivajo vse celice na enak način.

Obsevanje in zdravila, ki se uporabljajo za zdravljenje raka (kemoterapija), povzročajo apoptozo s poti, imenovane poti, odvisne od p53.

Nekateri hormoni, na primer kortikosteroidi - hormoni iz skupine steroidov in derivatov - lahko v nekaterih celicah vodijo do apoptotične poti. Vendar na njegovo prisotnost večina celic ne vpliva.

Nesrečna celična smrt ali nekroza

Opredelitev

Do nenamerne celične smrti ali nekroze pride, ko so celice izpostavljene neugodnemu okolju, ki povzroči resne poškodbe celičnih struktur.

Ti dejavniki, ki povzročajo travmo, vključujejo zelo visoke ali zelo nizke temperature, nenormalno raven kisika, izpostavljenost toksinom, izpostavljenost reaktivnim kisikovim presnovkom, pomanjkanje hranil, nenormalne ravni pH, med drugim.

Različna zdravstvena stanja vključujejo nekrozo, vključno z nevrodegenerativnimi boleznimi, kot so Alzheimerjeva bolezen, Huntingtonova bolezen, Parkinsonova bolezen, amiotrofična lateralna skleroza in epilepsija.

Čeprav je nekrotični proces vpleten v različna zdravstvena stanja, mehanizem dogodka ni bil v celoti razjasnjen. V preteklosti smo na nekrozo gledali preprosto kot na kaotične reakcije, ki uničujejo celico.

Vendar pa sedanji dokazi Caenorhabditis elegans in organizmov Drosophila dvomijo o tej "dogmi".

Različne vrste celic, ki so podvržene nekrozi, kažejo zelo specifične morfološke značilnosti celic kot odziv na poškodbe, kar kaže na to, da obstaja nek osrednji izvedbeni program za nekrozo.

Popolno in podrobno razumevanje nekrotičnega procesa bi lahko privedlo do razvoja novih metodologij za zatiranje bolezni, ki vključujejo nekrotično celično smrt.

Celične značilnosti nekroze

Tako kot pri apoptozi ima tudi nekroza značilne morfološke značilnosti. Poleg tega so te popolnoma drugačne od tistega, kar opazimo v celici, ki umre po apoptotični poti.

Smrt spremlja pomembno vnetje v celici, tvorba vakuolov v citoplazmi, zadrževanje endoplazmatskega retikuluma, pretiskanje citoplazme, kondenzacija mitohondrijev, razpadanje in izlivanje ribosomov, ruptura membran, vneti lizosomi in med drugim zlomljeni.

Nekroza je "pasiven" proces, saj ne potrebuje dodatne sinteze beljakovin, potrebna poraba energije za to je minimalna in nima nobenega dodatnega homeostatskega regulacijskega mehanizma.

Mehanizmi

Poškodbe, nastale v nekrotični celici, lahko posredujejo dva glavna mehanizma: motnja oskrbe z energijo in neposredna poškodba celice zaradi zgoraj omenjenih dejavnikov.

Primerjava apoptoze in nekroze

Razlike

Nadzor procesov : Primerjalno je apoptoza zelo nadzorovan aktivni proces, nekroza pa je toksičen proces, pri katerem je celica pasivna žrtev energijsko neodvisnega načina smrti. Kot smo omenili, sedanji dokazi postavljajo dvom o neregulaciji nekroze.

Lokacija smrti : Običajno se apoptoza pojavi v posamezni celici ali v majhnih celicah, medtem ko se nekroza pojavi v kontinuumu celic.

Stanje plazemske membrane : Pri apoptozi ostane celična membrana nedotaknjena in citoplazma zadrži apoptotična telesa. Pri nekrozi se plazemska membrana poruši in citoplazma se sprosti.

Vnetni procesi : pri apoptozi ni opaziti nobene vrste vnetja, inflacija pa je ena najbolj presenetljivih značilnosti nekroze. Izguba membranske in celične celovitosti pošilja kemotaktične signale, ki pridobivajo celične povzročitelje, povezane z vnetnim procesom.

Ali lahko razlikujete apoptozo in nekrozo?

Od česa je odvisno, ali celica umre zaradi apoptoze ali od nekroze? Pri tej odločitvi sodelujejo različni dejavniki, vključno z vrsto signala o smrti, vrsto zadevnega tkiva, stanje razvoja organizma.

Z običajnimi histološkimi tehnikami ni težko razbrati med umiranjem tkiv zaradi apoptoze ali nekroze. Morfološki rezultati smrti, ki jih povzročajo nekrotične in apoptotične poti, se v več pogledih razlikujejo, pri drugih pa se prekrivajo.

Dokazi kažejo, da apoptoza in nekroza predstavljata morfološki izraz skupne biokemične poti, imenovane kontinuiteta apoptoze-nekroze. Na primer, pri pretvorbi poti apoptoze v nekrozo sodelujeta dva dejavnika: zmanjšana razpoložljivost kaspaz in ATP znotraj celice.

Citotoksična smrt

V večceličnih organizmih obstajajo posebne vrste celic imunskega sistema - ali izločki, ki jih proizvajajo -, ki so strupeni za druge celice.

Te celice so odgovorne za začetek poti, ki je odgovoren za uničenje ciljnih celic (ki so lahko celice, okužene s patogenom ali rakavo celico). Vendar avtorji raje ne vključujejo nobene od obeh omenjenih kategorij (nekroza ali apoptoza), saj se to ne zgodi po določenem mehanizmu.

Take poseben primer celične smrti, ki jo posreduje tipa celic imenovanih citotoksična CD8 ⁺ T limfociti . V tem primeru celica združuje vidike naključne in programirane celične smrti.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Cooper, GM, Hausman, RE in Hausman, RE (2000). Celica: molekularni pristop. Washington, DC: ASM press.
3. Elmore, S. (2007). Apoptoza: pregled programirane celične smrti. Toksikološka patologija, 35 (4), 495–516.
4. Ross, MH, in Pawlina, W. (2006). Histologija. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Smrt zaradi nekroze. Nenadzorovana katastrofa ali za kaosom obstaja red ?. EMBO poročila, 3 (7), 604–9.