1
У многоклеточных организмов - животных, растений и грибов -
генетически заложена программа гибели клеток. Формообразовательные
процессы в онтогенезе, позитивная и негативная селекция Т- и В-
лимфоцитов у животных, гиперчувствительный ответ растений на
вторжение патогена, осенний листопад - лишь несколько примеров
программируемой клеточной смерти (ПКС). ПКС способствует сохранению
порядка и нормального функционирования биологической системы, очищая
от невостребованных, больных, закончивших свой жизненный цикл или
появившихся врезультате мутаций потенциально опасных клеток.
7октября 2002 г. Нобелевский комитет по физиологии и медицине в
Каролинском институте Стокгольма объявил о присуждении премии
С.Бреннеру , X.P.Xopвицу и Дж.Салстону 'за открытие в области
генетической регуляции развития органов и запрограммированной смерти
клетки'.
Тот факт, что онтогенез находится под генетическим контролем, вряд
ли мог кого-то удивить даже в далекие уже 70-е годы ушедшего XX в.
Такой контроль должен был быть, и нашел его Бреннер Двое других
'нобелевцев' открыли 'гены смерти'.
Давно уже было очевидно, что онтогенез невозможен без ликвидации
отдельных клеток, участков тканей и даже целых органов, возникающих
на определенных этапах индивидуального развития, чтобы затем ис
чезнуть при формировании взрослого организма. Неясно было лишь,
происходит такая ликвидация посредством фагоцитоза или каким-то
другим, пока неизвестным путем.
Свои эксперементы ученые проводили на нематоде Caenorhabditis
elegans.Этот объект
огромные преимущества :
a)очень мала (длиной около 1 мм )
б) прозрачна
в) живет всего пару недель. По этому было просто проследить судьбу
каждой из составляющих ее 959 от оплодотворенной яйцеклетки вплоть
до взрослой особи.Бреннер использовали мутаген(метилэтансульфонат) и
получил мутации, останавливающие развитие отдельны этапов
онтогенеза, и идентифицировал гены, ответственные за них.
Салстон обратил внимание на то, что взрослая нематода должна была бы
состоять из 1090кл. а не из 959 т. е. 131 кл. погибает в ходе
онтогенеза встав на путь запрограммированной смерти (апоптоза). Сал
он идентифицировал первый ген клеточного самоубийства - nuc--1,
небходимый для деградации ДНК в умирающей клетке. В те же 70-е
Хорвиц продол-ил исследование Бреннера он открыл гены ced-З и
ced-4, необходимые для клеточного самоубийства. Впоследствии Хорвиц
описол также ген ced-9, удерживающий клетку от апоптоза, пока не
пришло время, и нашел соответствующие гены у высших животных и
человека.
Апоптоз и некроз - два варианта клеточной смерти
Существует два различных вида клеточной смерти у животных -
апоптоза и некроза.
Картина апоптоза у животных - это переход фосфатидилсерина из
внутреннего монослоя цитоплазматической мембраны в наружный
монослой, уменьшение объема клетки, сморщивание цитоплазматической
мембраны, конденсация ядра(кариорексис и кариопикноз: кариорексис-
маргинация гетерохроматина и образование кольца из отдельных глыбок
; пикноз-сжатие ядер), разрывы нити ядерной ДНК и последующий распад
ядра на части, фрагментация клетки на мембранные везикулы с
внутриклеточным содержимым (апоптозные тельца), фагоцитирующиеся
макрофагами и клетками-соседями. Такая же участь постигает клетку,
когда в ней произошла мутация, которая может привести к опухолевому
разрастанию ткани, когда она становится ненужной для организма,
например, в процессе онтогенетического развития или, применительно к
лимфоцитам, на заключительных этапах инфекционного процесса, когда
организм уже не нуждается в дальнейшей выработке антител [5-7].
Есть и другая, патологическая, форма клеточной смерти - некроз.
Такая смерть постигает клетку, когда Т-киллер своевременно не
p`qonpdhkq судьбой инфицированной клетки, наставив ее на путь
апоптоза. Вирус или иной паразит, размножившись в клетке, разрушает
ее: клетка лизируется, ее содержимое изливается наружу, в
межклеточное пространство. Некоторые внутриклеточные паразиты,
включая простейшее Toxoplasma gondii (возбудитель токсоплазмоза),
способны к подавлению апоптоза . Новое поколение паразитов
устремляется в соседние клетки, нанося все больший и больший ущерб
организму. Начинается воспалительный процесс, исходом которого может
быть как выздоровление, так и гибель организма. Некротическую гибель
могут вызывать физические или химические повреждения, например,
обморожение или ожог, органические растворители, гипоксия,
отравление, гипотонический шок и др.
Наличие или отсутствие воспаления у животных используется как
признак, позволяющий отличить апоптоз от некроза.
Некроз характеризуется разрывом цитоплазматической и внутриклеточных
мембран, что приводит к разрушению органелл, высвобождению
лизосомальных ферментов и выходу содержимого цитоплазмы в
межклеточное пространство (рис. 1). При апоптозе сохраняется
целостность мембран, органеллы выглядят морфологически интактными, а
продукты дробления клетки, апоптозные тельца (или везикулы)
представляют собой отдельные фрагменты, окруженные мембраной (рис.
1).
Рис. 1. Изменение ультраструктуры клеток животных при некрозе и
апоптозе. 1 - нормальная клетка, 2 - апоптотическое сморщивание
клетки с образованием пузырчатых выростов, 3 - фрагментация клетки с
образованием апоптотических везикул, 4 - набухание клетки при
некрозе, 5 - некротическая дезинтеграция клетки
Большинство ученых сходятся в мнении, что апоптоз наступает в
результате энзиматического распада хроматина в ядре клетки, при этом
эндонуклеазы клетки начинают разрезать молекулу ДНК с образованием
моно- и олигомеров. Нуклеазной атаке подвергаются не только
эухроматиновые , но и спирализованные уплотненные гетерохроматиновые
участки ядра. Для того чтобы запустить этот процесс клетка должна
произвести ферменты - нуклеазы, а для этого, в свою очередь, в
клетке происходит усиление процессов транскрипции (биосинтез РНК) и
трансляции (биосинтез белка). Имеются данные, что ингибиторы
белкового синтеза - циклогексамид и пуромицин - предотвращают
энзиматический распад хроматина и могут предотвратить или отсрочить
процесс апоптоза. На даный момент известно несколько путей для
апоптоза.
Во-первых это путь энзиматического переваривания межнуклеосомных
пространств и нарезание фрагментов размером в 200 нуклеотидов
2) во вторых это гетерохроматизация хроматина без разрезания ДНК
1 ЭТАП - Воздействие на хроматин ядра нуклеазами и (или) ферментами
конденсации
2 ЭТАП - Образование фрагментов ДНК и (или) конденсация хроматина
3 ЭТАП - Резорбция хроматина (кариорексис и карилизис)
Как установлено интерфазная картина хромосом:
По этим представлениям в основе надхромосомной организации ядер у
эукариот лежит общее периферическое распределение интерфазных
хромосом вблизи от ядерной мембраны с прикреплением к ней участков
хромосом, несущих гетерохроматиновые блоки . Места прикрепления, как
правило, связаны с особой функциональной активностью тех или иных
участков генома. Ассоциированная с мембраной ДНК имеет более высокий
уровень повторяющихся последовательностей, чем основная часть
ядерной ДНК. Как оказалось, в результате апоптоза в первую очередь
страдает именно эта