Глава 1 Аналитический обзор 1.1 Роль апоптоза в физиологических и патологических процессах

Главная страница
Контакты

    Главная страница



Глава 1 Аналитический обзор 1.1 Роль апоптоза в физиологических и патологических процессах



страница2/15
Дата12.01.2017
Размер2.31 Mb.
ТипОтчет


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Глава 1 Аналитический обзор




1.1 Роль апоптоза в физиологических и патологических процессах

Сегодня хорошо известно, что эмбрион использует апоптоз как часть своей программы развития для удаления зародышевых структур и построения новых органов [Ярыгин В.Н. 1999]. Апоптоз продолжает играть важную роль в постнатальной жизни, поддерживая тканевой гомеостаз и удаляя поврежденные и ненужные клетки. Во многих тканях взрослого организма, таких как соединительная или мышечная, частота апоптоза в нормальных условиях минимальна. Однако клетки в этих тканях могут запускать программу программированной гибели под воздействием специфических токсинов внешней среды, химиотерапии, радиации, окислительного стресса, гипоксии или воспаления [Баснакьян А.Г. 2001; Владимирская Е.Б. 1997; Метелица И.С. 1996; Новожилова А.П. 1996]. Другие ткани, в частности те, что состоят из гемопоэтических и эпителиальных клеток, имеют более высокую скорость клеточных обновлений, при которых многократные митозы уравновешиваются адекватным уровнем апоптоза. Такие ткани содержатся в органах иммунной системы, тонкой кишке, матке и яичниках. [Белушкина Н.Н. 2004; Метелица И.С. 1996].



Таким образом, апоптоз принимает участие в следующих физиологических и патологических процессах:

  1. Запрограммированном разрушении клеток во время эмбриогенеза (включая имплантацию, органогенез). Несмотря на то, что при эмбриогенезе апоптоз не всегда является отражением «запрограммированной смерти клетки», это определение апоптоза широко используют различные исследователи [Ярыгин В.Н. 1996].

  2. Гормон-зависимой инволюции органов у взрослых, например, отторжение эндометрия во время менструального цикла, атрезии фолликулов в яичниках в менопаузе и регрессия молочной железы после прекращения лактации [Белушкина Н.Н. 2004; Метелица И.С. 1996].

  3. Удалении некоторых клеток при пролиферации клеточной популяции Гибели отдельных клеток в опухолях, в основном при ее регрессии, но также и в активно растущей опухоли [Белушкина Н.Н. 2004].

  4. Гибели клеток иммунной системы, как В-, так и Т-лимфоцитов, после истощения запасов цитокинов, а также гибели аутореактивных Т-клеток при развитии в тимусе [Белушкина Н.Н. 2004; Робинсон М.В. 1991; Bell C.G. 1995].

  5. Патологической атрофии гормон-зависимых органов, например, атрофии предстательной железы после кастрации и истощении лимфоцитов в тимусе при терапии глюкокортикоидами [Князькин И.В. 2007; Ackerman R.C. 1994; Higashijima T. 1997].

  6. Патологической атрофии паренхиматозных органов после обтурации выводных протоков, что наблюдается в поджелудочной и слюнных железах, почках [Arends M. J. 1991].

  7. Гибели клеток, вызванных действием цитотоксических Т-клеток, например, при отторжении трансплантата и болезни «трансплантат против хозяина» [Arends M. J. 1991].

  8. Повреждении клеток при некоторых вирусных заболеваниях, например, при вирусном гепатите, когда фрагменты апоптотических клеток обнаруживаются в печени, как тельца Каунсильманна [Буеверов А.О. 2000; Alonso С L. 2004].

  9. Гибели клеток при действии различных повреждающих факторов, которые способны вызвать некроз, но действующих в небольших дозах, например, при действии высокой температуры, ионизирующего излучения, противоопухолевых препаратов [Владимирская Е.Б.,1997, Сыркин А.Б.,1995].

Таблица 1 - Некоторые проявления апоптоза при физиологических и патологических процессах.

Процесс

Проявление

Запрограммированное разрушение клеток во время эмбриогенеза

Удаление зародышевых структур

Физиологическая инволюция органов

Инволюция тимуса

Повреждение паренхимы печени при вирусных гепатитах

Тельца Каунсильманна

Гибели клеток, вызванных действием сенсибилизированных Т-клеток

Отторжение трансплантанта

Физиологическая гормон-зависимая атрофия

Атрезия фолликулов в яичниках в менопаузе

Патологическая гормон-зависимая атрофия

Атрофия предстательной железы после кастрации

Опухолевый рост

Снижение активности апоптоза при раке толстой кишки



1.2 Морфологические изменения при апоптозе

Морфологический апоптоз проявляется гибелью единичных, беспорядочно расположенных клеток, что сопровождается формированием округлых, окруженных мембраной телец («апоптотические тельца»), которые тут же фагоцитируются окружающими клетками. Это энергозависимый процесс, посредством которого удаляются нежелательные и дефектные клетки организма. Он играет большую роль в морфогенезе и является механизмом постоянного контроля размеров органов [Апросина З.Г., 2000; Барышников А.Ю. 2002].

При некрозе клетки набухают, их митохондрии и другие органеллы расширяются (вследствие нарушения работы ионных каналов) и разрываются внутриклеточные и плазматическая мембраны клетки (таблица 2). В результате этого активируются лизосомальные ферменты, а внутриклеточное содержимое, попадая во внеклеточную среду, вызывает воспалительные процессы. Классические причины, приводящие к некрозу клетки -гипертермия, ингибирование окислительного фосфорилирования, гликолиза или цикла Кребса, гипоксия, действие комплемента или различных токсинов.

Апоптоз имеет свои отличительные морфологические признаки, как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне [Bell C.G. 1995; Golstein P. 1997]. При окраске гематоксилином и эозином апоптоз определяется в единичных клетках или небольших группах клеток. Апоптотические клетки выглядят как округлые или овальные скопления интенсивно эозинофильной цитоплазмы с плотными фрагментами ядерного хроматина. Поскольку сжатие клетки и формирование апоптотических телец происходит быстро и также быстро они фагоцитируются, распадаются или выбрасываются в просвет органа, то на гистологических препаратах он обнаруживается в случаях его значительной выраженности. К тому же апоптоз – в отличие от некроза – никогда не сопровождается воспалительной реакцией, что также затрудняет его гистологическое выявление (таблица 2).

Наиболее четко морфологические признаки выявляются при электронной микроскопии. Для клетки, подвергающейся апоптозу характерно (рисунок 1):

Сжатие клетки. На ранних стадиях апоптоза плазматическая мембрана умирающей клетки остается интактной. Клетка посылает сигналы, и окружающие клетки узнают и фагоцитируют ее. Одним из таких сигналов является экспозиция на поверхности фосфатидилсерина. Это происходит до снижения митохондриального трансмембранного потенциала и высвобождения цитохрома С.

Клетка уменьшается в размерах; цитоплазма уплотняется; органеллы, которые выглядят относительно нормальными, располагаются более компактно. Предполагается, что нарушение формы и объема клетки происходит в результате активации в апоптотических клетках трансглютаминазы. Этот фермент вызывает прогрессивное образование перекрестных связей в цитоплазматических белках, что приводит к формированию своеобразной оболочки под клеточной мембраной, подобно ороговевающим клеткам эпителия.
Таблица 2 - Сравнительная характеристика некроза и апоптоза.


Признак

Апоптоз

Некроз

Индукция

Активируется физиологическими или патологическими стимулами

Различная в зависимости от повреждающего фактора

Распространен-ность

Одиночная клетка

Группа клеток

Биохимические изменения

Энергозависимая фрагментация ДНК эндогенными эндонуклеазами.

Лизосомы интактные.



Нарушение или прекращение ионного обмена.

Из лизосом высвобождаются ферменты.



Распад ДНК

Внутриядерная конденсация с расщеплением на фрагменты

Диффузная локализация в некротизированной клетке

Целостность клеточной мембраны

Сохранена

Нарушена

Морфология

Сморщивание клеток и фрагментация с формированием апоптотических телец с уплотненным хроматином

Набухание и лизис клеток

Воспалительный ответ

Нет

Обычно есть

Удаление погибших клеток

Поглощение (фагоцитоз) соседними клетками

Поглощение (фагоцитоз) нейтрофилами и макрофагами

Конденсация хроматина - это наиболее характерное проявление апоптоза. Хроматин конденсируется по периферии, под мембраной ядра, при этом образуются четко очерченные плотные массы различной формы и размеров. Ядро же может разрываться на два или несколько фрагментов. Механизм конденсации хроматина изучен достаточно хорошо. Он обусловлен расщеплением ядерной ДНК в местах, связывающих отдельные нуклеосомы, что приводит к развитию большого количества фрагментов, в которых число пар оснований делится на 180-200. При электрофорезе фрагменты дают характерную картину лестницы. Эта картина отличается от таковой при некрозе клеток, где длина фрагментов ДНК варьирует. Для облегчения своего поглощения апоптотическая клетка уменьшает свой объем, выкачивая ионы (К , С1-, органические осмолиты), и сокращается, перестраивая цитоскелет. Кроме того, Также сокращение клетки обычно сопровождается уплотнением ядерного содержимого. Происходит агрегация хроматина и фрагментация ядра. Было показано, что после индукции апоптоза расщепление ДНК начинается с образования высокомолекулярных фрагментов длиной 50-300 т.п.н, что близко по размеру длине ДНК в петлях хромосом. Затем эти фрагменты обычно распадаются до нуклеосом и их олигомеров.

Фрагментация ДНК в нуклеосомах происходит под действием кальций чувствительной эндонуклеазы. Эндонуклеаза в некоторых клетках находится постоянно (например, в тимоцитах), где она активируется появлением в цитоплазме свободного кальция, а в других клетках синтезируется перед началом апоптоза. Однако еще не установлено, каким образом после расщепления ДНК эндонуклеазой происходит конденсация хроматина.

1.3 Формирование в цитоплазме полостей и апоптотических телец

Плазматическая мембрана клетки начинает образовывать пузырьки, что в отсутствие фагоцитоза приводит к формированию апоптозных телец, содержащих конденсированные или морфологически неизмененные органеллы. Формируются глубокие впячивания поверхности с образованием полостей, что приводит к фрагментации клетки и формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл, с или без фрагментов ядра.



Фагоцитоз апоптотических клеток или телец осуществляется окружающими здоровыми клетками, или паренхиматозными, или макрофагами. Апоптотические тельца быстро разрушаются в лизосомах, а окружающие клетки либо мигрируют, либо делятся, чтобы заполнить освободившееся после гибели клетки пространство. Фагоцитоз апоптотических телец макрофагами или другими клетками активируется рецепторами на этих клетках: они захватывают и поглощают апоптотические клетки. Один из таких рецепторов на макрофагах – рецептор витронектина, который является интегрином и активирует фагоцитоз нейтрофилов.

Рисунок 1 - Последовательность ультраструктурных изменений при апоптозе (справа) и некрозе (слева). 1 – нормальная клетка; 2 – начало апоптоза; 3 – фрагментация апоптотической клетки; 4 – фагоцитоз апоптотических телец окружающими клетками; 5 – гибель внутриклеточных структур при некрозе; 6 – разрушение клеточной мембраны.

Таким образом, отличительной морфологической чертой апоптоза является коллапс ядра. Хроматин, который в норме представлен открытыми и конденсированными областями (гетеро- и эухроматин), становится суперконденсированным в форме полумесяца по периферии ядра. Кроме того, важной особенностью этого процесса является то, что не происходит повреждения мембран клетки. «Усыхание» хорошо выражено как в культуре клеток, так и в тканевых срезах, где апоптотическая клетка отделяется от соседних клеток. Далее апоптотическая клетка превращается в совокупность окруженных мембраной апоптозных телец различных по своему составу, которые фагоцитируются макрофагами или соседними клетками. Клетка на данном этапе еще живая (включение летального красителя трипанового синего не происходит). Видимо в этом и есть задача апоптоза - утилизация еще живых апоптозных телец, пока содержимое клетки не попадает во внеклеточную среду, не вызывая воспалительных явлений т.е. уничтожение клеток путем апоптоза обеспечивает минимальное повреждение тканей по сравнению с другими механизмами смерти.


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

  • 1.2 Морфологические изменения при апоптозе
  • 1.3 Формирование в цитоплазме полостей и апоптотических телец