Գործընթացը, որով բջիջը կարող է ինքնասպան լինել, կոչվում է ծրագրավորված բջջային մահ (PCD): Այս մեխանիզմն ունի մի քանի տարատեսակներ և կարևոր դեր է խաղում տարբեր, հատկապես բազմաբջիջ օրգանիզմների ֆիզիոլոգիայում։ CHF-ի ամենատարածված և լավ ուսումնասիրված ձևը ապոպտոզն է:
Ի՞նչ է ապոպտոզը
Ապոպտոզը բջիջների ինքնաոչնչացման վերահսկվող ֆիզիոլոգիական գործընթաց է, որը բնութագրվում է դրա պարունակության աստիճանական ոչնչացմամբ և մասնատմամբ՝ թաղանթային վեզիկուլների (ապոպտոտիկ մարմինների) ձևավորմամբ, որոնք հետագայում ներծծվում են ֆագոցիտների կողմից: Այս գենետիկ մեխանիզմն ակտիվանում է որոշակի ներքին կամ արտաքին գործոնների ազդեցության տակ։
Մահվան այս տարբերակի դեպքում բջիջների պարունակությունը չի անցնում թաղանթից այն կողմ և չի առաջացնում բորբոքում: Ապոպտոզի դիսկարգավորումը հանգեցնում է լուրջ պաթոլոգիաների, ինչպիսիք են բջիջների անվերահսկելի բաժանումը կամ հյուսվածքների դեգեներացիան:
Ապոպտոզը ծրագրավորված բջջային մահվան (PCD) մի քանի ձևերից միայն մեկն է, ուստի այս հասկացությունները բացահայտելը սխալ է: ՀայտնիներինԲջջային ինքնաոչնչացման տեսակները ներառում են նաև միտոտիկ աղետ, աուտոֆագիա և ծրագրավորված նեկրոզ: PCG-ի այլ մեխանիզմներ դեռ չեն ուսումնասիրվել:
Բջջային ապոպտոզի պատճառները
Բջջի ծրագրավորված մահվան մեխանիզմի գործարկման պատճառ կարող են լինել ինչպես բնական ֆիզիոլոգիական պրոցեսները, այնպես էլ պաթոլոգիական փոփոխությունները, որոնք առաջանում են ներքին արատների կամ արտաքին անբարենպաստ գործոնների ազդեցության հետևանքով:
Սովորաբար, ապոպտոզը հավասարակշռում է բջիջների բաժանման գործընթացը՝ կարգավորելով դրանց քանակը և նպաստելով հյուսվածքների նորացմանը: Այս դեպքում HGC-ի պատճառը որոշակի ազդանշաններ են, որոնք հոմեոստազի վերահսկման համակարգի մաս են կազմում: Ապոպտոզի օգնությամբ ոչնչացվում են մեկանգամյա օգտագործման բջիջները կամ իրենց ֆունկցիան կատարած բջիջները։ Այսպիսով, վարակի դեմ պայքարի ավարտից հետո լեյկոցիտների, նեյտրոֆիլների և բջջային իմունիտետի այլ տարրերի ավելացված պարունակությունը վերանում է հենց ապոպտոզի շնորհիվ։
Ծրագրված մահը վերարտադրողական համակարգերի ֆիզիոլոգիական ցիկլի մի մասն է։ Ապոպտոզը ներգրավված է օոգենեզի գործընթացում, ինչպես նաև նպաստում է ձվի մահվանը՝ բեղմնավորման բացակայության դեպքում:
Վեգետատիվ համակարգերի կյանքի ցիկլում բջջային ապոպտոզի ներգրավման դասական օրինակ է աշնանային տերևաթափը: Տերմինն ինքնին առաջացել է հունարեն ապոպտոզ բառից, որը բառացիորեն թարգմանվում է որպես «ընկնում»:
Ապոպտոզը կարևոր դեր է խաղում էմբրիոգենեզում և օնտոգենեզում, երբ մարմնում հյուսվածքները փոխվում են և որոշ օրգաններ ատրոֆիա են ունենում: Օրինակ՝ որոշ կաթնասունների վերջույթների մատների արանքում թաղանթների անհետացումը կամ մետամորֆոզի ժամանակ պոչի մահը։գորտեր.
Ապոպտոզը կարող է առաջանալ մուտացիաների, ծերացման կամ միտոտիկ սխալների հետևանքով բջջում թերի փոփոխությունների կուտակման արդյունքում: Անբարենպաստ միջավայրը (սնուցիչների պակաս, թթվածնի պակաս) և վիրուսների, բակտերիաների, տոքսինների և այլնի միջոցով միջնորդավորված արտաքին պաթոլոգիական ազդեցությունները կարող են լինել CHC-ի գործարկման պատճառը: Ավելին, եթե վնասակար ազդեցությունը չափազանց ինտենսիվ է, ապա բջիջը չի գործում: ժամանակ ունի ապոպտոզի մեխանիզմն իրականացնելու և արդյունքում մահանում է պաթոլոգիական պրոցեսի զարգացում՝ նեկրոզ։
Մորֆոլոգիական և կառուցվածքային-կենսաքիմիական փոփոխություններ բջիջում ապոպտոզի ընթացքում
Ապոպտոզի գործընթացը բնութագրվում է մորֆոլոգիական փոփոխությունների որոշակի շարքով, որոնք կարելի է դիտարկել մանրադիտակի միջոցով հյուսվածքային պատրաստուկում in vitro:
Բջջային ապոպտոզին բնորոշ հիմնական հատկանիշներն են՝
- վերականգնում է ցիտոկմախքը;
- կնքի բջիջի պարունակություն;
- քրոմատինի խտացում;
- միջուկի մասնատում;
- բջջի ծավալի կրճատում;
- մեմբրանի եզրագծի կնճիռ;
- պղպջակների ձևավորում բջջի մակերեսին,
- օրգանելների ոչնչացում.
Կենդանիների մոտ այս գործընթացները ավարտվում են ապոպտոցիտների ձևավորմամբ, որոնք կարող են կլանվել ինչպես մակրոֆագների, այնպես էլ հարևան հյուսվածքների բջիջների կողմից: Բույսերում ապոպտոտիկ մարմինների ձևավորումը տեղի չի ունենում, և պրոտոպլաստի քայքայվելուց հետո կմախքը մնում էբջջային պատ.
Մորֆոլոգիական փոփոխություններից բացի, ապոպտոզը ուղեկցվում է մոլեկուլային մակարդակում մի շարք վերադասավորումներով։ Աճում է լիպազի և նուկլեազի ակտիվությունը, ինչը հանգեցնում է քրոմատինի և բազմաթիվ սպիտակուցների մասնատմանը: ԿԱՄՊ-ի պարունակությունը կտրուկ աճում է, փոխվում է բջջային թաղանթի կառուցվածքը։ Բուսական բջիջներում նկատվում է հսկա վակուոլների առաջացում։
Ինչպես է ապոպտոզը տարբերվում նեկրոզից
Ապոպտոզի և նեկրոզի հիմնական տարբերությունը բջիջների քայքայման պատճառն է: Առաջին դեպքում ոչնչացման աղբյուրը հենց բջջի մոլեկուլային գործիքներն են, որոնք գործում են խիստ հսկողության ներքո և պահանջում են ATP էներգիայի ծախս: Նեկրոզի դեպքում կյանքի պասիվ դադարեցումը տեղի է ունենում արտաքին վնասակար հետևանքների պատճառով:
Ապոպտոզը բնական ֆիզիոլոգիական պրոցես է, որը նախատեսված է այնպես, որ չվնասի շրջակա բջիջները: Նեկրոզը չվերահսկվող պաթոլոգիական երեւույթ է, որն առաջանում է կրիտիկական վնասվածքների հետեւանքով։ Հետևաբար, զարմանալի չէ, որ ապոպտոզի և նեկրոզի մեխանիզմը, մորֆոլոգիան և հետևանքները շատ առումներով հակադիր են: Այնուամենայնիվ, կան նաև ընդհանրություններ։
| Գործընթացի բնութագրիչ | ապոպտոզ | Նեկրոզ |
| բջջի ծավալ | նվազում է | աճում |
| մեմբրանի ամբողջականություն | պահպանված | խախտվել է |
| բորբոքային գործընթաց | բացակայում է | զարգանում է |
| ATP էներգիա | ծախսվում | չօգտագործված |
| քրոմատինի մասնատում | հասանելի | ներկա |
| ATP-ի կոնցենտրացիայի կտրուկ անկում | է | է |
| գործընթացի արդյունք | ֆագոցիտոզ | բովանդակության ազատում միջբջջային տարածություն |
Վնասվելու դեպքում բջիջները գործարկում են ծրագրավորված մահվան մեխանիզմը, այդ թվում՝ նեկրոտիկ զարգացումը կանխելու նպատակով։ Այնուամենայնիվ, վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ կա նեկրոզի մեկ այլ ոչ պաթոլոգիական ձև, որը նաև կոչվում է PCD:
Ապոպտոզի կենսաբանական նշանակությունը
Չնայած այն հանգամանքին, որ ապոպտոզը հանգեցնում է բջիջների մահվան, դրա դերը ողջ օրգանիզմի բնականոն գործունեության պահպանման գործում շատ մեծ է։ PCG-ի մեխանիզմի շնորհիվ իրականացվում են հետևյալ ֆիզիոլոգիական ֆունկցիաները՝
- բջջային բազմացման և մահվան միջև հավասարակշռության պահպանում;
- հյուսվածքների և օրգանների թարմացում;
- թերի և «հին» բջիջների վերացում;
- պաշտպանություն պաթոգեն նեկրոզի զարգացումից;
- հյուսվածքների և օրգանների փոփոխություն սաղմի և օնտոգենեզի ընթացքում;
- հեռացնել ավելորդ տարրերը, որոնք կատարել են իրենց գործառույթը;
- մարմնի համար անցանկալի կամ վտանգավոր բջիջների վերացում (մուտանտ, ուռուցք, վիրուսով վարակված);
- վարակի կանխարգելում.
Այսպիսով, ապոպտոզը բջջային հյուսվածքի հոմեոստազը պահպանելու միջոցներից մեկն է:
Բույսերումապոպտոզը հաճախ հրահրվում է՝ արգելափակելու հյուսվածքները վարակող մակաբույծ ագրոբակտերիաների տարածումը:
Բջջային մահվան փուլեր
Այն, ինչ տեղի է ունենում բջիջի հետ ապոպտոզի ժամանակ, տարբեր ֆերմենտների միջև մոլեկուլային փոխազդեցությունների բարդ շղթայի արդյունք է: Ռեակցիաներն ընթանում են որպես կասկադ, երբ որոշ սպիտակուցներ ակտիվացնում են մյուսներին՝ նպաստելով մահվան սցենարի աստիճանական զարգացմանը: Այս գործընթացը կարելի է բաժանել մի քանի փուլերի՝
- Ինդուկցիա.
- Պրոապոպտոտիկ սպիտակուցների ակտիվացում.
- Կասպազի ակտիվացում.
- Բջջային օրգանելների ոչնչացում և վերակառուցում:
- Ապոպտոցիտների ձևավորում.
- Բջջային բեկորների պատրաստում ֆագոցիտոզին:
Բոլոր բաղադրիչների սինթեզը, որոնք անհրաժեշտ են յուրաքանչյուր փուլ մեկնարկելու, իրականացնելու և վերահսկելու համար, հիմնված է գենետիկորեն, այդ իսկ պատճառով ապոպտոզը կոչվում է ծրագրավորված բջջային մահ: Այս գործընթացի ակտիվացումը կարգավորող համակարգերի, ներառյալ CHG-ի տարբեր ինհիբիտորների խիստ հսկողության տակ է։
Բջջային ապոպտոզի մոլեկուլային մեխանիզմներ
Ապոպտոզի զարգացումը որոշվում է երկու մոլեկուլային համակարգերի՝ ինդուկցիայի և էֆեկտորի համատեղ գործողությամբ: Առաջին բլոկը պատասխանատու է ZGK-ի վերահսկվող գործարկման համար: Այն ներառում է այսպես կոչված մահվան ընկալիչներ, Cys-Asp-պրոտեազներ (կասպազներ), միտոքոնդրիումային մի շարք բաղադրիչներ և պրո-ապոպտոտիկ սպիտակուցներ։ Ինդուկցիոն փուլի բոլոր տարրերը կարելի է բաժանել հրահրիչների (մասնակցում են ինդուկցիայի) և մոդուլյատորների, որոնք ապահովում են մահվան ազդանշանի փոխակերպումը:
Էֆեկտորային համակարգը բաղկացած է մոլեկուլային գործիքներից, որոնք ապահովում են բջջային բաղադրիչների քայքայումն ու վերակառուցումը: Առաջին և երկրորդ փուլերի միջև անցումը տեղի է ունենում պրոտեոլիտիկ կասպազային կասկադի փուլում: Էֆեկտորային բլոկի բաղադրիչների շնորհիվ է, որ բջջային մահը տեղի է ունենում ապոպտոզի ժամանակ:
Ապոպտոզի գործոններ
Ապոպտոզի ընթացքում կառուցվածքային-մորֆոլոգիական և կենսաքիմիական փոփոխություններն իրականացվում են մասնագիտացված բջջային գործիքների որոշակի փաթեթի միջոցով, որոնցից կարևորագույններն են կասպազները, նուկլեազները և թաղանթային մոդիֆիատորները։
Կասպազները ֆերմենտների խումբ են, որոնք կտրում են պեպտիդային կապերը ասպարագինի մնացորդներում՝ մասնատելով սպիտակուցները մեծ պեպտիդների: Մինչ ապոպտոզի սկիզբը, նրանք բջիջում ներկա են ոչ ակտիվ վիճակում՝ ինհիբիտորների պատճառով։ Կասպազների հիմնական թիրախները միջուկային սպիտակուցներն են։
Նուկլեազները պատասխանատու են ԴՆԹ-ի մոլեկուլների կտրման համար: Հատկապես կարևոր է ապոպտոզի զարգացման գործում ակտիվ էնդոնուկլեազ CAD-ը, որը կոտրում է քրոմատինային շրջանները կապող հաջորդականությունների շրջաններում: Արդյունքում առաջանում են 120-180 նուկլեոտիդային զույգ երկարությամբ բեկորներ։ Պրոտեոլիտիկ կասպազների և նուկլեազների բարդ ազդեցությունը հանգեցնում է միջուկի դեֆորմացման և մասնատման։
Բջջային թաղանթների մոդիֆիկատորներ - կոտրում են բիլիպիդային շերտի անհամաչափությունը՝ այն վերածելով ֆագոցիտային բջիջների թիրախի։
Ապոպտոզի առաջացման առանցքային դերը պատկանում է կասպազներին, որոնք աստիճանաբար ակտիվացնում են դեգրադացիայի և ձևաբանական վերադասավորման բոլոր հետագա մեխանիզմները։
Կասպազի դերը բջջայինմահ
Կասպազների ընտանիքը ներառում է 14 սպիտակուց: Նրանցից ոմանք ներգրավված չեն ապոպտոզի մեջ, իսկ մնացածը բաժանված են 2 խմբի՝ նախաձեռնող (2, 8, 9, 10, 12) և էֆեկտոր (3, 6 և 7), որոնք այլ կերպ կոչվում են երկրորդ կարգի կասպազներ։ Այս բոլոր սպիտակուցները սինթեզվում են որպես պրեկուրսորներ՝ պրոկասպազներ, որոնք ակտիվանում են պրոտեոլիտիկ ճեղքման միջոցով, որի էությունը N-տերմինալ տիրույթի անջատումն է և մնացած մոլեկուլի բաժանումը երկու մասի, որոնք հետագայում կապված են դիմերների և քառամերների։
Նախաձեռնող կասպազները պահանջվում են էֆեկտորային խումբ ակտիվացնելու համար, որն ցուցադրում է պրոտեոլիտիկ ակտիվություն տարբեր կենսական բջջային սպիտակուցների նկատմամբ: Երկրորդ կարգի կասպազային ենթաշերտերը ներառում են՝
- ԴՆԹ վերականգնող ֆերմենտներ;
- p-53 սպիտակուցի ինհիբիտոր;
- պոլի-(ADP-ռիբոզ)-պոլիմերազ;
- DNase DFF-ի արգելակիչ (այս սպիտակուցի ոչնչացումը հանգեցնում է CAD էնդոնուկլեազի ակտիվացման) և այլն:
Էֆեկտոր կասպազների թիրախների ընդհանուր թիվը 60-ից ավելի սպիտակուց է։
Բջջային ապոպտոզի արգելակումը դեռևս հնարավոր է նախաձեռնող պրոկասպազների ակտիվացման փուլում: Երբ էֆեկտոր կասպազները ակտիվանում են, գործընթացը դառնում է անշրջելի:
Ապոպտոզի ակտիվացման ուղիներ
Բջջային ապոպտոզ սկսելու ազդանշանի փոխանցումը կարող է իրականացվել երկու եղանակով՝ ընկալիչ (կամ արտաքին) և միտոքոնդրիում: Առաջին դեպքում գործընթացն ակտիվանում է մահվան հատուկ ընկալիչների միջոցով, որոնք ընկալում են արտաքին ազդանշանները, որոնք հանդիսանում են TNF (ուռուցքային նեկրոզի գործոն) ընտանիքի սպիտակուցներ կամ մակերեսի վրա տեղակայված Fas լիգանդներ։T-killers.
Ռեցեպտորը ներառում է 2 ֆունկցիոնալ տիրույթ՝ տրանսմեմբրանային մեկը (նախատեսված է կապվելու լիգանդի հետ) և «մահվան տիրույթ»՝ ուղղված բջջի ներսում, որն առաջացնում է ապոպտոզ։ Ռեցեպտորների ուղու մեխանիզմը հիմնված է DISC համալիրի ձևավորման վրա, որն ակտիվացնում է նախաձեռնող կասպազները 8 կամ 10:
Հավաքումը սկսվում է մահվան տիրույթի փոխազդեցությամբ ներբջջային ադապտեր սպիտակուցների հետ, որոնք իրենց հերթին կապում են նախաձեռնող պրոկասպազները: Որպես համալիրի մաս՝ վերջիններս վերածվում են ֆունկցիոնալ ակտիվ կասպազների և առաջացնում են հետագա ապոպտոտիկ կասկադ:
Ներքին ուղու մեխանիզմը հիմնված է պրոտեոլիտիկ կասկադի ակտիվացման վրա հատուկ միտոքոնդրիումային սպիտակուցների միջոցով, որոնց արտազատումը վերահսկվում է ներբջջային ազդանշաններով։ Օրգանելների բաղադրիչների արտազատումն իրականացվում է հսկայական ծակոտիների ձևավորման միջոցով։
Ցիտոքրոմ c-ն առանձնահատուկ դեր է խաղում գործարկման մեջ: Ցիտոպլազմում հայտնվելով՝ էլեկտրատրանսպորտային շղթայի այս բաղադրիչը կապվում է Apaf1 սպիտակուցին (ապոպտոտիկ պրոտեազի ակտիվացնող գործոն), ինչը հանգեցնում է վերջինիս ակտիվացմանը։ Apaf1-ն այնուհետև կապվում է նախաձեռնող պրոկասպազներով 9, որոնք կասկադային մեխանիզմով հրահրում են ապոպտոզ:
Ներքին ուղու հսկողությունն իրականացվում է Bcl12 ընտանիքի սպիտակուցների հատուկ խմբի կողմից, որոնք կարգավորում են միտոքոնդրիայի միջմեմբրանային բաղադրիչների արտազատումը ցիտոպլազմա։ Ընտանիքը պարունակում է և՛ պրո-ապոպտոտիկ, և՛ հակաապոպտոտիկ սպիտակուցներ, որոնց միջև հավասարակշռությունը որոշում է, թե արդյոք գործընթացը կսկսվի:
Միտոքոնդրիալ մեխանիզմով ապոպտոզի հրահրող հզոր գործոններից մեկը ռեակտիվ էթթվածնի ձևերը. Մեկ այլ նշանակալի ինդուկտոր է p53 սպիտակուցը, որն ակտիվացնում է միտոքոնդրիալ ուղին ԴՆԹ-ի վնասվածքի առկայության դեպքում:
Երբեմն բջջային ապոպտոզի սկիզբը համատեղում է միանգամից երկու եղանակ՝ և՛ արտաքին, և՛ ներքին: Վերջինս սովորաբար ծառայում է ընկալիչների ակտիվացմանը:
