ŚMIERĆ KOMÓRKI: RODZAJE I ICH CECHY - BIOLOGIA - 2026

Śmierć komórki jest procesem niszczenia składników komórkowych doświadczających wszystkie żywe organizmy na różnych etapach. We wszystkich organizmach wielokomórkowych musi istnieć optymalna równowaga między śmiercią a proliferacją komórek.

Śmierć komórki zachodzi przez dwa główne mechanizmy: przez nekrozę lub przypadkową śmierć komórki oraz przez apoptozę lub zaprogramowaną śmierć komórki. Każdemu mechanizmowi przypisuje się określoną morfologię komórki.

Różnice między apoptozą a martwicą.
Źródło: Narodowy Instytut nadużywania alkoholu i alkoholizmu (NIAAA)

Apoptoza lub programowana śmierć komórki to szlak silnie regulowany przez komponenty genetyczne. Często, gdy organizm doświadcza patologicznych okoliczności (na przykład chorób zwyrodnieniowych), program apoptotyczny może zostać wdrożony nieprawidłowo, powodując nadmierne zniszczenie komórek.

Programowana śmierć komórki jest ważnym składnikiem szlaków rozwojowych i ogólnie homeostazy (kontrola między śmiercią a proliferacją komórek).

Przypadkowa śmierć komórki lub martwica to drugi rodzaj śmierci komórki. Wykazuje radykalne różnice, jeśli porównamy go z apoptozą. Zjawisko to występuje, gdy komórki są narażone na działanie niekorzystnego lub ekstremalnego środowiska, co powoduje uszkodzenie struktur komórkowych.

Zaprogramowana śmierć komórki lub apoptoza

Perspektywa historyczna

W 1972 roku po raz pierwszy użyto terminu apoptoza. Pojawił się w klasycznym artykule naukowym napisanym przez autorów Kerra, Wyllie i Currie. Dla Kerra i wsp. Termin apoptoza opisuje charakterystyczną morfologiczną postać śmierci komórki.

Chociaż cechy te były już wielokrotnie szczegółowo opisywane, autorzy ci jako pierwsi nadali temu zjawisku nazwę.

Definicja

Organizm wielokomórkowy składa się z wielu komórek, które muszą nawiązać ze sobą połączenia. Społeczność musi być ściśle zorganizowana, a osiąga się to poprzez ustanowienie kontroli między proliferacją nowych komórek a eliminacją komórek już obecnych.

W ten sposób komórki, które z wielu powodów nie są już potrzebne, przechodzą rodzaj molekularnego „samobójstwa” zwanego apoptozą.

Zaprogramowana śmierć komórki jest normalnym zjawiskiem fizjologicznym. Polega na kontrolowanej eliminacji niektórych komórek. Ten mechanizm ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania tkanek dorosłych. Odgrywa również rolę w rozwoju zarodka.

cechy

Utrzymaj równowagę proliferacji

Głównym celem programowanej śmierci komórki jest utrzymanie równowagi proliferacji komórek. Na przykład w naszym organizmie prawie 5 x 10 ¹¹ erytrocytów lub krwinek jest usuwanych codziennie w wyniku śmierci komórki.

Chroń komórki

Ponadto pozwala na stworzenie mechanizmu ochronnego przed komórkami, które potencjalnie mogłyby wpłynąć na organizm. W przypadku komórek, które były ofiarami infekcji wirusowej, są one zwykle zabijane przez zaprogramowaną śmierć komórki. W ten sposób wirus nie będzie mógł dalej rozprzestrzeniać się wewnątrz hosta.

Zaprogramowana śmierć komórki nie tylko eliminuje komórki zakażone zewnętrznymi patogenami, ale jest również w stanie wykluczyć komórki organizmu, które powodują uszkodzenie materiału genetycznego. W takim przypadku eliminowane są komórki niosące mutacje szkodliwe dla organizmu.

W przypadku, gdy rozwój tych nieprawidłowych komórek może trwać, a mechanizmy śmierci komórki nie działają, mogą pojawić się guzy i rozwój różnych typów raka.

Koordynuj rozwój zarodka

Zaprogramowana śmierć komórki odgrywa kluczową rolę w rozwoju zarodka. Podczas tworzenia tego samego należy wyeliminować kilka niepotrzebnych komórek.

Na przykład odpowiada za eliminację tkanek u larw organizmów ulegających metamorfozie: larw i płazów. Ponadto niektóre formy młodociane charakteryzują się błonami między palcami, charakterystycznymi dla organizmów wodnych.

Kiedy organizm staje się dorosły, błony te zanikają, ponieważ komórki, które go tworzą, przechodzą zaprogramowaną śmierć komórki. Generalnie proces apoptozy kształtuje kończyny ludzi i myszy: struktury w kształcie łopaty zakończone dobrze uformowanymi palcami.

Podczas rozwoju ssaków zaprogramowana śmierć komórki uczestniczy w tworzeniu się układu nerwowego. Kiedy organizm się rozwija, powstaje nadmierna liczba komórek nerwowych, które są później eliminowane przez zaprogramowaną śmierć komórki.

Neurony, które przeżyją (około 50%), tworzą prawidłowe połączenia z komórkami docelowymi. Kiedy nawiązane połączenie jest wskazane, rozpoczyna się wydzielanie szeregu czynników wzrostu, które umożliwiają przeżycie komórki, ponieważ hamują program śmierci komórki.

Komórkowa charakterystyka apoptozy

Podczas programowanej śmierci komórki komórka przejawia określony fenotyp. Pierwszą wyróżniającą się cechą jest fragmentacja chromosomalnego DNA.

W tym przypadku pękają nukleosomy, struktury utworzone przez DNA i białka. Wraz z kondensacją chromatyny jądro rozpada się na małe kawałki.

W miarę postępu procesu wielkość komórki znacznie się zmniejsza. Ostatecznie komórka rozpada się na wiele segmentów otoczonych błoną komórkową. Każdy z tych elementów jest znany jako ciała apoptotyczne.

Później komórki układu odpornościowego zwane makrofagami są odpowiedzialne za rozpoznawanie i fagocytizację tych umierających struktur.

W ten sposób „zwłoki” komórki ulegającej apoptozie skutecznie znikają z organizmu, do którego należały - w przeciwieństwie do tego, co dzieje się, gdy komórka umiera z powodu uszkodzenia. W tym drugim scenariuszu komórki pęcznieją i ostatecznie ulegają lizie, zaogniając dany obszar.

Podczas apoptozy dochodzi do uszkodzeń w mitochondriach, charakteryzujących się uwalnianiem szeregu cząsteczek stymulujących mechanizm śmierci, takich jak m.in. cytochrom c, białka Smac / Diablo.

Aspekty genetyczne

Ścisła regulacja programowanej śmierci komórki następuje dzięki zorkiestrowanemu funkcjonowaniu różnych genów.

Pierwsze badania dotyczące genetycznego mechanizmu apoptozy przeprowadzono u nicieni Caenorhabditis elegans. W organizmie tym zidentyfikowano 3 geny związane z wykonywaniem i regulacją całego procesu apoptozy.

U ssaków znaleziono geny bardzo podobne do genów nicieni. Dlatego przez całą ewolucję były wysoce konserwowanymi istotami.

Ced-3 to przykład rodziny składającej się z kilkunastu proteaz (enzymów hydrolizujących białka), znanych pod nazwą kaspazy.

W przypadku zaprogramowanej śmierci kaspazy hydrolizują ponad 100 białek znajdujących się w danej komórce. Wśród docelowych białek kaspaz znajdujemy inhibitory DNAaz, które powodują rozpad DNA w jądrze komórkowym.

Kaspazy są również odpowiedzialne za pękanie blaszki jądrowej, co prowadzi do fragmentacji jądra i ogólnie cytoszkieletu. Bezpośrednimi konsekwencjami wszystkich tych zdarzeń degradacji jest fragmentacja komórek.

Wyzwalanie apoptozy

Istnieje szereg bodźców, które wyzwalają mechanizmy apoptotyczne. Te bodźce mogą być fizjologiczne lub patologiczne. Co ciekawe, nie wszystkie komórki reagują w ten sam sposób na bodźce.

Napromienianie i leki stosowane w leczeniu raka (chemioterapia) powodują apoptozę ze szlaku zwanego szlakiem zależnym od p53.

Niektóre hormony, np. Kortykosteroidy - hormony z grupy steroidów i pochodnych - mogą w niektórych komórkach prowadzić do ścieżki apoptozy. Jednak jego obecność nie wpływa na większość komórek.

Przypadkowa śmierć komórki lub martwica

Definicja

Przypadkowa śmierć lub martwica komórki występuje, gdy komórki są wystawione na działanie niekorzystnego środowiska, które powoduje poważne uszkodzenie struktur komórkowych.

Czynniki powodujące urazy obejmują między innymi bardzo wysokie lub bardzo niskie temperatury, nieprawidłowe poziomy tlenu, narażenie na toksyny, narażenie na reaktywne metabolity tlenu, niedobór składników odżywczych, nieprawidłowe poziomy pH.

Różne schorzenia obejmują martwicę, w tym choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera, choroba Huntingtona, choroba Parkinsona, stwardnienie zanikowe boczne i padaczka.

Chociaż proces martwicze występuje w różnych stanach chorobowych, mechanizm tego zdarzenia nie został w pełni wyjaśniony. Historycznie rzecz biorąc, martwicę postrzegano po prostu jako chaotyczne reakcje, które niszczą komórkę.

Jednak aktualne dowody dotyczące organizmów Caenorhabditis elegans i Drosophila podają w wątpliwość ten „dogmat”.

Różne typy komórek, które ulegają nekrozie, wykazują bardzo specyficzne cechy morfologiczne komórek w odpowiedzi na uszkodzenie, co sugeruje, że istnieje centralny program wykonania martwicy.

Pełne i szczegółowe zrozumienie procesu nekrotycznego może doprowadzić do opracowania nowych metodologii kontroli chorób, które obejmują martwiczą śmierć komórek.

Komórkowa charakterystyka martwicy

Podobnie jak w przypadku apoptozy, martwica ma charakterystyczne cechy morfologiczne. Co więcej, są one zupełnie inne od tego, co obserwujemy w komórce, która umiera na drodze apoptozy.

Śmierci towarzyszy znaczny stan zapalny w komórce, powstawanie wakuoli w cytoplazmie, rozdęcie retikulum endoplazmatycznego, pęcherze cytoplazmy, kondensacja mitochondriów, dezagregacja i złuszczanie rybosomów, pęknięcie błon, zapalenie lizosomów i złamane m.in.

Martwica jest procesem „pasywnym”, ponieważ nie wymaga dodatkowej syntezy białek, zapotrzebowanie energetyczne do jej zajścia jest minimalne i nie posiada dodatkowego homeostatycznego mechanizmu regulacyjnego.

Mechanizmy

W uszkodzeniach komórki martwiczej mogą pośredniczyć dwa główne mechanizmy: zakłócenie dopływu energii i bezpośrednie uszkodzenie komórki przez wymienione powyżej czynniki.

Porównanie apoptozy i martwicy

Różnice

Kontrola procesu : Dla porównania, apoptoza jest wysoce kontrolowanym procesem aktywnym, podczas gdy martwica jest procesem toksycznym, w którym komórka jest bierną ofiarą niezależnego energetycznie trybu śmierci. Jak wspomnieliśmy, obecne dowody podają w wątpliwość brak regulacji martwicy.

Miejsce śmierci : normalnie apoptoza występuje w pojedynczej komórce lub w małej grupie komórek, podczas gdy martwica występuje w kontinuum komórek.

Stan błony plazmatycznej : podczas apoptozy błona komórkowa pozostaje nienaruszona, a cytoplazma zachowuje ciała apoptotyczne. W martwicy błona komórkowa pęka i cytoplazma zostaje uwolniona.

Procesy zapalne : w apoptozie nie obserwuje się żadnego rodzaju zapalenia, a inflacja jest jedną z najbardziej uderzających cech martwicy. Utrata integralności błony i komórki wysyła sygnały chemotaktyczne, które rekrutują czynniki komórkowe związane z procesem zapalnym.

Czy potrafisz odróżnić apoptozę od martwicy?

Od czego to zależy, czy komórka umiera z powodu apoptozy czy z nekrozy? Na tę decyzję wpływa wiele czynników, w tym między innymi charakter sygnału śmierci, rodzaj badanej tkanki, stan rozwoju organizmu.

Używając konwencjonalnych technik histologicznych, nie jest łatwo odróżnić tkanki obumierające z powodu apoptozy lub z martwicy. Morfologiczne skutki śmierci wywołanej przez szlaki nekrotyczne i apoptotyczne różnią się pod kilkoma względami, a pod innymi pokrywają się.

Dowody wskazują, że apoptoza i martwica stanowią morfologiczną ekspresję wspólnego szlaku biochemicznego zwanego kontinuum apoptozy i martwicy. Na przykład dwa czynniki są zaangażowane w konwersję szlaku apoptozy do martwicy: zmniejszona dostępność kaspaz i ATP w komórce.

Śmierć cytotoksyczna

W organizmach wielokomórkowych istnieją określone typy komórek należących do układu odpornościowego - lub wydzielane przez nie wydzieliny - które są toksyczne dla innych komórek.

Komórki te są odpowiedzialne za inicjowanie szlaków odpowiedzialnych za niszczenie komórek docelowych (które mogą być komórką zakażoną patogenem lub komórką rakową). Jednak autorzy wolą nie uwzględniać żadnej z dwóch wymienionych kategorii (martwicy lub apoptozy), ponieważ nie zachodzi ona w wyniku określonego mechanizmu.

Weźmy konkretny przypadek śmierci komórki, w której pośredniczy typ komórek zwany cytotoksycznymi limfocytami T CD8 ⁺ . W tym przykładzie komórka łączy aspekty zarówno przypadkowej, jak i zaprogramowanej śmierci komórki.

Bibliografia

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Cooper, GM, Hausman, RE i Hausman, RE (2000). Komórka: podejście molekularne. Waszyngton, DC: ASM press.
3. Elmore, S. (2007). Apoptoza: przegląd programowanej śmierci komórki. Toxicologic pathology, 35 (4), 495-516.
4. Ross, MH i Pawlina, W. (2006). Histologia. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Śmierć przez martwicę. Niekontrolowana katastrofa, czy za chaosem stoi porządek? Raporty EMBO, 3 (7), 604-9.