Апоптоз

Термин “апоптоз” впервые был предложен W. Kerr и А. R. Currie, которые описали уникальную морфологию гибели клеток опухоли. Этим они показали, что существуют две морфологически отличные формы клеточной смерти: апоптоз и некроз. Апоптоз (греч. аро – деление, ptosis – опущение, падение), сравнивают с осенним листопадом, когда среди многих зеленых деревьев видны деревья с блестяще золотистыми, желтыми и оранжевыми листьями, хотя почва и температура, а также вид деревьев одинаковые. Эти деревья подобные клеткам многих тканей, когда одна часть клеток “расцветает”, а другие клетки завершают свою жизнь “самоубийством”, не разрушая ткани. Раньше это явление относили к некрозу либо обозначали другими терминами (“кариолитические тельца”, “тельця Каунсильмена”, “сфероцитоз” и др.), либо просто описывали. Термин “апоптоз” употребляют относительно такой формы клеточной смерти, при которой она активно продуцирует определенные молекулы, которые принимают участие в процессах энергопродукции, направленных на самоуничтожение. Поэтому как синонимы в литературе используют такие названия: “активная”, “запрограммированная” или “контролируемая” клеточная смерть. Фактически апоптоз является описательным термином для определения уникальной морфологии клеточной смерти путем самоуничтожения (“смерть путем самоубийства”), тем временем как под некрозом понимают гибель клетки, вследствие повреждения (“смерть от убийства”). Этот термин употребляется для описания нормального закономерного процесса завершения жизнедеятельности тканей в многоклеточном организме на разных стадиях эмбриогенеза, что необходимо для формирования органов, замены одних тканей другими, резорбции временных органов и тому подобное. Поэтому и выделяли такие формы программируемой гибели клетки: филогенетическую, морфогенетическую, гистогенетическую и гибель отдельных клеток. Такая программа необходима для развития и функционирования высших организмов, у которых постоянно происходит закономерное изменение клеточных популяций большинства тканей и сложные процессы морфогенеза, которые нуждаются в упорядочении гибели большого количества клеток в процессе эмбриогенеза. Такой механизм является очень важным для многоклеточных организмов, поскольку при нем гибель определенной субпопуляции клеток не сопровождается повреждением окружающих структур. Кроме того, программа клеточной смерти необходима для элиминации поврежденных, мутировавших и инфицированных вирусами клеток, потенциально опасных для всего организма. Апоптоз является одной из форм клеточной смерти является самоуничтожение клетки, который носит активный характер с использованием энергии. Может возникать как программируемый процесс, который осуществляется путем влияния фактора некроза опухолей-a (TNF-a), либо Fas-лиганда (FasL) на соответствующие рецепторы, либо в ответ на многочисленные экзогенные влияния - как физиологичные, так и патологические (хронические вредные стимулы на субтоксичном уровне). К ним относятся цитотоксичные лекарства, ионизирующая радиация, гипоксия, свободные радикалы, цитолитичные секреты цитотоксичниых лимфоцитов, разрывы клеточно-клеточных и клеточно-матриксных связей, наличие или отсутствие специфических факторов роста, повышение или снижение уровня специфических гормонов (например, стероидных) и тому подобное. Эти этиологические факторы приводят к запуску следующих фаз процесса гибели клетки, которые являются каскадным, при участии многочисленных активаторных, эффекторных и негативных регуляторов. Активный процесс апоптоза может быть прерван или остановлен общими ингибиторами РНК или синтеза белков, что указывает на существование определенного количества специфических генов и белков, нужных для его инициации, прогрессии и регуляции. Морфологические проявления апоптоза наблюдаются в ядре, цитоплазме и плазматической мембране. Характерными изменениями являются кольцевидная конденсация хроматина по периферии ядра (маргинация) с интактными цитоплазматическими и органоидними мембранами, уплотнение цитоплазмы, клеточный коллапс вследствие разрушения цитоскелета, потеря микроворсинок, фрагментация всей клетки и в большинстве, но не во всех тканях, образование апоптотозных телец. Клетка в состоянии апоптоза обычно быстро фагоцитуется макрофагами, эпителиальными или другими клетками без возникновения демаркационного воспаления. Апоптоз всегда сопровождается сжатием и уплотнением клетки путем потери ею воды, хотя мембранный насос продолжает функционировать на протяжении всего каскада.

Апоптоз играет ведущую роль в нормальном развитии и регенерации ткани, в процессе эмбриогенеза, иммунного ответа, онтогенезе. Многие работы посвящены изучению этого явления и в плаценте как при беременности с физиологическим течением, так и при патологии.

Другим ранним показателем клеточной смерти путем апоптоза является PS-флип – перемещение фосфатидилсерина из внутренней на внешнюю поверхность плазматической мембраны, что приводит к образованию многоядерной структуры по типу синцития, возникновение сигнала клеточно-клеточного распознавания, описанного в литературе как “ешь меня” - сигнал апоптозних клеток фагоцитам, и индукции коагуляционного каскада. PS-флип выявлен в культуре клеток хориокарциномиы на протяжении дифференциации, инвазии и образования синцития и в культуре трофобластического эпителия. Установлено, что PS-флип может быть идентифицирован фокально вдоль апикальной мембраны синцитиотрофобласта. Сделан вывод о том, что существуют три разных синцитиотрофобластических сегмента в зависимости от наличия ранних признаков апоптозной смерти (везикулообразования и поверхностной мембране и PS-флипу): без проявлений апоптоза, с ранними признаками смерти клеток и с явлениями его финальной стадии.

Ранние апоптозные повреждения цитоскелета плазматических мембран, индуцированные инициаторными каспазами, не обязательно завершаются гибелью клетки путем апоптоза, поскольку к наступлению необратимых дегенеративных изменений прогрессия каскада может быть задержанной или даже блокированной ингибиторами активаций исполнительных каспаз. Bcl-2 и mcl-1 - два ведущих ингибитора апоптозного каскада, выявленные в разных тканях и клетках, в которых апоптоз мог быть временно блокированным, например в Е-Лимфоцитах. В плаценте человека антагонисты апоптоза (Bcl-2 и mcl-1), как и агонисты (bax, bak), изучаются разными исследователями. Показана более выразительная экспрессия Bcl-2 в синцитиотрофобласте сравнительно с цитотрофобластом и клетками хориокарциномы. Установлена высокая экспрессия этого протеина в местах, сопредельных с поврежденными участками поверхности ворсин, сравнительно с интактными. Эти данные указывают на важность данного протеина в процессах выживания трофобласта и в защите синцитиотрофобласта от апоптоза. Относительно цитотрофобласта данные об активности Bcl-2 неоднозначные: отсутствующая или слабо выраженная активность в ворсинчастом цитотрофобласте в ІІІ триместре беременности (хотя цитотрофобластические клетки в данный период беременности в ворсинах плаценты почти не определяются), а в І триместре некоторые авторы наблюдали экспрессию этого антигена, а некоторые - нет. И цито-, и синцитиотрофобласт экспрессируют другой антиапоптозный протеин mcl-1,и проапоптотозный р53. Значительная экспрессия р53 в недифференцированном трофобласте может быть одним из механизмов контроля за пролиферативными процессами. р53 - антионкоген (супрессорный опухолевый ген), который принимает участие в развитии и прогрессе разных типов опухолей, приостанавливая их путем задержки митоза и содействуя апоптозу путем активации проапоптозных генов. Уровень продукции р53 может влиять на выживание клеток с повреждением ДНК. Индукция р53 дает возможность клеткам восстановить повреждение структуры ДНК к началу синтетической фазы клеточного цикла. Если изменения ДНК чрезмерные, то увеличение экспрессии р53 может прямо стимулировать саморазрушение клетки путем апоптоза. Поэтому в норме клетки отвечают на чрезмерные повреждения ДНК активацией р 53-зависимого апоптоза. Установлена экспрессия мутированного гена р53 при трофобластической болезни (пузырный занос и хориокарцинома), поскольку мутация супрессии апоптоза может оказывать содействие опухолевой прогрессии путем уменьшения содержания фактора отторжения клеток. Цитотоксичность многих противоопухолевых препаратов может быть связанная с их свойством активировать апоптоз. Мутация апоптозной программы (как, например мутация р53) может уменьшать эффективность противоопухолевых препаратов. Подобный эффект продемонстрирован при трофобластической болезни.

Выявлены в плацентарных клетках антагонисты апоптоза (противоапоптозные факторы): bах наблюдается преимущественно в ворсинчастом цитотрофобласте, а bаk - в ограниченных интактных участках синцитиотрофобласта доношенной плаценты.
Завершающий этап апоптоза характеризуется межнуклеосомальной деградацией ДНК, что происходит под влиянием не лизосомальных ядерных эндонуклеаз, которые в одних клетках активируются Са2+ Mg2+ и ингибируются Zn2+, в других- выявлено найденные Са2+- Mg2+-независимые эндонуклеазы. Эта стадия имеет соответствующие морфологические проявления, описанные выше, может визуализируватся также с помощью теста TUNEL (terminal deoxynucleotide transferase - mediated dUTP nick - end labeling), что является методом выбора и помогает идентифицировать апоптоз-специфические повреждения ДНК.
Поздними апоптозными изменениями, которые свидетельствуют о необратимой прогрессии каскада, вызванного активацией исполнительных каспаз, является конденсация хроматина и повреждение ядерной структуры. Конденсация хроматина обычно начинается с диффузного увеличения плотности ядра с формированием в дальнейшему участков наибольшей плотности по периферии ядра, которое приводит в финале к анулярной (кольцевидной) конденсации хроматина. Это сопровождается уменьшением объема ядра. В большинстве, но не во всех тканях, ядерные и клеточные фрагменты образовывают небольшие апоптотозные тельца, которые фагоцитируются макрофагами без развития воспалительной реакции. Кольцевидная конденсация хроматина является первым признаком апоптоза.

Дата добавления: 2014-01-15