Кен Окона-Менса - Взламывая анатомию

Главной особенностью всех живых существ, будь то одноклеточные или многоклеточные, является их гарантированная смерть. Это довольно парадоксальная черта, ведь, с одной стороны, она определяет, что такое быть живым, а с другой — лишний раз подчеркивает факт неизбежной гибели. На клеточном уровне смерть — примечательное событие. Сигнальные пути, отвечающие за эту важную процедуру, так же сложны и разнообразны, как и сама жизнь.

Для одноклеточного организма гибель клетки — это рок, обрывающий жизнь. Но у многоклеточных организмов, как мы знаем с начала XX века, смерть клеток играет важную роль в нормальном процессе развития. Исторически мы привыкли рассматривать смерть клетки в зрелом организме как некоего врага жизни, проводя аналогию с часами, замедляющими свой ход из-за пагубных влияний среды. Эта точка зрения потеряла свою актуальность: теперь мы понимаем, что многие травмы, вызванные внешними агентами, способны запускать суицидальную программу и активировать процедуру по избавлению от поврежденных клеток. С адаптационной точки зрения данный процесс является оптимальным решением.

С начала 1990-х годов в понимании механизмов клеточной гибели произошел радикальный сдвиг. В результате было выделено два явных сценария: случайная и запрограммированная гибель.

Недостаток кислорода или питательных веществ (или воздействие токсических веществ) может привести к гибели клеток печени из-за некроза. Обратите внимание на их бледную цитоплазму, потерю ядра, тканевую структуру и очаги воспалительных клеток (черные точки).

При некрозе клетки теряют способность управлять транспортом веществ внутри себя. Клетки и органеллы набухают, а затем лопаются, выбрасывая содержимое во внеклеточную жидкость.

Случайная гибель клеток происходит неожиданно и не имеет четко выраженной цели. Она пагубна для всего организма. Такой сценарий иногда называют патологической гибелью клеток, или некрозом (от греч. nekros — мертвый). Некрозные клетки почти всегда отмирают вследствие острой или тяжелой травмы, вызванной:

• экстремальными изменениями в водно-электролитном балансе (электролиты — это соли и минералы);

• внезапной и продолжительной нехваткой питательных веществ;

• резким недостатком кислорода (аноксия);

• сильнейшими физическими и химическими травмами из-за интенсивного воздействия тепла, токсичных веществ или давления.

Некроз используют для описания всех изменений, через которые клетки и ткани проходят в процессе гибели. Клетки и органеллы не могут контролировать собственный объем и начинают набухать. В результате они лопаются и изливают свое содержимое на близлежащие области. Это очень грязный процесс, вызывающий локальную воспалительную реакцию.

В отличие от некроза, запрограммированная гибель клеток ( PCD — от англ. programmed cell death ) представляет собой планируемый или регулируемый сценарий гибели. PCD — это строго регламентированная процедура, происходящая в развитии организма по плану. Естественная, или «физиологическая», гибель клеток может происходить в определенных тканях на отдельных этапах развития либо затрагивать весь жизненный цикл (например, при обновлении иммунных клеток). PCD удаляет нежелательные и потенциально опасные клетки. Таким образом, PCD может возникать из-за различных стимулов, однако сам механизм гибели клеток подчинен определенному процессу под названием «апоптоз».

На этом рисунке показаны основные стадии апоптоза. Митохондрии сохраняются в клетке до самых поздних стадий, так как апоптоз является энергетически затратным процессом.

Понятие «апоптоз» происходит от греческого слова, обозначающего «листопад». Этот термин ввели патологоанатом Эндрю Уилли и его коллеги в 1971 году. Апоптоз — это «встроенная» программа гибели внутри клеток, эффективный и чистый способ избавления от нежелательных и умирающих клеток. Несмотря на то что термины « PCD » и «апоптоз» часто используются как синонимы, бывают случаи, когда PCD не является апоптозом. Например, клетки, выстилающие матку, запрограммированы на гибель к началу менструации, но по факту они погибают от некроза в результате недостаточного кровоснабжения.

В отличие от некротических клеток, на апоптозные действует ряд белков, которые называются каспазами. Апоптозные клетки не разбухают, а, наоборот, сжимаются и со временем распадаются на мембранно-связанные везикулы (апоптозные тельца). На поверхности этих везикул располагаются специальные маркеры, которые привлекают белые кровяные тельца (фагоциты), поглощающие клетки. Клеточные компоненты оборачиваются защитной протеиновой оболочкой, благодаря чему в апоптозе, в отличие от некроза, нет «утечки» потенциально вредных субстратов.

Апоптоз отвечает за поддержание нормального тканевого баланса, но в то же время связан и с рядом заболеваний. Следовательно, у апоптоза, как и у некроза, есть своя темная сторона.

Слишком слабый апоптоз (в клетке с аномальной устойчивостью к апоптозу) вызывает следующее.

Врожденные дефекты.

Лишние клетки не отмирают.

Аутоиммунные заболевания.

Накапливаются аутоиммунные реактивные клетки.

Рак.

Клетки с поврежденными генами, управляющими ростом, не умирают и продолжают расти.

Чрезмерный апоптоз (когда апоптоз активируется в клетке, в которой его быть не должно) может иметь следующие последствия.

Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Белые кровяные тельца (Т-клетки) начинают погибать после заражения вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Подробнее см. «Иммунодефицит» на стр. 163.

Дегенеративные заболевания нервной системы.

Начинают гибнуть нейроны, что ведет к ухудшению работы мозга. Подробнее см. параграф «Нейроны» на стр. 190–191.

Инсульт.

Временный недостаток кислорода в клетках головного мозга приводит к их гибели от апоптоза.

Известная компания по уходу за кожей говорит нам: «Любите кожу, в которой вы живете». И это справедливо, ведь кожа у нас одна. Хотя на самом деле кожа обновляется чуть ли не каждый месяц, но меняется только ее поверхностный слой…