Знание–сила, 2003 №02 (908)

Джон Салстон был участником проекта Бреннера. В частности, он анализировал судьбу всех дочерних клеток эмбриона, возникшего из оплодотворенной яйцеклетки. Всего у эмбриона насчитывалось 1090 дочерних клеток, однако у взрослого червя их число уменьшалось до 959. Значит, 131 клетка неизменно гибла в процессе эмбрионального развития. Салстон доказал, что отмирание этих клеток – явление закономерное. Так он сделал открытие, лаконично сформулированное: «Без смерти нет жизни». Процесс добровольного отмирания клеток называется «апоптозом».

Этот процесс играет важную роль в развитии эмбриона. Благодаря ему исчезают некоторые рудиментарные органы, появившиеся у зародыша.

Так, человеческий эмбрион утрачивает перепонки между пальцами, жабры и хвост. Особенно впечатляет формирование перьев и пальцев у различных видов животных. Клетки отмирают буквально штабелями, и лишь после их гибели упомянутые части тела обретают привычный вид.

Без постоянного отмирания клеток невозможна жизнь любого взрослого организма. Он должен все время обновляться. Мириады клеток отмирают и образуются вновь. Они гибнут, потому что выполнили свои задачи или перестали отвечать неким требованиям. Например, гибнут иммунные клетки, потерявшие способность защищать организм. Нарушение этого механизма может привести к серьезному заболеванию. Именно Джон Салстон первым определил генетический механизм, который управляет запрограммированной клеточной смертью.

Чтобы понять, как протекает апоптоз, Роберт Горвиц исследовал этот процесс опять же на примере червя. Он отыскал более полутора десятков генов, отвечавших за отмирание различных типов клеток червя, а также обнаружил генетический механизм, способный защитить от апоптоза. Особенно поразительно было то, что те же самые гены и протеины управляли отмиранием клеток в организме человека. Очевидно, процесс апоптоза протекает по аналогичной схеме вот уже полмиллиарда лет. В геном человека вписаны те же строки, что и в геном червя.

Роберт X. Горвиц

Родился в 1947 году в США. Некоторое время работал в Гарвардском университете. В1978 году перешел в Массачусетский технологический институт.

Открытие запрограммированной клеточной смерти стало одним из ключевых событий молекулярной биологии за последние десятилетия. Уже сейчас оно нашло практическое применение. Но прежде чем говорить об этом, скажем еще несколько слов о механизме апоптоза.

Планомерное отмирание клеток следует отличать от их патологической гибели, от некроза. В этом случае выделяются вещества, которые вызывают иммунную реакцию, и тогда ощущается боль.

Наоборот, апоптоз протекает совершенно безболезненно. Ядро клетки распадается. Сама она сжимается, рассыпаясь на несколько бляшек, окруженных мембраной. Соседние клетки поглощают и переваривают их. Так, каждый день в организме человека гибнут миллиарды кровяных клеток, и мы не замечаем этого.

Клетки, обреченные отмереть, получают команду двояким способом. Во-первых, некоторые клетки автоматически гибнут, если к ним не поступает сигнал от соседних клеток. Так, в развивающемся головном мозге отмирают нервные клетки, оказавшиеся в изоляции, то есть не установившие связь со своими соседями. Эта стратегия использована и в кровеносной системе. Некоторые клетки сами должны «напоминать себе», что им надо жить.

Во-вторых, приказ об отмирании клеток может поступить извне. Для этого используются различные сигнальные молекулы. Как только сигнал принят, внутри клетки поочередно активизируются особые ферменты (каспазы). В конце концов, протеины и ДНК разрушаются. Клетка гибнет.

Известны различные стратегии апоптоза. В одних случаях главный удар наносится по клеточным органоидам – прежде всего по митохондриям, своего рода «электростанциям», питающим клетку энергией. В других – объектом атаки становится клеточное ядро.

Довольно долго ученым не удавалось идентифицировать «вестника смерти» – сигнальную молекулу, вызывающую апоптоз. Впоследствии выяснилось, что, например, иммунные клетки выделяют так называемую молекулу FAS-Ligand. В принципе, ее действие обращено против клеток, инфицированных вирусами. Получив этот сигнал, те должны бесследно исчезнуть.

Если же в этом механизме происходит какой-то сбой и сигнальная молекула не достигает цели, то зараженная клетка продолжает расти. Так бывает при некоторых формах лейкемии, когда у больных клеток отсутствуют «антенны», с помощью которых они могли бы принять приказ о самоубийстве.

Процесс апоптоза играет важную роль в механизме развития многих заболеваний.

Так, при инфаркте миокарда, когда питание сердечной мышцы нарушено, начинается массовая гибель ее клеток, то есть типичный апоптоз. Сердечно-сосудистая деятельность ослабевает, а то и прекращается.

При рассеянном склерозе происходит массовое и невосполнимое отмирание нервных клеток.

Инсульт также связан с процессом апоптоза.

Сидней Бреннер

Родился в 1927 году в Южной Африке. В1954 году переехал в Великобританию и поступил на роботу е Оксфордский университет. Вскоре он выдвинулся в число ведущих молекулярных биологов страны.

На протяжении двух десятилетий он делил свой рабочий кабинет с Фрэнсисом Криком, одним из открывателей структуры ДНК. В настоящее время он работает в США,, в Беркли, в Molecular Science Institute.

Даже такое заболевание, как артериосклероз – сужение кровеносных сосудов, – вероятно, вызвано апоптозом: ошибочным отмиранием клеток, выстилающих внутреннюю поверхность сосудов.

Массовая гибель клеток, очевидно, вызывает и такие недуги, как хорею, болезнь Альцхаймера и болезнь Паркинсона.

Во всех этих случаях исследователи пытаются найти механизм, блокирующий гибель клеток и, значит, останавливающий развитие недуга. Очевидно, это можно сделать с помощью определенных лекарств. Их поиск – задача ученых и врачей.

Очень важную роль процессы апоптоза играют при возникновении раковых заболеваний. Для защиты от них в организме имеется особый протеин «р53». Именно он реагирует на появление злокачественных клеток; он отдает команду, и эти клетки гибнут. Если данный механизм работает безупречно, то раковые клетки могут прожить в организме человека всего пару часов. Затем они «добровольно» гибнут. Но иногда протеин перестает реагировать на мутации. Тогда больные клетки сохраняются в организме. Развивается рак.