Апоптоз — копия. Морфологические проявления апоптоза

• Название: Морфологические проявления апоптоза
• Дата: 28.01.2020
• Размер: 0.5 Mb.
• Имя файла: Апоптоз — копия.docx
• Тип: Документы; #106156
• страница: 1 из 2

Введение

Апоптоз - запрограммированная клеточная гибель, энергетически зависимый, генетически контролируемый процесс, который запускается специфическими сигналами и избавляет организм от ослабленных, ненужных или повреждённых клеток. Ежедневно, примерно около 5% клеток организма подвергаются апоптозу, а их место занимают новые клетки. В процессе апоптоза клетка исчезает бесследно в течение 15-120 минут.

Запрограммированная клеточная гибель это биохимически специфический тип гибели клетки, который характеризуется активацией нелизосомных эндогенных эндонуклеаз, которые расщепляют ядерную ДНК на маленькие фрагменты. Морфологически апоптоз проявляется гибелью единичных, беспорядочно расположенных клеток, что сопровождается формированием округлых, окруженных мембраной телец (“апоптотические тельца”), которые тут же фагоцитируются окружающими клетками.

Апоптоз – энергозависимый процесс, посредством которого удаляются нежелательные и дефектные клетки организма. Он играет большую роль в морфогенезе и является механизмом постоянного контроля размеров органов. При снижении апоптоза происходит накопление клеток, пример – опухолевый рост. При увеличении апоптоза наблюдается прогрессивное уменьшение количества клеток в ткани, пример – атрофия.

Морфологические проявления апоптоза.

Апоптоз имеет свои отличительные морфологические признаки, как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне. При окраске гематоксилином и эозином апоптоз определяется в единичных клетках или небольших группах клеток. Апоптотические клетки выглядят как округлые или овальные скопления интенсивно эозинофильной цитоплазмы с плотными фрагментами ядерного хроматина. Поскольку сжатие клетки и формирование апоптотических телец происходит быстро и также быстро они фагоцитируются, распадаются или выбрасываются в просвет органа, то на гистологических препаратах он обнаруживается в случаях его значительной выраженности. К тому же апоптоз – в отличие от некроза – никогда не сопровождается воспалительной реакцией, что также затрудняет его гистологическое выявление.

Наиболее четко морфологические признаки выявляются при электронной микроскопии. Для клетки, подвергающейся апоптозу характерно:

• 
  Сжатие клетки. Клетка уменьшается в размерах; цитоплазма уплотняется; органеллы, которые выглядят относительно нормальными, располагаются более компактно. Предполагается, что нарушение формы и объема клетки происходит в результате активации в апоптотических клетках трансглютаминазы. Этот фермент вызывает прогрессивное образование перекрестных связей в цитоплазматических белках, что приводит к формированию своеобразной оболочки под клеточной мембраной, подобно ороговевающим клеткам эпителия.
  
• 
  Конденсация хроматина. Это наиболее характерное проявление апоптоза. Хроматин конденсируется по периферии, под мембраной ядра, при этом образуются четко очерченные плотные массы различной формы и размеров. Ядро же может разрываться на два или несколько фрагментов. Механизм конденсации хроматина изучен достаточно хорошо. Он обусловлен расщеплением ядерной ДНК в местах, связывающих отдельные нуклеосомы, что приводит к развитию большого количества фрагментов, в которых число пар оснований делится на 180-200. При электрофорезе фрагменты дают характерную картину лестницы. Эта картина отличается от таковой при некрозе клеток, где длина фрагментов ДНК варьирует.
  
• 
  Формирование в цитоплазме полостей и апоптотических телец. В апоптотической клетке первоначально формируются глубокие впячивания поверхности с образованием полостей, что приводит к фрагментации клетки и формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл, с или без фрагментов ядра.
  
• 
  Фагоцитоз апоптотических телец. Фагоцитоз апоптотических клеток или телец осуществляется окружающими здоровыми клетками, или паренхиматозными, или макрофагами. Апоптотические тельца быстро разрушаются в лизосомах, а окружающие клетки либо мигрируют, либо делятся, чтобы заполнить освободившееся после гибели клетки пространство. Фагоцитоз апоптотических телец макрофагами или другими клетками активируется рецепторами на этих клетках: они захватывают и поглощают апоптотические клетки. Один из таких рецепторов на макрофагах – рецептор витронектина, который является β3-интегрином и активирует фагоцитоз апоптотических нейтрофилов.
  

Участие апоптоза в физиологических и патологических процессах

• 
  Запрограммированном разрушении клеток во время эмбриогенеза (включая имплантацию, органогенез). Несмотря на то, что при эмбриогенезе апоптоз не всегда является отражением “запрограммированной смерти клетки”, это определение апоптоза широко используют различные исследователи.
  
• 
  Гормон-зависимой инволюции органов у взрослых, например, отторжение эндометрия во время менструального цикла, атрезии фолликулов в яичниках в менопаузе и регрессия молочной железы после прекращения лактации.
  
• 
  Удалении некоторых клеток при пролиферации клеточной популяции.
  
• 
  Гибели отдельных клеток в опухолях, в основном при ее регрессии, но также и в активно растущей опухоли.
  
• 
  Гибели клеток иммунной системы, как В -, так и Т-лимфоцитов, после истощения запасов цитокинов, а также гибели аутореактивных Т-клеток при развитии в тимусе.
  
• 
  Патологической атрофии гормон-зависимых органов, например, атрофии предстательной железы после кастрации и истощении лимфоцитов в тимусе при терапии глюкокортикоидами.
  
• 
  Патологической атрофии паренхиматозных органов после обтурации выводных протоков, что наблюдается в поджелудочной и слюнных железах, почках.
  
• 
  Гибели клеток, вызванных действием цитотоксических Т-клеток, например, при отторжении трансплантата и болезни “трансплантат против хозяина”.
  
• 
  Повреждении клеток при некоторых вирусных заболеваниях, например, при вирусном гепатите, когда фрагменты апоптотических клеток обнаруживаются в печени, как тельца Каунсильмана.
  
• 
  Гибели клеток при действии различных повреждающих факторов, которые способны вызвать некроз, но действующих в небольших дозах, например, при действии высокой температуры, ионизирующего излучения, противоопухолевых препаратов.
  

Генетика апоптоза

Поддержание структурно-функционального постоянства тканей и органов биологических систем определяется сбалансированностью процессов отмирания и обновления клеток. В процессе эволюции выработались универсальные механизмы регулирования клеточной гибели и регенерации.

Термин «necrosis» был известен еще со времен Галена. Первое гистологическое описание смерти клеток опубликовано в 1859 г. Вирховым. Он использовал термины «дегенерация», «некроз», «умирание клеток» как синонимы гангрены. В 1950 г. в связи с открытием лизосом Де Дюв выдвинул концепцию клеточного суицида с использованием содержимого лизосом. В 1971 г. I.F.R. Kerr описал особый тип некроза, характеризующийся резким уменьшением объема клетки, как бы ее сжатием, и назвал такой вид гибели «сжатым некрозом». В 1972 г. I.F.R. Kerr с соавт. предложили для этого типа смерти клетки термин «апоптоз», в переводе с греческого означающий «листопад».

В настоящее время принято выделять два основных типа клеточной смерти: апоптоз и некроз.

Сходства некроза и апоптоза:

•  изменение содержания кальция в клетках;

•  оксидантный стресс;

•  активация протеаз.

Морфологическая характеристика клеточной смерти подробно исследована.

В противоположность пассивному некрозу, вовлекающему группы клеток с поврежденными набухшими митохондриями и нарушенным электролитным балансом, апоптоз - активный, тонко регулируемый энергозависимый процесс, находящийся под генетическим контролем.

Апоптоз - двухфазный процесс:

•  В первую фазу - латентную - в ответ на разные стимулы, связанные с повреждением ДНК (например, вирусная инфекция, радиация, несвойственная экспрессия генов), клетка «приговаривает» себя ко вступлению на путь «самоубийства». Длительность этой фазы варьирует от нескольких часов до нескольких дней. Во второй фазе - активной - клетка подвергается серии морфологических и функциональных изменений, кульминацией которых становится смерть в течение десятков минут. Апоптоз начинается с конденсации ядерного хроматина по периферии ядра, уменьшения последнего (пикноз), его фрагментации (кариорексис). Затем происходят конденсация, уплотнение клеточных органелл, уменьшение объема цитоплазмы. Мембраны приобретают пузырчатый вид. Потом происходит отпочковывание фрагментов клетки с образованием апоптических тел, окруженных мембраной и содержащих уплотненные остатки органелл и ядра. Апоптические тела утилизируются макрофагами или соседними паренхиматозными клетками, причем воспалительная реакция не развивается, что исключает повреждение других клеток.

Таблица 18-1. Морфологические и биохимические характеристики апоптической и некротической гибели клеток



Таблица 18-1. Морфологические и биохимические характеристики апоптической и некротической гибели клеток (окончание)



Существует концепция, согласно которой выделяют два понятия:

•  Апоптоз - комплекс морфологических и биохимических особенностей определенного способа клеточной смерти СФОРМИРОВАВШЕЙСЯ ткани ЗРЕЛОГО организма.

•  Программированная клеточная гибель (ПКГ) - способ клеточной гибели РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ ткани формирующейся биологической системы. Характерны незрелость регулирующих систем и особые тиггерные механизмы клеточного коллапса.

Farber E. (1994) предложил следующую классификацию программированной клеточной гибели:

•  Программированная онтогенетически клеточная гибель, происходящая в ходе нормального развития и/или метаморфоза.

•  Программированная физиологически гибель клеток взрослых организмов в ходе регрессии гиперплазированных в результате экзо- и эндогенных воздействий органов и тканей. Она проявляется лишь в случае необходимости восстановления клеточного равновесия. Сюда же относят гибель самообновляющихся клеток взрослого организма, например клеток лимфоидной и миелоидной тканей.

•  Программированная биохимически клеточная гибель после воздействия патологических агентов различной природы. Этот тип гибели не физиологический, он представляет собой пассивную или активную реакцию на повреждающий стимул.

Выделяют пять типов проявлений апоптоза:

•  Смерть клеток в процессе онтогенеза (например, ПКГ ответственна за регрессию личиночных органов в процессе метаморфоза).

•  Смерть клеток тканей взрослых особей. Так, in vitro показано, что старение может сопровождаться апоптозом. Важная функция иммунной системы - разрушение лимфоцитов, овариального фолликула, инволюция волосяного фолликула путем апоптоза. Апоптоз уравновешивает результаты митоза в тканях.

•  Смерть клеток в процессе патологической атрофии при гиперплазии в эндокринно-зависимых тканях, например, при атрофии простаты после кастрации и коры надпочечников после супрессии секреции АКТГ с помощью глюкокортикоидов и т.п. Патологическое разрастание (гиперплазия) вызывается стимуляцией митозов, а возвращение к нормальным объемам тканей опосредуется апоптозом.

•  Альтруистический суицид клеток. Элиминация клеток-мутантов или клеток, пораженных вирусом. Фрагментация ДНК в этом случае предупреждает перенос генетического материала при фагоцитировании апоптозных телец.

•  Клеточная смерть, вызванная слабым повреждением. Так, гипертермия клеток в культуре тканей в течение 30 мин при 43-44 °С приводит к апоптозу отдельных клеток, при 46-47 °С - массовый некроз, при 45 °С одновременно наблюдают признаки апоптоза и некроза.

Однако после запуска процесс гибели клетки реализуется с помощью универсальных биохимических механизмов. В основе всех форм ПКГ лежит генетически детерминированная программа клеточного «самоубийства». Об этом свидетельствуют участие ряда генов в реализации этой программы на уровне клетки и наличие специфических генов, контролирующих этот процесс.

Механизм запуска и исполнения программированной клеточной смерти до конца не ясен, но существуют доказательства, что апоптоз регулируется геном p53 и протоонкогенами bcl-2 и bcl-x. Дикий (т.е. нормальный) тип гена р53 (wT p53) индуцирует апоптоз, а протоонкогены bcl-2 и bcl-x его блокируют. В результате мутации дикого типа образуется мутантный тип гена p53 (mt p53) и клетка теряет способность к естественной смерти (апоптозу), вследствие чего развивается опухоль. Ген wt p53 - ген-супрессор, ингибирующий трансформацию клеток. Ген mt p53 - онкоген, наряду с другими онкогенами участвующий в механизмах канцерогенеза. Ген wt p53 не только индуцирует апоптоз, но и блокирует клеточный цикл совместно с геном с-myc на стадии G1 или перехода фазы G1 в S-фазу.

Протоонкоген bcl-2 - результат хромосомной транслокации (из позиции 18q21 в локус Н-цепи Ig в 14q32). Он приводит к гиперэкспрессии

белка bcl-2 в клетках. Белок bcl-2 - интегральный мембранный протеин, локализованный в митохондриальной и околоядерной мембранах. В экспериментальных системах этот белок защищает клетки от программированной клеточной смерти и дает онкогенный эффект, так как снижает апоптоз. Модуляция эндогенного уровня bcl-2 может быть физиологическим механизмом, контролирующим жизнь и смерть лимфоцитов.

Апоптоз и программированная клеточная гибель связаны с экспрессией на клетках белка Fas/АРО-1 (клетки иммунной системы, кишечного эпителия, печени, сердца, легких и яичников). Ген Fas/АРО-! кодирует трансмембранный рецептор Fas/АРО-1 (СД95). Этот ген локализован на участке q23 хромосомы 10 человека (на хромосоме 19 - у мыши). Естественный лиганд рецептора Fas - трансмембранная молекула. Fas вызывает апоптическую гибель клетки. Ген этого лиганда картирован на хромосоме 1 у мыши.

Антиген Fas/АРО^ экспрессирован у человека на кортикальных тимоцитах, активированных Т- и В-лимфоцитах, лимфобластоидных клеточных линиях, гепатоцитах, миелоидных клетках, некоторых типах эпителия и др. Количество этого антигена на лимфоцитах периферической крови зависит от возраста - экспрессия его прогрессивно повышается. Этот антиген представлен на СD8- и СD4-лимфоцитах, несущих СD45RO-антиген, являющийся маркером Т-клеток памяти. Экспрессия этого антигена регулируется экспозицией с интерлейки- ном-2, гамма-интерфероном и на СD34-клетках больных хроническим миелолейкозом в стадии бластного криза.