Apoptoza, czyli zaprogramowana śmierć komórki. Jak przebiega?
Apoptoza (gr. apoptosis - opadanie liści) to proces programowanej śmierci komórki, jest to całkowicie naturalne zjawisko pozwalające na usunięcie nieprawidłowych, uszkodzonych i zużytych komórek z organizmu. Warto dowiedzieć się, co to dokładnie jest, czy apoptoza to szkodliwe zjawisko, kiedy zachodzi oraz jakie procesy prowadzą do niej prowadzą.
Spis treści
Apoptoza to proces fizjologiczny, naturalny przebiegający nieustannie w każdym zdrowym organizmie, jest ona niezbędna do prawidłowego funkcjonowania ustroju. Dzięki apoptozie organizm ma możliwość kontrolowania liczby i jakości komórek. Proces ten to tak zwana programowana śmierć komórki, prowadzi on do eliminacji komórek uszkodzonych, zainfekowanych czy niepotrzebnych, co zapewnia równowagę między powstawaniem nowych, a niszczeniem starych komórek.
Zaburzenia w przebiegu apoptozy mają bardzo negatywny skutek, pojawiają się choroby, których profilaktyka i sposób leczenia są bardzo trudne – nowotwory, choroby autoimmunologiczne. Być może nowe metody leczenia pozwalające na uruchomianie procesu apoptozy w komórkach nowotworowych, staną się skutecznym sposobem leczenia.
Całkowita liczba komórek w organizmie jest ściśle ustalona i stała, każda dłużej utrzymująca się zmiana ich ilości, może mieć negatywny wpływ na nasze zdrowie, dlatego też organizm dąży do zachowania równowagi między niszczeniem komórek, a powstawaniem nowych. Proces obumierania komórek może zachodzić na kilka sposobów, najważniejsze z nich to:
- Nekroza (martwica) - jest wywoływana przez czynniki zewnętrzne: chemiczne, mechaniczne, fizyczne. Jest to proces patologiczny, nieprawidłowy, nad którym organizm nie ma żadnej kontroli. W jej przebiegu zniszczone zostają całe grupy komórek, a konsekwencją tego uszkodzenia jest rozwój procesu zapalnego.
- Apoptoza (programowana śmierć komórki) jest zupełnie odmienna, proces ten jest zupełnie normalny, fizjologiczny, dotyczy pojedynczych komórek i jest niezbędny w normalnie funkcjonującym organizmie.
- Autofagia - polega na strawieniu się komórki przez własne enzymy.
Pomimo negatywnego wydźwięku, apoptoza jest zjawiskiem normalnym, przebiegającym regularnie, ma ona na celu dobro całego organizmu pozwalając na zastąpienie niewydajnych, zużytych komórek, nowymi. Usuwane komórki to głównie te, które mogłyby stać się niebezpieczne dla gospodarza, np. nowotworowe lub wykazujące tendencję nowotworową.
Apoptoza pozwala więc na zachowanie homeostazy, czyli równowagi organizmu. Proces programowanej śmierci komórki to bardzo złożone zjawisko, biorą w nim udział dziesiątki enzymów i białek. Czas jej wystąpienia również nie jest przypadkowy, decyduje o tym wiele szlaków sygnałowych, które uaktywniają się na skutek uszkodzenia komórki: jej organelli czy materiału genetycznego.
Czytaj też: Martwica - czym jest? Rodzaje martwicy
Inicjacja apoptozy
Uruchomienie apoptozy wiąże się aktywacją lub zahamowaniem działania niektórych białek (pro- i antyapoptotycznych), które są stale obecne w komórce. Sposób zachodzenia procesu zależy od typu i bodźców, zapoczątkowujących apoptozę. Inicjacja to pierwsza, wstępna faza, w jej trakcie aktywowane są szlaki sygnałowe prowadzące do rozwoju procesu programowanej śmierci.
Najważniejsze z nich to tak zwany szlak wewnętrzny, w którym dominującą rolę pełnią mitochondria oraz zewnętrzny, jego czynnikiem spustowym są z kolei sygnały z poza komórki:
- niedobór czynników wzrostu, hormonów
- wzrost stężenia niektórych cytokin (cząsteczek produkowanych przez limfocyty)
- oddziaływania z sąsiednich komórek
- czynniki fizyczne
- niedobór składników odżywczych.
W przypadku drogi zewnątrzpochodnej bodźce ze środowiska oddziaływają na receptory zlokalizowane w błonie komórkowej (tak zwane receptory śmierci), one uruchamiają kaskadę sygnałów wewnątrzkomórkowych prowadzących do apoptozy.
W przypadku drogi wewnątrzpochodnej kluczową rolę pełnią mitochondria. Po ich uszkodzeniu, przez różnorodne czynniki, dochodzi do ekspresji białek proapoptotycznych w tych organellach, one z kolei uszkadzają funkcję mitochondriom uniemożliwiając produkcję energii.
Dodatkowo, owo uszkodzenie powoduje uwolnienie z mitochondrium białka - cytochromu, który przyczynia się do zwiększenia stężenia jonów wapnia w komórce. Wzrost ilości tego jonu jest czynnikiem spustowym apoptozy.
Przebieg apoptozy
Przejście komórki w fazę apoptozy można rozpoznać obserwując jej oddzielenie od innych, jest to pierwszy etap tego procesu. Wynika on z przesunięć elektrolitowych, odwodnienia komórki i zmiany jej kształtu. Następnie dochodzi do fragmentacji jądra komórkowego i uformowania tak zwanych ciał apoptorycznych, są to pozostałości komórki, które zostaną wchłonięte przez sąsiednie komórki lub "zjedzone" przez makrofagi. Taki przebieg apoptozy sprawia, że komórka jest usunięta "po cichu", nie powoduje rozwoju ogólnej reakcji - stanu zapalnego.
Jak wspomniano, w procesie tym biorą udział różne enzymy: kaspazy trawiące białko zawarte w jądrze i cytoplazmie, transglutaminazy i enzymy endonukleolityczne odpowiedzialne za cięcie DNA. Przebieg całego procesu niszczenia (egzekucja apoptozy) można podzielić na kilka etapów:
1. Faza kontrolno-decyzyjna - polega ona na przekazaniu do jądra komórkowego informacji o uruchomieniu mechanizmów naprawczych lub ich zaniechaniu i rozpoczęciu procesu rozpadu komórki. W tym procesie uczestniczą kaspazy, białka BID i BAX, a limfocyty T uwalniają granzymy do wnętrza komórek, które między innymi uwalniają jony wapnia stymulując apoptozę.
2. Faza wykonawcza - w tym etapie kaspazy rozwijają pełnię swojego działania - niszczą białka komórkowe - strukturalne i enzymatyczne:
- polimerazę DNA i kinazę DNA, uniemożliwiając naprawę kwasów nukleinowych
- laminy, uszkadzając błonę jądrową.
W tej fazie dochodzi do odwodnienia komórki, dalszej zmiany kształtu i wielkości, fragmentacji DNA (przez endonukleazy), następnie fragmentacji komórki i powstania ciał apoptotycznych. Wspomniane kaspazy to wewnątrzkomórkowe enzymy, które przecinają białka w określonych miejscach - danej sekwencji aminokwasów. Ich aktywacja zachodzi w sposób lawinowy – uruchomiona kaspaza aktywuje kolejną.
Co ciekawe, pomimo rozpadu wielu białek komórkowych, organelle komórkowe pozostają nieuszkodzone i przedostają się w całości do ciałek apoptorycznych.
3. Faza uprzątania polega na fagocytozie, czyli pochłanianiu resztek komórki najczęściej przez komórki żerne - makrofagi.
Kontrola apoptozy
Apoptoza jest procesem ściśle regulowanym - zarówno jej inicjacja, jak i sam przebieg. Kontrolę sprawuje przede wszystkim rodzina białek Bcl-2, należą do nich białka antyapoptotyczne - przeciwdziałają one rozwojowi apoptozy (np. Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w) oraz proapoptotyczne - promujące jej wystąpienie poprzez uszkadzanie błony mitochondrium (Bid, Bak, Bad).
Ekspresja czyli aktywność tych białek zależy do warunków, w jakich jest komórka, a także jej stanu - jeśli uszkodzenia są duże lub warunki zewnętrzne nie sprzyjają, aktywacji ulegają białka proapoptotyczne.
W warunkach prawidłowych dominują białka antyapoptotyczne, które hamują proces programowanej śmierci komórki. Ponadto udowodniono, że apoptoza jest kontrolowana także przez geny, jednym z nich jest gen p53, należy on do czynników proapoptotycznych. Jego produkt - białko p53 uruchamia proces samobójczej śmierci komórki, jeśli uszkodzenie materiału genetycznego jest tak poważne, że nie ma możliwości naprawy DNA.
W związku z tym, białko to nazywane jest niekiedy "strażnikiem genomu", ponieważ decyduje ono o tym, czy komórka zatrzyma podziały komórkowe, w celu naprawienia powstałych uszkodzeń, czy też dojdzie do apoptozy.
Apoptoza a choroby
Udowodniono, że zaburzenie równowagi między powstawaniem nowych, a likwidacją starych komórek jest przyczyną wielu chorób, dlatego też komórkowa kontrola apoptozy jest niezwykle ważna, a jej zaburzenie może mieć bardzo poważne konsekwencje.
Jeśli komórki wykazują oporność na śmierć na drodze apoptozy, może dojść do rozwoju nowotworu lub choroby autoimmunologicznej (np. reumatoidalnego zapalenia stawów). W obu tych przypadkach chore komórki nie podlegają procesowi apoptozy, są na niego "odporne" na skutek mutacji genetycznych lub nieprawidłowej aktywności białek pro- i antyapoptotycznych. Z drugiej strony nadmierna podatność i eliminacja zbyt wielu komórek może doprowadzić do chorób degeneracyjnych i uszkodzeń narządów.
Obecnie testowane, najnowsze leki onkologiczne działają właśnie na etapie apoptozy - mechanizm działania polega na promowaniu występowania białek proapoptotycznych - sprzyjających występowaniu apoptozy w komórkach guza. Na podobnej zasadzie wywoływania apoptozy działa radioterapia oraz "standardowa" chemioterapia. Obie te metody leczenia wywołują stres komórkowy, który prowadzi do śmierci komórek guza. Niestety taka terapia nie zawsze jest skuteczna, ponieważ w komórkach nowotworu nierzadko dochodzi do zwiększenia aktywności czynników hamujących apoptozę, co nie tylko utrudnia walkę z nimi, ale i prowadzi do niekontrolowanego wzrostu i namnażania.
Czytaj też: Rozwój nowotworu, czyli jak powstaje rak
Polecany artykuł:
