Особенности и отличиеТермин “ апоптоз ” обозначает генетически контролируемую гибель клеток. Будучи универсальным процессом элиминации клеток, апоптоз совместно с митозом обеспечивает регуляцию численности клеточных популяций.
Морфология апоптоза может обладать видовой и тканевой специфичностью. Тем не менее, гибель клеток путем апоптоза в различных клеточных популяциях имеет сходные морфологические проявления, которые разворачиваются по единому сценарию.
В начале процесса клетка утрачивает микроворсинки и контакты с соседними клетками, округляется и отделяется от клеточного пласта. Одновременно в ядре наблюдается перераспределение хроматина: он смещается к периферии, тогда как центральные области ядра становятся однородными. Затем в ядре появляются выпячивания нуклеолеммы (протуберанцы), которые заполняются гетерохроматином. В результате гетерохроматин формирует по периметру ядра скопления с четко очерченными границами. Эухроматиновые области ядра при этом просветляются.
Маргинация хроматина и образование кольца из его глыбок по периферии ядра давно была известна цитологам под названием “ кариорексис ”. Ядра клеток при апоптозе могут также сжиматься, что обозначается термином “ пикноз ”.
Параллельно изменениям ядра при апоптозе наблюдается конденсация цитоплазмы. При этом длительное время сохраняется целостность большинства цитоплазматических органелл, в том числе лизосом и митохондрий.
На более поздних этапах плазмолемма начинает формировать глубокие инвагинации, которые приводят к распаду клетки на гроздь апоптозных телец. В некоторых из них могут содержаться остатки клеточного ядра, состоящие из фрагментов нуклеолеммы и скоплений хроматина. В дальнейшем апоптозные тельца фагоцитируются макрофагами и другими клетками. Иногда апоптозные тельца не фагоцитируются, а слущиваются в полости, кровеносное русло или почечные канальцы. Длительность апоптоза обычно варьирует в пределах от 1 до 12 часов.
В некоторых тканях отдельные морфологические проявления апоптоза могут быть выражены слабо или отсутствовать. Например, у лимфоцитов маргинация хроматина приводит к формированию одного скопления в форме полумесяца. Деградация ДНК в сердечных мышечных клетках происходит без маргинации и конденсации хроматина. Распад клетки на апоптозные тельца также наблюдается не всегда. Несмотря на это, по комплексу морфофизиологических свойств апоптоз значительно отличается от случайной гибели клеток – некроза, для которого характерна гипертрофия ядра и цитоплазмы вследствие переваривания клетки лизосомальными ферментами.
Апоптоз инициируется специфическими молекулярными сигналами. Связывание их рецепторными белками плазмолеммы вызывает биохимические изменения в мембранах клетки, а также активацию ферментов, расщепляющих белки хроматина и ДНК
Наиболее изученным примером лиганд-рецепторного комплекса, который обеспечивает запуск апоптоза у многих клеток, является пара молекул лигандFas – рецептор Fas (CD95). ЛигандFasэкспрессируется, главным образом, на активированных Т-лимфоцитах. Он имеет молекулярную массу 46 кДа и находится в мембране в виде димера или тримера. В отличие от лиганда, рецептор Fasэкспрессируется не только на T-лимфоцитах, но и на многих других типах клеток. Его молекулярная масса составляет 36 кДа. На цитоплазматической стороне рецептора имеется участок из 70 аминокислот, который критичен для передачи сигнала внутрь клетки - “домен смерти”.
Другими примерами таких комплексов могут служить фактор некроза опухолей ФНО и его рецептор, фактор роста нервов ФРН и его рецептор, рецептор CD45 и его лиганд. Все они содержат “домен смерти” и участвуют в запуске апоптоза у различных типов клеток.
Главным процессом, происходящим в клетке при апоптозе, является деградация хроматина в клеточном ядре. Она осуществляется путем сочетанного воздействия на хроматин специфических для апоптоза ферментов. Белки хроматина при этом расщепляются цистеиновыми протеазами – каспазами, тогда как ДНК разрезается на фрагменты под действием специфических эндогенных ДНК-аз.
При запуске апоптоза через рецепторные комплексы Fas и ФНО важная роль принадлежит каспазе-1, которая является продуктом гена ice. Первоначально она была идентифицирована как цистеиновая протеаза, расщепляющая предшественник интерлейкина-1-бета. Каспаза-1 синтезируется в виде неактивного предшественника (молекулярная масса 45 кДа), который затем превращается в субъединицы р10 и р20. Активный фермент представляет собой тетрамер, содержащий по две копии каждой субъединицы и атакующий пептидную связь после аспарагиновой кислоты.
К настоящему времени обнаружено более 10 каспаз. Субстратами для них являются сами каспазы, ламины, топоизомеразы, гистон H1 и другие компоненты хроматина. В частности, активируемая каспазой-1 каспаза-3 подавляет функцию фермента, который участвует в репарации однонитевых разрывов ДНК. Одновременно, каспаза-3 активирует ДНК-азу CAD/DFF40, которая разрезает ДНК между нуклеосомами. Субстратом для каспазы-6 является ламинA, который входит в состав ядерного матрикса
Разрушение ядерной ДНК рассматривается как ключевое событие апоптоза, после которого процесс клеточной гибели становится необратимым. При этом сначала происходит образование крупных фрагментов ДНК размером 50-300 тысяч п.н., что соответствует петлевым доменам хроматина. Позднее величина образующихся фрагментов сокращается до 200 п.н., что равняется длине ДНК в составе нуклеосомы. Фрагментация ДНК при апоптозе представляет собой активный процесс, требующий затрат энергии и синтеза РНК и белка.
В разрушении ядерной ДНК участвуют CAD, ДНК-азы I и II, а также апоптоз-активирующий фактор АИФ. Наибольшее значение из них имеет активируемая каспазой–3 эндонуклеазаCAD, активность которой зависит от кальция и магния, но подавляется ионами цинка
Таким образом, апоптоз представляет собой генетически запрограммированную реакцию клетки на специфический молекулярный сигнал, результатом которой является уничтожение ее генома. Апоптоз обеспечивает удаление клеток из нормально развивающихся и функционирующих тканей, не вызывая при этом повреждения соседних клеток и не запуская воспалительный процесс.
