Загибель клітини

З агибель (смерть) окремих клітин або їх груп постійно відбувається у багатоклітинних організмів. Причини загибелі, характер розвитку клітинної смерті можуть бути різними. Але виділяють дві категорії клітинної смерті: некроз і апоптоз (рис. 1).

Некроз – це явище загибелі клітин і тканин в живому організмі за дії зовнішніх факторів. Цей вид клітинної смерті пов’язаний з порушеннями внутрішньоклітинного гомеостазу, які виникають внаслідок змін проникності клітинних мембран. Некроз спричинює пошкодження плазматичної мембрани, зміну активності мембранних насосів під дією багатьох отрут (за умов отруєння ціанідами при порушенні роботи мітохондріальних ферментів), а також незворотні зміни при нестачі кисню (наприклад, при інфаркті міокарда внаслідок припинення постачання кисню ділянки серцевого м’яза некротизуються). Особливістю некрозу є виникнення запальної реакції в зоні ушкодження тканини.

Морфологічні зміни цитоплазми внаслідок некрозу: при підвищенні проникності плазматичної мембрани клітина набрякає; відбувається збільшення концентрації іонів Na⁺ і Ca⁺; цитоплазма закиснюється; вакуолярні компоненти набухають і їхні мембрани розриваються; синтез білків в цитозолі припиняється; звільнюються лізосомальні гідролази та відбувається лізис клітини.

Морфологічні зміни ядра внаслідок некрозу: клітинні ядра компактизуються (пікноз ядер); при набуханні ядра та розриву його оболонки периферійний хроматин розпадається на дрібні фрагменти (каріорексис); відбувається розчинення ядра (каріолізис).

Апоптоз (генетично програмована клітинна смерть) – процес, який призводить не до лізису, не до розчинення клітини, а до її фрагментації, розпаду. Доля апоптичних тілець теж незвичайна: вони фагоцитуються макрофагами або нормальними сусідніми клітинами. При цьому не розвивається запальна реакція.

Поняття апоптозу було введено при вивченні загибелі частини клітин печінки при неповній перев’язці портальної вени. При цьому спостерігається картина клітинної смерті, яка зачіпає лише окремі клітини в паренхімі печінки. Процес починається з того, що сусідні клітини втрачають контакти, вони зморщуються (першопочаткова назва цієї форми загибелі shrinkade necrosis – некроз стиснення клітини), в ядрах по їх периферії відбувається специфічна конденсація хроматину, потім ядро фрагментується на окремі частини, слідом за цим сама клітина фрагментується на окремі тільця, які відокремлені плазматичною мембраною, - апоптичні тільця.

В онтогенезі будь-якого організму постійно відбувається загибель деяких клітин, але без їх фізичного або хімічного пошкодження - як би їх „безпричинна” смерть. Апоптоз відбувається практично на всіх стадіях онтогенезу. Так, в ембріогенезі відмирають клітини вольфових і мюллерових каналів при розвитку сечостатевої системи у хребетних, гине частина нейробластів і гонадоцитів; апоптоз спостерігається при метаморфозах комах і амфібій (резорбція хвоста у головастика і зябер у тритона) і т. п.

У дорослому організмі постійно відбувається „спонтанна” загибель клітин. Так мільйонами гинуть клітини крові – нейтрофіли, клітини епідермісу шкіри, клітини тонкого кишечнику – ентероцити; гинуть фолікулярні клітини яєчника після овуляції, клітини молочної залози після лактації. Особливо багато прикладів загибелі клітин безпосереднього їх пошкодження при різних патологічних процесах. Наприклад, кастрація (видалення сім’яників) викликає загибель клітин простатичної залози, видалення гіпофізу призводить до загибелі клітин наднирників. Другий приклад – загибель Шванновських клітин при дегенерації аксона. Шванновські клітини в пошкодженому периферичному нерві дорослої тварини, також як і клітини-сателіти і чутливі нейрони у відповідних спинномозкових вузлах, гинуть.

Існують різні механізми регуляції клітинної загибелі внаслідок міжклітинних взаємодій. Більшість клітин багатоклітинного організму, щоб залишатися живими, потребують сигналів з боку нервової або гуморальної систем. Якщо такі сигнали (або певні трофічні фактори) відсутні в клітинах, розвивається програма „самогубства”, тобто програмована клітинна смерть. Надлишок або наявність деяких речовин може також спровокувати смерть. Наприклад, клітини культури нейронів гинуть при відсутності фактора роста нейронів (NGF), клітини простати гинуть за відсутності андрогенів сім’яників, клітини молочної залози – при падінні рівня гормона прогестерона та ін. Гідрокортизон викликає загибель лімфоцитів, а глютамат – нервових клітин в культурі тканини, фактор некрозу пухлини (ТNF) викликає загибель самих різних клітин, тироксин (гормон щитовидної залози) викликає апоптоз клітин хвоста головастиків. Крім цього апоптична загибель клітини може викликатися зовнішніми факторами, наприклад радіацією, дією токсинів, інгібіторів клітинного метаболізму. Незворотні пошкодження ДНК також викликають апоптоз.

Вибіркові пошкодження мітохондрій, при яких в цитоплазму вивільняється цитохром с, також являються причиною розвитку апоптозу. Мітохондрії та інші клітинні компоненти особливо страждають при утворенні вільних радикалів, за дії яких у внутрішній мембрані мітохондрій утворюються неспецифічні канали з високою проникливістю для іонів, внаслідок чого матрикс набухає і зовнішня мембрана розривається. При цьому розчинені в міжмембранному просторі білки разом з цитохромом с виводяться в цитоплазму; серед білків, що вивільнилися, є фактори, які активують апоптоз. Багато токсинів (рицин, дифтерійний токсин та ін.), а також антиметаболіти можуть викликати загибель клітин шляхом апоптозу. При порушеннях синтезу білка в ендоплазматичній сітці в розвитку апоптозу беруть участь каспази (цистеїнові протеази, які розщеплюють білки по аспарагіновій кислоті).

Таким чином, апоптоз, як генетично програмована клітинна смерть має велике значення: це видалення непотрібних, старих або патологічних клітин, особливо мутантних чи інфікованих вірусами

Елімінація – особливий процес видалення окремих клітин шляхом апоптозу, характерний для рослин. Механізм та фази його перебігу подібні до тваринних клітин, а саме: конденсація хроматину і фрагментація ядра; олігонуклеотидна деградація ДНК; стиснення і дроблення на везикули протопласта (везикули протопласта руйнуються гідролазами самих везикул, тому як у рослин немає клітин, аналогічних фагоцитам); розрив плазмодесм.

Так, програмована клітинна смерть відбувається у клітин кореневого чохлика, при формуванні перфорацій у листків монстери, при утворенні провідних тканин - ксилеми і флоеми. Опадання листя пов’язано з вибірковою загибеллю клітин зони прикріплення живця до гілки.