Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 354
Текст из файла (страница 354)
Хагя апоптоз — лишь одна из форм программированной клеточной смерти, он встречается несравненно чаще остальных и изучен гораздо лучше, так что биологи зачастую ошибочно используют эти термины как взаимозаменяемые. Клетки, погибающие путем апоптоза, претерпевают характерные морфологические изменения. Они уменьшаются в обьеме и уплотнякпся, их цнтоскелет перестраиваегся, ядерная оболочка разрушается, а ядерный хроматин конденсируется и фрагментируетгя (рнс. 18.1, а). Поверхность клетки часто образует пузырьки, и если клетка большая, то она распадается на окруженные мембраной фрагменты, называемые апоптотическичи тельцами.
Более важно, что поверхность клетки или апоптотических телец претерпевает химические изменения, так что соседние клетки, или макрофаги (специализированные фагоциты, см, главу 23), быстро поглощают их, прежде чем те смогут выплеснуть свое содержимое наружу (рис. 18.1, 6). Таким образом, клетки быстро и аккуратно перестают существовать, не вызывая опасной воспалительной реакции. Поскольку клетки поглощаются и рассасываются столь стремительно, обычно можно увидеть лишь небольшое количество клеточных смерзей, даже в тех случаях, когда апоптоз претерпевает множеспю клеток.
Вероятно, поэтому биологи много лет не замечали апоптоз и до сих пор не оценили в должной мере его значение. В противоположность апоптозу и менее изученным формам программированной клеточной смерти (т.е. тем формам, при которых приводится в действие внутриклеточная программа гибели), животные клетки, погибающие случайно в результате повреждения, вызванного травмой или нарушением кровоснабжения, обычно умирают путем так называемого некроза. Некротические клетки набухают и разрываются, выплескивая свое содержимое на соседние клетки н вызывая воспалительную реакцию (рис. 18.1, в).
мировать форму руки или ступни в эмбриональном развитии: они закладываются в виде структур, наползи>гающих по форме лопату, а отдельные пальцы появляются при отмирании клеток между ними, как показано на примере мышиной лапки на рис. )8.2. В других случаях клетки умирают, когда образуемая ими структура больше не нужна. При превращении головастика в лягушку клетки хвоста отмирают, и хвост, в котором лягугпка не нуждается, исчезает (рис. 18.3). Во многих других случаях клеточная смерть помогает регулировать количество клеток. При развитии нервной системы, например, клеточная смерть так подстраивает количество нервных клеток, чтобы оно ссютветствовало количеству иннервируемых клеток, с которыми нужно установить контакт; зто мы обсудим позже. 1мм Рис.
18.2. Роль апоптоза в формировании пальцев развивающейся лапы мыши. а) Лапа этого зародыша мыши окрашена специфическим красителем. отмечающим клетки в состоянии апоптоза. Апоптотические клетки выглядят кэк яркие зеленые точки в перемычках между развивающимися пальцами. 0) На фотографии, сделанной на следующий день, видно, что клеточная смерть уничтожила ткань между пальцами, и апоптотических клеток почти не осталось.
(Из ЧЧ. Чуоог) ег а)., Реке>ортелс 12>Ч 5245-5252, 2000. С разрешения ТЬе Согпрапу ог Вю)ов>зсз.) Программируемая клеточная смерть также выполняет функцию контроля качества при индивидуальном развитии, уничтожая нездоровые, оказавшиеся не на своем месте, нефункциональные или потеш1иально опасные для животного клетки. Яркий пример являет собой адаптивная иммунная система позвоночных, где апоптоз уничтожае> развивающиеся Т и В лимфоциты, которые либо скалились неспособными производить потенциально полезные антигон специфичные рецеп торы, либо оказались аугореактивными; таким путем погибает также большинство лимфоцитов, активированных инфекцией, после того как они помогли уничтожить возбудитрля (см. главу 28). Рис.
18 3. Апоптоэ при метаморфозе головастика в лягушку. Когда головастик превращается в лягушку, клетки его хвоста получают сигнал к апоптозу; вследствие этого хвост отпадает. Повышение концентрации гормонов щитовидной железы в крови стимулирует все изменения, сопутствующие метаморфозу, в том числе и апопгоз. 1716 Часть 11ь Внутренняя организация клетки В тканях взрослого, которые не растут и не становятся меньше, смерть и деление клеток должны тонко регулироваться, чтобы между ними поддерживался точный баланс. Если, к примеру, у взрослой крысы удалить часть печени, то клетки печени начинают делиться чаще, чтобы скомпенсировать потерю. И обратно, если крысе вводить фенобарбитал, стимулирующий деление клеток печени (и, соответственно, увеличение печени в размерах), а затем прекратить ввод вещества, то частота апоптоза сильно увеличится и будет высокой до тех пор, пока печень не приобретет свой первоначальный размер.
Это занимает обычно неделю или около того. Таким образом, постоянство размера печени обеспечивается как за счет регуляции частоты клеточной смерти, так и за счет контроля частоты деления клеток, хотя механизмы, ответственные за эту регуляцию, практически неизвестны. Апоптоз происходит с ошеломляющей частотой в костном мозге взрослого ткани, где производятся клетки крови. К примеру, в костном мозге нейтрофилы (один из типов белых кровяных телец, обсуждаемых в главе 23) производятся постоянно в очень больших количествах, но подавляющее их большинство гибнет путем апоптоза здесь же, в течение нескольких дней, не успевая выполнить какую-либо функцию.
Этот холостой цикл производства и уничтожения необходим для поддержания готового запаса короткоживущих нейтрофилов, который можно было бы быстро мобилизовать для борьбы с инфекцией, когда бы она ни проникла в организм. По сравнению с жизнью целого организма жизнь клетки, очевидно, стоит гораздо меньше. Животные клетки могут распознавать повреждения в своих многочисленных органеллах, и, если повреждение достаточно сильно, они убивают себя, запуская апоптоз. Важный пример — повреждение ДНК, которое (если система репарации с ним не справится) может привести к образованию раковой клетки. У клеток есть много способов детектирования повреждений ДНК, и в случае, если они не справляются с репарацией, клетки часто губят себя путем апоптоза.
18.1.2. Апоптозные клетки можно распознать биохимически Клетки в состоянии апоптоза не только приобретают характерные морфологические признаки, но также претерпевают специфические биохимические изменения, которые можно использовать для определения апоптозных клеток. При апоптозе, например, эндонуклеазы расщепляют хромосомную ДНК на фрагменты специфической длины; поскольку разрывы появляются в области линкеров между нуклеосомами, при анализе этих фрагментов методом гель-электрофореза они выстраиваются в характерную лестничную структуру (рис. 18.4, а). Более того, из-за расщепления у ДНК появляется множество новых свободных концов, которые можно увидеть в апоптозных ядрах с помощью так называемого Т()1чЕ1-метода, используя меченый нуклеотид (рис.
18.4, 6). Особенно важное изменение касается плазматической мембраны апоптозной клетки. Отрицательно заряженный фосфолипид фосфатидилсерин обычно расположен исключительно во внутреннем слое липидного бислоя плазматнческой мембраны (см. рис, 10.3 и 10.1б), но в апоптозных клетках он перескакивает на внешнюю сторону и может служить маркером таких клеток. Фосфатидилсерин на поверхности апоптозных клеток можно выявить с помощью меченого белка аннексина Ъ', который специфически связывается с этим фосфолипидом. Фосфатидилсерин на поверхности клетки — не только удобный маркер апоптоза для биологов; он участвует в передаче соседним клеткам и макрофагам сигнала к фагоцитозу уми- Гяава1(КАпоцэзэа 17 17 Время (часы) 0 1 3 В 12 Рис.
18.4. Маркеры апоптоэв. о) Расщепление ДНК на фрагменты характерного размера. Мышиные лимфоциты тимуса подвергли взаимодействию с антителвми к находящемуся на поверхности клеток «рецептору смерти» Еаз (см. ниже), что приводило к апоптозу. Спустя различные промежутки времени (обозначенные сверху в часах) ДНК выделяли и фрагменты разделяли по размерам методом электрофореза в агарозном геле и окрашивали зтидий-бромидом. б) С помощью метода ТОНЕс в ядрах апоптозных клеток на срезе развивающейся почки конечности цыпленка были помечены концы ДНК, образовавшиеся при ее расщеплении; этот срез проходит через кожу и лежащие под ней ткани между развивающимися пальцами, как показано на схеме. Метод ТО НЕЕ (ТНГ гоесбогеН НОТР и!с(г епН !оье)!пд) назван так потому, что в нем используется фермент терминальная дезоксинуклеотидил-трансфераза(ТНТ), которая присоединяет цепочки меченого нуклеотида (НОТР) к ЗчОН-концу фрагмента ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
