Apoptoza komórek, czyli śmierć od wewnątrz

Dość długo uważano, że jedyną formą śmierci komórek jest apoptoza. Nowsze badania ukazały inne rodzaje śmierci komórek, należą do nich: autofagia, katastrofa mitotyczna, starzenie oraz nekroza.

Apoptoza uważana była za element konieczny i nieodzowny. Uważano, że dzięki niej możliwe są procesy pomagające w prawidłowym wzroście i funkcjonowaniu organizmu, np. wzrost embrionu, utrzymywanie homeostazy, czy procesy immunologiczne.

Autofagia wraz z apoptozą uznane zostały za procesy programowane, które komórka jest w stanie w sobie sama wyzwolić. Dwa pozostałe, tj. nekroza i katastrofa mitotyczna, są procesami ściśle pasywnymi. Do tych ostatnich zaliczamy również proces zwany starzeniem. Klasyfikacja taka była możliwa tylko dzięki poznaniu różnic w morfologii oraz typowych cechach biochemicznych poszczególnych rodzajów śmierci (1,2).

Apoptoza – charakterystyka

By organizm prawidłowo funkcjonował niezbędne są procesy zachowawcze. Dzięki śmierci komórek, które są zmutowane, chore, nieprawidłowe, organizm ma szanse na przeżycie. Jednakże dysfunkcja komórek nie jest jedynym czynnikiem wyzwalającym procesy apoptyczne. Należy do nich również stan utrzymania równowagi pomiędzy komórkami wytwarzanymi, a tymi, które muszą ulec zniszczeniu. Ludzki organizm zbudowany jest z miliardów komórek, dlatego też nie jest to możliwe, by było ich więcej. Z tym zadaniem dobrze sobie radzi proces apoptozy.

Już w XIX w. Rudolf Virchow dostrzegł zmiany w komórkach, jednak nazwał je degeneracją. Termin, którym teraz posługuje się ówczesna nauka, zawdzięczamy Kerrowi oraz jego współpracownikom Wyllie i Curie. Właśnie oni opisali proces śmierci, która jest zaprogramowana i nadali jej nazwę, która pochodzi z greki – apoptosis. Przełomem dla tego procesu to lata 80/90 ubiegłego wieku. Wtedy zaczęto bardzo solidnie przykładać się do badań nad nim. Teraz, z racji wszechobecnego motywu nowotworu, wiele badaczy zajęło się nim „dogłębniej” (1,3).

Co dzień nasz organizm wytwarza i jednocześnie degraduje komórki. W przeliczeniu na jedną minutę jest to aż 1 milion komórek! Tyle właśnie, nie dość, że musi wytworzyć, to jeszcze zniszczyć, by była zachowana homeostaza, czyli względnie stałe środowisko w organizmie. Organizm dzięki temu może kontrolować nie tylko ilość komórek ale też ich jakość. Apoptoza to jednak nie same korzyści dla organizmu. Niesie ona ze sobą szereg utrudnień i zawikłanych konsekwencji dla niego (4,5).

Podczas badań problemem był sam organizm, na którym przeprowadzano doświadczenie, który porównamy do samego człowieka. Musiał być prosty, niewymagający i przede wszystkim oczywisty w obserwacjach. Wybór padł na nicienia Caenorhabditis elegant. To właśnie na nim badacze zauważyli tę zależność pomiędzy komórkami, które dojrzewały, różnicowały się, a tymi, które musiały ulec zniszczeniu. Przezroczystość ciała wielokomórkowca ułatwiła prace przy udziale mikroskopu. Możliwy był podgląd bezpośredni podziałów komórkowych (4).

W 1966 r. dzięki badaniom wcześniejszym, Robert Horvitz może dziś się pochwalić sukcesem odnalezienie dwóch „genów śmierci” – ced-3 i ced-4. To właśnie te geny, podczas swojej prawidłowej pracy, uruchamiają procesy śmiercionośne (6).

Przebieg apoptozy

Na samym początku komórka obkurcza się, traci wodę, przez co już nie jest w żaden sposób połączona z innymi komórkami, staję się indywiduum, przez co ona sama ulega procesowi apoptozy, oszczędzając komórki sąsiednie (7).

Przebieg ten jest zawsze taki sam. O rozpoczęciu procesu apoptozy świadczą zmiany na poziomie jądra komórkowego. Kondensacji ulega chromatyna i zaczyna się umiejscawiać pod błoną jądrową, jądro się obkurcza, tworząc tzw. jądro pyknotyczne, a następnie dochodzi do jego fragmentacji. Następnie kondensacji ulega cytoplazma. Na komórce pojawiają się charakterystyczne pęcherzyki. Powstają ciałka apoptyczne, zwane anoikis, z uwypukleń błony komórkowej, które zawierają: chromatynę, cytoplazmę oraz organella komórkowe. Na koniec dochodzi do fagocytozy ciałek (8,9).

Międzynukleosomalna fragmentacja jest tu charakterystyczna. Dochodzi do fragmentacji DNA na odcinki o długości od 180pz do 200pz lub wielokrotności tych długości.

Kolejnym znacznikiem apoptozy jest nieprawidłowy, ale charakterystyczny rozkład fosfolipidów błonowych. Na powierzchni błony komórkowej pojawia się fosfatydyloseryna, która naturalnie występuje w błonie wewnętrznej komórki. Dzieję się tak dzięki aktywacji floppazy – białka błonowego przenoszącego fosfatydyloserynę na zewnątrz błony (8,10).

Czytaj też: Hemopoeza; krew jako tkanka łączna. Powstawanie i jej rola w organizmie