Апоптоз

Содержание статьи:

• Определение, что такое Апоптоз
• Функция апоптоза
• Примеры апоптоза
• От Головастика до лягушки
• Развитие Нервной Системы Человека
• Ноги Мыши
• Апоптоз и рак
• Путь Апоптоза
• Внешний Путь
• Внутренний Путь
• Когда Происходит Апоптоз?
• Проверка, тестирование усвоенных знаний по вопросам и ответам
• Ссылки на литературу

A+ а-

Определение, что такое Апоптоз

Апоптоз — это процесс, который происходит в многоклеточных когда клетка намеренно “решает” умереть. Это часто происходит для большего блага всего организма, например, когда ДНК клетки стала поврежденной и она может стать раковой.

Апоптоз называют “запрограммированной” смертью клеток, потому что это происходит из-за биохимических инструкций в ДНК клетки; это противоречит процессу “некроза”, когда клетка умирает из-за внешней травмы или лишения.

Как и многие другие сложные клеточные процессы, апоптоз вызван сигнальными молекулами, которые говорят клетке, что пришло время совершить клеточное «самоубийство».”

Два основных типа путей апоптоза-это “внутренние пути», где клетка получает сигнал уничтожить себя от одного из своих генов или белков из-за обнаружения повреждения ДНК; и “внешние пути”, где клетка получает сигнал начать апоптоз от других клеток в организме. Внешний путь может быть вызван, когда организм признает, что клетка изжила свою полезность или больше не является хорошей инвестицией для организма, чтобы поддержать.

Апоптоз играет роль в причинении и предотвращении некоторых важных медицинских процессов. В людях, апоптосис играет главную роль в предотвращении рака путем причинять клетки с поврежденной ДНК совершить “суицид” прежде чем они могут стать раковыми. Он также играет роль в атрофии мышц, где тело решает что больше не будет хорошей идеей потратить калории на поддержании мышечных клеток если клетки регулярно не используются.

Поскольку апоптоз может предотвратить рак, и поскольку проблемы с апоптозом могут привести к некоторым заболеваниям, апоптоз интенсивно изучается учеными с 1990-х годов.

Функция апоптоза

Апоптоз является важной эволюционной адаптацией, поскольку он позволяет организмам разрушать их собственные клетки. На первый взгляд, это может показаться ужасной идеей. Зачем тебе уничтожать часть себя?

Ну, возможно, если бы эта часть вас стала опасной для остальных, как в случае с клетками с поврежденной ДНК, которые могут стать раковыми. Апоптоз является основным убийцей предраковых клеток, и люди с мутациями, которые препятствуют правильному функционированию апоптоза, имеют гораздо больше шансов получить рак.

Многоклеточные организмы могут также хотеть потерять клетки которые более не полезны к организму. Мы поделимся некоторыми действительно впечатляющими примерами того, когда смерть клетки является хорошей вещью ниже.

Примеры апоптоза

От Головастика до лягушки

Впечатляющий пример этого можно найти в лягушачьих головастиках, которые разрушают и повторно поглощают целые структуры тела, когда они превращаются в лягушек.

Клетки от жабр, плавников и хвоста головастика «говорят» умирать по сигналам апоптоза по мере созревания головастика. Сырье этих сфальшивленных клеток становится строительными материалами и пищей для их новых растущих конечностей.

Развитие Нервной Системы Человека

В начале развития человеческой нервной системы, огромное количество клеток погибает путем апоптоза. Почему это должно быть так?

Правда в том, что ученые не совсем уверены, почему так много запрограммированной смерти клеток происходит в развивающейся нервной системе. Некоторые думают, что это потому, что формирование правильных связей является сложным и потенциально трудным процессом для молодых нейронов; и потому, что максимальная эффективность нервной системы, безусловно, в интересах организма.

Нервы требуют огромного количества энергии для того, чтобы функционировать – на самом деле, нервная система потребляет около 20-25% всех калорий, потребляемых в организме человека!

Нейроны также должны найти свой путь к очень точным целям. В начале развития нейроны растут из яростно делящихся стволовых клеток «родителей» и следуют химическим сигналам, чтобы попытаться найти правильные клетки-мишени для соединения. Между мозгом и кожей, между мозгом и мышцами, между нейронами в мозге и стержневыми и конусными клетками в сетчатке и т.д..

Чтобы создать этот невероятно сложный таргетинг, развивающаяся нервная система просто растет слишком много клеток. Те, которые эффективно соединяются с правильными целями, используются часто, и они сохраняются. Но те, которые не вступают в контакт эффективно и не используются, часто отмирают от апоптоза.

Может быть, эта теория о том, почему нейроны умирают во время развития, верна; также может быть, что ученые сделают важные открытия, о которых мы еще не мечтали, которые объясняют, почему в развивающейся нервной системе так много апоптоза. Больше исследований, безусловно, необходимо!

Ноги Мыши

Во время эмбрионального развития ноги мышей начинаются как плоские, лопатообразные вещи. По мере развития, ноги разделяются на пять различных пальцев по процессу – вы догадались-апоптоза! Клетки, которые соединяют пальцы, отмирают, чтобы создать четкие промежутки между ними.

Это пример того, как запрограммированная смерть клеток может быть использована для формирования полезных структур и создания полезных функций, в дополнение к избавлению от ненужных.

Апоптоз и рак

Одной из основных функций апоптоза является разрушение клеток, опасных для остальной части организма. Распространенной причиной апоптоза является, когда клетка распознает, что ее ДНК сильно повреждена. В этих случаях повреждение ДНК запускает пути апоптоза, гарантируя, что клетка не может стать злокачественным раком.

Однако, очевидно, что этот процесс иногда терпит неудачу. Все случаи рака, по-видимому, являются случаями, когда поврежденная клетка не совершала апоптоз, а вместо этого продолжала делать больше.

Apoptosis может быть неспособен произойти если необходимые гены необходимы для его среди тех которые повреждены. Однако, некоторые доктора и ученые изучали апоптосис интенсивно в надежде что они могут выучить вызвать его специфически в раковых клетках используя новые лекарства или другие терапии.

Как и все препараты, предназначенные для уничтожения раковых клеток, задача с препаратами, разработанными, чтобы вызвать апоптоз является, чтобы убедиться, что эти препараты только эффект раковые клетки. Лекарство, которое вызывает здоровые клетки, а также раковые, чтобы совершить запрограммированную смерть клетки может быть очень опасно.

Картина также может быть не так просто, как » рак возникает, когда апоптоз терпит неудачу.»Исследования показали, что некоторые виды рака могут возникать в клеточных популяциях, где апоптоз протекает более легко, чем это должно быть; возможно, эти клетки были вынуждены” учиться», чтобы игнорировать чрезмерно восторженные сигналы апоптоза, а затем не совершать апоптоз, даже если они получили серьезное повреждение.

Другие исследования показали, что раковые клетки, которые умирают из – за воздействия лекарств, часто умирают от апоптоза, что указывает на то, что раки, которые особенно устойчивы к апоптозу, также могут быть особенно устойчивыми к лечению.

Гораздо больше исследований необходимо по вопросу лечения рака, и понимание путей апоптоза является одним из чрезвычайно многообещающих путей для достижения новых прорывов!

Путь Апоптоза

Есть два основных типа путей апоптоза, каждый из которых иллюстрирует важный момент о том, как срабатывает апоптоз и почему это полезно.

Оба основных пути проиллюстрированы на рисунке ниже. Эти шаги более подробно рассматриваются в следующих списках:

Внешний Путь

В” внешнем » пути к апоптозу из-за пределов клетки поступает сигнал, указывающий ей совершить запрограммированную смерть клетки. Это может произойти, если клетка больше не нужна, или если она больна.

Как и многие пути, приводящие к сложным изменениям в клетке, внешний путь к апоптозу включает в себя множество шагов, каждый из которых может быть «регулирован» или” понижен » экспрессией Гена или другими молекулами:

Шаг 1:

Как и большинство сигналов между клетками, внешний путь апоптоза начинается с сигнальной молекулы связывания с рецептором на внешней стороне клеточной мембраны.

Два распространенных типа химических мессенджеров, которые запускают внешний путь к апоптозу, — это FAS и TRAIL. Эти молекулы могут быть выделяны соседними клетками если клетка повреждена или больше не необходима.

Приемные устройства которые связывают к FAS и следу вызваны “FASR” для “приемного устройства FAS” или “TRAILR” для “приемного устройства тропки.”

Как с большинств протеинами приемного устройства, когда встреча FASR и TRAILR к их молекуле сигнала – иногда вызываемой “лигандом” – они связывает к ему.

Связывая процесс причиняет изменения к домену приемного устройства внутриклеточному.

Шаг 2:

В ответ на изменения в внутриклеточном домене TRAILR или FASR, протеин внутри вызванной клетки FADD также изменяет.

Имя ФАДДА либо забавно, либо страшно: оно означает белок “FAS-Associated Death Domain”.

Как только FADD было активировано изменениями к приемному устройству, оно взаимодействует с 2 дополнительными протеинами, которые идут дальше начать процесс смерти клетки.

Шаг 3:

Pro-caspase-8 и pro-caspase-10 будут неактивными протеинами до тех пор пока они не будут взаимодействовать с активированным FADD. Но если две из этих молекул сталкиваются с активированным FADD, части белков, которые держат их неактивными, «расщепляются” или «срезаются».

Затем прокаспазы становятся каспазой-8 и каспазой-10, которые были романтически названы учеными «началом конца» из-за их роли в начале апоптоза.

Каспазы-8 и -10 рассеиваются через цитоплазму и вызывают изменения в нескольких других молекулах по всей клетке, включая мессенджеры, которые начинают пробой ДНК после активации каспазами.

Шаг 4:

Другая неактивная молекула, называемая БИД, преобразуется в тбид, когда активированные каспазы отделяются от части БИД, которая удерживает молекулу неактивной.

После того, как ставка превращается в tBID, tBID перемещается в митохондрии. tBID активирует молекулы BAX и BAK.

Активация BAX и BAK первые шаги, разделяемые как внешними, так и внутренними путями к апоптозу.

Шаги 1-4, перечисленные здесь, уникальны для внешнего пути. Но после активации BAX и BAK последующие шаги одинаковы между обоими путями.

Таким образом, шаги 3-7 внутреннего пути, перечисленные ниже, также являются шагами 5-9 внешнего пути!

Внутренний Путь

Шаг 1:

Внутреннеприсущий путь к apoptosis вызван усилием или повреждением к клетке. Типы стресса и повреждения, которые могут привести клетку к апоптозу, включают повреждение ее ДНК, лишение кислорода и другие стрессы, которые ухудшают способность клетки функционировать.

В ответ на эти повреждения или стрессы клетка «решает», что ее дальнейшее существование может быть опасным или дорогостоящим для организма в целом. Затем он активирует набор белков, называемых “белками только BH3″.”

Шаг 2:

Белки только BH3 являются классом белков, включая несколько про — и анти-апоптоз белков. Апоптоз можно ободрить или обескуражить, в зависимости от что протеины BH3-only активированы или выражены.

Pro-apoptotic bh3-только протеины активируют BAX и BAK – такие же протеины которые активированы tBID после того как оно создано через extrinsic тропа к apoptosis.

Шаг 3:

Активированный BAX и BAK вызывают состояние, известное как » MOMP.»MOMP стоит для» митохондриальная наружная проницаемость мембраны.”

MOMP считается «точкой невозврата» для апоптоза. Шаги водя до MOMP можно остановить в их следах молекулами ИА АБС битор, но как только MOMP было достигано, клетка завершит процесс смерти.

MOMP играет свою ключевую роль в апоптозе, позволяя высвобождать цитохром С В цитоплазму.

Шаг 4:

При нормальных обстоятельствах, цитохром С играет ключевую роль в митохондриальной электрон транспортной цепи. Во время MOMP, однако, цитохром C может избеубежать митохондрия и подействовать как молекула signaling в цитоплазме клетки.

Цитохром-С В цитоплазме клетки провоцирует образование зловеще-звучащей «апоптосомы» — комплекса белков, выполняющего заключительный шаг к началу клеточного распада.

Шаг 5:

Апоптосома после ее образования превращает прокапазу-9 в каспазу-9.

Как и при активации каспаз-8 и -10 во внешнем пути к апоптозу, каспаза-9 способна вызвать дальнейшие изменения по всей клетке.

Шаг 6:

Caspase-9 выполняет несколько функций для того чтобы повысить apoptosis. Среди наиболее важных является активация каспаз-3 и -7.

Шаг 7:

После активации каспазы-3 и -7 начинают разрушение клеточных материалов. Каспаза-3 конденсируется и разрушает ДНК клетки.

Когда Происходит Апоптоз?

Апоптоз возникает, когда существование клетки больше не полезно для организма. Это может произойти по нескольким причинам.

Если клетка была плохо усилена или повреждена, она может совершить апоптоз, чтобы предотвратить себя от стать опасным для организма в целом. Клетки с повреждением ДНК, например, могут стать раковыми, поэтому лучше для них, чтобы совершить апоптоз, прежде чем это может произойти.

Другие клетчатые стрессы, как лишение кислорода, могут также причинить клетку “решить” что опасно или дорог к хозяину. Клетки, которые не могут функционировать должным образом, могут инициировать апоптоз, так же, как клетки, которые испытали повреждение ДНК.

В третьем сценарии, клетки могут совершать апоптоз, потому что организм больше не нуждается в них из-за их естественного развития.

Одним из известных примеров является головастик, чьи клетки жабры, плавника и хвоста совершают апоптоз, как метаморфозы головастика в лягушку. Эти структуры необходимы, когда головастик живет в воде — но становятся дорогостоящими и вредными, когда он перемещается на сухую землю.

Проверка, тестирование усвоенных знаний по вопросам и ответам

1 вопрос теста. Что из следующего Вы не ожидаете вызвать апоптоз?
А. повреждение клеток ДНК
Б. -за длительного кислородного лишения
C. В организме переходят на новый этап своего жизненного цикла, формировании клеток, отживших
д. Ничего из вышеперечисленного

2 вопрос теста. Что из перечисленного может произойти, если мутация делает апоптоз невозможным?
А. нервная система не может развиваться должным образом
Б. Рак может стать гораздо более вероятно,
С. насекомое не могли пройти метаморфоз
д. Все перечисленное

3 вопрос теста. В чем разница между внешними и внутренними путями апоптоза?
А. внешний путь запускается по сигналу из вне клетки, в то время как внутренний путь инициируется событий внутри клетки.
Б. внешний путь имеет больше шагов, потому что сигнал должен передаваться от клеточной мембраны.
С. Внешний путь активируется в BAK и BAX, а внутренний путь не.
Д. А и Б

Ссылки на литературу

• Wilson, J. H., & Hunt, T. (2002). Молекулярная биология клетки, 4-е издание: проблемы подхода. New York: Garland Science.
• Lowe, S. W. (2000). Апоптоз в раковых. Канцерогенез, 21 (3), 485-495. doi: 10.1093 / carcin / 21.3.485

Данная статья размещена исключительно в общих познавательных целях посетителей и не является научным материалом, универсальной инструкцией или профессиональным медицинским советом, и не заменяет приём доктора. За диагностикой и лечением обращайтесь только к квалифицированным врачам, в государственных больницах и частных клиниках.