img112092

Śmierć komórki

w zdrowiu i chorobie

• ^

• « •

Komórki potrafią - i często to robią - zabić się w procesie zwanym apoptozą.

Ta umiejętność jest istotna dla prawidłowego funkcjonowania całego organizmu; wadliwa regulacja apoptozy może prowadzić do wielu chorób

•    .    .    •    f;

Richard C. Duke, David M. Ojcius i John Ding-E Young

Gdy będziesz czytał ten artykuł, Drogi Czytelniku, umrą miliony komórek Twojego dała. Odpręż się jednak, gdyż nic Ci nie grozi. Większość z tych komórek poświęca swoje żyrie, byś Ty mógł żyć dalej spokojnie. Zgromadzone dotychczas wyniki badań wskazują, że prawidłowe funkcjonowanie wszystkich organizmów wielokomórkowych, w tym i człowieka, zależy nie tylko od ich zdolnośti do produkcji nowych komórek, ale także od zdolnośd każdej z nich do samounicestwienia, gdy stanie się zbyteczna lub uszkodzona. Na ten niezwykle istotny proces, zwany dziś apoptozą lub programowaną śmiercią komórki, przez dziesiędoleda nie zwracano uwagi. Lecz ostatnio biolodzy poczynili ogromny postęp w zrozumieniu mechanizmu samobójstwa komórki oraz jego kontroli.

Wielu z nich kieruje się w swych badaniach zarówno dekawośrią naukową, jak i pragnieniem walki z najbardziej przerażającymi chorobami. Okazało się bowiem, że nieprawidłowa regulacja apoptozy - prowadząca do ograniczonego lub nadmiernego umierania komórek - prawdopodobnie przyczynia się do rozwoju tak różnych chorób, jak nowotwory złośliwe, AIDS, choroba Alzheimera i reumatoidalne zapalenie stawów.

O tym, że śmierć komórki nie jest - jak dawniej sądzono - nieodmiennie szkodliwa -dla organizmu, najwcześniej zorientowali się embriolodzy badający rozwój zarodkowy w pierwszej połowie XX wieku; w pewnych przypadkach jest ona wręcz konieczna. W latach pięćdziesiątych wykazali, że organizmy wielokomórkowe osiągają swą końcową formę dzięki eliminacji wybranych komórek. Kijanka trąd ogon podczas przemiany w żabę, ssaki - niezliczone ilości neuronów w trakde formowania się systemu

24 świat Nauki Luty 1997 nerwowego. Za pomocą mikroskopu naukowcy nauczyli się także identyfikować główne oznaki pozwalające odróżnić fizjologiczną śmierć komórki od przypadkowej destrukcji zwanej nekrozą (martwicą).

śmierć nekrotyczna następuje wówczas, gdy komórki zostają poważnie uszkodzone, na przykład przez czynniki fizyczne lub niedotlenienie. Charakterystyczną cechą śmierd martwiczej jest pęcznienie komórki. Jej organelle - naj-częśdej mitochondria (komórkowe zakłady energetyczne) - jak i ona sama zwiększają objętość i pękają. Są to skutki utraty przez komórkę zdolnośd do zachowania równowagi wodno-elektroli-towej; woda i naładowane cząsteczki (w szczególności jony sodu i wapnia), normalnie wypompowywane na zewnątrz, wnikają do jej wnętrza. Inną oznaką nekrozy jest pojawienie się stanu zapalnego. Makrofagi i inne białe krwinki należące do układu odpomo-śdowego skupiają się wokół komórki ulegającej nekrozie i ją niszczą. Stan zapalny pomaga ograniczyć infekcję i usunąć pozostałości, ale białe krwinki i wydzielone przez nie substancje uszkadzają również normalną tkankę w sąsiedztwie, czasami nawet w znacznym stopniu.

Samobójstwo przez pocięcie

Obserwując komórki ulegające apop-tozie, naukowcy widzą zupełnie inne zmiany. Komórka nie pęcznieje, przeciwnie, obkurcza się i oddziela od sąsiadów. Wkrótce zaczyna wyglądać, jakby się gotowała. Na jej powierzchni wciąż powstają i znikają malutkie bąbelki. Organelle zachowują swoją strukturę, ale jądro, tylko nieznacznie zmienione podczas nekrozy, ulega dramatycznym zmianom podczas apoptozy. Zwykle rozproszona chromatyna (chro-

mosomalny DNA w połączeniu z białkami) kondensuje w jedno lub więcej odrębnych skupisk w pobliżu błony jądrowej.

Komórka apoptyczna jest często pochłaniana przez komórki żerne, które znajdują się we wszystkich tkankach. Tego rodzaju śmierć nie wywołuje stanu zapalnego. Komórki umierające, które nie zostaną sfagocytowane, przechodzą dalsze zmiany: jądro rozpada się, a komórka dzieli na kilka tzw. dałek apoptycznych -otoczonych błoną części cytoplazmy - mogących zawierać jeden lub dwa jego fragmenty. Ciałka apoptyczne są równie sprawnie usuwane. (Badania biochemiczne przeprowadzone w późnych latach siedemdziesiątych ujawniły jeszcze jedną charakterystyczną cechę apoptozy - chro-matyna ulega fragmentacji na odcinki różnej wielkości, które uwidaczniają się podczas elektroforezy na żelu w postaci charakterystycznej drabinki.)

Ciekawe, że niektóre komórki przechodzące śmierć programowaną nie są usuwane w procesie fagocytozy. Dziś wiemy, że pozostają w organizmie na długi czas, a nawet na stałe. Na przykład soczewka oka zbudowana jest z martwych komórek, których cytoplazmę częściowo zastąpiło w momencie ich śmierci białko zwane krystaliną. W tkance skórnej komórki zwane keratynocytami powstają z prekursorów w głębszych warstwach; migrują w kierunku powierzchni skóry, umierając po drodze. Cytoplazmę zastępują nie krystaliną, ale twardym białkiem, keratyną, uzyskując wodoodporną otoczkę. Tworzą one zewnętrzną warstwę ochronną skóry, dopóki się nie złuszczą i nie zastąpią ich następne keratynocyty.

Chociaż większość dających się zaobserwować zjawisk definiujących apoptozę dobrze opisano już w latach pięćdziesiątych i właściwie rozumiano