Apoptoza

Apoptoza- ( gr. Apoptosis- wiednięcie ,
opadanie liści), zastępowana pojęciami
„programowana śmierć komórki”,
altruistyczna, samobójcza lub samoczynna
śmierć komórki.

• to naturalna, programowana śmierć komórki,

będąca zjawiskiem fizjologicznym, niezbędnym
do prawidłowego funkcjonowania każdego
organizmu.

• Jest procesem aktywnym, przebiegającym z

udziałem metabolizmu komórkowego
obejmującego aktywację genów i syntezę białek.

• Przebiega zarówno w warunkach fizjologicznych

jak i patologicznych

• Apoptoza jest wynikiem ekspresji genów i

zachodzi w wyniku określonych reakcji
biochemicznych.

Apoptoza

• Odgrywa główna role w homeostazie

organizmu,

zarówno

w

trakcie

procesów rozwojowych (embrigeneza,
morfogeneza)

jak

i

w

rozwoju

postembrionalnym.

• Dzięki niej usuwane są niepotrzebne

i potencjalnie niebezpieczne komórki
takie jak autoreaktywne limfocyty,
komórki zainfekowane przez wirusy i
komórki nowotworowe.

Przykłady apoptozy

• Śmierć komórek macicy w czasie cyklu

menstruacyjnego

• Odrzucenie przeszczepu przez organizm

gospodarza jak i reakcja przeszczepu

przeciwko gospodarzowi

• Programowa śmierć komórek rzeźbi nasze

ręce i stopy podczas rozwoju

zarodkowego-początkowo pojawiają się

one jako struktury podobne do łopaty, a

dopiero potem poszczególne palce rąk i

nóg są oddzielane, w miarę jak między

nimi giną komórki.

• Apoptoza zachodzi również podczas

metamorfozy kijanki w żabę-gdy
kijanka zmienia się w żabę w
komórkach ogona jest włączana
programowa śmierć komórki co
prowadzi do utraty ogona

• Programowa śmierć komórek rzeźbi

nasze ręce i stopy podczas rozwoju
zarodkowego-początkowo pojawiają
się one jako struktury podobne do
łopaty, a dopiero potem
poszczególne palce rąk i nóg są
oddzielane, w miarę jak między nimi
giną komórki.

Apoptoza

• Zachodzi przez aktywowanie

wewnątrzkomórkowego programu

samobójstwa komórek.

• Informacja odpowiedzialna za apoptozę

umieszczona jest wewnątrz komórki,

ale aktywacja regulowana jest przez

wiele sygnałów pochodzących ze

środowiska zewnętrznego.

• Początek jest dokładnie regulowany.

• Apoptoza jest uruchamiana przez

kaskadę proteaz
wewnątrzkomórkowych

• Proteazy są to enzymy rozcinające

inne białka. Zaaktywowane proteazy
rozcinają kluczowe białka w komórce
zabijając ją szybko i sprawnie, a jej
materiał jest pobierany i trawiony
przez inne komórki

Czynniki indukujące

apoptozę

• Brak pobudzenia receptorów hormonów i

czynników wzrostu

• Neurotransmitery

• Glukokortykoidy

• Infekcja wirusowa onkogeny( MYC, REL, E1A)

• Geny supresorowe nowotworów(p53)

• Wolne rodniki

• Cytotoksyczne limfocyty T

• Białko beta-amyloidowe

• Niektóre leki np. cytostatyki

• Etanol, aldehyd mrówkowy

• Promieniowanie gamma i UV

• Szok cieplny

Nekroza

• Nekroza ( śmierć komórek )- jest

stanem, w którym ich struktura
zmienia się nieodwracalnie, ustaje
większość czynników życiowych, a
końcu wszystkie.

• Może być wynikiem działania na

komórkę gwałtownych zewnętrznych
czynników np. wysokiej temperatury

Komórki, które giną w wyniku ostrego

urazu, pęcznieją i pękają, uwalniając swoją

zawartość do otoczenia (nekroza), co

powoduje potencjalnie uszkadzającą

odpowiedź zapalną. Natomiast komórka

podlegająca apoptozie umiera cicho,

szybko i czysto, a jej materiał jest

pobierany i trawiony przez inne komórki.
Oba procesy: apoptoza i nekroza mają na

celu eliminacje komórek, jednak przyczyny

jakie je inicjują, przebieg i zmiany jakie

wywołują w komórce są odmienne.

Apoptoza a Nekroza

Nekroza (martwica)

• Degradacja DNA
• Wzrost objętości i pęcznienie

komórki

• Uszkodzenie organelli

komórkowych

• Obrzęk mitochondriów
• Przenikanie składników

organelli do cytoplazmy

• Uszkodzenie chromatyny
• Liza komórki i jej organelli
• Destrukcja organelli

komórkowych i chromatyny

• Fagocytoza przez komórki

układu odpornościowego i

stan zapalny

Apoptoza

• Precyzyjna i charakterystyczna

degradacja DNA

• Zmniejszenie objętości komórki

• Nieuszkodzone organelle

komórkowe zachowują

integralność

• Grube ziarna chromatyny powstałe

pod wpływem nukleaz gromadza

się na obwodzie jadra

komórkowego

• Fragmentacja chromatyny

• Rozpad komórki, tworzenie się i

uwalnianie ciałek apoptotycznych

• Nienaruszona struktura organelli

komórkowych

• Chromatyna w postaci fragmentów

nukleosomowych

• Fagocytoza przez sąsiadujące

komórki bez tworzącego stanu

zapalnego

Apoptoza

Nekroza

Programowa śmierć komórki-

etapy

I. Faza indukcji albo

wzbudzenia( decyzja o smierci
komórki)

II. Faza wykonawcza(śmierć komórki)
III. Faza zniszczenia(degradacji) i

fagocytozy
( pochłoniecie komórki przez
fagocyty lub komórki sąsiadujące)

• Komórka kurczy się
• Cytoszkielet zapada się
• Otoczka jądrową rozpada się
• Jądrowy DNA cięty na fragmenty
• Fagocytoza komórki przez komórki

sąsiednie lub makrofagi- brak
uwolnienia zawartości obumierającej
komórki do otoczenia

Znaczenie apoptozy w

patologii człowieka

1. Zaburzenia dotyczące procesu umierania komórek

mają kluczowe znaczenie w patogenezie wielu chorób

2. Prawidłowa regulacja śmierci komórek prowadzi do

homeostazy komórkowej czyli utrzymania względnie

stałej liczby komórek w skali całego organizmu.

Natomiast zaburzenie takiej regulacji prowadzi do

chorób

3. Na obecnym etapie wiedzy na temat śmierci

komórek wyróżniono dwie grupy zaburzeń:
*związane ze zwiększoną przeżywalnością komórek-

apoptoza pojawia się za rzadko
*związane ze zwiększoną śmiertelnością komórek-

apoptoza pojawia się za często

Choroby związane z

zahamowaniem apoptozy

1. Nowotwory:

- Chłoniak grudkowy
- Guzy hormonozalezne
- Rak piersi
- Rak prostaty
- Rak jajnika

2. Choroby autoimmunologiczne

-Toczeń rumieniowaty układowy
-Kłębuszkowe zapalenie nerek o

podłożu autoimmunologicznym

Choroby związane z

zahamowaniem apoptozy

3. Infekcje wirusami z rodzin:
- Adenoviridae (Adenowirusy) –

wywołują głownie choroby oczu i
układu oddechowego

- Herpesviridae (Herpeswirusy)-

wywołują np. opryszczkę pospolitą

- Poxiviridae (Pokswirusy) –wywołują

np. ospę prawdziwą

Nowotwory

• Każda komórka w odpowiedzi na uszkodzenie

DNA powinna uruchomić systemy naprawcze
lub wewnętrzny program genetyczny
doprowadzający do śmierci tej komórki
( apoptozy )

• Komórki nowotworowe maja obniżoną

zdolność odpowiedzi na bodźce stymulujące
apoptozę.

• Większość z nich nie umiera nawet w

przypadku braku czynników odżywczych w
tworzących się przerzutach nowotworowych.

Nowotwory

• Komórki przerzutowe powinny mieć obniżoną

zdolność przeżycia ponieważ lokalizują się w
miejscach dla siebie nietypowych.

• Komórka nowotworowa poddawana działaniu

leku cytotoksycznego nie ginie w wyniku
fizycznego zniszczenia jej struktur, lecz w
wyniku uruchomienia wewnątrzkomórkowego
programu śmierci.

• Niektóre komórki nowotworowe nie

odpowiadają apoptozą na cytostatyki co
stanowi mechanizm oporności nowotworów
na leczenie chemiczne

Nowotwory

• Postęp nowotworu i wzrost stopnia

jego złośliwości może zależeć od
zmian w podatności komórek
nowotworowych na apoptozę.

• Apoptoza odgrywa więc ważną rolę w

karcynogenezie, a jej kontrola w
komórkach nowotworowych może stać
się nową metodą leczenia
nowotworów.

Choroby

autoimmunologiczne:

Apoptoza szczególną rolę odgrywa w rozwoju i

funkcjonowaniu układu immunologicznego.
Zapewnia jego prawidłowe działanie m.in.
poprzez eliminacje autoreaktywnych*
niedojrzałych limfocytów T i B. W procesach
zapalnych neutrofile po wykonaniu swych
czynności są usuwane przez makrofagi, jednak
dotyczy to tylko tych, które uległy wcześniej
apoptozie.

•

*Limfocyty autoreaktywne – Ich obecność może doprowadzić do powstania choroby autoimmunizacyjnej.
Należy podkreślić, że limfocyty autoreaktywne mogą występować w organizmie, nie czyniąc żadnych szkód,
można wręcz powiedzieć, że są one niezbędne, np. do uprzątania pozostałości po komórkach apoptotycznych.
Niemniej jednak, w każdej obecnie znanej chorobie autoimmunizayjnej stwierdza się obecność tego typu
limfocytów, przy czym pełnią one funkcję inicjującą lub też stanowią czynnik regulujący danego
patomechanizmu jednostki chorobowej.

Infekcje wirusowe:

• Komórka zainfekowana wirusem produkuje różne

białka kodowane przez kwas nukleinowy wirusa,

które min. znajdują się na powierzchni wirusa.

Limfocyty cytotoksyczne rozpoznają to białko na

powierzchni komórki razem z cząsteczką zgodności

tkankowej(MHC), dzięki czemu zainfekowana

komórki mogą zostać wyeliminowane z ustroju.

Usuwanie tych komórek odbywa się dzięki

apoptozie.

• Wiele wirusów wykształciło mechanizmy

zapobiegające aktywacji programu apoptozy w

komórkach przez nie zainfekowanych.

• Takie wirusy jak Epsteina- Barra, czy wirus

afrykańskiej świńskiej gorączki wykształcają białko

hamujące proces apoptozy

Choroby związane z

przyspieszona apoptozą

1. AIDS
2. Choroby neurodegeneracyjne

-Choroba Alzheimera

-Choroba Parkinsona

-Stwardnienie zanikowe boczne

-Barwnikowe zapalenie spojówki

-Zanik móżdżku

3. Zespoły mielodysplastyczne:

-Anemia aplastyczna

4. Uraz niedokrwienny:

-Zawał mięśnia sercowego

-Udar niedokrwienny

-Udar krwotoczny

5. Toksyczne uszkodzenie wątroby alkoholem

Choroby zwiazane z

przyspieszona apoptoza

• Zespół AIDS który rozwija się w

wyniku infekcji wirusem HIV
charakteryzuje się zmniejszeniem
liczby limfocytów T4 we krwi.

• Śmierć limfocytów tłumaczy się

apoptozą indukowaną cząsteczkami
białka wytwarzanego przez wirus.

• Wskaźnik apoptozy limfocytów T

może korelować ze stopniem rozwoju
AIDS. Próbuje się więc wykorzystać
apoptozę tych komórek jako
wskaźnika postępu choroby.
Niektórzy sądzą, że zastosowanie
środków blokujących procesy
apoptozy mogłoby opóźnić rozwój
niedoboru odporności

Śmierć komórek w chorobach

neurodegeneracyjnych

• Apoptoza powoduje utratę komórek układu

nerwowego co prowadzi do wielu chorób.

• Czynnikami indukującymi apoptozę mogą być

stres oksydacyjny, zaburzenia mitochondrilane,

brak czynników odżywczych.

• Za apoptozę może być również odpowiedzialna

akumulacja nieprawidłowych białek( w

chorobie Alzheimera występuje nadmierne

nagromadzenie się amyloidowego białka ß,

które może indukować apoptozę w neuronach

Śmierć komórek układu

krwionośnego i krwiotwórczego

• Zaburzenia w produkcji komórek krwi, w

zespołach mielodysplastycznych i

niektórych postaciach anemii aplastycznej,

są związane ze zwiększonym odsetkiem

komórek umierających drogą apoptozy.

• Brak apoptozy stwierdzono w przewlekłej

białaczce limfatycznej.

• Apoptoza może mieć również znaczenie w

zawale mięśnia sercowego oraz udarze

mózgu

Podsumowanie

• Apoptoza jest procesem genetycznie

zaprogramowanym, podobnie jak
podziały komórkowe.

• Program genetyczny apoptozy zachował

duże podobieństwo w rozwoju
ewolucyjnym organizmów- u kręgowców
i bezkręgowców zaprogramowana śmierć
komórki zachodzi według podobnych
schematów .

Podsumowanie

• W utrzymaniu homeostazy apoptoza

ma równoważną rolę z podziałami
komórkowymi.

• W wielu chorobach znaczenie mają

zaburzenia w przebiegu apoptozy,
dlatego poznanie i możliwości
regulacji tego procesu będą miały w
przyszłości duży wpływ na leczenie

Dziękujemy za uwagę!