PATOFIZJOLOGIA

Dr n. med. Dariusz

Sokołowski

APOPTOZA

Apoptoza

to zaprogramowana śmierć

komórki - dzięki temu mechanizmowi
usuwane są zużyte lub uszkodzone
komórki.
Można ją przyrównać do zaplanowanego

samobójstwa

komórki w organizmie

wielokomórkowym mające na względzie
dobro całego organizmu.
W odróżnieniu od

martwicy

, gdzie dochodzi

do uszkodzenia jakimś zewnętrznym
czynnikiem, apoptoza jest zjawiskiem
naturalnym w rozwoju i życiu organizmów.

Apoptoza, w odróżnieniu od

nekrozy

,

polega na kurczeniu się komórki poprzez
utratę wody. Szybkie zmiany w jądrze
komórkowym mają charakter
zorganizowany - chromatyna jądrowa ulega
kondensacji, a DNA zostaje pocięte przez
endonukleazy. Następuje dezintegracja
cytoszkieletu. W procesie apoptozy
organelle komórkowe pozostają jednak
nienaruszone. Są one usuwane z komórki
wraz z fragmentami chromatyny w tzw.

ciałkach apoptycznych

, pęcherzykach

powstałych w wyniku zmian w strukturze
błony komórkowej.

W większości przypadków są one
następnie fagocytowane przez
komórki żerne. Wyjątkiem są np.
ciałka apoptyczne soczewki oka, które
zawierają zamiast cytoplazmy z
organellami białko krystalinę.

Apoptoza nie wywołuje stanu
zapalnego.

Czynnikami powodującymi apoptozę mogą
być:

bodźce fizjologiczne - np. niedobory
hormonów, czynników wzrostu

występowanie cytokin - cząsteczki
produkowane przez układ immunologiczny,
np interferon

oddziaływania międzykomórkowe - na
skutek przekazywania błędnych informacji
o podziałach komórkowych.

Odzwierciedleniem rosnącego
zainteresowania badaniami nad apoptozą
było przyznanie Nagrody Nobla z fizjologii
lub medycyny w roku 2002.

Otrzymali ją Sydney Brenner, H. Robert
Horvitz i John E. Sulston za ich odkrycia z
dziedziny genetycznej regulacji
organogenezy i zaprogramowanej śmierci
komórki.

Śmierć komórki

- oznacza całkowite

zaprzestanie czynności biochemicznych
zachodzacych w danej komórce, czyli w
efekcie koniec jej istnienia.

Śmierć komórki może zachodzić w dwóch
mechanizmach:

apoptoza
nekroza

Nekroza

to śmierć martwicza komórki.

Charakteryzuje się stopniową degradacją
struktur komórkowych i dezintegracją błony
komórkowej. W odróżnieniu od apoptozy,
nekrozie towarzyszy

wydostanie się

zawartości

komórki do otaczającej ją

przestrzeni międzykomórkowej. Powoduje
to, że dochodzi do

reakcji zapalnej

, która

może mieć znaczenie patologiczne (nie
występuje to na ogół w przypadku
apoptozy).
Nekroza następuje w wyniku zakażenia
komórki patogenem lub na skutek
niedotlenienia, braku substancji
odżywczych albo innego rodzaju stresu
działającego na komórkę.

Martwicą

nazywamy obumarcie tkanek

lub narządów. Występuje w wyniku
niedokrwienia/niedotlenienia i/lub
zakażenia.

Rozróżniamy martwicę aseptyczną,

martwicę rozpływną, martwicę suchą.

Przykłady martwicy:

• martwica dystalnych części kończyn w

wyniku
niedokrwienia (zator, zakrzep tętniczy)
• martwica mięśnia sercowego (zawał

mięśnia sercowego)

Reakcja organizmu

. Kolejną różnicą pomiędzy

tymi dwoma procesami jest reakcja otoczenia.

 W przypadku nekrozy najczęściej docodzi do
obfitego nacieku makrofagów i (lub) granulocytów
obojętnochłonnych, które sprzątają "cały ten
bajzel". Makroskopowo objawia się to jako stan
zapalny.

 W apoptozie wszystko wygląda znacznie
porządniej. Komórka uśmierca się bardzo
kulturalnie i po cichu, nie robiąc zamieszania w
okolicy. Pozostałe po niej fragmenty, pochłaniane
są przez sąsiadujące komórki.

Zapalenie

, czyli reakcja zapalna, to proces, w

wyniku którego leukocyty mogą wydostać się z
naczynia krwionośnego do miejsca, w którym
występuje patogen.

Celem zapalenia jest szybkie i selektywne
zgromadzenie komórek zdolnych do usunięcia
danego typu mikroorganizmu.

Dodatkowym efektem, także niezwykle ważnym,
jest zwiększenie przepuszczalności naczyń, dzięki
czemu do zaatakowanej tkanki mogą
przedostawać się rożne białka osocza, pełniące
funkcje obronne, np. przeciwciała lub dopełniacz.

Niezależnie od tego ścisłego znaczenia, nazwa
zapalenie odnosi się również do zespołu objawów,
które towarzyszą wymienionym procesom, takich
jak zaczerwienienie czy ból.

DNA wszystkich komórek posiada
informację niezbędną do przeprowadzenia
procesu apoptozy

Takie akty samozniszczenia są czymś
całkowicie normalnym. Dochodzi do nich w
czasie rozwoju zarodkowego np. podczas
zanikania błony pławnej między palcami
człowieka, czy też podczas eliminacji
limfocytów T rozpoznających własne
antygeny.

Apoptoza ma też miejsce w dorosłych

organizmach umożliwiając np. utrzymanie

stałej liczby komórek w poszczególnych

narządach.

W ten sposób mogą też być usuwane

potencjalnie niebezpiecznie komórki jak np.

te zakażone wirusami, posiadające

uszkodzone DNA lub nawet komórki

nowotworowe.

Bierność a aktywność.

Dochodzimy tutaj do chyba najważniejszej

różnicy dzielącej te dwa zjawiska. W

odróżnieniu od nekrozy apoptoza jest

procesem aktywnym. Wymaga wytworzenia

przez komórkę odpowiedniego zestawu

białek, umożliwiających dokonanie przez

nią „samobójstwa”.

Obrazowo ujmując, komórka sama musi

przystawić sobie pistolet do głowy i

pociągnąć za spust.

Porównanie to jest dobre z jeszcze jednego

powodu. Jest to proces dwuetapowy.

Najpierw komórka musi zdobyć pistolet i

przystawić go sobie do głowy –

faza

inicjacji

, a potem dopiero pociągnąć za

cyngiel –

faza egzekucji

.

W przypadku nekrozy, musi się znaleźć ktoś

lub coś, kto tej biednej komórce „pomoże”.

RÓŻNICE

Rozległość.

Nekroza

jest to śmierć komórki na skutek tak rozległego

uszkodzenia, że nie jest ona w stanie pełnić dalej swoich

funkcji.

Przestają istnieć przegrody śródkomórkowe, pękają lub(i)

obumierają organella komórkowe. Uszkodzone lizosomy

wylewają swoją zawartość do cytoplazmy, gdzie ich enzymy

trawią wszystko co popadnie. Ostatecznie pęka błona

komórkowa i komórka przestaje istnieć.

Nekroza zachodzi codziennie

. Podlegają jej wszystkie

komórki naszych organizmów. Niekiedy fizjologicznie -

cykliczne złuszczanie się błony śluzowej macicy

(menstruacja) jest tego najlepszym przykładem. Niekiedy

patofizjologicznie - np. na skutek oparzenia, stłuczenia.

Zachodzi ona w mniejszym lub większym

fragmencie tkanki, narządu, organizmu -

nie jest to

jednak proces selektywny

, umożliwiający pozbycie

się jednej niewygodnej komórki, zostawiając całą

resztę w spokoju. Takich wybiórczych egzekucji,

organizm dokonuje na drodze apoptozy.

Apoptoza jest mechanizmem kontrolnym,

zabezpieczającym organizm przed pojawieniem się

niebezpiecznych klonów komórkowych - np.

komórek nowotworowych. Na skutek sygnału z

zewnątrz (wydanego przez inne komórki) lub z

wewnątrz (decyzja podjęta przez komórkę

"

zdającą sobie sprawę, że coś z nią nie tak

")

następuje uruchomienie procesu "autodestrukcji".

Różnica pomiędzy zdrowiem a
początkami choroby nowotworowej

Co się dzieje z DNA?

Jest to kolejny aspekt, ciekawostka,

dzieląca nekrozę i apoptozę. W przypadku

pierwszej materiał genetyczny - DNA

wylewa się wraz z cytoplazmą na zewnątrz.

Jest on poszatkowany na nieregularne,

niepodobne odciniki.

Dopełnienie chaosu

.

W przypadku apoptozy, DNA jest dokładnie

pocięte na równe

kawałki

o długości 180-

200 pz.

I jeszcze coś.

Wspomniałem wcześniej, że końcowym

etapem nekrozy jest pęknięcie błony

komórkowej i wylanie się cytoplazmy.

Nie wspomniałem natomiast, jak kończy

komórka swe życie w procesie apoptozy.

Powstają z niej tzw.

ciałka apoptotyczne

.

Małe obłonione fragmenty komórki, które

pobierane są i zjadane przez sąsiadów.

W procesie apoptozy udział biorą enzymy z rodziny

ICE (interleukin -1-beta-converting enzyme)

nazywane też

kaspazami

. Występują one w

komórce jako proenzymy, które aktywują

wzajemnie same siebie oraz inne enzymy, a to z

kolei prowadzi do uszkodzenia białek cytoszkieletu,

enzymów jądrowych oraz do cięcia DNA między

poszczególnymi nukleosomami.

Aktywacja kaspaz zależna jest z kolei od innych

białek z rodziny Bcl-2. W skład tych ostatnich

wchodzą zarówno enzymy aktywujące jak i

hamujące działanie kaspaz, a tym samym

regulujące występowanie apoptozy.

I to właśnie

równowaga między tymi grupami białek

decyduje o wystąpieniu apoptozy

Uczeni badają enzym, który być może pozwoli opracować

nowy sposób leczenia zarówno chorób nowotworowych, jak i

choroby Alzheimera.

Kaspazy

-

specjalne enzymy - są jednymi z

najważniejszych białek kontrolujących apoptozę,

czyli programowaną śmierć komórki.

Właśnie kaspazy w największym stopniu

odpowiadają za zniszczenie komórki skazanej na

samobójstwo: przecinając odpowiednie białka,

pośrednio doprowadzają do poszatkowania

materiału genetycznego na drobne kawałki,

zmiany kształtu komórki i jej podzielenia się na

pęcherzyki apoptotyczne, które są natychmiast

pożerane przez inne, żywe komórki.

Do tej pory naukowcy wiedzieli, że kaskada kaspaz może

rozpoczynać się

przy

błonie komórkowej

(np. wskutek

aktywacji białka Fas) albo w pobliżu

mitochondrium

,

kiedy

do cytoplazmy przedostaną się cząsteczki cytochromu

c. Teraz amerykańsko-japoński zespół badawczy

udowodnił, że kaspazy znajdują się również w siateczce

śródplazmatycznej. Okazało się, że uszkodzenie

siateczki śródplazmatycznej prowadzi do uruchomienia

kaspazy 12

, która znajduje się wewnątrz siateczki,

i do

skierowania komórki na drogę apoptozy

. Jeśli

programowana śmierć komórki zaczyna się od

aktywacji kaspaz przy mi-tochondrium albo przy błonie

komórkowej, to kaspaza 12 w ogóle nie jest

uruchamiana.

Genetycy stworzyli

transgeniczne myszy

, które w ogóle

nie wytwarzają kaspazy 12. dlatego uszkodzenie

siateczki śródplazmatycznej nie prowadzi do ich

samobójstwa. Na tej podstawie można stwierdzić, że

kaskada kaspaz związana z uszkodzeniem siateczki jest

niezależna od dwóch wcześniej poznanych szlaków

aktywacji kaspaz wywołujących programowaną śmierć

komórki. Szczególnie interesujące jest to, że kaspaza

12 może mieć związek z chorobą Alzheimera. Peptyd A|

5, który jest podejrzewany o wywoływanie apoptozy w

komórkach nerwowych osób cierpiących na tę chorobę,

znajduje się m.in. w siateczce śródplazmatycznej.

Naukowcom już udało się udowodnić, że komórki nie

wytwarzające kaspazy 12 są oporne na szkodliwe

działanie tego peptydu.

Badania nad apoptozą dają nadzieję na
rozwiązanie wielu problemów medycznych.
Zaburzenia w procesie apoptozy zwiększa bowiem
ryzyko chorób nowotworowych.

Wywoływanie apoptozy to jeden z pożądanych
efektów terapii przeciwnowotworowej.

W procesie apoptozy komórek ważną rolę
odgrywają pewne enzymy - nukleazy.

Są to enzymy trawiące kwasy nukleinowe (DNA
trawiony jest przez DNazy, a RNA - przez RNazy).

Apoptoza komórki

Na początku komórka kurczy się
oddzielając się od sąsiadnich.
Następnie na powierzchni
pojawiają się pęcherzyki
("

komórka wrze

"), chromatyna

(czarna na obrazku) - kompleks
jądrowego DNA i białek -
kondensuje się na krawędzi jądra.
Dalej jądro i cała komórka
fragmentują się, a powstałe
"szczątki komórki" są szybko
wchłaniane przez sąsiednie
komórki.

Jak umierają komórki

?

APOPTOZA

Komórka obkurcza się i oddziela od sąsiednich. W
jądrze komórkowym dochodzi do kondensacji i
fragmentacji chromatyny. DNA jest cięte przez
endonukleazy.

W kolejnym etapie dochodzi do fragmentacji
cytoplazmy. Od błony komórkowej odpączkowuja
tzw. "ciałka apoptotyczne". Są to, otoczone błona
fragmenty komórki zawierające resztki cytoplazmy,
organelle komórkowe oraz fragmenty chromatyny.

Apoptotyczna śmierć komórki trwa zwykle

kilka do

kilkunastu godzin

, a ciałka apoptotyczne są szybko

fagocytozowane przez komórki żerne.

Jak umierają komórki

?

NEKROZA

Charakterystyczną cechą śmierci martwiczej jest

pęcznienie

komórki zapoczątkowane poszerzeniem siateczki
śródplazmatycznej i obrzękiem mitochondriów.

Nastepnie dochodzi do zniesienia aktywnego transportu jonów
przez błonę. W kolejnym etapie błona komórkowa ulega
perforacji. Woda i jony wnikają do wnętrza komórki powodując
jej obrzęk.

Zaktywowane endonukleazy tną DNA na przypadkowe
fragmenty o zróżnicowanej wielkości.

W ostatnim etapie martwicy dochodzi do rozpuszczenia
komórki pod wpływem uwolnionych enzymów lizosomalnych.
Powstałe produkty rozpadu komórki wywołują miejscowy stan
zapalny.

Dziękuję za uwagę