Apoptoza (grško: apoptosis - odpadanje listov) je proces programirane celične smrti, je povsem naraven pojav, ki omogoča odstranjevanje nenormalnih, poškodovanih in izrabljenih celic iz telesa. Vredno je ugotoviti, kaj točno je, ali je apoptoza škodljiv pojav, kdaj se pojavi in kateri procesi vodijo do nje.
Vsebina:
- Začetek apoptoze
- Potek apoptoze
- Nadzor apoptoze
- Apoptoza in bolezen
Apoptozaje fiziološki, naravni proces, ki neprekinjeno poteka v vsakem zdravem organizmu, je bistvenega pomena za pravilno delovanje organizma. Zahvaljujoč apoptozi ima telo sposobnost nadzora števila in kakovosti celic. Ta proces, znan kot programirana celična smrt, vodi do odstranitve poškodovanih, okuženih ali nepotrebnih celic, kar zagotavlja ravnovesje med nastankom novih celic in uničenjem starih celic.
Motnje v poteku apoptoze imajo zelo negativen učinek, obstajajo bolezni, katerih preprečevanje in zdravljenje je zelo težko - rak, avtoimunske bolezni. Morda bodo nove metode zdravljenja, ki omogočajo proces apoptoze v rakavih celicah, postale učinkovito zdravljenje.
Skupno število celic v telesu je strogo določeno in konstantno, vsaka daljša sprememba njihovega števila lahko negativno vpliva na naše zdravje, zato si telo prizadeva vzdrževati ravnovesje med uničenjem celic in nastajanje novih. Proces celične smrti se lahko pojavi na več načinov, med katerimi so najpomembnejši:
- Nekroza (nekroza)- povzročajo zunanji dejavniki: kemični, mehanski, fizični. To je patološki, nenormalni proces, nad katerim telo nima nadzora. Pri tem se uničijo cele skupine celic, posledica te poškodbe pa je razvoj vnetnega procesa.
- Apoptoza (programirana celična smrt)je popolnoma drugačen, proces je popolnoma normalen, fiziološki, enocelični in bistvenega pomena v normalno delujočem organizmu.
- Avtofagija- sestoji iz prebave celice z lastnimi encimi.
Kljub temunegativnega prizvoka, apoptoza je normalen pojav, ki poteka redno, je usmerjena v dobro celotnega organizma in omogoča zamenjavo neučinkovitih, dotrajanih celic z novimi. Odstranjene celice so večinoma tiste, ki bi lahko postale nevarne za gostitelja, na primer rakave ali neoplastične.
Apoptoza vam omogoča vzdrževanje homeostaze, torej ravnotežja telesa. Proces programirane celične smrti je zelo zapleten pojav, ki vključuje na desetine encimov in beljakovin. Čas njegovega nastanka tudi ni naključen, določajo ga številne signalne poti, ki se aktivirajo kot posledica poškodbe celice: njenih organeli ali genetskega materiala.
Začetek apoptoze
Aktivacija apoptoze je povezana z aktivacijo ali inhibicijo delovanja določenih beljakovin (pro in anti-apoptotičnih), ki so stalno prisotne v celici. Način, kako poteka proces, je odvisen od vrste in dražljaja, ki sproži apoptozo. Iniciacija je prva, začetna faza, med katero se aktivirajo signalne poti, ki vodijo do razvoja procesa programirane smrti.
Najpomembnejša med njimi je tako imenovana notranja pot, v kateri imajo prevladujočo vlogo mitohondriji in zunanja, njeni sprožilci pa so signali izven celice:
- pomanjkanje rastnih faktorjev, hormonov
- povečanje koncentracije nekaterih citokinov (molekul, ki jih proizvajajo limfociti)
- interakcije iz sosednjih celic
- fizični dejavniki
- pomanjkanje hranil.
V primeru ekstrinzične poti okoljski dražljaji vplivajo na receptorje, ki se nahajajo v celični membrani (tako imenovani receptorji smrti), ki sprožijo kaskado znotrajceličnih signalov, ki vodijo v apoptozo.
Mitohondriji igrajo ključno vlogo na endogeni poti. Ko jih poškodujejo različni dejavniki, se v teh organelah izražajo pro-apoptotični proteini, ki posledično poškodujejo delovanje mitohondrijev in preprečujejo proizvodnjo energije.
Poleg tega ta poškodba povzroči sproščanje beljakovine iz mitohondrija - citokroma, ki prispeva k povečanju koncentracije kalcijevih ionov v celici. Povečanje količine tega iona je sprožilec apoptoze.
Potek apoptoze
Prehod celice v apoptozo je mogoče prepoznati po njeni ločitvi od drugih in je prvi korak v tem procesu. Nastane zaradi premikov elektrolitov, dehidracije celice in spremembe njene oblike. Nato se celično jedro razdrobi in nastanejo tako imenovana apoptorična telesa, to so ostanki celice, ki se bodo absorbiralis sosednjimi celicami ali pa jih "požrejo" makrofagi. Tak potek apoptoze povzroči, da se celica odstrani "tiho", ne povzroči razvoja splošne reakcije - vnetja.
Kot že omenjeno, so v ta proces vključeni različni encimi: kaspaze, ki prebavljajo beljakovine v jedru in citoplazmi, transglutaminaze in endonukleolitične encime, ki so odgovorni za rezanje DNK. Potek celotnega procesa uničenja (izvedba apoptoze) lahko razdelimo na več stopenj:
1. Faza nadzora-odločanja- sestoji iz prenosa informacij v jedro o aktiviranju mehanizmov popravljanja ali njihovi opustitvi in začetku procesa razpada celice. V tem procesu sodelujejo kaspaze, proteini BID in BAX, limfociti T pa v celicah sproščajo granzime, ki med drugim sproščajo kalcijeve ione za spodbujanje apoptoze.
2. Izvršna faza- v tej fazi kaspaze razvijejo svojo polno funkcijo - uničijo celične beljakovine - strukturne in encimske:
- DNA polimeraza in DNK kinaza, ki preprečujeta popravilo nukleinskih kislin
- lamin, ki poškodujejo jedrsko membrano.
V tej fazi poteka dehidracija celice, nadaljnje spremembe oblike in velikosti, fragmentacija DNK (z endonukleazo), nato fragmentacija celice in tvorba apoptotičnih teles. Te kaspaze so znotrajcelični encimi, ki režejo beljakovine na določenih mestih – določenem zaporedju aminokislin. Njihova aktivacija poteka plazovito - aktivirana kaspaza aktivira še eno.
Zanimivo je, da kljub razgradnji številnih celičnih beljakovin celične organele ostanejo nedotaknjene in popolnoma najdejo pot v apoptorična telesa.
3.faza čiščenja je sestavljena iz fagocitoze, to je absorpcije celičnih ostankov, najpogosteje s fantomskimi celicami - makrofagi.
Nadzor apoptoze
Apoptoza je strogo reguliran proces – tako njen začetek kot potek. Kontrola je predvsem družina beljakovin Bcl-2, vključno z anti-apoptotičnimi beljakovinami - preprečujejo razvoj apoptoze (npr. Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w) in pro-apoptotično - spodbujajo njen nastanek s poškodbami mitohondrijev. membrana (Bid, Bak, Bad).
Ekspresija ali aktivnost teh beljakovin je odvisna od pogojev, v katerih je celica prisotna, pa tudi od njenega stanja – če je poškodba velika ali zunanji pogoji niso ugodni, se aktivirajo proapoptotični proteini.
V normalnih pogojih prevladujejo anti-apoptotični proteini in zavirajo proces programirane celične smrti. Poleg tega je dokazano, da apoptozo nadzorujejo tudi geni, eden izmed njih je gen p53, spada med dejavnikepro-apoptotični. Njegov produkt, protein p53, sproži proces samomorilne celične smrti, če je poškodba genskega materiala tako huda, da DNK ni mogoče popraviti.
Zato se ta beljakovina včasih imenuje "varuh genoma", ker določa, ali bo celica ustavila delitev celic, da bi popravila nastalo škodo, ali bo prišlo do apoptoze.
Apoptoza in bolezen
Dokazano je, da je neravnovesje med nastajanjem novih in odpravljanjem starih celic vzrok za številne bolezni, zato je celični nadzor apoptoze izjemno pomemben, njegova motnja pa ima lahko zelo resne posledice.
Če so celice odporne proti smrti zaradi apoptoze, lahko razvijejo raka ali avtoimunsko bolezen (kot je revmatoidni artritis). V obeh primerih obolele celice ne preidejo v proces apoptoze, so nanj »odporne« zaradi genetskih mutacij ali nenormalne aktivnosti pro in antiapoptotičnih proteinov. Po drugi strani pa lahko pretirana skladnost in odstranitev preveč celic povzročita degenerativne bolezni in poškodbe organov.
Trenutno testirana najnovejša onkološka zdravila delujejo v fazi apoptoze – mehanizem delovanja je spodbujanje prisotnosti pro-apoptotičnih proteinov – spodbujanje pojava apoptoze v tumorskih celicah. Radioterapija in "standardna" kemoterapija delujeta na podoben način za induciranje apoptoze. Obe terapiji povzročata celični stres, ki ubija tumorske celice. Žal takšno zdravljenje ni vedno učinkovito, saj je v tumorskih celicah pogosto povečana aktivnost dejavnikov, ki zavirajo apoptozo, kar ne le otežuje boj proti njim, ampak vodi tudi v nenadzorovano rast in razmnoževanje.
O avtorju
Priklon. Maciej GrymuzaDiplomirala na Medicinski fakulteti Medicinske univerze v K. Marcinkowskega v Poznanu. Diplomiral je na univerzi z zelo dobrim uspehom. Trenutno je zdravnik na področju kardiologije in doktorski študent. Zanimajo ga predvsem invazivna kardiologija in implantabilni pripomočki (stimulatorji).