Генетически запрограммированная смерть клетки. Выполнила ученица 10А класса Девяткина Даша.

Современный уровень развития генетики и молекулярной биологии позволил ученым прийти к парадоксальному выводу: смерть клетки нередко напоминает самоубийство. Выполняя заложенную в нее генетическую программу, клетка сама отдает приказ на самоуничтожение. Организмы разных людей имеют более или менее одинаковое число клеток. Колебания есть, но они относительно невелики. В начале 1992 года коллектив исследователей Массачусетского Технологического института обнаружил ген, предохраняющий клетку от смерти. Объектом изучения биологов служил крохотный червячок. Постоянное кол-во клеток – 945. В определенный момент развития его организма 131 клетка вдруг ни с того ни с сего самоликвидировались.

Как поддерживается постоянство? Одна группа механизмов достаточно очевидна. Клетка может разделиться на две дочерние, а может и не делиться. Какая из этих возможностей реализуется, зависит как от генетической программы, так и от внешних сигналов, которые клетка получает от своих соседей или из окружающей среды. Но существует и другой механизм, привлекший внимание ученых лишь в последние годы. генетическая программа, реализация которой при определенных условиях приводит клетку к гибели сама Оказывается, наряду с программой, регулирующей клеточное деление, есть особая генетическая программа, реализация которой при определенных условиях приводит клетку к гибели. Гибнет клетка не от руки какого-нибудь постороннего убийцы (хотя бывает и так), она сама приносит себя в жертву во имя блага организма. Вот об этом самопожертвовании клеток и пойдет речь. Прежде всего о самом биологическом явлении - программируемой клеточной смерти. развитии нервной системы Мирно - значит, без воспаления макрофагами У червяка, о котором я упоминала, в результате клеточных делений на самом деле образуется не 945, а 1076 клеток, но 131 из них обязательно гибнет. При формировании некоторых органов человека и животных также первоначально возникает намного больше клеток, чем потом потребуется. Например, так бывает при развитии нервной системы. Лишние клетки в свое время мирно погибнут. Мирно - значит, без воспаления. Клетка сморщивается и постепенно распадается на обломки, которые обычно поедаются макрофагами - специальными клетками, у которых хороший аппетит. Но как узнать, какая клетка лишняя, а какая нет? Какая из двух клеток, рожденных действительно равными (а генетически две сестринские клетки идентичны), должна умереть, обеспечив тем самым продолжение жизни своей сестры? Ситуации бывают разные. У этого червя судьба клетки определена абсолютно жестко, и поменять эту судьбу у здоровой особи практически невозможно; есть клетки (те самые 131), у которых, можно сказать, "на роду написано" покончить жизнь самоубийством. синапсы В других случаях задача решается не столь однозначно. Например, при развитии организма млекопитающих те нервные клетки, которые не успевают установить контакты - синапсы - между собой или с иннервируемыми органами, и есть лишние. Их существование не имеет смысла. Для клеток других тканей сигнал к включению программы смерти может быть иным, но биологический смысл самопожертвования можно найти всегда.

Понятие апоптоза Апоптоз процессом активным Апоптоз – это тип гибели клеток, при котором сама клетка активно участвует в процессе своей гибели, т.е. происходит самоуничтожение клетки. Апоптоз является процессом активным, после воздействия этиологических факторов запускается генетически запрограммированный каскад реакций, сопровождающийся активацией определенных генов, синтезом белков, ферментов, приводящих к эффективному и быстрому удалению клетки из ткани.

Апоптоз в природе Во время нормального развития организма апоптоз возникает в клетках при формировании формы или структуры органа. Например при образовании конечности мыши некоторые клетки подвергаются апоптозу и образуются пальцы. Апоптоз во время нормального развития конечности мыши. Клетки подвергшиеся апоптозу (слева) мечены желтым. Та же конечность (справа) через один день. Слева лапка курицы после добавления в перепонку белка Gremlin (перепонка сохранилась), справа контрольный эксперимент без добавления белка (перепонка подверглась апоптозу). Интересно, что некоторые птицы, такие как утка, имеют перепонки между пальцами, тогда как у других птиц, таких как курица, перепонок нет. В раннем эмбриогенезе и курицы и утки имеют перепонки между пальцами. Специфический белок BMP4 образуется в клетках между пальцами, запуская клеточную смерть этих клеток. Другой белок BMP(gremlin) образуется вокруг пальцев у обоих птиц и только у уток образуется также и в клетках перепонок, предотвращая запуск апоптоза в них.

Другим примером апоптоза в нормальном развитии является метаморфоз головастика лягушки. Под воздействием тиреоидного гормона при метаморфозе головастика лягушки, запускается апоптоз и хвост головастика исчезает.

Причины апоптоза 1. Во время эмбриогенеза апоптоз играет важную роль в разрушении различных тканевых зачатков и формировании органов. 2. Апоптозу подвергаются стареющие клетки, закончившие цикл своего развития, например, исчерпавшие запас цитокинов лимфоциты. 3. В растущих тканях определенная часть дочерних клеток подвергается апоптозу. Процент погибающих клеток может регулироваться системными и местными гормонами. 4. Причиной апоптоза может быть слабое воздействие повреждающих факторов, которые при большей интенсивности могут привести к некрозу (гипоксия, ионизирующее излучение, токсины и др.)

Итоги В генетическом аппарате каждой клетки многоклеточного организма имеется специальная программа, которая при определенных обстоятельствах может привести клетку к гибели. При нормальном развитии эта программа направлена на удаление избыточно образовавшихся клеток-"безработных", а также клеток- "пенсионеров", переставших заниматься общественно полезным трудом., апоптоз Другая важная функция клеточной гибели - удаление клеток-"инвалидов" и клеток-"диссидентов" с серьезными нарушениями структуры или функции генетического аппарата. В частности, апоптоз - один из основных механизмов самопрофилактики онкологических заболеваний. Система программируемой клеточной смерти - существенный фактор иммунитета, поскольку гибель зараженной клетки может предотвратить распространение инфекции по организму. Другое дело, что некоторые инфекционные агенты выработали специальные меры для предотвращения преждевременной гибели зараженных клеток. Нарушения системы программируемой гибели клетки - причина серьезной патологии. Ослабление способности к апоптозу может вести к развитию злокачественных опухолей. Некоторые заболевания, в частности дегенеративные повреждения нервной системы, - результат избыточного апоптоза.

Итоги Воздействие на программу клеточной гибели - перспективное направление лекарственного лечения. Так, одна из важных задач противораковой терапии - стимуляция апоптозной системы. В других случаях задача врача, наоборот, предотвратить вредное для организма клеточное самоубийство. Таким образом, какие-то компоненты каждой клетки по праву могли бы нести микроскопическое изображение черепа со скрещенными костями. Однако следует признать, что наличие такого смертельного механизма - обстоятельство не только необходимое, но в конечном итоге крайне благоприятное. Без системы программируемой клеточной гибели мы с вами не могли бы появиться на свет такими, какими мы рождаемся. И поддержание порядка в наших организмах в течение дальнейшей жизни в значительной степени обеспечивается именно способностью наших клеток к программируемой смерти.