SOLUKUOLEMA: TYYPIT JA NIIDEN OMINAISUUDET - BIOLOGIA - 2025

Solukuolema on prosessi tuhoutumisen solukomponenttien kokea kaikki elävät organismit eri vaiheissa. Kaikissa monisoluisissa organismeissa on oltava optimaalinen tasapaino solukuoleman ja solujen lisääntymisen välillä.

Solukuolema tapahtuu kahdella päämekanismilla: nekroosilla tai vahingossa tapahtuvalla solukuolemalla ja apoptoosilla tai ohjelmoidulla solukuolemalla. Jokaiselle mekanismille on annettu tietty solumorfologia.

Eroja apoptoosin ja nekroosin välillä.

Lähde: Kansallinen alkoholin väärinkäytön ja alkoholismin instituutti (NIAAA)

Apoptoosi tai ohjelmoitu solukuolema käsittää reitin, jota geneettiset komponentit säätelevät hyvin. Usein, kun organismi kokee patologisia olosuhteita (esimerkiksi rappeuttavat sairaudet), apoptoottinen ohjelma voidaan toteuttaa väärin, mikä johtaa solujen kohtuuttomaan tuhoamiseen.

Ohjelmoitu solukuolema on tärkeä osa kehitysreittejä ja homeostaasia (solukuoleman ja lisääntymisen välinen ohjaus) yleensä.

Tahaton solukuolema tai nekroosi on toisen tyyppinen solukuolema. Siinä on radikaaleja eroja, jos vertaamme sitä apoptoosiin. Tämä ilmiö tapahtuu, kun solut altistetaan epäsuotuisalle tai äärimmäiselle ympäristölle, mikä johtaa vaurioihin solurakenteisiin.

Ohjelmoitu solukuolema tai apoptoosi

Historiallinen näkökulma

Vuonna 1972 termiä apoptoosi käytettiin ensimmäistä kertaa. Se ilmestyi klassisessa tieteellisessä artikkelissa, jonka ovat kirjoittaneet tekijät Kerr, Wyllie ja Currie. Kerrille et ai., Termi apoptoosi kuvaa solukuoleman erottuvaa morfologista muotoa.

Vaikka nämä piirteet oli jo yksityiskohtaisesti määritelty useita kertoja, nämä kirjoittajat antoivat ilmiölle nimen ensimmäisenä.

Määritelmä

Monisoluinen organismi koostuu useista soluista, joiden on luotava yhteydet toisiinsa. Yhteisö on pidettävä tiukasti organisoituna, ja tämä saavutetaan luomalla valvonta uusien solujen lisääntymisen ja jo läsnä olevien solujen poistamisen välillä.

Tällä tavalla solut, joita useista syistä ei enää tarvita, käyvät läpi eräänlaisen molekyylisen "itsemurhan", jota kutsutaan apoptoosiksi.

Ohjelmoitu solukuolema on normaali fysiologinen ilmiö. Siihen sisältyy tiettyjen solujen hallittu eliminointi. Tämä mekanismi on ratkaisevan tärkeä aikuisten kudosten toiminnan jatkamiseksi. Sillä on myös merkitys alkion kehityksessä.

ominaisuudet

Pidä leviämisen tasapaino

Ohjelmoidun solukuoleman päätavoite on ylläpitää solujen lisääntymisen tasapainoa. Esimerkiksi kehossamme melkein 5 x 10 ¹¹ punasolua tai verisolua poistuu päivittäin solukuoleman kautta.

Suojaa solut

Lisäksi se mahdollistaa suojausmekanismin luomisen soluja vastaan, jotka voivat mahdollisesti vaikuttaa kehoon. Virustartunnan uhreiksi joutuneiden solujen tappaminen tapahtuu yleensä ohjelmoidulla solukuolemalla. Siksi virus ei pysty jatkamaan leviämistä isännässä.

Ohjelmoitu solukuolema ei vain poista ulkoisten patogeenien tartuttamia soluja, vaan se pystyy myös sulkemaan pois organismin solut, jotka osoittavat vaurioita geneettiselle materiaalille. Tässä tapauksessa solut, joissa on organismille haitallisia mutaatioita, poistetaan.

Jos näiden epänormaalien solujen kehitys voi jatkua ja solukuoleman mekanismit eivät toimi, kasvaimia ja erityyppisten syöpien kehittymistä voi ilmetä.

Koordinoi alkion kehittämistä

Ohjelmoidulla solukuolemalla on tärkeä rooli alkion kehityksessä. Saman muodostumisen aikana on poistettava useita tarpeettomia soluja.

Sen tehtävänä on esimerkiksi eliminoida metamorfoosissa olevien organismien toukkien kudokset: toukat ja sammakkoeläimet. Lisäksi joillekin nuorille muodoille on tunnusomaista, että vesien elämälle ominaisilla kalvoilla on sormien väliset kalvot.

Kun organismista tulee aikuinen, nämä kalvot katoavat, koska sen muodostavat solut käyvät läpi ohjelmoidun solukuoleman tapahtuman. Yleensä apoptoosiprosessi muodostaa ihmisen ja hiiren raajat: lapio muotoiset rakenteet, jotka päättyvät hyvin muodostettuihin numeroihin.

Nisäkkäiden kehityksen aikana ohjelmoitu solukuolema osallistuu hermoston muodostumiseen. Kehon kehittyessä syntyy liiallinen määrä hermosoluja, jotka myöhemmin eliminoidaan ohjelmoidulla solukuolemalla.

Neuronit, jotka selviävät (noin 50%), muodostavat oikeat yhteydet kohdesoluihin. Kun muodostettu yhteys on osoitettu, alkaa sarja kasvutekijöitä, jotka sallivat solun selviytymisen, koska se estää solukuolemanohjelmaa.

Apoptoosin solun ominaisuudet

Ohjelmoidun solukuoleman aikana solulla on tietty fenotyyppi. Ensimmäinen erotettava piirre on kromosomaalisen DNA: n sirpaloituminen.

Tässä tapauksessa tapahtuu nukleosomien, DNA: n ja proteiinien muodostamien rakenteiden, hajoaminen. Kromatiinin tiivistyessä ydin hajoaa pieniksi paloiksi.

Prosessin edetessä solun koko pienenee merkittävästi. Viime kädessä solu hajoaa useiksi segmenteiksi, joita solumembraani ympäröi. Jokainen näistä kappaleista tunnetaan apoptoottisina kappaleina.

Myöhemmin immuunijärjestelmän solut, nimeltään makrofaagit, ovat vastuussa näiden kuolevien rakenteiden tunnistamisesta ja fagosyytisoinnista.

Siten apoptoosin läpikäyvän solun "ruumis" katoaa tehokkaasti organismista, johon se kuului - toisin kuin mitä tapahtuu, kun solu kuolee vammasta. Jälkimmäisessä skenaariossa solut turpoavat ja lopulta lysoivat, tuhouttaen kyseisen alueen.

Apoptoosin aikana mitokondrioissa tapahtuu vaurioita, joille on tunnusomaista se, että vapautuu joukko molekyylejä, jotka stimuloivat kuoleman mekanismia, kuten sytokromi c, Smac / Diablo -proteiinit.

Geneettiset näkökohdat

Ohjelmoidun solukuoleman tiukka säätely tapahtuu erilaisten geenien organisoidun toiminnan ansiosta.

Ensimmäiset apoptoosin geneettiseen mekanismiin liittyvät tutkimukset tehtiin nematodilla Caenorhabditis elegans. Tässä organismissa tunnistettiin 3 geeniä, jotka liittyivät koko apoptoottisen prosessin toteuttamiseen ja säätelyyn.

Nisäkkäissä löydettiin geenejä, jotka olivat hyvin samankaltaisia ​​kuin sukkulamato. Siksi he ovat olleet erittäin konservoituneita kokonaisuuksia koko evoluution ajan.

Ced-3 on esimerkki perheestä, joka koostuu yli kymmenestä proteaasista (entsyymit, jotka hydrolysoivat proteiineja), joka tunnetaan kaspaasien nimellä.

Ohjelmoidun kuolemantapauksen aikana kaspaasit hydrolysoivat yli 100 kyseessä olevasta solusta löytynyttä proteiinia. Kaspaasien kohdeproteiineista löydämme DNAaasi-inhibiittoreita, jotka aiheuttavat DNA: n hajoamisen solutumassa.

Kaspaasit ovat vastuussa myös ydinlevyn repeämästä, mikä johtaa ytimen ja yleensä sytoskeleton pirstoutumiseen. Kaikkien näiden hajoamistilanteiden välittömät seuraukset ovat solujen pirstoutuminen.

Apoptoosin laukaisu

On olemassa useita ärsykkeitä, jotka laukaisevat apoptoottisia mekanismeja. Nämä ärsykkeet voivat olla fysiologisia tai patologisia. Mielenkiintoista, että kaikki solut eivät reagoi samalla tavalla ärsykkeisiin.

Säteilytykset ja syöpähoitoon käytettävät lääkkeet (kemoterapia) johtavat apoptoosiin polusta, jota kutsutaan p53-riippuvaiseksi poluksi.

Jotkut hormonit, kuten kortikosteroidit - steroidien ja johdannaisten ryhmästä peräisin olevat hormonit - voivat johtaa apoptoottisiin reitteihin joissakin soluissa. Sen läsnäolo ei kuitenkaan vaikuta useimpiin soluihin.

Tahaton solukuolema tai nekroosi

Määritelmä

Solujen vahingossa tapahtuva kuolema tai nekroosi tapahtuu, kun solut altistetaan epäsuotuisalle ympäristölle, joka aiheuttaa vakavia vaurioita solurakenteille.

Nämä tekijät, jotka aiheuttavat traumoja, sisältävät muun muassa erittäin korkeat tai erittäin matalat lämpötilat, epänormaalit happitasot, altistuminen toksiinille, altistuminen reaktiivisille happea-metaboliiteille, ravinteiden puute, epänormaalit pH-tasot.

Eri lääketieteellisiin sairauksiin kuuluu nekroosi, mukaan lukien neurodegeneratiiviset sairaudet, kuten Alzheimerin tauti, Huntingtonin tauti, Parkinsonin tauti, amyotrofinen lateraaliskleroosi ja epilepsia.

Vaikka nekroottinen prosessi liittyy useisiin sairauksiin, tapahtuman takana olevaa mekanismia ei ole selvitetty täysin. Historiallisesti nekroosia on pidetty yksinkertaisesti kaoottisina reaktioina, jotka tuhoavat solun.

Caenorhabditis elegans- ja Drosophila-organismien nykyiset todisteet ovat kuitenkin asettaneet kyseenalaiseksi tämän ”dogman”.

Erilaisilla solutyypeillä, joille tehdään nekroosi, on hyvin spesifisiä morfologisia solun ominaisuuksia vasteena vaurioille, mikä viittaa siihen, että nekroosille on olemassa keskeinen toteutusohjelma.

Nekroottisen prosessin täydellinen ja yksityiskohtainen ymmärtäminen voi johtaa uusien menetelmien kehittämiseen sellaisten sairauksien torjumiseksi, joihin liittyy nekroottinen solukuolema.

Nekroosin solun ominaisuudet

Kuten apoptoosissa, nekroosilla on ominaisia ​​morfologisia piirteitä. Lisäksi nämä ovat täysin erilaisia ​​kuin mitä havaitsemme solussa, joka kuolee apoptoottisen reitin kautta.

Kuolemaan liittyy merkittäviä tulehduksia solussa, tyhjiöiden muodostuminen sytoplasmassa, endoplasmisen retikulaarin leviäminen, sytoplasman rakkuloituminen, mitokondrioiden tiivistyminen, ribosomien hajoaminen ja irtoaminen, kalvojen repeämä, tulehtuneet lysosomit ja rikki muun muassa.

Nekroosi on "passiivinen" prosessi, koska se ei vaadi lisäproteiinisynteesiä, energian tarve sen esiintymiselle on minimaalinen eikä sillä ole yhtään ylimääräistä homeostaattista säätelymekanismia.

mekanismit

Nekroottisessa solussa aiheutuneet vammat voidaan välittää kahdella päämekanismilla: energiansaannin häiriöillä ja suoralla solun vaurioilla edellä mainittujen tekijöiden avulla.

Apoptoosin ja nekroosin vertailu

erot

Prosessin hallinta: Verrattuna apoptoosi on erittäin kontrolloitu aktiivinen prosessi, kun taas nekroosi on toksinen prosessi, jossa solu on passiivinen uhri energiasta riippumattomasta kuolemasta. Kuten mainitsimme, nykyinen näyttö on aiheuttanut epäilyjä nekroosin epäsääntelystä.

Kuoleman sijainti: Yleensä apoptoosi esiintyy yhdessä solussa tai pienessä soluklusterissa, kun taas nekroosi tapahtuu solujen jatkumossa.

Plasmamembraanitila: Apoptoosissa solukalvo pysyy ehjänä ja sytoplasma pitää apoptoottiset elimet. Nekroosissa plasmamembraani rikkoutuu ja sytoplasma vapautuu.

Tulehdusprosessit: apoptoosissa ei havaita minkään tyyppistä tulehdusta, kun taas inflaatio on yksi nekroosin silmiinpistävimmistä ominaisuuksista. Kalvon ja solujen eheyden menetys lähettää kemotaktisia signaaleja, jotka rekrytoivat tulehdukselliseen prosessiin liittyviä soluvälittäjiä.

Voitko erottaa apoptoosin ja nekroosin?

Mistä riippuu onko kuolee solu apoptoosiin vai nekroosiin? Tähän päätökseen liittyy useita tekijöitä, muun muassa kuolemasignaalin luonne, kyseessä olevan kudostyypin tyyppi, organismin kehitystila.

Tavanomaisia ​​histologiatekniikoita käyttämällä ei ole helppoa erottaa apoptoosista tai nekroosista kuolleita kudoksia. Nekroottisten ja apoptoottisten reittien aiheuttamat kuoleman morfologiset tulokset eroavat toisistaan ​​monessa suhteessa ja toisissaan päällekkäin.

Todisteet osoittavat, että apoptoosi ja nekroosi edustavat jaetun biokemiallisen reitin morfologista ilmentymää, jota kutsutaan apoptoosi-nekroosin jatkumona. Esimerkiksi kaksi tekijää ovat mukana apoptoosireitin muuntamisessa nekroosiksi: kaspaasien ja ATP: n vähentynyt saatavuus solussa.

Sytotoksinen kuolema

Monisoluisissa organismeissa on erityyppisiä soluja, jotka kuuluvat immuunijärjestelmään - tai niiden tuottamiin eritteisiin -, jotka ovat myrkyllisiä muille soluille.

Nämä solut ovat vastuussa kohdesolujen (jotka voivat olla patogeenin tartuttamat solut tai syöpäsolut) tuhoamisesta vastaavien reittien aloittamisesta. Kirjailijat mieluummin jättävät kuitenkin sisällyttämättä kummankaan mainituista luokista (nekroosin tai apoptoosin), koska sitä ei tapahdu tietyn mekanismin kautta.

Otetaan erityinen solukuoleman tapaus, jota välittää solutyyppi, jota kutsutaan sytotoksisiksi CD8 ⁺ T-lymfosyyteiksi. Tässä esimerkissä solu yhdistää sekä vahingossa tapahtuvan että ohjelmoidun solukuoleman näkökohdat.

Viitteet

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ja Walter, P. (2013). Oleellinen solubiologia. Garland Science.
2. Cooper, GM, Hausman, RE, ja Hausman, RE (2000). Solu: molekyylinäkökulma. Washington, DC: ASM-lehdistö.
3. Elmore, S. (2007). Apoptoosi: katsaus ohjelmoituun solukuolemaan. Toksikologinen patologia, 35 (4), 495 - 516.
4. Ross, MH, ja Pawlina, W. (2006). Histologia. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., ja Tavernarakis, N. (2002). Kuolema nekroosista. Hallitsematon katastrofi vai onko kaaoksen takana järjestys ?. EMBO-raportit, 3 (7), 604-9.