 |
Обновление клеток в клеточных популяциях
|
|
|
|
Клеточные популяции организма можно разделить на 3 группы:
1) растущие клеточные популяции характеризуются непрерывным новообразованием клеток, которое обеспечивает не только обновление клеточной популяции, но и рост, увеличение массы ткани. Долгоживущие клетки этой популяции, выполняя специализированные функции, сохраняют способность при стимуляции вступать вновь в клеточный цикл. Такие клеточные популяции находятся в печени, почках, щитовидной железе и др. органах;
2) стабильные клеточные популяции образованы клетками, полностью утратившими способность к делению (нервные клетки, кардиомиоциты). По мере старения организма количество этих клеток уменьшается, т.к. естественная убыль клеток не восполняется;
3) обновляющиеся клеточные популяции характеризуются тем, что убыль дифференцированных (выполняющих специализированные функции) и неспособных к делению клеток восполняется за счёт деления недифференцированных (камбиальных) клеток и их последующей дифференцировки.
Регуляция клеточного цикла осуществляется сложной системой механизмов, обеспечивающих стимуляцию или ингибирование митотического деления клеток. Эта система основана на двух видах сигналов (информации):
- о воздействии внешних стимулирующих (ингибирующих) факторов;
- об интактности (неповреждённости) генома; в случае повреждения генома включается система репарации (восстановления структуры) ДНК, а прохождение клеткой соответствующего периода (этапа) жизненного цикла приостанавливается.
Наряду с уже упоминавшимися внутриклеточными регуляторами деления клетки и её подготовки к делению (активаторы S-периода,
М-задерживающий фактор, М-стимулирующий фактор, циклины) существуют два вида полипептидов и гликопротеинов, обладающих клеточной и тканевой специфичностью - кейлоны и антикейлоны.
|
|
|
Кейлоны образуются всеми дифференцированными клетками и воздействуют на незрелые клетки этой же ткани, угнетая их пролиферацию. Выделение кейлонов основано на механизме отрицательной обратной связи: уменьшение численности зрелых клеток в популяции вызывает уменьшение количества выделяемых ими кейлонов; снижение ингибирующего воздействия кейлонов, в свою очередь, ведёт к активации митотической активности клеток ткани в целом.
Антикейлоны отличаются прямо противоположным эффектом: они стимулируют пролиферативные процессы в ткани.
Реакция клеток на неблагоприятные воздействия
При повреждении окислителями и другими химическими препаратами, тяжёлыми металлами, нехватке кислорода или глюкозы, повышении температуры, заражении вирусами, а также при других неблагоприятных воздействиях все клетки отвечают сходной реакцией. В её основе лежит изменение характера экспрессии генов: усиливается синтез особой группы защитных стрессорных белков и подавляется продукция остальных видов белка. Стрессорные белки впервые обнаружены в клетках, подвергавшихся воздействию повышенной температуры. В связи с этим они получили название «белки теплового шока» (HSP). Различные белки этой группы обеспечивают сборку, поддержание нативной конформации (развёртывание, упаковку) других белков и их взаимодействие между собой. Тем самым они предотвращают агрегацию белков и их дальнейшее повреждение при нарушении метаболизма клетки. Усиление синтеза стрессорных белков защищает клетки от повреждений и препятствует их гибели.
Дистрофия клетки
Дистрофией клетки называют нарушения обмена веществ, ведущие к структурным изменениям клетки. Дистрофия рассматривается как один из видов повреждения клетки. Непосредственной причиной развития клеточных дистрофий могут быть нарушения как внутриклеточных, так и внеклеточных механизмов, обеспечивающих трофику клетки.
|
|
|
Исходя из преобладания нарушения того или иного обмена веществ выделяют белковые, жировые, углеводные и минеральные дистрофии. При дистрофиях в клетке и межклеточном веществе накапливаются различные продукты обмена (белки, углеводы, минеральные соли, вода). Клеточная дистрофия может включать распад ультраструктур и повреждение органелл клетки, синтез аномальных веществ (например, синтез аномального белка амилоида), трансформацию веществ в продукт обмена одного вида (гликоген или белок) и другие изменения клетки.
Старение и гибель клеток
Клетки функционируют определённый период времени, заканчивающийся их старением и гибелью. Предел количества возможных делений у соматических клеток запрограммирован. При этом их пролиферативный потенциал прямо пропорционален максимальной продолжительности жизни особей данного вида и обратно пропорционален возрасту организма. Стареющая клетка утрачивает способность к репликации ДНК и задерживается в G1-фазе клеточного цикла, переходя затем в G0-фазу. В процессе старения уменьшается содержание органоидов и объём клетки в целом, возрастает количество лизосом, накапливаются пигментные и жировые включения, происходит вакуолизация ядра и цитоплазмы, усиливается проницаемость цитоплазмы. К настоящему времени нет единства мнений относительно смысла и механизмов клеточного старения. Многие учёные рассматривают старение клетки результатом катастрофического накопления ошибок в биосинтетических механизмах клетки. Не исключено, что старение клеток обеспечивает стабилизацию размеров взрослого организма.
Относительное постоянство клеток зрелого организма обеспечивается динамическим равновесием между образованием клеток в результате пролиферации и гибелью клеток. Гибель клеток является поэтому важным фактором нормальной жизнедеятельности тканей и органов. Гибель клеток может происходить двумя путями (некроз и апоптоз).
Некроз является, по сути, случайной смертью, возникающей под действием резко выраженного повреждающего фактора (недостаток кислорода, действие яда или высокой температуры и т.п.). В начале развития некроза набухают цитоплазма и митохондрии, расширяются цистерны эндоплазматической сети, нарушается избирательная проницаемость плазмолеммы. Повреждённые лизосомы выделяют гидролазы, ускоряющие разрушение клеточных структур. Под действием лизосомальной ДНКазы расщепляется ядерная ДНК, ядро уплотняется и уменьшается в объёме, затем распадается и лизируется ферментами (кариолизис ядра). Завершается некроз разрывом плазмолеммы, кариолеммы и мембран органелл, «растворением» ядра, исчезновением клеточных границ и распадом клетки. Продукты распада клетки (клеточный детрит) фагоцитируются у животных лейкоцитами и макрофагами.
|
|
|
Паранекроз отмечается при действии на клетку разнообразных сильных раздражителей (термических, механических, химических и др.). Термин «паранекроз», предложенный Д.Н. Насоновым и В.Я. Александровым (1934), дословно означает состояние «вблизи смерти». Паранекротические изменения клетки включают повышение вязкости цитоплазмы, укрупнение коллоидных частиц цитоплазмы, возрастание кислотности среды цитоплазмы (уменьшение рН), активацию адсорбционных процессов в цитоплазме, снижение чувствительности клетки к действующему раздражителю (повышение порога возбудимости) и т.п. При незначительной силе раздражителя или непродолжительном воздействии более сильного раздражителя паранекроз обратим: по завершении действия раздражителя клетка может вернуться в прежнее состояние жизнедеятельности. При очень сильном (продолжительном) воздействии раздражителя клетка может погибнуть (некроз).
Апоптозом называют физиологическую или запрограммированную гибель клеток, по сути, генетически контролируемое самоуничтожение клеток. Реализация генетической программы апоптоза инициируется внешними факторами: «киллерные гены» индуцируют синтез веществ, вызывающих разрушение клетки. Экспрессия «генов-спасителей» предотвращает развёртывание программы апоптоза. Апоптоз является энергоёмким процессом, происходящим асинхронно в отдельных клетках или мелких клеточных группах. Сигналами, вызывающими запуск программы апоптоза могут быть: нехватка стимулирующих факторов, потеря контакта с другими клетками, резкое нарушение обмена веществ, поражение вирусом и т.п.
|
|
|
Первыми проявлениями апоптоза является утрата клеткой межклеточных соединений, микроворсинок и других специализированных структур её поверхности. Затем происходит уплотнение ядра, а также конденсация цитоплазмы, вызывающая более компактное расположение органоидов, сохраняющих в процессе апоптоза свою целостность. При апоптозе отсутствует кариолизис, клеточное ядро распадается на фрагменты, окружённые элементарными мембранами. Эти фрагменты ядра, а также содержащие жизнеспособные органеллы выпячивания цитоплазмы овальной или округлой формы названы апоптозными телами. В некоторых случаях клетка сморщивается целиком, превращаясь в единое апоптозное тело. Апоптозные тела фагоцитируются и перевариваются соседними клетками.
|
|
|
