Quá trình tế bào có thể tự tiêu diệt được gọi là quá trình chết tế bào được lập trình (PCD). Cơ chế này có một số giống và đóng một vai trò quan trọng trong sinh lý của các sinh vật khác nhau, đặc biệt là các sinh vật đa bào. Hình thức phổ biến nhất và được nghiên cứu kỹ lưỡng của CHF là apoptosis.
Apoptosis là gì
Apoptosis là một quá trình tự hủy sinh lý có kiểm soát của tế bào, được đặc trưng bởi sự phá hủy dần dần và phân mảnh các chất bên trong nó với sự hình thành các túi màng (cơ thể apoptotic), sau đó được hấp thụ bởi các tế bào thực bào. Cơ chế di truyền này được kích hoạt dưới tác động của một số yếu tố bên trong hoặc bên ngoài.
Với biến thể chết này, hàm lượng tế bào không vượt ra ngoài màng và không gây viêm. Quá trình apoptosis mất điều hòa dẫn đến các bệnh lý nghiêm trọng như phân chia tế bào không kiểm soát được hoặc thoái hóa mô.
Apoptosis chỉ là một trong một số dạng chết của tế bào được lập trình (PCD), vì vậy thật sai lầm khi xác định những khái niệm này. Nổi tiếngcác loại tự hủy hoại tế bào cũng bao gồm thảm họa phân bào, tự chết và hoại tử theo chương trình. Các cơ chế khác của PCG vẫn chưa được nghiên cứu.
Nguyên nhân gây chết tế bào chết
Lý do kích hoạt cơ chế chết tế bào theo chương trình có thể là cả quá trình sinh lý tự nhiên và những thay đổi bệnh lý do khiếm khuyết bên trong hoặc do tiếp xúc với các yếu tố bất lợi bên ngoài.
Thông thường, quá trình apoptosis cân bằng quá trình phân chia tế bào, điều chỉnh số lượng của chúng và thúc đẩy đổi mới mô. Trong trường hợp này, nguyên nhân của HGC là một số tín hiệu nằm trong hệ thống kiểm soát cân bằng nội môi. Với sự trợ giúp của quá trình apoptosis, các tế bào dùng một lần hoặc các tế bào đã hoàn thành chức năng của chúng sẽ bị phá hủy. Do đó, hàm lượng gia tăng của bạch cầu, bạch cầu trung tính và các yếu tố khác của khả năng miễn dịch tế bào sau khi kết thúc cuộc chiến chống lại nhiễm trùng sẽ bị loại bỏ chính xác do quá trình apoptosis.
Chết theo chương trình là một phần của chu kỳ sinh lý của hệ thống sinh sản. Quá trình rụng trứng có liên quan đến quá trình sinh trứng và cũng góp phần làm chết trứng nếu không có quá trình thụ tinh.
Một ví dụ kinh điển về sự tham gia của quá trình tự chết của tế bào trong vòng đời của hệ thống sinh dưỡng là sự rụng lá vào mùa thu. Bản thân thuật ngữ này xuất phát từ từ apoptosis trong tiếng Hy Lạp, được dịch theo nghĩa đen là "rơi".
Apoptosis đóng một vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát sinh phôi, khi các mô thay đổi trong cơ thể và một số cơ quan bị teo đi. Một ví dụ là sự biến mất của màng giữa các ngón tay của các chi của một số loài động vật có vú hoặc cái chết của đuôi trong quá trình biến thái.ếch.
Apoptosis có thể được kích hoạt bởi sự tích tụ của những thay đổi khiếm khuyết trong tế bào do đột biến, lão hóa hoặc lỗi phân bào. Môi trường không thuận lợi (thiếu chất dinh dưỡng, thiếu ôxy) và các tác động bệnh lý từ bên ngoài do virus, vi khuẩn, chất độc, v.v … có thể là lý do giải phóng CHC. có thời gian để thực hiện cơ chế apoptosis và kết quả là chết. sự phát triển của quá trình bệnh lý - hoại tử.
Những thay đổi về hình thái và cấu trúc-sinh hóa trong tế bào trong quá trình apoptosis
Quá trình apoptosis được đặc trưng bởi một số thay đổi hình thái nhất định, có thể quan sát được bằng kính hiển vi trong quá trình chuẩn bị mô trong ống nghiệm.
Các tính năng chính đặc trưng của quá trình chết theo tế bào bao gồm:
- xây dựng lại bộ xương;
- niêm phong nội dung ô;
- ngưng tụ chất nhiễm sắc;
- phân mảnh lõi;
- giảm thể tích tế bào;
- nhăn của đường viền màng;
- hình thành bong bóng trên bề mặt tế bào,
- phá hủy các bào quan.
Ở động vật, những quá trình này lên đến đỉnh điểm trong việc hình thành các tế bào chết, có thể bị cả đại thực bào và các tế bào mô lân cận nhấn chìm. Ở thực vật, sự hình thành cơ quan apoptotic không xảy ra, và sau khi thoái hóa nguyên sinh chất, bộ xương vẫn ở trongthành tế bào.
Ngoài những thay đổi về hình thái, quá trình apoptosis còn kèm theo một số sự sắp xếp lại ở cấp độ phân tử. Có sự gia tăng hoạt động lipase và nuclease, kéo theo sự phân mảnh của chất nhiễm sắc và nhiều protein. Hàm lượng cAMP tăng mạnh, cấu trúc của màng tế bào thay đổi. Trong tế bào thực vật, người ta quan sát thấy sự hình thành các không bào khổng lồ.
Apoptosis khác với hoại tử như thế nào
Sự khác biệt chính giữa apoptosis và hoại tử nằm ở nguyên nhân gây suy thoái tế bào. Trong trường hợp đầu tiên, nguồn phá hủy là các công cụ phân tử của chính tế bào, chúng hoạt động dưới sự kiểm soát chặt chẽ và đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng ATP. Với sự hoại tử, sự ngừng sống thụ động xảy ra do các tác động gây hại từ bên ngoài.
Apoptosis là một quá trình sinh lý tự nhiên được thiết kế để không gây hại cho các tế bào xung quanh. Hoại tử là một hiện tượng bệnh lý không kiểm soát được xảy ra do hậu quả của những chấn thương nguy kịch. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi cơ chế, hình thái và hậu quả của quá trình apoptosis và hoại tử ở nhiều khía cạnh trái ngược nhau. Tuy nhiên, cũng có những điểm chung.
| Đặc tính quy trình | Apoptosis | Hoại tử |
| khối lượng ô | giảm | tăng |
| toàn vẹn màng | duy trì | vi phạm |
| quá trình viêm | thiếu | phát triển |
| năng lượng ATP | chi phí | không dùng |
| sự phân mảnh nhiễm sắc | có sẵn | hiện |
| giảm mạnh nồng độ ATP | là | là |
| kết quả của quá trình | thực bào | giải phóng nội dung vào không gian gian bào |
Trong trường hợp bị tổn thương, các tế bào sẽ kích hoạt cơ chế chết theo chương trình, bao gồm cả để ngăn chặn sự phát triển của hoại tử. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng có một dạng hoại tử không phải bệnh lý khác, còn được gọi là PCD.
Ý nghĩa sinh học của quá trình apoptosis
Mặc dù thực tế là quá trình apoptosis dẫn đến chết tế bào, nhưng vai trò của nó trong việc duy trì hoạt động bình thường của toàn bộ sinh vật là rất lớn. Các chức năng sinh lý sau đây được thực hiện do cơ chế của PCG:
- duy trì sự cân bằng giữa tăng sinh và chết tế bào;
- cập nhật mô và cơ quan;
- loại bỏ các tế bào bị lỗi và "già cỗi";
- bảo vệ chống lại sự phát triển của hoại tử gây bệnh;
- thay đổi của các mô và cơ quan trong quá trình hình thành và hình thành phôi;
- loại bỏ các phần tử không cần thiết đã hoàn thành chức năng của chúng;
- loại bỏ các tế bào không mong muốn hoặc nguy hiểm cho cơ thể (đột biến, khối u, bị nhiễm vi rút);
- phòng chống nhiễm trùng.
Vì vậy, quá trình apoptosis là một trong những cách để duy trì cân bằng nội môi mô tế bào.
Trong thực vậtapoptosis thường được kích hoạt để ngăn chặn sự lây lan của vi khuẩn nông ký sinh lây nhiễm qua mô.
Các giai đoạn của tế bào chết
Những gì xảy ra với tế bào trong quá trình apoptosis là kết quả của một chuỗi tương tác phân tử phức tạp giữa các enzym khác nhau. Các phản ứng diễn ra như một dòng thác, khi một số protein kích hoạt những protein khác, góp phần vào sự phát triển dần dần của kịch bản chết. Quá trình này có thể được chia thành nhiều giai đoạn:
- Cảm ứng.
- Kích hoạt các protein nhân sơ.
- Kích hoạt caspase.
- Phá hủy và tái cấu trúc các bào quan của tế bào.
- Hình thành tế bào chết.
- Chuẩn bị các mảnh tế bào để thực bào.
Sự tổng hợp của tất cả các thành phần cần thiết để khởi động, thực hiện và kiểm soát từng giai đoạn dựa trên di truyền, đó là lý do tại sao quá trình chết theo chương trình được gọi là chết tế bào theo chương trình. Việc kích hoạt quá trình này dưới sự kiểm soát chặt chẽ của các hệ thống quản lý, bao gồm các chất ức chế CHG khác nhau.
Cơ chế phân tử của quá trình chết rụng tế bào
Sự phát triển của quá trình apoptosis được xác định bởi hoạt động kết hợp của hai hệ thống phân tử: cảm ứng và tác động. Khối đầu tiên chịu trách nhiệm cho việc khởi chạy có kiểm soát của ZGK. Nó bao gồm cái gọi là thụ thể chết, Cys-Asp-protease (caspase), một số thành phần ty thể và protein pro-apoptotic. Tất cả các phần tử của pha cảm ứng có thể được chia thành bộ kích hoạt (tham gia vào quá trình cảm ứng) và bộ điều chế cung cấp truyền tín hiệu chết.
Hệ thống tác động bao gồm các công cụ phân tử đảm bảo sự suy thoái và tái cấu trúc các thành phần tế bào. Sự chuyển đổi giữa giai đoạn thứ nhất và thứ hai xảy ra ở giai đoạn của thác caspase phân giải protein. Đó là do các thành phần của khối tác động mà tế bào chết xảy ra trong quá trình apoptosis.
Yếu tố apoptosis
Những thay đổi về cấu trúc-hình thái và sinh hóa trong quá trình apoptosis được thực hiện bởi một số công cụ tế bào chuyên biệt, trong đó quan trọng nhất là caspase, nucleaza và chất điều chỉnh màng.
Caspases là một nhóm các enzym cắt liên kết peptit ở gốc asparagin, phân mảnh protein thành các peptit lớn. Trước khi bắt đầu quá trình apoptosis, chúng hiện diện trong tế bào ở trạng thái không hoạt động do các chất ức chế. Mục tiêu chính của caspase là các protein hạt nhân.
Nucleases có nhiệm vụ cắt các phân tử DNA. Đặc biệt quan trọng trong sự phát triển của quá trình apoptosis là CAD endonuclease hoạt động, nó phá vỡ các vùng nhiễm sắc trong các vùng của trình tự liên kết. Kết quả là, các đoạn có chiều dài 120-180 cặp nucleotide được hình thành. Hiệu ứng phức tạp của các caspase phân giải protein và nuclease dẫn đến sự biến dạng và phân mảnh của hạt nhân.
Chất điều chỉnh màng tế bào - phá vỡ sự bất đối xứng của lớp bilipid, biến nó thành mục tiêu cho các tế bào thực bào.
Vai trò quan trọng trong sự phát triển của quá trình apoptosis thuộc về caspase, chúng dần dần kích hoạt tất cả các cơ chế suy thoái và sắp xếp lại hình thái tiếp theo.
Vai trò của caspase trong tế bàochết
Họ caspase bao gồm 14 protein. Một số trong số chúng không tham gia vào quá trình apoptosis, trong khi số còn lại được chia thành 2 nhóm: bắt đầu (2, 8, 9, 10, 12) và tác động (3, 6 và 7), được gọi là caspases bậc hai. Tất cả các protein này được tổng hợp dưới dạng tiền chất - procaspase, được kích hoạt bằng cách phân cắt protein, bản chất của nó là sự tách rời vùng đầu N và sự phân chia phân tử còn lại thành hai phần, sau đó được liên kết thành chất dimer và tetrame.
caspase khởi xướng được yêu cầu để kích hoạt một nhóm tác động thể hiện hoạt động phân giải protein chống lại các protein quan trọng khác nhau của tế bào. Chất nền caspase bậc hai bao gồm:
- enzym sửa chữa DNA;
- p-53 chất ức chế protein;
- poly- (ADP-ribose)-polymerase;
- chất ức chế DNase DFF (phá hủy protein này dẫn đến kích hoạt endonuclease CAD), v.v.
Tổng số mục tiêu cho caspase hiệu ứng là hơn 60 protein.
Ức chế quá trình tự chết của tế bào vẫn có thể xảy ra ở giai đoạn kích hoạt các procaspase khởi đầu. Sau khi các caspases hiệu ứng được kích hoạt, quá trình này sẽ trở nên không thể đảo ngược.
Các con đường kích hoạt apoptosis
Truyền tín hiệu để bắt đầu quá trình apoptosis của tế bào có thể được thực hiện theo hai cách: thụ thể (hoặc bên ngoài) và ti thể. Trong trường hợp đầu tiên, quá trình được kích hoạt thông qua các thụ thể chết cụ thể nhận biết các tín hiệu bên ngoài, đó là các protein thuộc họ TNF (yếu tố hoại tử khối u) hoặc các phối tử Fas nằm trên bề mặtNhững kẻ giết người.
Thụ thể bao gồm 2 miền chức năng: một miền xuyên màng (được thiết kế để liên kết với phối tử) và một "miền chết" định hướng bên trong tế bào, gây ra apoptosis. Cơ chế của con đường thụ thể dựa trên sự hình thành phức hợp DISC kích hoạt caspase khởi xướng 8 hoặc 10.
Hội bắt đầu bằng sự tương tác của miền tử với các protein tiếp hợp nội bào, từ đó liên kết các procaspase khởi đầu. Là một phần của khu phức hợp, phần sau được chuyển đổi thành các caspases hoạt động về mặt chức năng và kích hoạt một dòng thác apoptotic nữa.
Cơ chế của con đường nội bào dựa trên sự hoạt hóa của dòng phân giải protein bởi các protein cụ thể của ty thể, việc giải phóng chúng được kiểm soát bởi các tín hiệu nội bào. Việc giải phóng các thành phần của bào quan được thực hiện thông qua việc hình thành các lỗ chân lông to.
Cytochrome c đóng một vai trò đặc biệt trong sự ra mắt. Khi ở trong tế bào chất, thành phần này của chuỗi vận chuyển điện liên kết với protein Apaf1 (một yếu tố kích hoạt protease apoptotic), dẫn đến việc kích hoạt protein sau này. Sau đó, Apaf1 bị ràng buộc bởi các procaspases 9, kích hoạt quá trình apoptosis theo cơ chế phân tầng.
Kiểm soát con đường bên trong được thực hiện bởi một nhóm protein đặc biệt của họ Bcl12, chúng điều chỉnh việc giải phóng các thành phần liên màng của ti thể vào tế bào chất. Họ chứa cả protein pro-apoptotic và anti-apoptotic, sự cân bằng giữa chúng quyết định liệu quá trình có được khởi động hay không.
Một trong những yếu tố mạnh mẽ kích hoạt quá trình chết rụng theo cơ chế ti thể là phản ứngcác dạng oxy. Một chất cảm ứng quan trọng khác là protein p53, kích hoạt con đường ty thể khi có tổn thương DNA.
Đôi khi quá trình bắt đầu apoptosis của tế bào kết hợp hai cách cùng một lúc: cả bên ngoài và bên trong. Chất thứ hai thường phục vụ để tăng cường kích hoạt thụ thể.
