Biologia Komórki/Starzenie się śmierć komórki

STARZENIE SIĘ KOMÓRKI

Starzenie się to nieodwracalne zmiany struktury i funkcji komórek a także istoty międzykomórkowej. Czas życia komórek jest bardzo różny: od kilku dni (np. plemniki, komórki nabłonka jelita), poprzez kilka lat (np. limfocyty T) aż do kilkudziesięciu (np. komórki soczewki). Do głównych przyczyn starzenia się należą: uszkodzenia cząsteczek DNA, białek i tłuszczów przez proces utleniania, akumulacja uszkodzeń pochodzących z zewnątrz (wolne rodniki, chemikalia, UV). Przyczyny starzenia się mogą być także genetyczne — istnieją geny, których produkty białkowe przyczyniają się do upośledzenia funkcji komórek i starzenia. Udział w starzeniu się mają także telomery.

Telomer

Telomery przez swoją zdolność do skracania się podczas każdego podziału komórki, mogą wpływać na powolne starzenie się całego organizmu.

Telomer jest elementem strukturalny chromosomu zapewniający mu stabilność; zlokalizowany jest na jego końcu (każdy chromosom ma dwa telomery) i zabezpiecza go przed uszkodzeniem podczas kopiowania.

Telomer skraca się podczas każdego podziału komórki. W procesie replikacji do pojedynczej nici w kilku miejscach przyczepiają się zbudowane z RNA primery (polinukleotydowy fragment RNA powstający z udziałem enzymu o nazwie prymaza). Polimeraza DNA rozpoczyna budowanie nowej nici dobudowując ją do primera. Polimeraza kopiuje starą nić, przesuwając się wzdłuż niej, podczas gdy miejsca przyczepu primerów oddzielają zreplikowane fragmenty. Primery są następnie degradowane i zastępowane nicią DNA. Przy każdej replikacji miejsce przyczepu primera najbliższego telomerowi nie może zostać skopiowane, ponieważ polimeraza nie może się cofać. W efekcie replikacji towarzyszyć powinno skracanie chromosomu, w wyniku skracania nici potomnych.

Proces ten, będący chroni komórki przed nowotworzeniem, ale przekłada się na proces starzenia. Na szczęście organizmy potrafią zachować równowagę między skracaniem telomerów i przyspieszonym starzeniem się a niekończącymi się podziałami cechującymi nowotwory. Większość komórek umiera z chwilą osiągnięcia wieku określanego tzw. limitem Hayflicka (jest to zatem rodzaj biologicznego zegara odliczającego podziały komórki), jednak część komórek (mniej więcej jedna na 3 mln) zaczyna wytwarzać telomerazę — enzym zdolny do rekonstrukcji telomerów i wtedy staje się komórką rakową.

Szostak i Elizabeth Blackburn sprawdzili, że zarówno u drożdży, jak i orzęsków skracanie telomerów prowadzi do przyspieszonego starzenia. Greider eksperymentująca z ludzkimi komórkami odkryła zaś, że telomeraza (enzym rybonukleoproteinowy, którego zadaniem jest dobudowanie brakującego — w związku z tzw. problemem replikacji końca — terminalnego odcinka nici 3'-5' DNA) może ten proces starzenia opóźniać. Ta trójka naukowców otrzymała w 2009 roku medycznego Nobel za badania nad procesem starzenia się.

PROGRAMOWANA ŚMIERĆ KOMÓRKI

Atrofia

Stopniowe zmniejszanie się objętości komórki (tkanki, narządu lub części ciała). Występuje z powodu spadku syntezy białek oraz/lub przy wzroście katabolizmu białek.

Apoptoza

Apoptoza komórki

Zaprogramowana śmierć komórki w organizmie wielokomórkowym mająca na celu dobro całego organizmu; proces apoptozy jest włączany wtedy, gdy komórki są niepotrzebne, uszkodzone lub nie otrzymują sygnałów z zewnątrz; jest zjawiskiem naturalnym w rozwoju i życiu organizmów.

• Zachodzi zazwyczaj w pojedynczych komórkach.
• Polega na kurczeniu się komórki poprzez utratę wody.
• Trwa zazwyczaj kilka godzin.
• Szybkie zmiany w jądrze komórkowym mają charakter zorganizowany — chromatyna jądrowa ulega kondensacji, a DNA zostaje pocięte przez endonukleazy; DNA apoptycznej komórki dzieli się na fragmenty wielkości około 180 par zasad i ich wielokrotności.
• Następuje dezintegracja cytoszkieletu.
• Obumierająca komórka ulega fragmentacji wytwarzając ciałka apoptyczne otoczone błoną; organelle komórkowe pozostają nienaruszone.
• Ciałka apoptyczne są fagocytowane przez makrofagi lub sąsiednie komórki bez wzbudzania zapalenia.
• Dzięki temu, że proces ten przebiega bardzo szybko, z obumarłych komórek nie zdążą wydzielić się toksyczne substancje.
• Apoptoza występuje także w różnych stanach patologicznych (np. wirus HIV powoduje apoptozę limfocytów T).

Preparat mysiej wątroby z obecną komórką apoptotyczną wskazaną strzałką

Fenotyp komórek starzejących się:

• Zmiany morfologiczne:
  • wzrost rozmiarów komórek (hypertrofia),
  • wzrost rozmiarów mitochondriów,
  • wzrost rozmiarów i liczby lizosomów,
  • poszerzenie się cystern siateczki śródplazmatycznej,
  • odkładanie się lipofuscyny (barwnik starzenia).
• Zmiany biochemiczne:
  • sumowanie się defektów w systemie naprawy DNA,
  • spadek aktywności wielu enzymów,

Czynniki indukujące apoptozę:

• biologiczne:
  • hormony,
  • cytokiny TNFα, TGFβ, IL1β, IL3, IL6,
  • p-ciała anty Fas/APO-I,
  • niedobór czynników wzrostowych,
  • produkty limfocytów cytotoksycznych (perforyny, proteazy serynowe-granzymy A i B),
  • niektóre wirusy (HIV),
  • przerwanie kontaktu z otoczeniem;
• chemiczne:
  • wolne rodniki — mają niesparowane elektrony i dlatego są bardzo reaktywne tj. wchodzą łatwo w reakcje z cząsteczkami DNA, białek i tłuszczów,
  • leki: niektóre antybiotyki (bleomycyna), aspiryna,
  • inhibitory niektórych enzymów (topoizomerazy I,II; kinazy C),
  • związki toksyczne — alkilujące, cyjanki, alkohol;
• fizyczne:
  • promieniowanie UV, Rtg,
  • szok zimny,
  • szok cieplny.

NEKROZA

Znacznego stopnia martwica tkanki spowodowana działaniem jadu Bothrops asper. Ofiarą był 11-letni chłopiec ukąszony 2 tygodnie wcześniej w Ekwadorze. Leczono go tylko antybiotykami

Jest to obumarcie tkanek lub narządów; występuje w wyniku niedokrwienia, zakażenia lub na skutek silnie działających czynników środowiskowych, takich jak:

• niedotlenienie,
• duże dawki promieniowania,
• braku substancji odżywczych,
• uszkodzenie wywołane przez substancje toksyczne,
• uszkodzenie termiczne,
• innego rodzaju stres działający na komórkę.

Charakteryzuje się:

• stopniową degradacją struktur komórkowych,
• obrzmieniem cytoplazmy,
• dezintegracją błony komórkowej,
• wydostaniem się zawartości komórki (następuje rozpad komórki) do otaczającej ją przestrzeni międzykomórkowej,
• chaotyczną inaktywacją wszystkich szlaków biochemicznych,
• uwolnieniem enzymów lizosomalnych,
• rozpadem komórek DNA na fragmenty o przypadkowej długości,
• pęcznieniem komórki (na skutek dostawania się wody do komórki) lub przeciwnie jej obkurczenie,
• silną reakcją zapalną.

Typy martwicy komórek:

• skrzepowa — najczęściej zawał,
• rozpływna — typowa dla mózgu,
• enzymatyczna tkanki tłuszczowej,
• zgorzel — zachodzi gnicie.