· перехід фосфатидилсерину із внутрішнього моношару цитоплазматичної мембрани у зовнішній моношар,
· зменшення об'єму клітини,
· зморщення цитоплазматичної мембрани,
· конденсація ядра - каріорексис (маргінація гетерохроматину) і каріопікноз (здавлювання ядер) і утворення кільця із окремих уламків,
· розриви нитки ядерної ДНК і роспад ядра на частини,
· фрагментація клітини на мембранні везикули з внутрішньоклітинним вмістом (апоптозні тільця), які фагоцитуються макрофагами і сусідніми клітинами.
Приклади апоптозу
1. В клітині пройшла мутація, яка може призвести до пухлинних утворень у тканині, коли вона стає непотрібною для організму, наприклад, в процесі онтогенетичного развитку або на завершальних етапах інфекційного процесу, коли організм не потребує вироблення антитіл (лімфоцити).
2. Під час нормального розвитку організму апоптоз виникає в клітинах при формуванні форми або структури органа. Наприклад, при утворенні кінцівки миші деякі клітини піддаються апоптозу і утворюються пальці.
Рис. Апоптоз під час нормального розвитку кінцівки миші. Апоптовані клітини (зліва) позначені жовтим. Ця ж кінцівка (справа) через один день. [Alberts]
3. Деякі птахи, такі як качка, мають перепонки між пальцями, тоді як в інших птахів, такі як курка, перепонок нема. В ранньому ембріогенезі курки і качки мають перепонки між пальцями. Специфічний білок BMP4 утворюється в клітинах між пальцями, запускаючи клітинну смерть цих клітин. Інший білок BMP (gremlin) утворюється навколо пальців у обох птахів і тільки у качок утворюється і в клітинах перепонок, запобігаючи запуск апоптозу в них. Якщо додати білок gremlin в перепонку ембріонів курки, то вона не піддається апоптозу і зберігається.
Рис. Зліва лапка курки після додавання в перепонку білка Gremlin (перепонказбереглась), справа контрольный експеримент без додавання білка (перепонка піддається апоптозу).
4. Метаморфоз головастика жаби. Под дією тиреоїдного гормону при метаморфозі головастика жаби, запускається апоптоз і хвіст головастика зникає. [Alberts, 4th edition]
Рис. Головастик жаби та доросла особина.
Патологічною формю клітинної смерті є некроз. Такий процес проходить тоді, коли Т-кіллер своєчасно не вирішив долю інфекційної клітини, запрограмувавши її на шлях апоптозу. Вірус або інший паразит, розмножуючись в клітині, руйнує її: клітина лізується, її вміст виходить у міжклітинний простір. Деякі внутрішньоклітинні паразити, включаючи найпростіших Toxoplasma gondii (збудник токсоплазмоза), здатні до пригнічення апоптозу. Нове покоління паразитів переходить у сусідні клітини, наносить всьому організму згубний вплив. Починається запальний процес, результатом якого може бути як одужання, так і смерть організму. Некротичну смерть можуть викликати фізичні або хімічні пошкодження, наприклад, обмороження або опік, органічні розчинники, гіпоксія, гіпотонічний шок та ін. Наявність або відсутність запалення у тварин використовують як ознаку, яка дозволяє відрізнити апоптоз від некрозу.
Некроз характеризується розривом цитоплазматичних і внутрішньоклітинних мембран, що призводить до руйнування органел, вивільнення лізосомних ферментів і вихід вмісту цитоплазми у міжклітинний простір. При апоптозі зберігається цілісність мембран, органели виглядають морфологічно інтактними, а продукти дробіння клітини, апоптозні тільця (або везикули) являють собою окремі фрагменти, оточені мембраною.
Рис. 1. Зміни ультраструктури клітин тварин при некрозі і апоптозі.
1 – нормальна клітин, 2 – апоптолітичне зморщування клітини з утворенням сморщивание клетки с образованием міхур частих виростів, 3 – фрагментація клітини з утвореннням апоптолітичних везикул, 4 – набухання клітини при некрозі, 5 – некротична дезінтеграція клітини.
Питання 2.
Шляхи апоптозу клітин
За ініціюючими частинами розрізняють такі шляхи апоптозу:
1. Рецептори апоптозу - група білків CD95 (Apo-1 абоFas) і TNF-R (фактор пухлинного некрозу). TNF-альфа - високо цитотоксична молекула, використовувалась як ліки проти раку. TNF-R1 - рецептор широко поширений і тому не може бути вибірковим. Інші представники цієї групи мають домен клітинної смерті (DD death domain) - домен білок-білкової взаємодії, що зв'язується з білком адаптором, таким як FADD. Активація рецепторів апоптозу лігандами (наприклад, CD-95L і TNF-альфа приводить до активації каспази-8, запускаючи каскад реакцій апоптозу.
2. Мітохондріальний шлях. Мітохондрії виконують центральну роль в апоптозі, при цьому спостерігаєтьсяся збільшення проникності мітохондріальної мембрани. Баланс між про- і анти-апоптозними членами родини Bcl-2 регулюють вихід про-апоптозних речовин із мітохондрій, що приводять до запуску апоптоза, таких як AIF, ендонуклеаза G, Smac/DIABLO і цитохром C. Вивільнення цитохрома-С із мітохондрії призводить до утворення апоптосоми в цитоплазмі, яка активує каспазу-9 і запускає клітинну смерть.
Обидва шляхи призводять до активації каспаз і запуску каскада реакцій, які викликають загибель клітини.
Рис. Структура генетичного апарату
Інтерфазна картина хромосом: В основі надхромосомної организації ядер у еукаріот лежить загальний периферичний розподіл інтерфазних хромосом поблизу ядерної мембрани з прикріпленням до неї ділянок хромосом, які несуть гетерохроматинові блоки. Місця прикріплення, як правило, пов'язані з особливою функціональною активністю тих чи інших ділянок генома. Асоційована з мембраною ДНК має більш високий рівень повторностей, ніж основна частина ядерної ДНК. Виявилось, в результаті апоптозу в першу чергу пошкоджується саме ця частина молекули ДНК, яка прилягає до ядерної мембрани.