Гибель клетки – это событие, когда биологическая клетка перестает выполнять свои функции. Это может быть результатом естественного процесса отмирания старых клеток и замены их новыми, как при запрограммированной гибели клеток , или может быть результатом таких факторов, как заболевания , локализованное повреждение или смерть организма, частью которого являются клетки. . Апоптоз или смерть клеток типа I, аутофагия или смерть клеток типа II являются формами запрограммированной гибели клеток, тогда как некроз представляет собой нефизиологический процесс, который возникает в результате инфекции или повреждения. [1]
Программируемая клеточная смерть (ПКС) — это гибель клеток, опосредованная внутриклеточной программой. [2] [3] ПКС осуществляется в рамках регулируемого процесса , который обычно дает преимущества в течение жизненного цикла организма . Например, дифференцировка пальцев рук и ног у развивающегося человеческого эмбриона происходит вследствие апоптоза клеток между пальцами рук ; в результате цифры разделяются. PCD выполняет фундаментальные функции во время развития тканей как растений, так и многоклеточных животных.
Апоптоз — это процессор запрограммированной гибели клеток (ПКС), который может происходить в многоклеточных организмах . [3] Биохимические события приводят к характерным изменениям клеток ( морфологии ) и их гибели. Эти изменения включают пузырение , сокращение клеток, фрагментацию ядра , конденсацию хроматина и фрагментацию хромосомной ДНК . Сейчас считается, что – в контексте развития – клетки побуждаются к совершению самоубийства, находясь в гомеостатическом контексте; отсутствие определенных факторов выживания может стать толчком к самоубийству. По-видимому, существуют некоторые различия в морфологии и биохимии этих путей самоубийства; некоторые идут по пути «апоптоза», другие следуют более общему пути делеции, но оба обычно имеют генетическую и синтетическую мотивацию. Есть некоторые свидетельства того, что определенные симптомы «апоптоза», такие как активация эндонуклеазы, могут быть ложно индуцированы без участия генетического каскада, однако предположительно истинный апоптоз и запрограммированная гибель клеток должны быть генетически опосредованы. Также становится ясно, что митоз и апоптоз каким-то образом переключаются или связаны между собой и что достигнутый баланс зависит от сигналов, полученных от соответствующих факторов роста или выживания. [4]
Аутофагия является цитоплазматической , характеризующейся образованием крупных вакуолей , которые поедают органеллы в определенной последовательности до разрушения ядра . [5] Макроаутофагия , часто называемая аутофагией , представляет собой катаболический процесс, который приводит к аутофагосомно - лизосомной деградации основного цитоплазматического содержимого, аномальных белковых агрегатов и избытка или повреждения органелл . Аутофагия обычно активируется в условиях дефицита питательных веществ , но также связана с физиологическими и патологическими процессами, такими как развитие, дифференцировка, нейродегенеративные заболевания , стресс , инфекции и рак .
Были обнаружены и другие пути запрограммированной гибели клеток. [6] Названные «неапоптотической запрограммированной смертью клеток» (или « каспазо -независимой запрограммированной смертью клеток»), эти альтернативные пути смерти столь же эффективны, как и апоптоз, и могут функционировать либо как резервные механизмы, либо как основной тип ПКС.
Некоторыми такими формами запрограммированной гибели клеток являются аноикис , почти идентичные апоптозу, за исключением его индукции; ороговение , форма гибели клеток, затрагивающая только глаза; эксайтотоксичность ; ферроптоз , железозависимая форма гибели клеток [7] и валлеровская дегенерация .
Растительные клетки подвергаются особым процессам ПКС, подобным аутофагической гибели клеток. Однако некоторые общие черты PCD высоко консервативны как у растений, так и у многоклеточных животных.
Гибель клеток, индуцированная активацией (AICD), представляет собой запрограммированную гибель клеток, вызванную взаимодействием рецептора Fas (Fas, CD95) и лиганда Fas (FasL, лиганд CD95). [8] Это происходит в результате многократной стимуляции специфических рецепторов Т-клеток (TCR) и помогает поддерживать периферическую иммунную толерантность. [9] Таким образом, изменение процесса может привести к аутоиммунным заболеваниям. [8] Другими словами, AICD является негативным регулятором активированных Т-лимфоцитов.
Ишемическая гибель клеток , или онкоз, представляет собой форму случайной или пассивной гибели клеток, которую часто считают смертельной травмой. Для процесса характерно набухание митохондрий , вакуолизация цитоплазмы , набухание ядра и цитоплазмы. [10]
Митотическая катастрофа — это онкосупрессивный механизм, который может привести к гибели клеток из-за преждевременного или неправильного вступления клеток в митоз. [11] Это наиболее распространенный способ гибели раковых клеток, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения и многих других противораковых методов лечения. [12]
Иммуногенная гибель клеток или иммуногенный апоптоз — это форма гибели клеток, вызываемая некоторыми цитостатическими агентами, такими как антрациклины , оксалиплатин и бортезомиб, или лучевой терапией и фотодинамической терапией (ФДТ). [13]
Пироптоз — это высоковоспалительная форма запрограммированной гибели клеток, которая чаще всего возникает при инфицировании внутриклеточными патогенами и, вероятно, является частью антимикробного ответа в миелоидных клетках. [14]
ПАНоптоз — это уникальный путь воспалительной гибели клеток, который объединяет компоненты других путей гибели клеток. Совокупность биологических эффектов при ПАНоптозе нельзя объяснить индивидуально только пироптозом, апоптозом или некроптозом. ПАНоптоз регулируется многогранными макромолекулярными комплексами, называемыми ПАНоптосомами. [15]
Некроз — это гибель клетки, при которой клетка серьезно повреждена внешними силами, такими как травма или инфекция, и происходит в нескольких различных формах. При некрозе клетка набухает, после чего происходит неконтролируемый разрыв клеточной мембраны с выбрасыванием содержимого клетки. Содержимое этих клеток часто затем вызывает воспаление в близлежащих клетках. [16] Форма запрограммированного некроза, называемая некроптозом , была признана альтернативной формой запрограммированной гибели клеток. Предполагается, что некроптоз может служить резервной копией апоптоза при гибели клеток, когда передача сигналов апоптоза блокируется эндогенными или экзогенными факторами, такими как вирусы или мутации. Пути некроптоза связаны с рецепторами смерти, такими как рецептор фактора некроза опухоли 1. [16] Ранее идентификация гибели клеток классифицировалась на основе морфологии, но в последние годы переключилась на молекулярные и генетические условия.
Термин «клеточная некробиология» использовался для описания жизненных процессов, связанных с морфологическими, биохимическими и молекулярными изменениями, которые предрасполагают, предшествуют и сопровождают гибель клеток, а также последствий и реакции тканей на гибель клеток. [17] Это слово происходит от греческого νεκρό, означающего «смерть», βìο, означающего «жизнь», и λόγος, означающего «изучение». Первоначально этот термин был придуман для широкого определения исследований изменений, сопровождающих гибель клеток, выявляемых и измеряемых с помощью многопараметрической проточной и лазерной сканирующей цитометрии. [14] Его использовали для описания изменений в реальном времени во время гибели клеток, обнаруженных с помощью проточной цитометрии. [18]