ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.12.2019
Просмотров: 1003
Скачиваний: 2
Морфологічні прояви апоптозу
Апоптоз має свої характерні морфологічні ознаки як на світлооптичному, так і на ультраструктурному рівні. При забарвленні гематоксиліном та еозином апоптоз визначається в поодиноких клітинах або невеликих групах клітин. Апоптотичні клітини виглядають як круглі або овальні скупчення інтенсивно еозинофільної цитоплазми зі щільними фрагментами ядерного хроматину. Оскільки стиснення клітини і формування апоптотичних тілець відбуваються швидко і також швидко вони фагоцитуються, розпадаються або викидаються в просвіт органа, то на гістологічних препаратах він виявляється у випадках його значної вираженості. До того ж апоптоз — на відміну від некрозу — ніколи не супроводжується запальною реакцією, що також ускладнює його гістологічне виявлення.
Найбільш чітко морфологічні ознаки виявляються при електронній мікроскопії. Для клітин, які піддаються апоптозу, характерне:
Стиснення клітини. Клітина зменшується в розмірах; цитоплазма ущільнюється; органели, які виглядають відносно нормальними, розташовуються більш компактно.
Вважається, що порушення форми та обсягу клітини відбувається в результаті активації в апоптотичних клітинах трансглютамінази. Цей фермент викликає прогресивне утворення перехресних зв’язків в цитоплазматичних білках, що призводить до формування своєрідної оболонки під клітинною мембраною, подібно до зроговілих клітин епітелію.
Конденсація хроматину. Це найхарактерніший прояв апоптозу. Хроматин конденсується на периферії, під мембраною ядра, при цьому утворюються чітко окреслені щільні маси різної форми і розмірів. Ядро може розриватися на два або декілька фрагментів.
Механізм конденсації хроматину вивчений достатньо добре. Він зумовлений розщепленням ядерної ДНК в місцях, які зв’язують окремі нуклеосоми, що призводить до розвитку великої кількості фрагментів, в яких число пар основ ділиться на 180-200. При електрофорезі фрагменти дадуть характерну картину «сходів». Ця картина відрізняється від такої при некрозі клітин, де довжина фрагментів ДНК варіює. Фрагментація ДНК в нуклеосомах відбувається під дією кальцій чутливої ендонуклеази. Ендонуклеаза в деяких клітинах знаходиться постійно (наприклад, в тимоцитах), де вона активується появою в цитоплазмі вільного кальцію, а в інших клітинах синтезується перед початком апоптозу. Однак ще не встановлено, яким чином після розщеплення ДНК ендонуклеазою відбувається конденсація хроматину.
Формування в цитоплазмі порожнин і апоптотичних тілець. В апоптотичній клітині в першу чергу формуються глибокі впинання поверхні з утворенням порожнини, що призводить до фрагментації клітини і формування оточених мембраною апоптотичних тілець, які складаються з цитоплазми і щільно розташованих органел, з або без фрагментів ядра.
Фагоцитоз апоптотичних клітин або тілець здійснюється навколишніми здоровими клітинами - або паренхіматозними, або макрофагами. Апоптотичні тільця швидко руйнуються в лізосомах, а навколишні клітини або мігрують, або діляться, щоб заповнити простір, який звільнився після загибелі клітини.
Фагоцитоз апоптотичних тілець макрофагами або іншими клітинами активується рецепторами на цих клітинах; вони захоплюють і поглинають апоптотичні клітини. Один з таких рецепторів на макрофагах – рецептор вітронектину, який є β3-інтегрином і активує фагоцитоз апоптотичних нейтрофілів.
Апоптоз приймає участь в наступних фізіологічних та патологічних процесах:
— запрограмованому руйнуванні клітин під час ембріогенезу (включаючи імплантацію, органогенез, утворення та інволюцію тканинних і органних зачатків). Незважаючи на те, що при ембріогенезі апоптоз не завжди є відображенням “запрограмованої смерті клітини”, це визначення апоптозу широко використовують різні дослідники.
— гормон залежній інволюції органів у дорослих, наприклад, відторгненні ендометрію під час менструального циклу, атрезії фолікулів в яєчниках в менопаузі і регресія молочної залози після припинення лактації.
— вилученні деяких клітин при проліферації клітинної популяції.
— загибелі окремих клітин в пухлинах в основному при їх регресії, але також і в пухлинах, які активно ростуть.
— загибелі клітин імунної системи, як В-, так і Т-лімфоцитів, після виснаження запасів цитокінів, а також загибелі аутореактивних Т-клітин при розвитку в тимусі.
— патологічній атрофії гормон залежних органів, наприклад, атрофії передміхурової залози після кастрації і виснаженні лімфоцитів в тимусі при терапії глюкокортикоїдами.
— патологічній атрофії паренхіматозних органів після обтурації вивідних проток, що спостерігається в підшлунковій і слинних залозах, нирках.
— загибелі клітин, викликаних дією цитотоксичних Т-клітин, наприклад, при відторгненні трансплантата і хворобі «трансплантат проти хазяїна».
— пошкодженні клітин при деяких вірусних захворюваннях, наприклад, при вірусному гепатиті, коли фрагменти апоптотичних клітин виявляються в печінці, як тільця Каунсільмана.
— загибелі клітин під дією різних чинників але в невеликих дозах, що пошкоджують і здатні викликати некроз, наприклад, при дії високої температури, іонізуючого випромінювання, протипухлинних препаратів.
Регулювання апоптозу
Апоптоз — це генетично контрольована смерть клітини. На сьогодні виявлено велику кількість генів, які кодують речовини, необхідні для регулювання апоптозу. Багато з цих генів збереглися в ході еволюції - від круглих черв’яків до комах і ссавців. Деякі з них виявляються також в геномі вірусів. Таким чином, основні біохімічні процеси апоптозу в різних експериментальних системах (дослідження ведуться на круглих черв’яках і мухах) є ідентичними, тому результати досліджень можна прямо переносити на інші системи (наприклад, організм людини).
Апоптоз може регулюватися:
— зовнішніми чинниками.
— автономними механізмами.
А. Вплив зовнішніх чинників
Апоптоз може регулюватися дією багатьох зовнішніх чинників, які призводять до пошкодження ДНК. При невідновному пошкодженні ДНК шляхом апоптозу відбувається елімінація потенційно небезпечних для організму клітин. В даному процесі значну роль відіграє ген супресії пухлин р53. Цей процес є захистом організму від персистенції пошкоджених клітин, які можуть виявитися потенційно небезпечними для багатоклітинного організму.
При стимуляції тканин яким-небудь мітогеном її клітини переходять в стан підвищеної мітотичної активності, що обов’язково супроводжується деякою активацією апоптозу. Доля дочірніх клітин (виживуть вони або попадуть під вплив апоптозу) залежить від співвідношення активаторів та інгібіторів апоптозу:
— інгібітори включають фактори росту, клітинний матрикс, статеві стероїди, деякі вірусні білки;
— активатори включають нестачу факторів росту, втрату зв’язку з матриксом, глюкокортикоїди, деякі віруси, вільні радикали, іонізуючу радіацію.
Б. Автономний механізм апоптозу.
При розвиткові ембріона розрізняють три категорії автономного апоптозу: морфогенетичний, гістогенетичний і філогенетичний.
Морфогенетичний апоптоз бере участь у руйнуванні різних тканинних зародків. Прикладами є:
— руйнування клітин в міжпальцевих проміжках;
— загибель клітин призводить до руйнування зайвого епітелію при злитті піднебінних відростків, коли формується тверде піднебіння.
— загибель клітин в дорсальній частині нервової трубки під час змикання, що необхідно для досягнення сполучення епітелію двох сторін нервової трубки і зв’язаної з ними мезодерми.Порушення морфогенетичного апоптозу в цих трьох локалізаціях призводять до розвитку синдактилії, розщеплення твердого піднебіння і spina bifida відповідно.
Гістогенетичний апотоз спостерігається при диференціюванні тканин і органів, що спостерігається, наприклад, при гормональнозалежному диференціюванні статевих органів з тканинних зародків. Так, у чоловіків в клітинах Сертолі в яєчках плоду синтезується гормон, який викликає регресію проток Мюллєра (з яких у жінок формуються маткові труби, матка і верхня частина піхви) шляхом апоптозу.
Філогенетичний апоптоз бере участь у вилученні рудиментарних структур у зародка, наприклад, пронефроса.
При різних станах може спостерігатися як прискорення, так і сповільнення апоптозу. Незважаючи на те, що апоптоз можуть активувати різні чинники, характерні для певних типів клітин, кінцевий шлях апоптозу регулюється точно встановленими генами і є загальним незалежно від причини активації апоптозу.
В процесі регулювання приймає участь велика кількість речовин. Найбільш вивченими з них є речовини з сімейства bcl-2.
Bcl-2 ген вперше був описаний як ген, який транслокується в клітинах фолікулярної лімфоми та інгібує апоптоз. При подальших дослідженнях виявилося, що Bcl-2 є мультигеном, який виявляється навіть у круглих черв’яків. Гомологічні гени були також виявлені в деяких вірусах. Всі речовини, які відносяться до даного класу, діляться на активатори та інгібітори апоптозу.
До них відносяться:
1) bcl-2 онкоген, який інгібує апоптоз, викликаний гормонами і цитокінами, що призводить до підвищення життєздатності клітини;
2) білок bax (також з сімейства bcl-2) формує димери bax-bax, які посилюють дію активаторів апоптозу. Відношення bcl-2 і bax визначає чутливість клітин до апоптотичних чинників і є «молекулярним перемикачем», який визначає, чи буде відбуватися ріст, чи атрофія тканини;
3) c-myc онкоген, білковий продукт якого може стимулювати або апоптоз, або ріст клітин (за наявності інших сигналів виживання, наприклад, bcl-2);
4) ген р53, який в нормі активує апоптоз, але при мутації або відсутності (що виявлено в деяких пухлинах) підвищує виживання клітин. Встановлено, що р53 необхідний для апоптозу при пошкодженні клітини іонізуючим випромінюванням, однак при апоптозі, який викликаний глюкокортикоїдами і при старінні, він не потрібний.
Зниження апоптозу
Продукт р53 гена стежить за цілісністю геному при мітозі. При порушенні цілісності геному клітина переключається на апоптоз. Навпаки, білок bcl-2 інгібує апоптоз. Таким чином, нестача р53 або надлишок bcl-2 призводить до накопичування клітин: ці порушення спостерігаються в різних пухлинах. Вивчення чинників, які регулюють апоптоз, має важливе значення в розробці лікарських препаратів, які посилюють загибель клітин злоякісних новоутворень.
Аутоімунні захворювання можуть відображати порушення в індукції апоптозу лімфоїдних клітин, здатних реагувати з власними антигенами. Наприклад, при системному червоному вівчаку спостерігається порушення Fas-рецепторів на клітинній поверхні лімфоцитів, що призводить до активації апоптозу. Деякі віруси підвищують своє виживання шляхом інгібування апоптозу інфікованих клітин, наприклад, вірус Епштейна-Барра може впливати на обмін bcl-2.
Прискорення апоптозу
Прискорення апоптозу доведено при синдромі набутого імунодефіциту (СНІД), нейротрофічних захворюваннях і деяких захворюваннях крові, при яких спостерігається дефіцит будь-яких форменних елементів. При СНІДі вірус імунодефіциту може активувати CD4 рецептор на неінфікованих Т-лімфоцитах, прискорюючи таким чином апоптоз, що призводить до виснаження клітин даного типу.
Значення апоптозу в розвитку організму і патологічних процесах
Апоптоз відіграє важливу роль у розвиткові ссавців і в різноманітних патологічних процесах. Продукт р53 гена слідкує за цілісністю генома при мітозі. При порушенні цілісності генома клітина переключається на апоптоз. р53 - це ген супресії пухлин, тому в ембріогенезі особливої ролі не відіграє, але обов’язково необхідний для супресії пухлинного росту. Миші, в яких були відсутні обидва р53 гени, виявляли надзвичайно високу схильність до розвитку злоякісних пухлин у результаті повного або часткового порушення апоптозу передпухлинних клітин. Навпаки, білок bcl-2 інгібує апоптоз. Посилений синтез білка, який кодується bcl-2 геном, призводить до розвитку пухлин; даний феномен виявлений в клітинах В-клітинної фолікулярної лімфоми. Вивчення чинників, що регулюють апоптоз, має важливе значення для розробки лікарських препаратів, що підсилюють загибель клітин злоякісних новоутворень.
Автоімунні захворювання можуть відображати порушення в індукції апоптозу лімфоїдниї клітин, які здатні реагувати з власними антигенами. Наприклад, при системному червоному вовчаку спостерігається порушення Fas-рецепторів на клітинній поверхні лімфоцитів, що призводить до активації апоптозу. Деякі віруси підвищують своє виживання шляхом інгібіції апоптозу інфікованих клітин, наприклад, вірус Епштейна-Барра може діяти на обмін bcl-2..
Прискорення апоптозу доведено при синдромі набутого імунодефіциту (СНІД), нейротрофічних захворюваннях і деяких захворюваннях крові, при яких спостерігається дефіцит якихось форменних елементів. При СНІДі вірус імунодефіциту може активувати CD4 рецептор на неінфікованих Т-лімфоцитах, прискорюючи, таким чином, апоптоз, що призводить до виснаження клітин даного типу.
Контрольні питання
-
Прямі і непрямі некрози, їх види.
-
Види некрозів за клініко-морфологічними ознаками.
-
Зміни ядра та цитоплазми при некрозах.
-
Мікроскопічні зміни в міжклітинній речовині при некрозах.
-
Завершення некрозів та їх значення для організму.
-
Апоптоз. Морфологічні прояви апоптозу
-
Значення апоптозу в розвитку організму і патологічних процесах.
АТРОФІЯ
Атрофія — прижиттєве зменшення об’єму тканини або органа за рахунок зменшення розмірів кожної клітини, а в подальшому - числа клітин, які складають тканину, що супроводжується зниженням їхньої функції. Зверніть увагу, що атрофія, яка характеризується зменшенням розміру нормального органа, який сформувався, відрізняється від агенезії, аплазії і гіпоплазії, які є патологією розвитку органа.
Агенезія — повна відсутність органа і його закладки у зв’язку з порушенням ходу онтогенезу.
Аплазія — недорозвиненість органа, який має вигляд раннього зачатку.
Гіпоплазія — не повний розвиток органа (орган частково зменшений в розмірі).
Атрофію ділять на фізіологічну і патологічну.
Фізіологічна атрофія закономірний процес в організмі без впливу патогенних факторів. Вона може бути еволюційною та інволюційною.
Еволюційна: - вікова - після народження атрофуються і облітеруються пупкові артерії, артеріальна (боталлова) протока, із завершення росту організму атрофується тимус, у птиці - фабрицієва сумка (залозиста тканина заміщується жировою);
- періодична - інволюція молочної залози між лактаціями, матки між вагітностями (відповідно до фізіологічного стану).
Інволюційна (стареча) - незворотній процес який супроводжується зниженням інтенсивності обміну речовин. Стареча атрофія: зменшення кількості клітин — одне з морфологічних проявів процесу старіння. Цей процес має найбільше значення в тканинах, утворених постійними клітинами, які не діляться, наприклад, в мозку і серці. Атрофія при старінні часто обтяжується атрофією в результаті впливу супутніх чинників, наприклад, ішемії.