Морфологические проявления апоптоза

Апоптоз имеетсвои отличительные морфологические признаки, как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне. Наиболее четко морфологические признаки выявляются при электронной микроскопии.

Сжатие клетки. Клеткауменьшается в размерах; цитоплазма уплотняется; органеллы, которые выглядят относительно нормальными, располагаются более компактно. Предполагается, что нарушение формы и объема клетки происходит в результате активации в апоптотических клеткахтрансглютаминазы и цистеиновых протеаз (каспаз). Первая группа ферментов вызывает образование перекрестных связей в цитоплазматических белках, что приводит к формированию своеобразной оболочки под клеточной мембраной, подобно opo- говевающим клеткам эпителия,авторая группа ферментов разрушаетбелки в цитозоле.

Конденсация хроматина. Это наиболее характер- ноепроявлениеапоптоза.ДНКрасщепляется эндонуклеазами в местах, связывающих отдельные нуклеосо- мы, что приводит к образованию большого количества фрагментов, в которых число пар оснований делится на 180-200, которые затем конденсируются под ядерной мембраной. Лдро может разрываться на два или несколько фрагментов.

Формирование апоптотических телец. B anon- тотической клеткеформируются глубокие впячивания клеточной мембраны, что приводит к отшнуровке фрагментов клетки,т.е. формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл, с или без фрагментов ядра.

Фагоцитоз апоптотических клеток или телец осуществляется окружающими здоровыми клетками, как макрофагамидак и паренхиматозными. Апоптотические тельцабыстро разрушаются влизосомах,аокружающие клетки либо мигрируют, либо делятся, чтобы заполнить освободившееся после гибели клетки пространство.

При окраске гематоксилином и эозином апоптоз определяетсявединичных клетках или небольших группах клеток.

Для выявления клеток, находящихся на ранних этапах апоптоза, используютспециальные иммуногистохимические исследования, например, определение активированных каспаз илиТШЕЬметод, визуализирующий разорванную эндонуклеазами ДНК.

Рис. 6.1. Последовательностьультраструктурных изменений при апоптозе (справа) и некрозе (слева)

1 — нормальная клетка; 2 — начало апоптоза; 3 — фрагментация апоптотической клетки; 4 — фагоцитоз апоптоти- ческих телец окружающими клетками; S — гибель внутриклеточных структур при некрозе; б — разрушение клеточной мембраны.

Значение апоптоза

1. Апоптоз имеет огромное значение в эмбриогенезе (включая имплантацию и органогенез). Нарушение гибели клеток в межпальцевых промежутках может привести в синдактилии, а отсутствие апоптоза избыточного эпителия при слиянии небных отростков или тканей, окружающих нервную трубку, приводит к нарушению слияния тканей с двух сторон, что проявляется расщеплением твердого неба и дефектом в тканях, ограничивающих спинномозговой канал, (spina bifida), соответственно.

2. Апоптоз играет важную роль в поддержании постоянства клеточного состава, особенно в гормон- чувствительныхтканях. Замедлениеапоптоза приводит к гиперплазии тканей,ускорение — к атрофии. Он при- нимаетучастие в отторжении эндометрия во время менструального цикла, атрезии фолликулов в яичниках в менопаузе и регрессии ткани молочной железы после прекращения лактации.

3. B данный момент исследуется огромное количество лекарственных препаратов, направленных на регуляцию апоптоза в определенных тканях. Так,уско- рение апоптоза иммунокомпетентных клеток можно использовать для лечения аутоиммунных заболеваний и предотвращения отторжениятрансплантата,замедле- ние апоптоза может использоваться для предотвращения апоптоза в тканях, испытывающих ишемию, повышенное внешнее давление или временно бездействующих тканях. Замедление апоптоза при вирусных инфекциях предотвращает распространение инфекции на соседние клетки.

4. Bo всех опухолях наблюдается нарушение апоптоза в опухолевых клетках. Эта поломка может происходить на разных этапах апоптоза, например, может происходить мутация гена p53, что приведен ктому, что мутантный протеин-р53 будет накапливаться в клетке в избыточном количестве, но не будет вызывать апоптоз несмотря на дефекты в геноме клетки, что приведет к пролиферации клеток с нарушенным геномом, причем с каждым последующим делением нарушениявДНК будут накапливаться. Иногда в опухолевых клетках может накапливаться и нормальный, или «дикий», протеин p53, если поломка в механизме апоптоза происходит на других уровнях. При хронических лимфоидных лейкемиях наблюдается накопление продуктов гена bd- 2, что приводит к патологическому удлинению срока жизни опухолевых клеток и резистентности клеток K различным проапоптотическим факторам. Иногда нарушается передача сигналов от рецепторов гибели клеток, например, с рецептора к TNF-б. TNF-б принимает участие в регуляции клеточной популяции по типу обратной связи. Bce клетки в популяции выделяютТ^-б в небольших количествах; чем больше клеток в ткани, тем выше концентрация TNF-б, а значит и уровень апоптоза. Таким образом достигается баланс между пролиферацией и гибелью клеток. Опухолевые клетки теряют способность подвергаться апоптозу под действием этого цитокина, при этом он накапливается в большом количестве в опухолевой ткани. B результате этого TNF- бначинает в большом количестве попадать в кровоток и вызывать апоптоз паренхиматозных клеток во многих органах, приводя к кахексии.