A sejtpusztulás másik formája, a meghatározott program szerint lezajló, szabályozott folyamatok eredőjeként kialakuló programozott sejthalál (programmed cell death – PCD). Ennek egyik, jellegzetes morfológiai változásokkal kísért változata az apoptózis. Az apoptotikus sejtek zsugorodnak, felszínükről kisebb-nagyobb citoplazmadarabok fűződnek le (bleb képződés), a kromatinállomány erősen kondenzálódik, a DNS fragmentálódik és utóbb a mag is feldarabolódik. Az apoptózis során a plazmamembrán szemipermeabilitása végig megmarad, de a membrán külső rétegében foszfatidilszerin jelenik meg. A szomszédos, ép sejtek ennek alapján ismerik fel az apotótikus sejtet/blebet és ez váltja ki a fagocitózist. Ilyen körülmények között a sejtek közti térbe bomlástermékek nem jutnak, így a gyulladás és a szöveti átrendeződéssel járó hegképződés nem lép fel. A folyamat igen gyors, néhány óra alatt lezajlik.
ADNS marginális kondenzációjafigyelhető meg az apoptotikus sejtmagokban (patkány hasnyálmirigy külső elválasztású mirigysejt).
Az apoptózis evolúciósan rendkívül konzervatív folyamat, a soksejtű állatok sejtjeiben azonos lépésekben megy végbe és a kivitelezéséért felelős molekulák is nagyon hasonlóak. Az apoptózist a sejtekben folytonosan jelenlévő speciális enzimrendszer hajtja végre.
Az endonukleázok felelősek a DNS fragmentációjáért. A magban DNS molekulákat a nukleoszómák között hasítják, különböző méretű fragmentumokat előállítva. Atranszglutaminázokkeresztkötéseket hoznak létre a citoplazma fehérjéi között, ezzel nagyméretű fehérjeaggregátumok képződnek a sejtben.
Azapoptotizáló sejtbenaGolgi készüléka sejtváz degradálódása miatt „szétúszik”.
A rendszer fő komponensei a fehérjebontókaszpázok. Szintézisük és tárolásuk a sejtben igen szigorúan szabályozott:
inaktív formában képződnek és tárolódnak, aktiválásukhoz a molekula proteolitikus hasítása szükséges, másrészt a sejtben több kaszpáz-gátló és aktiváló fehérje is van. A kaszpázok között vannak iniciátorok (kaszpáz-2, -8, -9, -10) és effektorok (kaszpáz-3, -6, -7). Az effektorok univerzális hatásúak, az iniciátorok viszont speciális kiváltó hatással aktiválhatók. A kaszpázok proteolitikus kaszkádsort alkotnak. Szubsztrátjaik közé tartoznak az endonukleázok, a nukleáris laminok, a sejtváz bizonyos fehérjéi stb.
Az apoptózis kiváltásában, illetve szabályozásában külső és belső tényezők egyaránt szerepet játszanak. A külső tényezők között egyaránt találhatók az apoptózist gátló és indukáló hatású jelmolekulák (túlélési és halál szignálok).
Gátló hatásúak lehetnek a különböző trofikus faktorok és egyes hormonok. A trofikus faktorok jelenlétét a sejtek receptoraik segítségével érzékelik (túlélési jelek és receptorok). Az apoptózist gátló hatás többek között azon alapul, hogy a jel a sejtben a Bcl-2 család proaptotikus tagjainak működését gátolja.
Az immunrendszer sejtjei számos citokint termelnek (a citokinek kis molekulatömegű fehérjék), melyek többek között az immunválasz szabályozásában játszanak szerepet. Ezek egyik csoportja apoptózisindukáló hatású. A csoport két jellegzetes tagja a tumor nekrózis faktor (TNF) és az ún. Fas/Apo ligandum, melyek megtalálhatók a citotoxikus sejtek felszínén, míg a célsejtek hordozzák ezek receptorait (halál ligandumok és receptorok). A
ligandum–receptor kapcsolódás aktiválja a receptort, mely közvetítő molekulákon keresztül azután beindítja a kaszpázok működését. Mindezen hatások összeredményeként a célsejt kikényszerített apoptózisba lép és elpusztul, megakadályozva ezzel a vírusfertőzött vagy kóros sejtek szervezeten belüli elszaporodását.
Az apoptózis szabályozásában kulcsszerepe van a mitokondriumoknak, melyekben egy erős kaszpázaktiváló fehérje, a citokróm-c lokalizálódik. A citokróm-c az elektron transzport lánc egyik tagja,normális körülmények között a belső membránon ül, de sejtkárosító hatásokra kidiffundálhat a citoszolba, ahol egyes kaszpázokat aktivál.
A kiáramlás a mitokondriumok külső membránján található pórusokon keresztül történik. A pórusok működését egy fehérjecsalád (a Bcl-2 típusú fehérjék) ellenőrzi, mely proapoptotikus és antiapoptotikus (a kiáramlást elősegítő, illetve gátló) tagokat egyaránt tartalmaz.
Nem ritka, hogy az apoptózist nem a belső környezet fiziológiás változásai, hanem valamilyen váratlan károsító hatású esemény váltja ki. Az egyik leggyakoribb ilyen esemény a DNS-száltörés, mely bekövetkezhet különböző vegyületek vagy sugárzások hatására. A ciklizáló sejtek ilyenkor a G1/S fázis határán megállnak, mert a p53 fehérje közreműködésével egy Cdk-inhibitor kezd termelődni. Ha a hibát sikerül kijavítani, a ciklus folytatódik. Ellenkező esetben a p53 indukálja a Bcl-2 család proapoptotikus tagjait és beindul az apoptózis, a sejt önpusztítással akadályozza meg, hogy hibás DNS-készlettel rendelkező utódsejtek jöjjenek létre.
Az apoptotikus sejtpusztulás immunrendszer által „kikényszerített” változata az erre szakosodott limfociták, a citotoxikus T-sejtek és a természetes ölősejtek közreműködésével valósul meg. Célsejtjeik a szervezet azon sejtjei, melyek felszínén idegenként azonosított fehérjék, fehérjefragmentumok jelennek meg. A kétféle test kontaktusba kerül, majd a citotoxikus sejt kiváltja a célsejt pusztulását. A citotoxikus sejt egyik ürített terméke a perforin nevű fehérje, mely lyukakat képez a célsejt membránján, ezen keresztül víz és ionok áramlanak be citoplazmájába (ez a nekrózisra emlékeztető folyamat). A citotoxikus sejt enzimeket is juttat a célsejtbe (granzimek), melyek a kaszpázokat aktiválják.
Az apoptózis jelentősége, funkciója sokrétű. Így pl. a tiroxin (pajzsmirigyhormon) tömeges apoptózist okoz az ebihalak lárvális szöveteiben, ami a metamorfózis természetes velejárója. Az A-vitamin és származékai a végtagbimbók szövetében a leendő ujjpercek közötti sejtek elhalását indukálják, és ez teszi lehetővé az ujjak formálódását. Ezek a példák mutatják, hogy a sejtpusztulás a normális egyedfejlődés természetes és szükségszerű velejárója. A normális fejlődési folyamatban a felesleges sejtek eltávolításával segít beállítani az optimális sejtszámot, és apoptózissal történik a funkcióvesztett lárvális szövetek eltávolítása a metamorfózis során. Felnőtt szervezetben kiegyensúlyozza a sejtosztódás sejtszámnövelő hatását és megszabadítja a szervezetet saját meghibásodott sejtjeitől.
Az apoptózist szabályozó mechanizmusok károsodásának súlyos következményei lehetnek. Számos tumor esetében kimutatták, hogy valamelyik apoptózist indukáló gén hibája miatt a transzformálódott sejtek nem hajtják végre az önpusztító programot, és ez vezet – többek között – a hibás sejtek elszaporodásához.
A programozott sejtpusztulás megvalósulhatautofágiávalis.Az érintett sejtekben az autofág vakuolák tömeges felhalmozódása figyelhető meg. A degradációt a lizoszomális enzimek végzik.Normális körülmények között az autofág aktivitás alacsony, de külső hatásra annyira felerősödhet, hogy ez a citoplazma és az organellumok nagy részének elvesztéséhez és ennek következtében sejtpusztuláshoz vezet. Fokozott autofág aktivitást válthat ki a hypoxia, a nem megfelelő tápanyagellátás, gyulladásos folyamatok stb.
Afokozott autofág aktivitásvégletes következménye lehet, hogy a sejt elpusztul, apoptózist szenved.
A sejtpusztulás
Intenzív autofágia jellemzi például a teljes átalakulással fejlődő rovarok lárvális szöveteinek sejtjeit a lárva-báb átalakulás során, vagy különböző idegrendszeri megbetegedésekben szenvedők pusztuló neuronjaiban (pl. Parkinson kór).
Kérdések:
1. Sorolja fel a sejtpusztulás jellemző típusait!
2. Vázolja fel a nekrózis és az apoptózis közötti morfológiai különbségeket!
3. Határozza meg, hogy miben különbözik a nekrózis és az apoptózis folyamatának lefolyása!
4. Melyek az apoptózist végrehajtó enzimrendszer fő komponensei?
5. Milyen szerepe lehet az autofágiának a sejtpusztulásban?
20. fejezet - A sejtek vizsgálatának módszertani alapjai
A sejttani vizsgálati módszerek felbonthatók képalkotó és nem képalkotó módszerekre. A képalkotó vizsgálati módszerek elsősorban fény- és elektronmikroszkópiát jelentenek, míg a nem képalkotó módszerek közé tartoznak a centrifugálás, elektroforetikus eljárások, molekuláris biológiai módszerek stb. Természetesen a képalkotó módszerek ezekhez is sok ponton kapcsolódhatnak, mikroszkóppal vizsgálhatjuk egy adott frakció összetételét, vagy például egy géntermék megjelenését.
A következőkben – a teljesség igénye nélkül – a sejtek vizsgálatára alkalmas, többségében különböző mikroszkópos módszerekkel foglalkozunk, elsősorban azzal a céllal, hogy megismerjük, milyen kérdésekre kaphatunk választ általuk, illetve, hogy értelmezni tudjuk az általuk alkotott képet.