Apoptóza (grécky: apoptóza - opad listov) je proces programovanej bunkovej smrti, je to úplne prirodzený jav, ktorý umožňuje odstrániť abnormálne, poškodené a použité bunky z tela. Stojí za to zistiť, čo to presne je, či je apoptóza škodlivý jav, kedy k nemu dochádza a aké procesy k nemu vedú.
Obsah:
- Iniciácia apoptózy
- Priebeh apoptózy
- Kontrola apoptózy
- Apoptóza a choroba
Apoptózaje fyziologický, prirodzený proces, ktorý nepretržite prebieha v každom zdravom organizme, je nevyhnutný pre správne fungovanie organizmu. Vďaka apoptóze má telo schopnosť kontrolovať počet a kvalitu buniek. Tento proces, známy ako programovaná bunková smrť, vedie k eliminácii poškodených, infikovaných alebo nepotrebných buniek, čo zabezpečuje rovnováhu medzi tvorbou nových buniek a deštrukciou starých buniek.
Poruchy v priebehu apoptózy pôsobia veľmi negatívne, sú choroby, ktorých prevencia a liečba je veľmi náročná - rakovina, autoimunitné ochorenia. Možno sa účinnou liečbou stanú nové metódy liečby, ktoré umožňujú proces apoptózy v rakovinových bunkách.
Celkový počet buniek v tele je prísne stanovený a konštantný, každá dlhšie trvajúca zmena ich počtu môže mať negatívny dopad na naše zdravie, preto sa telo snaží udržiavať rovnováhu medzi zánikom buniek resp. formovanie nových. Proces bunkovej smrti môže prebiehať niekoľkými spôsobmi, z ktorých najdôležitejšie sú:
- Nekróza (nekróza)- je spôsobená vonkajšími faktormi: chemickými, mechanickými, fyzikálnymi. Ide o patologický, abnormálny proces, nad ktorým telo nemá kontrolu. Pri jeho priebehu sa ničia celé skupiny buniek a dôsledkom tohto poškodenia je rozvoj zápalového procesu
- Apoptóza (programovaná bunková smrť)je úplne iná, proces je úplne normálny, fyziologický, jednobunkový a nevyhnutný v normálne fungujúcom organizme.
- Autofágia- spočíva v trávení bunky jej vlastnými enzýmami
Naprieknegatívny podtón, apoptóza je normálny jav, prebieha pravidelne, je zameraná na dobro celého organizmu, umožňuje výmenu neefektívnych, opotrebovaných buniek za nové. Odstránené bunky sú hlavne tie, ktoré by sa mohli stať nebezpečnými pre hostiteľa, napr. rakovinové alebo neoplastické.
Apoptóza umožňuje udržiavať homeostázu, teda rovnováhu tela. Proces programovanej bunkovej smrti je veľmi zložitý jav, na ktorom sa podieľajú desiatky enzýmov a proteínov. Čas jeho výskytu tiež nie je náhodný, je určený mnohými signálnymi dráhami, ktoré sa aktivujú v dôsledku poškodenia bunky: jej organel alebo genetického materiálu
Iniciácia apoptózy
Aktivácia apoptózy je spojená s aktiváciou alebo inhibíciou účinku určitých proteínov (pro a antiapoptotických), ktoré sú neustále prítomné v bunke. Spôsob, akým proces prebieha, závisí od typu a stimulu, ktorý spúšťa apoptózu. Iniciácia je prvá, počiatočná fáza, počas ktorej sa aktivujú signálne dráhy vedúce k rozvoju procesu programovanej smrti
Najdôležitejšia z nich je takzvaná vnútorná dráha, v ktorej dominantnú úlohu zohrávajú mitochondrie a vonkajšia, jej spúšťačmi sú signály zvonka bunky:
- nedostatok rastových faktorov, hormónov
- zvýšenie koncentrácie niektorých cytokínov (molekúl produkovaných lymfocytmi)
- interakcie zo susedných buniek
- fyzikálne faktory
- nedostatok živín
V prípade vonkajšej dráhy stimuly prostredia ovplyvňujú receptory umiestnené v bunkovej membráne (tzv. receptory smrti), ktoré spúšťajú kaskádu intracelulárnych signálov vedúcich k apoptóze
Mitochondrie hrajú kľúčovú úlohu v endogénnej dráhe. Pri poškodení rôznymi faktormi sa v týchto organelách exprimujú proapoptotické proteíny, ktoré následne poškodzujú funkciu mitochondrií a bránia produkcii energie.
Toto poškodenie navyše spôsobuje uvoľnenie proteínu z mitochondrií - cytochrómu, ktorý prispieva k zvýšeniu koncentrácie vápenatých iónov v bunke. Nárast množstva tohto iónu je spúšťačom apoptózy.
Priebeh apoptózy
Prechod bunky do apoptózy možno rozpoznať jej oddelením od ostatných a je prvým krokom v tomto procese. Je výsledkom posunov elektrolytov, dehydratácie bunky a zmien jej tvaru. Potom dochádza k fragmentácii bunkového jadra a vzniku takzvaných apoptorických teliesok, to sú zvyšky bunky, ktoré budú absorbovanésusednými bunkami alebo „zožraté“ makrofágmi. Takýto priebeh apoptózy spôsobí, že sa bunka odstráni "potichu", nespôsobí rozvoj celkovej reakcie - zápalu
Ako už bolo spomenuté, na tomto procese sa podieľajú rôzne enzýmy: kaspázy štiepiace proteíny obsiahnuté v jadre a cytoplazme, transglutaminázy a endonukleolytické enzýmy zodpovedné za štiepenie DNA. Priebeh celého procesu deštrukcie (uskutočnenie apoptózy) možno rozdeliť do niekoľkých etáp:
1. Kontrolno-rozhodovacia fáza- spočíva v prenose informácie do jadra o aktivácii opravných mechanizmov alebo ich opustení a začatí procesu rozpadu bunky. Kaspázy, proteíny BID a BAX sa podieľajú na tomto procese a T lymfocyty uvoľňujú vo vnútri buniek granzýmy, ktoré okrem iného uvoľňujú ióny vápnika na stimuláciu apoptózy.
2. Výkonná fáza- v tomto štádiu kaspázy rozvíjajú svoju plnú funkciu - ničia bunkové proteíny - štrukturálne a enzymatické:
- DNA polymeráza a DNA kináza, ktoré bránia oprave nukleových kyselín
- laminy, poškodzujúce jadrovú membránu.
V tejto fáze prebieha dehydratácia bunky, ďalšie zmeny tvaru a veľkosti, fragmentácia DNA (endonukleázou), potom fragmentácia bunky a vznik apoptotických teliesok. Tieto kaspázy sú vnútrobunkové enzýmy, ktoré štiepia proteíny na špecifických miestach – v danej sekvencii aminokyselín. Ich aktivácia prebieha lavínovitým spôsobom – aktivovaná kaspáza aktivuje ďalšiu.
Zaujímavé je, že napriek rozpadu mnohých bunkových proteínov zostávajú bunkové organely nedotknuté a nachádzajú si cestu úplne do apoptorických telies.
3. Čistiaca fázapozostáva z fagocytózy, t.j. absorpcie bunkového odpadu, najčastejšie fantómovými bunkami - makrofágmi.
Kontrola apoptózy
Apoptóza je prísne regulovaný proces – jeho spustenie aj priebeh. Kontrolou je predovšetkým rodina proteínov Bcl-2, vrátane antiapoptotických proteínov - pôsobia proti rozvoju apoptózy (napr. Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w) a proapoptotické - podporujú jej výskyt poškodzovaním mitochondrií. membrána (Bid, Bak, Bad).
Expresia alebo aktivita týchto proteínov závisí od podmienok, v ktorých sa bunka nachádza, ako aj od jej stavu – ak je poškodenie veľké alebo vonkajšie podmienky nie sú priaznivé, aktivujú sa proapoptotické proteíny
Za normálnych podmienok dominujú antiapoptotické proteíny a inhibujú proces programovanej bunkovej smrti. Navyše sa dokázalo, že apoptózu riadia aj gény, jedným z nich je gén p53, patrí medzi faktoryproapoptotické. Jeho produkt, proteín p53, spúšťa proces samovražednej bunkovej smrti, ak je poškodenie genetického materiálu také závažné, že DNA nie je možné opraviť.
Preto sa tento proteín niekedy označuje ako „strážca genómu“, pretože určuje, či bunka zastaví bunkové delenie, aby napravila poškodenie, ku ktorému došlo, alebo či dôjde k apoptóze.
Apoptóza a choroba
Je dokázané, že nerovnováha medzi tvorbou nových buniek a likvidáciou starých buniek je príčinou mnohých chorôb, preto je bunková kontrola apoptózy mimoriadne dôležitá a jej narušenie môže mať veľmi vážne následky.
Ak sú bunky odolné voči smrti apoptózou, môže sa u nich vyvinúť rakovina alebo autoimunitné ochorenie (ako je reumatoidná artritída). V oboch týchto prípadoch choré bunky neprechádzajú procesom apoptózy, sú voči nemu „odolné“ v dôsledku genetických mutácií alebo abnormálnej aktivity pro a antiapoptotických proteínov. Na druhej strane nadmerná poddajnosť a eliminácia príliš veľkého množstva buniek môže viesť k degeneratívnym ochoreniam a poškodeniu orgánov.
Aktuálne testované najnovšie onkologické lieky účinkujú v štádiu apoptózy – mechanizmus účinku spočíva v podpore prítomnosti proapoptotických proteínov – podpore výskytu apoptózy v nádorových bunkách. Rádioterapia a „štandardná“ chemoterapia fungujú na vyvolanie apoptózy podobným spôsobom. Obe tieto liečby spôsobujú bunkový stres, ktorý zabíja nádorové bunky. Bohužiaľ, takáto terapia nie je vždy účinná, pretože v nádorových bunkách je často zvýšená aktivita faktorov inhibujúcich apoptózu, čo nielen sťažuje boj proti nim, ale vedie aj k nekontrolovanému rastu a množeniu.
O autorovi
Poklona. Maciej GrymuzaAbsolvent Lekárskej fakulty LFUK K. Marcinkowski v Poznani. Vyštudoval univerzitu s veľmi dobrým výsledkom. V súčasnosti je lekárom v odbore kardiológia a doktorandom. Zaujíma sa najmä o invazívnu kardiológiu a implantovateľné prístroje (stimulátory).