Apoptoza – zaprogramowana śmierć komórki

Apoptoza to naturalny, fizjologiczny proces zaprogramowanej i podlegającej kontroli śmierci komórki w organizmie wielokomórkowym. Dzięki niemu z organizmu usuwane są komórki zużyte lub uszkodzone. Apoptoza swój źródłosłów ma w języku greckim – słowo "apoptosis" tłumaczy się na polski dosłownie jako "opadanie liści".

Proces ten w każdym zdrowym organizmie przebiega nieustannie. Jest zjawiskiem naturalnym w rozwoju i życiu organizmów, w odróżnieniu od martwicy (nekrozy), w której dochodzi do uszkodzenia wywołanego zewnętrznym czynnikiem.

Proces programowanej śmierci komórki to zjawisko niezbędne do prawidłowego funkcjonowania. Dzięki niemu organizm może kontrolować zarówno liczbę, jak i jakość komórek. To zapewnia równowagę między powstawaniem nowych i niszczeniem komórek starych.

W rezultacie apoptoza prowadzi do eliminacji komórek zainfekowanych, potencjalnie niebezpiecznych, uszkodzonych czy zbędnych. Pozwala na zastąpienie ich komórkami nowymi. Apoptozę przyrównuje się do zaplanowanego i kontrolowanego samobójstwa komórki, które ma na celu dobro organizmu.

Ponieważ apoptoza pozwala na zachowanie homeostazy, czyli równowagi organizmu, jeżeli jej przebieg jest zaburzony, pojawiają się choroby autoimmunologiczne czy nowotwory. Warto dodać, że do eliminacji pojedynczych komórek dochodzi bez wywoływania stanu zapalnego czy uszkodzeń tkanek.

Apoptoza jest fizjologicznym procesem eliminacji komórek, który podlega ścisłej kontroli za pośrednictwem białek regulatorowych. W procesie usuwania zbędnych komórek biorą udział białka oraz enzymy:

• transglutaminazy wytwarzające ciałka apoptotyczne,
• kaspazy trawiące białka jądrowe i cytoplazmatyczne,
• endonukleolityczne niszczące kwasy nukleinowe komórki.

Zarówno inicjacja, jak i przebieg apoptozy są ściśle kontrolowane. To zadanie głównie dla białek z rodzin białek Bcl-2. Należą do nich białka:

• antyapoptotyczne, które przeciwdziałają rozwojowi apoptozy (np. Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w),
• proapoptotyczne, które promują jej wystąpienie poprzez uszkadzanie błony mitochondrium (Bid, Bak, Bad).

Wysoka ekspresja białek proapoptotycznych i jednoczesna niska ekspresja białek proapoptotycznych jest cechą charakterystyczną komórek nowotworowych.

Przebieg procesu niszczenia można podzielić na kilka etapów. To:

1. faza kontrolno-decyzyjna, kontrolowana dwoma szlakami: zewnątrzpochodnym i/lub wewnątrzpochodnym.
2. faza wykonawcza, podczas której dochodzi do odwodnienia komórki, zmiany kształtu i wielkości, fragmentacji DNA, następnie fragmentacji komórki i powstania ciał apoptotycznych.
3. faza uprzątania, polegająca na fagocytozie, czyli pochłanianiu resztek komórki najczęściej przez komórki żerne - makrofagi.

Jak przebiega zaprogramowana śmierć komórki? Proces programowanej śmierci komórki jest zjawiskiem skomplikowanym i złożonym. W wielkim skrócie, bardzo upraszczając, można go przedstawić następująco.

Pierwsza, wstępna faza, w trakcie której aktywowane są szlaki sygnałowe prowadzące do rozwoju procesu programowanej śmierci, to inicjacja. Komórka oddziela się od innych. Ponieważ dochodzi do odwodnienia i utraty elektrolitów, kurczy się, a jej powierzchnia ulega pofałdowaniu.

Dochodzi do fragmentacji jądra komórkowego. Powstają ciałka apoptotyczne. Zawartość komórki nie wydostaje się na zewnątrz, lecz jest wchłaniana przez komórki sąsiednie lub makrofagi. Dzieje się tak dzięki wytworzeniu nierozpuszczalnej osłony.

W przebiegu apoptozy uwzględniany jest szlak wewnętrzny, oparty na mitochondriach, a także szlak zewnętrzny, inicjowany przez ograniczoną ilość czynników wzrostowych bądź substancji odżywczych, ale także lokalny wzrost stężenia hormonów lub cytokin. Występują także szlaki: wykorzystujący perforyny i granzym B, a także korzystający z retikulum endoplazmatycznego.

Udowodniono, że zaburzenie równowagi między powstawaniem nowych a likwidacją starych komórek jest przyczyną wielu chorób. To dlatego nieprawidłowości w kwestii apoptozy mogą mieć poważne konsekwencje.

Jeśli komórki wykazują oporność na śmierć podczas naturalnego procesu, może dojść do rozwoju nowotworu lub choroby autoimmunologicznej. Z kolei nadmierna podatność i eliminacja zbyt wielu komórek może prowadzić do uszkodzeń narządów czy chorób degeneracyjnych.