Апоптоз — умереть, чтобы жить
Само слово «апоптоз» в переводе с греческого означает «опадание листьев» — поэтический образ, связывающий воедино отмирание и обновление. Старые листья облетают, чтобы освободить место для свежей зелени. Точно так же и старые клетки, отмирая, позволяют обновиться ткани и организму. Однако функции апоптоза отнюдь не сводятся к механическому замещению «старого» «новым»
Исследования механизма запрограммированной гибели клеток начались еще в 1960-е годы, и очень скоро стало понятно, что апоптоз — один из ключевых процессов, направляющих ход развития любого многоклеточного организма (в 2002 году изучение роли апоптоза в живых организмах было отмечено Нобелевской премией по биологии и медицине, награду получили Сидней Бреннер, Роберт Хорвиц и Джон Салстон).
Однажды Микеланджело спросили о рождении скульптуры, и он ответил: «Я просто беру камень и отсекаю все лишнее». Подобно резцу в руке скульптора, действует апоптоз в развивающемся организме. Самый известный пример его действия, знакомый большинству еще из школьного курса природоведения, — исчезновение хвоста у головастика при превращении его в лягушонка.
Таким же путем — «отсекая лишнее» — идет и развитие человеческого эмбриона. Вы помните, наверное, что на определенной стадии у каждого из нас были хвост, жабры, перепонки между пальцами. Возможно, разглядывая картинки, описывающие стадии формирования человеческого эмбриона, вы задавались вопросом, куда же деваются все эти рудименты по мере развития плода. Теперь ответ известен: архаичные структуры в ходе эмбриогенеза убираются при помощи апоптоза, уступая место новым, более прогрессивным формам. Как показали генетические эксперименты на лабораторных животных, зародыши с нарушениями в генах, регулирующих этот процесс, погибают на ранних этапах эмбриогенеза от неустранимых дефектов развития. Во взрослом организме основной функцией апоптоза является подержание клеточного гомеостаза — количественного и качественного постоянства клеточной популяции.
В школьном курсе биологии, рассказывая об экологических отношениях между хищниками и жертвами, непременно упоминают о том, что волки действуют как своего рода «охотоведы» по отношению к оленям и лосям. Они уничтожают, прежде всего, ослабленных и больных особей, а здоровым не позволяют слишком уж размножиться и подчистую выбрать «кормовую базу». В здоровом организме апоптоз играет ту же «волчью» роль в отношении ослабленных, больных и просто избыточных клеток. Только смерть их приходит не снаружи, а изнутри. В этом смысле апоптоз похож скорее на харакири верного японского воина-самурая, осознавшего, что он больше не может служить своему господину, и потому совершающего ритуальное самоубийство.
Подсчитано, что общая масса клеток, которая самоуничтожается таким образом в нашем организме за год, примерно соответствует весу взрослого человека. Так что в некотором смысле мы каждый год действительно рождаемся заново!
Как же происходит это «клеточное харакири»? В цитоплазме любой клетки в неактивной форме присутствуют белки каспазы, похожие на ферменты пищеварительного тракта, которые расщепляют белки и нуклеиновые кислоты, поступающие в организм с пищей. При апоптозе эти ферменты активируются и «переваривают» содержимое клетки. Процесс протекает стремительно и бурно: клеточная мембрана становится пузырчатой, и вся цитоплазма как бы вскипает. Это явление ученые поэтически назвали «пляской смерти» по мотивам популярного средневекового сюжета в европейской живописи.
Однако при этом, в отличие от травматического или инфекционного повреждения клеток, когда все клеточное содержимое просто «вываливается» во внеклеточную среду и вызывает активную воспалительную реакцию, нормальный апоптоз протекает очень аккуратно. Расщепление клеточных белков и аминокислот не нарушает целостности липидной мембраны. В конце концов, «наплясавшись», клеточный бульон оказывается аккуратно упакован в так называемые апоптотические тельца и быстро «подъедается» клетками иммунной системы по принципу «не пропадать же добру». А освободившееся место вскоре занимает новая, свежеотделившаяся клетка.
Апоптоз не единственная форма регулируемой клеточной гибели, известная на сегодняшний день. Кроме него, существуют еще аутофагия, некроз, ферроптоз… В настоящее время ученые насчитывают больше десятка путей, приводящих клетку к смерти. Их роль в нормальных и патологических процессах в человеческом организме активно изучается биологами.
ФАКТ: механизмы регулируемой гибели клеток, самым известным из которых является апоптоз, — такая же неотъемлемая часть нашей биологической природы, как механизмы клеточного деления.