A MODERN VIEW ON THE MECHANISMS AND CLASSIFICATION OF CELL DEATH

Full Text

Вопрос жизни и смерти клетки возник одним из первых в морфологии. Так в 1838 г. появилась работа нескольких ученых, включая Маттиаса Шлейдена, Теодора Шванна и Рудольфа Карла Вирхова, которая вытекла в так называемую «клеточную теорию». Спустя несколько десятилетий (в 1885 г.) Вальтер Флемминг впервые описал некоторые из морфологических особенностей, которые были в значительной степени использованы для определения апоптоза на протяжении последних четырех десятилетий [8]. Номенклатурный комитет по клеточной смерти (NCCD) рекомендует считать мертвыми клетки, которые демонстрируют либо необратимую пермеабилизацию плазматической мембраны или подверглись полной фрагментации [1]. Важно отметить, что случаи гибели клеток (рис.) могут быть разделены на две большие взаимоисключающие категории: «случайные» и «регулируемые». Рис. Типы клеточной смерти Случайная гибель клеток (accidental cell death, ACD) обусловлена серьезными повреждениями, в том числе физическими (например, повышенной температурой Выпуск 3 (59). 2016 137 ЩШґорСз [ЩсмеТКЩ или высоким давлением), химическими (например, сильнодействующими детергентами или экстремальным изменением рН) и механическими (например, порез) стимулами; она (гибель) происходит практически немедленно и не чувствительна к фармакологическим или генетическим вмешательствам любого рода. В то время как регулируемая гибель клеток (regulated cell death, RCD) включает генетически закодированный молекулярный механизм. Таким образом, ход RCD может быть изменен с помощью фармакологических или генетических вмешательств, направленных на ключевые компоненты такого механизма. При этом понятие RCD включает в себя все случаи физиологической гибели клеток (в ходе эмбрионального развития, поддержания клеточного гомеостаза и иммунных ответов), такие случаи RCD называют запрограммированной клеточной гибелью [3]. Ранние классификации клеточной гибели были чисто морфологическими, вследствие очевидных технических ограничений. В 1972 г. австралийский патолог Джон Ф. Керр вместе со своими шотландскими коллегами Эндрю Х. Уилли и Алистером Р. Карри ввели термин «апоптоз», чтобы обозначить форму клеточной гибели, которая характеризуется сморщиванием цитоплазмы, конденсацией хроматина, которое начинается у ядерной мембраны, с последующим вовлечением всего ядра, фрагментацией ядер, минимальными изменениями других органелл и своеобразный «подобный вскипанию» процесс, кульминацией которого является формирование нескольких дискретных телец, которые изначально сохраняют целостность плазматической мембраны (апоптотические тельца) [4]. Вскоре после этого была сформулирована первая классификация гибели клеток, которая провела различия между: I типом клеточной гибели (апоптоз), который проявляется с морфологическими особенностями, описанными выше; II типом гибели клеток (аутофагия) с характерной обширной вакуолизацией цитоплазмы и III типом клеточной гибели (некроз), который имеет отличные от апоптоза и аутофагии признаки. Такой «визуальный каталог» доминировал на поле научных исследований клеточной гибели в течение многих десятилетий [6]. Тем не менее, NCCD рассматривает его как упрощение и считает, что он вводит в заблуждение, по нескольким причинам. Так, последние исследования показали, что морфологические и функциональные аспекты клеточной гибели не обязательно связаны друг с другом. Например, некоторые типы апоптоза могут проявляться с некротическим внешним видом, также многие случаи RCD демонстрируют как апоптотические, так и некротические признаки [5.] В 2012 г. NCCD предложил отказаться от морфологического каталога оценки гибели клеток в пользу новой классификации, основанной на количественных биохимических параметрах [3]. С биохимической точки зрения, апоптоз определяется как каспаза-зависимый вариант RCD. Апоптоз может быть инициирован внутриклеточными или внеклеточными раздражителями. Внутренний апоптоз критически зависит от пермеабилизации митохондриальной наружной мембраны, при которой запускается каскад реакций, активирующий каспазы 9 и 3 (Casp 9, Casp 3). Внешний апоптоз протекает вместе с активацией сигнального каскада с активацией CASP 8 и CASP 3. Некроз же NCCD определяет как RCD, которая критически зависит от киназ RIPK1 и RIPK3. Следует отметить, что как RIPK1, так и RIPK3 регулируют активацию каспаз. То есть сигнальные каскады, ответственные за инициирование апоптоза и некроза, тесно взаимосвязаны. Что подтверждает ограниченную информационную ценность классификаций клеточной гибели исключительно на основе морфологии. Также в понятие RCD входят аутофагия, аноикис. Аутофагия - процесс разрушения органелл клетки и переработки клеточных структур, который зачастую приводит к клеточной гибели. Морфологическим маркером аутофагии является вакуолизация клеток, биохимическим - активация фосфоинозитид-3 киназы [7]. Аноикис-один из видов RCD, свойственный эпителиальным тканям, вызванный отделением клеток от субстрата, соответственно данный вид RCD имеет специфический морфологический признак. Пусковым механизмом аноики-са является активация киназы JNK [2]. Таким образом, основываясь исключительно на морфологическом исследовании микропрепарата, нельзя однозначно сказать, какой тип RCD произошел в конкретном случае, и изменения в поврежденной ткани стоит определить как некроптические. Однозначно определить, подверглись клетки некрозу или апоптозу, можно, используя методы иммуногистохимическо

About the authors

I. A. Dvoryashina

Volgograd State Medical University; FGUP «Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology» FMBA of Russia

Email: germionna@yandex.ru

Yu. I. Velikorodnaya

FGUP «Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology» FMBA of Russia

A. Ya. Pocheptsov

FGUP «Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology» FMBA of Russia

O. V. Fedorova

Volgograd State Medical University

References

Supplementary files