Каждый день в вашем организме умирают миллиарды клеток. Некоторые уходят, громко хлопнув дверью, другие — распустив нюни. Они могут погибнуть в результате несчастного случая, получив травму или инфекцию. Или, если они переживут отведённый им жизненный срок или начнут давать сбои, они могут тщательно приготовиться к достойному уходу в мир иной, чтобы их останки были аккуратно прибраны.
Изначально учёные полагали, что это — единственные два способа гибели клеток, либо по несчастливой случайности, либо по чинно-благородному варианту. Однако, за последние пару десятилетий исследователи наскирдовали кучу новых сценариев клеточной смерти, некоторые из которых специфичны для определённого типа клеток или ситуаций. Понимание всего этого разнообразия смертельных вариантов может помочь учёным в спасении хороших клеток и уничтожении плохих, прокладывая путь к лечению инфекций, аутоиммунных заболеваний и рака.
«Тут множество вкусов и ароматов», — говорит Майкл Оверхольцер, клеточный биолог из Мемориального онкологического центра Слоуна-Кеттеринга в Нью-Йорке. По его оценке сейчас существует более 20 различных наименований, описывающих варианты клеточной смерти.
В этой статье журнал Knowable приводит несколько классических и новых способов, с помощью которых клетки способны сыграть в ящик.
Незапланированная смерть: некроз
С клетками может произойти множество неприятных вещей: они могут получить увечья или ожоги, отравиться или подвергнуться кислородному голоданию, заразиться микробами или заболеть иным образом. Когда клетка погибает в результате несчастного случая, это называется некрозом.
Существует несколько типов некроза, ни один из которых не симпатичен: в случае гангрены, когда клетки лишены крови, они гниют. В других случаях погибающие клетки разжижаются, иногда превращаясь в жёлтую слизь. Клетки лёгких, поражённые туберкулёзом, становятся мягкими и белыми — технический термин для этого типа некроза, «казеозный», буквально означает «творожный».
Любая форма клеточной смерти кроме некроза считается «запрограммированной», что означает, что она намеренно приводится в действие клеткой, либо из-за того, что та повреждена, либо потому что она выполнила свою полезную функцию.
Чистая, добрая смерть: апоптоз
Две главные категории программируемой гибели клеток — это «спокойная и насильственная», говорит Тирумала-Деви Каннеганти, иммунолог Исследовательской детской больницы им. Св. Фаддея в Мемфисе. Апоптоз, получивший своё название в 1972 году, относится к изначальному спокойному типу: это чистый, опрятный вид клеточной смерти, который не тревожит иммунную систему.
Он уместен, когда клетки повреждены или отслужили свою службу. Например, апоптоз позволяет превращающимся в лягушек головастикам избавиться от клеток хвоста, а человеческому эмбриону — от перепонок между развивающимися пальцами.
Клетка сжимается и отделяется от соседей. Генетический материал в ядре рассыпается на кусочки, которые крошат друг друга, а само ядро фрагментируется. Мембрана пузырится и лопается, и клетка распадается. Другие клетки пожирают остатки, делая ткань чистой.
Красные флаги: некроз и пироптоз
Это — насильственные способы, и они помогли расширить репертуар клеточной гибели за пределы апоптоза и некроза. Они часто используются, когда клетки атакуются вирусами и прочими инфекционными агентами. Вместо того, чтобы стать фабриками для размножения вирусов, они совершают самоубийство. Эти клетки погибают, размахивая красными знамёнами в виде химических веществ, высвобождаемых ими, чтобы сообщить иммунной системе о том, что нужно спешить спасать их соседей.
В проведённом в 1998 году исследовании, группа учёных лишила выращенных в чашках Петри клеток возможности подвергаться апоптозу, и всё-таки клетки погибали. Но они делали это беспорядочным способом, который впоследствии был назван некроптозом, поскольку в нём присутствовали черты как апоптоза, так и некроза. Как и при некрозе, клетки и их органеллы разбухают и затем происходит разрыв мембраны. Некроптоз — удобный резервный механизм, поскольку некоторые инфицирующие агенты способны отключать апоптоз.
А ещё есть пироптоз, впервые наблюдавшийся в 1992 году в клетках крови, инфицированных дизентерийными бактериями, и окрещённый так в 2001 году. Это «кричащая, звонящая в набат провоспалительная смерть потенциально опасной клетки», — писали придумавшие это имя. Как и при некроптозе, клетки разбухают. Они активируют ферменты, протыкающие клеточную мембрану, отчего её содержимое вытекает наружу, вызывая иммунный ответ.
«Как при пироптозе, так и при некроптозе, такой иммунный ответ необходим, чтобы активировать защиту организма от инфекции, такой, как лихорадка, которая варит вторгнувшегося неприятеля заживо», — говорит Каннеганти, который был соавтором статьи об участвующих в клеточной смерти молекулах, опубликованной в 2020 году в журнале Annual Review of Immunology. Но если погибает слишком большое количество клеток, или если иммунную систему заклинивает в положении «ВКЛ», это может привести к непрекращающемуся воспалению или аутоиммунному заболеванию.
Три в одном: ПАНоптоз
Иммунным клеткам тоже приходится погибать в случае инфекции, воспаления или даже рака. Когда группа Каннеганти исследовала этот процесс, они обнаружили альтернативный способ смерти, который включает в себя элементы апоптоза, некроптоза и пироптоза. Используя первые буквы каждого из классических типов, они окрестили его ПАНоптозом. С тех пор исследователи обнаруживают этот способ смерти и в других типах клеток.
При ПАНоптозе клетка конструирует большой белковый механизм, именуемый ПАНтосомой. Она активирует ферменты, чтобы те протыкали клеточные мембраны. Когда она погибает, клетка высвобождает молекулы с красными флагами, которые сообщают другим иммунным клеткам о наличии проблемы.
Зачем клеткам столько способов достижения одного и того же фатального финала? Возможно, клетки выработали эти разнообразные варианты в ходе гонки вооружений с болезнетворными микробами, предполагает Каннеганти. Стараясь выжить, микробы могут отключать клеточную смерть. Но если у клетки есть обширное меню механизмов гибели, она может покончить с собой другим способом, жертвуя собой, чтобы препятствовать патогену.
Убийцы-камикадзе: НЕТоз
Иммунные клетки могут жертвовать собой ещё более выразительным образом, по принципу камикадзе, который уничтожает вместе с собой окружающие патогены. Это грандиозное действо находится в епархии белых клеток крови, именуемых нейтрофилами, которые патрулируют инфицированные регионы и поглощают неприятеля.
Однако, иногда инфицирующие агенты слишком велики, или слишком многочисленны, чтобы их можно было стрескать. Нейтрофилы меняют тактику и изрыгают собственную ДНК на патоген, опутав неприятеля своего рода геномной сеткой. Этот процесс называется НЕТозом (от аббревиатуры NET — neutrophil extracellular traps, нейтрофильные внеклеточные ловушки, прим. перев.). После этого другие клетки избавляются от запутавшихся патогенов.
«Случается, что когда это происходит, клетка, выбрасывающая сеть, умирает или уже мертва, отчего можно сказать, что это — клетка зомби, совершающая последний, альтруистический акт», — говорит иммунолог Бен Крокер, изучающий этот феномен в Школе медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Death metal: Купроптоз и ферроптоз
«Хотя раковые клетки выглядят зловеще, на самом деле они весьма уязвимы для смерти», — говорит Тодд Голуб, онкобиолог из Института Броуда в Кембридже, штат Массачусеттс. «Главное» — говорит он, «найти подходящий пусковой механизм».
Группа Голуба нашла пусковой механизм в препаратах, доставляющих в клетки медь. Они до сих пор выясняют, каким образом это заставляет клетки загибаться в ходе процесса, который они в 2022 году окрестили купроптозом.
Железо также может быть смертельным для раковых клеток, как выяснил биохимик Брент Стокуэлл из Колумбийского университета в Нью-Йорке. Помимо опухолей, похоже, что нормальные клетки в мозге, печени и почках особенно чувствительны к такой форме смерти, которую в 2012 году он назвал ферроптозом. «Учёные также наблюдали ферроптоз у широкого спектра организмов, даже у дрожжей и растений», — говорит Стокуэлл, который был соавтором описания ключевых характеристик ферроптоза в выпуске журнала Annual Review of Cancer Biology за 2019 год.
Стокуэлл и другие учёные работают над идентификацией препаратов и специальных режимов питания, которые активируют ферроптоз для борьбы с раком, или блокируют его, чтобы защитить клетки от смерти в таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера.
Съешь меня: энтоз
Изучая клетки рака груди в начале 2000-х, Оверхольцер заметил нечто странное: раковые клетки зарывались в другие раковые клетки. Он, и заведующий его лабораторией в 2007 году окрестили этот феномен энтозом.
Внедряющаяся клетка оказывается окружённой большим мембранным пузырём. Она может погибнуть от голода или подвергнуться апоптозу, или быть уничтоженной окружающей её клеткой. После этого внешняя клетка переваривает её остатки.
Но иногда, странным образом, она выживает и выскакивает из клетки, чтобы снова вести независимую жизнь. Сделав это наблюдение, некоторые исследователи предположили, что энтоз позволяет раковым клеткам временно спрятаться от иммунной системы или препаратов от рака.
Ещё многое предстоит узнать о клеточной смерти, и вероятно существуют виды смерти, которые ещё предстоит открыть, полагает Голуб.
В конечном итоге, изучение жизни требует исследования клеточной смерти. Как писал японский автор Харуки Мураками, «Смерть существует, но не как противоположность, а как часть жизни».
Автор — Эмбер Дэнс (Amber Dance).
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Вам также может быть интересно: