Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Повреждение клетки (также известное как повреждение клетки ) - это различные изменения стресса, которым клетка подвергается из-за внешних, а также внутренних изменений окружающей среды. Среди других причин это может быть связано с физическими, химическими, инфекционными, биологическими, пищевыми или иммунологическими факторами. Повреждение клеток может быть обратимым или необратимым. В зависимости от степени повреждения клеточный ответ может быть адаптивным, и, где это возможно, гомеостаз восстанавливается. [1] Гибель клеток происходит, когда серьезность травмы превышает способность клетки к самовосстановлению. [2] Гибель клеток зависит как от продолжительности воздействия вредного раздражителя, так и от тяжести нанесенного ущерба. [1] Гибель клеток может происходить в результате некроза или апоптоза.

Причины [ править ]

  • Физические агенты, такие как тепло или излучение, могут повредить клетку, буквально приготовив или коагулируя их содержимое.
  • Нарушение снабжения питательными веществами, например недостаток кислорода или глюкозы , или нарушение производства аденозинтрифосфата (АТФ) может лишить клетку необходимых материалов, необходимых для выживания. [3]
  • Метаболические: гипоксия и ишемия.
  • Химические агенты
  • Микробные агенты
  • Иммунологические агенты: аллергия и аутоиммунные заболевания, такие как болезнь Паркинсона и болезнь Альцегимера.
  • Генетические факторы: такие как синдром Дауна и серповидноклеточная анемия [4].

Цели [ править ]

Наиболее заметными компонентами клетки, которые являются мишенями повреждения клетки, являются ДНК и клеточная мембрана .

  • Повреждение ДНК : в клетках человека как нормальная метаболическая деятельность, так и факторы окружающей среды, такие как ультрафиолет и другие излучения, могут вызывать повреждение ДНК, что приводит к возникновению до одного миллиона индивидуальных молекулярных повреждений на клетку в день. [5]
  • Повреждение мембраны: повреждение клеточной мембраны нарушает состояние клеточных электролитов , например кальция , который при постоянном повышении вызывает апоптоз.
  • Повреждение митохондрий: может возникать из-за снижения АТФ или изменения проницаемости митохондрий.
  • Повреждение рибосом: повреждение рибосомных и клеточных белков, таких как неправильная укладка белка, что приводит к активации апоптотического фермента.

Типы повреждений [ править ]

Некоторое повреждение клеток можно обратить вспять после снятия стресса или при возникновении компенсаторных клеточных изменений. Клеткам может вернуться полноценная функция, но в некоторых случаях степень повреждения останется. [ необходима цитата ]

Реверсивный [ править ]

Клеточный отек [ править ]

Клеточное набухание (или мутное набухание) может возникать из-за клеточной гипоксии , которая повреждает натрий-калиевый мембранный насос; это обратимо, если устранить причину. [6] Набухание клеток - первое проявление почти всех форм повреждения клеток. Когда он поражает множество клеток в органе, он вызывает некоторую бледность, повышение тургора и увеличение веса органа. При микроскопическом исследовании в цитоплазме можно увидеть небольшие прозрачные вакуоли; они представляют собой растянутые и защемленные сегменты эндоплазматической сети . Такую картину несмертельного повреждения иногда называют отечностью или вакуолярной дегенерацией. [7]Водянка - тяжелая форма мутного отека. Возникает при гипокалиемии из-за рвоты или диареи.

К ультраструктурным изменениям обратимого клеточного повреждения относятся:

  • Блеббинг
  • Притупление
  • искажение микроворсинок
  • ослабление межклеточных прикреплений
  • митохондриальные изменения
  • расширение эндоплазматической сети

Жирное изменение [ править ]

Клетка повреждена и не может адекватно метаболизировать жир. Небольшие жировые вакуоли накапливаются и рассредоточиваются в цитоплазме. Легкие жировые изменения могут не влиять на функцию клеток; однако более серьезные жировые изменения могут нарушить клеточную функцию. В печени увеличение гепатоцитов из-за жировых изменений может сдавливать соседние желчные каналы , что приводит к холестазу . В зависимости от причины и степени накопления липидов жировые изменения обычно обратимы. Жировое изменение также известно как жировая дегенерация, жировой метаморфоз или жировой стеатоз.

Необратимый [ править ]

Некроз [ править ]

Некроз характеризуется набуханием цитоплазмы, необратимым повреждением плазматической мембраны и распадом органелл, приводящим к гибели клеток. [8] Стадии клеточного некроза включают пикноз ; слипание хромосом и сокращение ядра клетки , кариорексис ; фрагментация ядра и распад хроматина на неструктурированные гранулы и кариолизис ; растворение ядра клетки. [9] Цитозольные компоненты, которые просачиваются через поврежденную плазматическую мембрану во внеклеточное пространство, могут вызывать воспалительную реакцию. [10]

Существует шесть типов некроза: [11]

  • Коагуляционный некроз
  • Разжижающийся некроз
  • Казеозный некроз
  • Некроз жира
  • Некроз миомы
  • Гангренозный некроз

Апоптоз [ править ]

Апоптоз - это запрограммированная гибель избыточных или потенциально вредных клеток в организме. Это энергозависимый процесс, опосредованный протеолитическими ферментами, называемыми каспазами, которые вызывают гибель клеток за счет расщепления определенных белков в цитоплазме и ядре. [12] Умирающие клетки сжимаются и конденсируются в апоптотические тельца. Поверхность клетки изменяется таким образом, чтобы проявлять свойства, которые приводят к быстрому фагоцитозу макрофагами или соседними клетками. [12] В отличие от некротической гибели клеток, соседние клетки не повреждаются апоптозом, так как продукты цитозоля безопасно изолированы мембранами до того, как подвергнуться фагоцитозу. [10]В среднем от 50 до 70 миллиардов клеток умирают каждый день из-за апоптоза. Подавление апоптоза может привести к ряду видов рака, аутоиммунных заболеваний, воспалительных заболеваний и вирусных инфекций. Гиперактивный апоптоз может привести к нейродегенеративным заболеваниям, гематологическим заболеваниям и повреждению тканей.

Ремонт [ править ]

Когда клетка повреждена, организм пытается восстановить или заменить клетку, чтобы продолжить нормальные функции. Если клетка умирает, тело удаляет ее и заменяет другой функционирующей клеткой или заполняет промежуток соединительной тканью, чтобы обеспечить структурную поддержку оставшимся клеткам. Девиз процесса восстановления - заполнить пробел, вызванный поврежденными клетками, чтобы восстановить структурную целостность. Нормальные клетки пытаются регенерировать поврежденные клетки, но это не всегда происходит. Бесполое размножение - это то, что восстанавливает клетки

Регенерация [ править ]

Регенерация клеток паренхимы или функциональных клеток организма. Организм может производить больше клеток, чтобы заменить поврежденные клетки, сохраняя целостность и функциональность органа или ткани.

Замена [ править ]

Когда клетка не может быть регенерирована, организм заменяет ее стромальной соединительной тканью для поддержания функции ткани / органа. Стромальные клетки - это клетки, которые поддерживают паренхиматозные клетки в любом органе. Фибробласты, иммунные клетки, перициты и воспалительные клетки являются наиболее распространенными типами стромальных клеток. [13]

Биохимические изменения при клеточном повреждении [ править ]

Истощение запасов АТФ (аденозинтрифосфата) - это обычное биологическое изменение, которое происходит при повреждении клеток. Это изменение может произойти, несмотря на провоцирующий агент повреждения клетки. Снижение внутриклеточного АТФ может иметь ряд функциональных и морфологических последствий во время повреждения клетки. Эти эффекты включают:

  • Отказ АТФ-зависимых насосов ( Na+
    / К+
    насос и Ca2+
    насос), в результате чего чистый приток Na+
    и Ca2+
     ионы и осмотическое набухание.
  • Клетки с истощением АТФ начинают осуществлять анаэробный метаболизм, чтобы получать энергию из гликогена, что известно как «гликогенолиз».
  • Как следствие, происходит снижение внутриклеточного pH клетки, что опосредует вредные ферментативные процессы.
  • Затем происходит раннее скопление ядерного хроматина, известное как «пикноз», что в конечном итоге приводит к гибели клеток. [14]

Повреждение и восстановление ДНК [ править ]

Повреждение ДНК [ править ]

Повреждение ДНК (или повреждение РНК в случае геномов некоторых вирусов) представляется фундаментальной проблемой для жизни. Как отметил Хейнс [15], субъединицы ДНК не наделены какой-либо особой квантово-механической стабильностью, и, таким образом, ДНК уязвима для всех «химических ужасов», которые могут случиться с любой такой молекулой в теплой водной среде. Эти химические ужасы представляют собой повреждения ДНК, которые включают различные типы модификаций оснований ДНК, одно- и двухцепочечные разрывы и межцепочечные перекрестные связи (см. Повреждение ДНК (естественное). Повреждения ДНК отличаются от мутаций, хотя обе ошибки в ДНК. В то время как повреждения ДНК представляют собой аномальные химические и структурные изменения, мутации обычно вовлекают четыре нормальных основания в новые структуры. Мутации могут реплицироваться и, таким образом, унаследоваться при репликации ДНК. Напротив, повреждения ДНК - это измененные структуры, которые сами по себе не могут быть воспроизведены.

Несколько различных процессов восстановления могут удалить повреждения ДНК (см. Диаграмму в разделе « Ремонт ДНК» ). Однако те повреждения ДНК, которые не восстанавливаются, могут иметь пагубные последствия. Повреждения ДНК могут блокировать репликацию или транскрипцию гена. Эти блокировки могут привести к гибели клеток. В многоклеточных организмах гибель клеток в ответ на повреждение ДНК может происходить в результате запрограммированного процесса - апоптоза. [16] В качестве альтернативы, когда ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, содержащую поврежденный сайт, она может неточно обходить повреждение и, как следствие, вводить неправильное основание, что приводит к мутации. Экспериментально частота мутаций существенно возрастает в клетках, дефектных по репарации ошибочного спаривания ДНК [17] [18] или в гомологичных рекомбинационных клетках.ремонт (HRR). [19]

Как у прокариот, так и у эукариот геномы ДНК уязвимы для атак со стороны реактивных химических веществ, естественным образом производимых во внутриклеточной среде, и агентов из внешних источников. Важным внутренним источником повреждения ДНК как у прокариот, так и у эукариот являются активные формы кислорода (АФК), образующиеся как побочные продукты нормального аэробного метаболизма. Для эукариот окислительные реакции являются основным источником повреждений ДНК (см. Повреждения ДНК (естественные) и Седельникова и др. [20] ). У человека в сутки происходит около 10 000 окислительных повреждений ДНК на клетку. [21] У крыс, у которых скорость метаболизма выше, чем у людей, на клетку в день происходит около 100000 окислительных повреждений ДНК. В аэробно растущих бактериях ROS, по-видимому, являются основным источником повреждения ДНК, на что указывает наблюдение, что 89% спонтанно возникающих мутаций с заменой оснований вызваны введением индуцированных ROS однонитевых повреждений с последующей подверженной ошибкам репликацией после этих убытки. [22] Окислительные повреждения ДНК обычно затрагивают только одну из цепей ДНК на любом поврежденном участке, но около 1-2% повреждений затрагивают обе цепи. [23] Двухцепочечные повреждения включают двухцепочечные разрывы (DSB) и межцепочечные сшивки. Для человека расчетное среднее количество эндогенных DSB ДНК на клетку, возникающих в каждом поколении клеток, составляет около 50 [24]. Этот уровень образования DSB, вероятно, отражает естественный уровень повреждений, вызванных, в значительной степени, АФК, продуцируемыми активным метаболизмом.

Ремонт повреждений ДНК [ править ]

Для восстановления различных типов повреждений ДНК используются пять основных путей. Этими пятью путями являются эксцизионная репарация нуклеотидов, эксцизионная репарация оснований, репарация ошибочного спаривания, негомологичное соединение концов и гомологичная рекомбинационная репарация (HRR) (см. Диаграмму в репарации ДНК ) и ссылки. [16] Только HRR может точно восстанавливать двухцепочечные повреждения, такие как DSB. Путь HRR требует наличия второй гомологичной хромосомы, чтобы обеспечить восстановление информации, потерянной первой хромосомой из-за двухцепочечного повреждения.

Повреждение ДНК, по-видимому, играет ключевую роль в старении млекопитающих, и адекватный уровень репарации ДНК способствует долголетию (см. Теорию старения повреждений ДНК и ссылки [25] ). Кроме того, повышенная частота повреждения ДНК и / или снижение репарации ДНК вызывает повышенный риск рака (см. Рак , канцерогенез и новообразование ) и ссылку [25] ). Кроме того, способность HRR точно и эффективно восстанавливать повреждения двухцепочечной ДНК, вероятно, сыграла ключевую роль в эволюции полового размножения (см. Эволюция полового размножения и ссылки). [ необходима цитата ] У современных эукариот HRR во время мейоза обеспечивает главное преимущество в поддержании фертильности. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Сотовая адаптация

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Волк, Ронни; и другие. (2011). Неотложная дерматология . Издательство Кембриджского университета. стр.  1 -10. ISBN 9780521717335.
  2. ^ Кобб, JP; и другие. (1996). «Механизмы повреждения и гибели клеток». Британский журнал анестезии . 77 (1): 3–10. DOI : 10.1093 / ВпМ / 77.1.3 . PMID 8703628 . 
  3. ^ Klaassen, CD, Ed .: Casarett и Doull по токсикологии: Основная наука ядов. Шестое издание, McGraw-Hill, 2007 [2001].
  4. ^ Silva Соарес С, Карлос. «Причины повреждения клеток» (PDF) . https://is.muni.cz/ . Внешняя ссылка в |website=( помощь )
  5. ^ Лодиш Н, Берк А, Мацудаир Р, Кайзер СА, Krieger М, Скотт М. П., Zipursky С. Л., Дарнелл Дж (2004). Молекулярная биология клетки, WH Freeman: New York, NY. 5-е изд., С. 963
  6. ^ Hayes, AW, Ed .: Принципы и методы токсикологии, четвертое издание, Raven Press, New York, 2001 и 5-е издание (2008).
  7. ^ «Клеточное набухание». Humpath.com - Патология человека. Humpath.com, 30 января 2006 г., Web. 21 марта 2013 г.
  8. ^ Festjens, Nele; Ванден Берге, Том; Ванденабеле, Питер (01.09.2006). «Некроз, хорошо организованная форма гибели клеток: сигнальные каскады, важные медиаторы и сопутствующий иммунный ответ» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . Митохондрии: от молекулярного понимания к физиологии и патологии. 1757 (9–10): 1371–1387. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2006.06.014 . PMID 16950166 . 
  9. ^ "Медицинское определение ПИКНОЗА" . merriam-webster.com . Проверено 16 апреля 2016 .
  10. ^ a b Проскуряков Сергей Яковлевич; Коноплянников, Анатолий Г; Габай, Владимир Л (01.02.2003). «Некроз: особая форма запрограммированной гибели клеток?». Экспериментальные исследования клеток . 283 (1): 1–16. DOI : 10.1016 / S0014-4827 (02) 00027-7 . PMID 12565815 . 
  11. ^ «Что такое некроз? - Определение и типы - Видео и стенограмма урока | Study.com» . Study.com . Проверено 16 апреля 2016 .
  12. ^ а б Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (01.01.2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Наука о гирляндах. ISBN 978-0815332183.
  13. ^ Хардман, JG; Лимбурд, LE; Гилман, AG, ред. (2000). Гудман и Гилман Фармакологические основы терапии (10-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-135469-1.
  14. ^ Чиен, S; Толедо-Перейра, L, ред. (2008).«Метаболический менеджмент - получение и сохранение органов для трансплантации» . Нью-Йорк: Landes Bioscience Springer . Проверено 11 апреля +2016 .
  15. ^ Haynes RH (1988). Биологический контекст репарации ДНК. В: Редакторы Friedberg EC и Hanawalt PC, Механизмы и последствия обработки повреждений ДНК, John Wiley & Sons Canada, Limited, 1988, стр. 577-584. ISBN 0471502693 , 9780471502692 
  16. ^ а б Бернштейн, С; Bernstein, H; Пейн, СМ; Garewal, H (2002). «Репарация ДНК / проапоптотические белки с двойной ролью в пяти основных путях репарации ДНК: надежная защита от канцерогенеза». Mutat Res . 511 (2): 145–178. DOI : 10.1016 / s1383-5742 (02) 00009-1 . PMID 12052432 . 
  17. ^ Нараянан, L; Fritzell, JA; Бейкер, С.М. Лискай, РМ; Глейзер, PM (1997). «Повышенные уровни мутации во многих тканях мышей с дефицитом гена репарации несоответствия ДНК Pms2» . Proc Natl Acad Sci USA . 94 (7): 3122–3127. DOI : 10.1073 / pnas.94.7.3122 . PMC 20332 . PMID 9096356 .  
  18. ^ Хеган, округ Колумбия; Нараянан, L; Джирик, Франция; Эдельманн, Вт; Лискай, РМ; Глейзер, PM (2006). «Различия в паттернах генетической нестабильности у мышей, лишенных генов репарации несовпадений Pms2, Mlh1, Msh2, Msh3 и Msh6» . Канцерогенез . 27 (12): 2402–2408. DOI : 10.1093 / carcin / bgl079 . PMC 2612936 . PMID 16728433 .  
  19. ^ Тутт, АН; ван Остром, Коннектикут; Росс, GM; van Steeg, H; Ашворт, А (2002). «Нарушение Brca2 увеличивает скорость спонтанных мутаций in vivo: синергизм с ионизирующим излучением» . EMBO Rep . 3 (3): 255–260. DOI : 10.1093 / embo-reports / kvf037 . PMC 1084010 . PMID 11850397 .  
  20. ^ Седельникова, О.А. Редон, CE; Дики, JS; Накамура, Эй-Джей; Георгакилас, АГ; Боннер, WM (2010). «Роль окислительно-индуцированных повреждений ДНК в патогенезе человека» . Mutat Res . 704 (1–3): 152–159. DOI : 10.1016 / j.mrrev.2009.12.005 . PMC 3074954 . PMID 20060490 .  
  21. ^ Эймс, Б.Н.; Shigenaga, MK; Хаген, TM (сентябрь 1993 г.). «Окислители, антиоксиданты и дегенеративные заболевания старения» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 90 (17): 7915–22. DOI : 10.1073 / pnas.90.17.7915 . PMC 47258 . PMID 8367443 .  
  22. ^ Сакаи, А; Наканиши, М; Ёсияма, К. Маки, Х (2006). «Влияние активных форм кислорода на спонтанный мутагенез у Escherichia coli». Гены Клетки . 11 (7): 767–778. DOI : 10.1111 / j.1365-2443.2006.00982.x . PMID 16824196 . 
  23. ^ Massie, HR; Самис, HV; Бэрд, МБ (1972). «Кинетика деградации ДНК и РНК H2O2». Biochim Biophys Acta . 272 (4): 539–548. DOI : 10.1016 / 0005-2787 (72) 90509-6 . PMID 5065779 . 
  24. ^ Виленчик, ММ; Knudson, AG (2003). «Эндогенные двухцепочечные разрывы ДНК: производство, точность репарации и индукция рака» . Proc Natl Acad Sci USA . 100 (22): 12871–12876. DOI : 10.1073 / pnas.2135498100 . PMC 240711 . PMID 14566050 .  
  25. ^ a b Бернштейн H, Пейн CM, Бернштейн C, Гарвал H, Дворак K (2008). Рак и старение как последствия неремонтированного повреждения ДНК. В: Новое исследование повреждений ДНК (редакторы: Хонока Кимура и Аой Судзуки) Nova Science Publishers, Inc. , Нью-Йорк, Глава 1, стр. 1-47. открытый доступ, но только чтение https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=43247 Архивировано 25 октября 2014 г. на Wayback Machine ISBN 1604565810 ISBN 978-1604565812