Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из клеточного ранения )
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 клетки происходит, когда серьезность повреждения 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]
  • Метаболический: 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 активность, 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 электролитов клетки , 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 возникновения компенсаторных клеточных изменений. Клеткам может вернуться полноценное функционирование, но в некоторых случаях степень повреждения останется. [ необходима цитата ]

Сублетальный (обратимый) [ править ]

Клеточный отек [ править ]

Набухание клеток (или мутное набухание) может возникать из-за гипоксии клеток , 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 эндоплазматического ретикулума . Этот образец несмертельного повреждения иногда называют отечностью или вакуолярной дегенерацией. [7]Водянка - тяжелая форма мутного отека. Возникает при гипокалиемии из-за рвоты или диареи.

Ультраструктурные изменения обратимого клеточного повреждения включают:

  • Блеббинг
  • Притупление
  • искажение микроворсинок
  • ослабление межклеточных прикреплений
  • митохондриальные изменения
  • расширение эндоплазматического ретикулума

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 прилегающие 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.

Смертельный [ править ]

Некроз [ править ]

Некроз характеризуется набуханием цитоплазмы, необратимым повреждением плазматической мембраны и распадом органелл, что приводит 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 кариолиз ; 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 так, 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, 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 полную 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 любого органа. 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 возбудитель 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 истощенным содержанием АТФ начинают осуществлять анаэробный метаболизм, чтобы получать энергию из гликогена, что известно как «гликогенолиз».
  • Вследствие этого возникает 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 представляют собой 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 на клетку в день происходит около 10 000 окислительных повреждений ДНК. [21] У крыс, у которых скорость метаболизма выше, чем у людей, на клетку в день происходит около 100000 окислительных повреждений ДНК. У аэробно растущих бактерий ROS, по-видимому, являются основным источником повреждения ДНК, о чем свидетельствует 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 людей расчетное среднее количество эндогенных DSB ДНК на клетку, возникающих при каждом поколении клеток, составляет около 50 [24]. Этот уровень образования DSB, вероятно, отражает естественный уровень повреждений, вызванных, в основном, АФК, продуцируемыми активным метаболизмом.

Ремонт повреждений ДНК [ править ]

Для восстановления различных типов повреждений ДНК используются пять основных путей. Эти пять путей представляют собой эксцизионную репарацию нуклеотидов, эксцизионную репарацию оснований, репарацию ошибочного спаривания, негомологичное соединение концов и гомологичную рекомбинационную репарацию (HRR) (см. Диаграмму в репарации ДНК ) и ссылки. [16] Только HRR может точно восстановить 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] ). Более 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 основное преимущество сохранения 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, Нью-Йорк, 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; Limburd, 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, Л., 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; Гарвал, 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 мутаций 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 несоответствий 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; Эшворт, 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, H (2006). «Влияние активных форм кислорода на спонтанный мутагенез у Escherichia coli». Гены клеток . 11 (7): 767–778. DOI : 10.1111 / j.1365-2443.2006.00982.x . PMID 16824196 . 
  23. ^ Мэсси, 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