• 2 April 2021

Życie i śmierć komórek

Życie i śmierć komórek

Życie i śmierć komórek 800 572 Fundacja En Arche

Na stronie „W Poszukiwaniu Projektu” pojawił się tekst zatytułowany Zaprogramowana śmierć komórek w żywych organizmach autorstwa biologa, prof. Andrzeja Myca. Autor zwraca uwagę na proces apoptozy, czyli zaprogramowanej i zorganizowanej śmierci komórki oraz jej rozkładu. Wyjaśniając ten złożony i uporządkowany proces, prof. Myc stosuje różnorakie chwyty antropomorficzne, odnosząc się do sytuacji z życia codziennego i porównując do nich to, co odbywa się we wnętrzu komórki.

Różnorodność komórek i różnorodność ich rozkładu

Autor zwraca uwagę na różnorodność żywych komórek, które nie są jednorodne, gdyż tworzą różne tkanki: łączną, nabłonkową, mięśniową oraz nerwową, a każdą z tych tkanek tworzą bardziej wyspecjalizowane komórki, których jest ponad 200. Każda komórka zawiera skomplikowaną maszynerię, wymagającą złożonej regulacji[1]. Również zakończenie życia komórki wymaga zorganizowanej regulacji, o której szczegółowo opowiada autor omawianego artykułu. Prezentuje on kolejne kroki rozpadu komórki w procesie jej zaprogramowanej śmierci, zwracając uwagę, że działania te przebiegają stopniowo i wieloetapowo, prowadząc ostatecznie do rozkładu komórki. Apoptoza nie może być procesem gwałtownym, gdyż każdy jej element wymaga innego sposobu rozkładu ze względu na inne związki składowe (np. białka, lipidy) oraz przede wszystkim inne funkcje. Prof. Myc rozróżnia zaprogramowaną śmierć komórki od innych sposobów jej samozniszczenia, np. autofagii (trawienia przez samą siebie) spowodowanej głodówką[2] lub pyroptozy spowodowanej pirogenami (patogenami lub innymi czynnikami zapalnymi)[3].

Etapy apoptozy

Zaprogramowana śmierć komórki przebiega stopniowo oraz wieloetapowo, a cały proces rozpoczyna się od zaburzenia jej homeostazy, której zachwianie prowadzi do dekonstrukcji procesów życiowych komórki. Następnie drogą enzymatyczną rozkładane są białka, co upośledza fizjologię komórki. W tym samym czasie rozkładany jest także cytoszkielet, czyli swoiste rusztowanie komórki[4], przez co niejako się ona zapada. Kolejnym etapem jest dezaktywacja mitochondriów poprzez uwolnienie z nich cytochromu C, przez co przestają być wytwarzane cząsteczki ATP – źródło życiowej energii komórki. Po tym wszystkim następuje najtrudniejsze zadanie, czyli rozkład materiału genetycznego. Najpierw nić ulega dekondensacji, aby było możliwe jej pocięcie na krótkie fragmenty[5], przez co DNA traci swoje znaczenie informacyjne. Końcowym procesem jest rozkład wszystkich odpadów – błony komórkowej, dezaktywowanych organelli oraz innych pofragmentowanych elementów – przez fagocyty[6]. Jest to szczególnie ważne, ponieważ odkładane i nierozłożone odpady działałyby toksycznie na resztę żywych komórek. Autor zwraca uwagę, że życie jest warunkowane właśnie tą organizacją i uporządkowaniem, które warunkują zaprogramowaną śmierć komórek, zaś „nieśmiertelność” komórek paradoksalnie prowadzi do śmierci organizmu. Niekontrolowanymi podziałami i zaniechaniem apoptozy charakteryzują się bowiem komórki nowotworowe, które wymykają się spod kontroli organizmu, a przez to wyrządzają szkody organizmowi[7].

Znaczenie apoptozy

Proces programowanej śmierci komórki jest bardzo ważny pod wieloma względami. Wbrew pozorom śmierć komórek przyczynia się do rozwoju, homeostazy i dobrostanu całego organizmu. Niezaburzone działanie mechanizmów regulujących cykl komórkowy chroni przed nowotworami oraz przede wszystkim odpowiada za eliminację komórek zużytych i uszkodzonych (które mogłyby zaszkodzić prawidłowemu funkcjonowaniu organizmu), umożliwiając zastąpienie ich nowymi i w pełni funkcjonalnymi dzięki procesom mitotycznym. Apoptoza w okresie rozwoju zarodkowego umożliwia prawidłowe kształtowanie się tkanek i narządów, a w późniejszym okresie jest bardzo ważnym procesem w utrzymywaniu układu nerwowego. Neurony są bowiem bardzo kosztowne energetycznie, a ważnym elementem zmian plastycznych w układzie nerwowym jest eliminacja nieużywanych neuronów, a w ich miejsce tworzenie nowych połączeń pomiędzy aktywnymi neuronami, dzięki czemu komunikacja nerwowa jest znacznie sprawniejsza. Połączenia międzyneuronowe są znacznie ważniejsze dla prawidłowego funkcjonowania poznawczego i ruchowego niż dodatkowe neurony, są ponadto mniej kosztowne energetyczne niż utrzymanie całych ciał komórkowych neuronów. Apoptoza w tym kontekście pełni więc rolę nie tylko ochronną, ale również ekonomiczną. Ta organizacja i integracja procesów apoptotycznych jest zdaniem autora trudna do wyjaśnienia na drodze samego doboru naturalnego i przypadkowych mutacji[8].

Jeszcze bardziej radykalnie do tego tematu podchodzi amerykański biolog komórkowy i molekularny, Jonathan Wells w swoim tekście Teoria ewolucji może wytłumaczyć… śmiertelną chorobę, którego przekład również jest dostępny na stronie „W Poszukiwaniu Projektu”. Nawiązuje on do artykułu specjalisty w zakresie biologii nowotworów złośliwych, Mela Greavesa, w którym zaznacza on, że nowotwór złośliwy jest procesem ewolucyjnym w prawdziwym darwinowskim sensie ze względu na jego losowość i zmienność[9]. Według Wellsa, skoro śmiertelna choroba jest procesem ewolucyjnym w prawdziwym darwinowskim znaczeniu, to życie – jako pojęcie antagonistyczne do śmierci – nie może być wynikiem tych samych darwinowskich procesów[10]. Te same zjawiska bowiem nie mogą prowadzić zarówno do integracji (apoptoza, życie, uporządkowanie), jak i do dezintegracji (nowotwór, śmierć, brak kontroli). W świetle tych argumentów opinia profesora Myca okazuje się jak najbardziej uzasadniona, gdyż apoptoza wydaje się zbyt uporządkowanym procesem, aby była wynikiem wyłącznie bezcelowych i chaotycznych zmian.

 

Literatura

  1. Bagrowski B., „Tajemnice komórki z Michaelem Behe” – o złotej erze biologii molekularnej i poznawaniu mikrokosmosu komórkowego, „W Poszukiwaniu Projektu” 2021 [dostęp 02 IV 2021].
  2. Bowen R.A., Austgen L., Rouge M., Endonukleazy restrykcyjne i enzymy modyfikujące DNA: Nukleazy – DNAza i RNAza, „Biotechnologia i inżynieria genetyczna” 2020 [dostęp 02 IV 2021].
  3. Gośliński J., Co to są komórki nowotworowe?, „Zwrotnik Raka – portal onkologiczny” 2018 [dostęp 02 IV 2021].
  4. Greaves M., Nothing in Cancer Makes Sense Except…, „BMC Biology” 2018, Vol. 16, No. 22, s. 1–8 [dostęp 02 IV 2021].
  5. Herrmann H. et al., Intermediate Filaments: From Cell Architecture to Nanomechanics, „Nature Reviews Molecular Cell Biology” 2007, Vol. 8, s. 562-573.
  6. Mizushima N., Komatsu M., Autophagy: Renovation of Cells and Tissues, „Cell” 2011, Vol. 147, No. 4, s. 728–741 [dostęp 02 IV 2021].
  7. Myc A., Zaprogramowana śmierć komórek w żywych organizmach, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 02 IV 2021].
  8. Nirmala J.G., Lopus M., Cell Death Mechanisms in Eukaryotes, „Cell Biology and Toxicology” 2020, Vol. 36, s. 145–164 [dostęp 02 IV 2021].
  9. Thompson C.B., Apoptosis in the Pathogenesis and Treatment of Disease, „Science” 1995, Vol. 267, No. 5203, s. 1456–1462 [dostęp 02 IV 2021].
  10. Wells, Teoria ewolucji może wytłumaczyć… śmiertelną chorobę, tłum. P. Brzózka, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 02 IV 2021].

[1] Por. B. Bagrowski, „Tajemnice komórki z Michaelem Behe” – o złotej erze biologii molekularnej i poznawaniu mikrokosmosu komórkowego, „W Poszukiwaniu Projektu” 2021 [dostęp 02 IV 2021].

[2] Por. N. Mizushima, M. Komatsu, Autophagy: Renovation of Cells and Tissues, „Cell” 2011, Vol. 147, No. 4, s. 728–741 [dostęp 02 IV 2021].

[3] Por. J.G. Nirmala, M. Lopus, Cell Death Mechanisms in Eukaryotes, „Cell Biology and Toxicology” 2020, Vol. 36, s. 145-164 [dostęp 02 IV 2021].

[4] Por. H. Herrmann et al., Intermediate Filaments: From Cell Architecture to Nanomechanics, „Nature Reviews Molecular Cell Biology” 2007, Vol. 8, s. 562-573.

[5] Por. R.A. Bowen, L. Austgen, M. Rouge, Endonukleazy restrykcyjne i enzymy modyfikujące DNA: Nukleazy – DNAza i RNAza, „Biotechnologia i inżynieria genetyczna” 2020 [dostęp 02 IV 2021].

[6] Por. C.B. Thompson, Apoptosis in the Pathogenesis and Treatment of Disease, „Science” 1995, Vol. 267, No. 5203, s. 1456–1462 [dostęp 02 IV 2021].

[7] Por. J. Gośliński, Co to są komórki nowotworowe?, „Zwrotnik Raka – portal onkologiczny” 2018 [dostęp 02 IV 201].

[8] Por. A. Myc, Zaprogramowana śmierć komórek w żywych organizmach, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 02 IV 2021].

[9] Por. M. Greaves, Nothing in Cancer Makes Sense Except…, „BMC Biology” 2018, Vol. 16, No. 22, s. 1 [1–8] [dostęp 02 IV 2021].

[10] Por. J. Wells, Teoria ewolucji może wytłumaczyć… śmiertelną chorobę, tłum. P. Brzózka, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 02 IV 2021].