Ний цикл, диференціювання, старіння і смерть клітини

Клітинний, або життєвий, цикл клітини - це час існування клітини від поділу до наступного поділу, або від поділу до смерті. Для різних типів клітин клітинний цикл різний.

В організмі ссавців і людини розрізняють наступні три групи клітин, що локалізуються в різних тканинах і органах: часто діляться клітини (малодиференційовані клітини епітелію кишечника, базальні клітини епідермісу і інші);

рідко діляться клітини (клітини печінки - гепатоцити);

неделящиеся клітини (нервові клітини центральної нервової системи, меланоцити і інші).

Життєвий цикл у цих клітинних типів різний.

Життєвий цикл у часто діляться клітин - це час їх існування від початку поділу до наступного поділу. Життєвий цикл таких клітин нерідко називають мітотичним циклом. Такий клітинний цикл поділяється на два основні періоди: мітоз або період ділення;

интерфаза - проміжок життя клітини між двома поділами.

Варіанти переходу в наступні стадії клітинного циклу:

1. Клітка вступає в мітотичний цикл, обов'язковою умовою якого є реплікація ДНК. Починається синтетичний період інтерфази.

2. Клітка припиняє зростання і переходить у фазу диференціювання і нормальної активності. Цю стадію іноді називають стадією пролиферативного спокою (G0). Однак слово спокій не означає перехід клітини в стан анабіозу. У клітці активно здійснюються метаболічні процеси, починаються процеси диференціювання клітини.

Диференціація - це процес формування морфологічних особливостей клітин, що забезпечують виконання специфічних функцій. Процеси диференціювання клітин спостерігаються на всіх етапах онтогенезу, а сам процес обумовлений виборчої активністю певних генів. Іншими словами, характерні морфологічні та функціональні особливості клітин визначаються активністю тільки частиною генів з усього генотипу.

За ступенем спеціалізації клітини можна розділити на недиференційовані та диференційовані. Але тільки диференційовані клітини можуть повноцінно виконувати свої функції. Тому будь-яке порушення диференціювання приводить до порушення або не виконання функцій (пухлинні клітини ендокринних органів, поява в крові незрілих лімфоцитів).

Нормальне функціонування в складі органу - це основний період життєвого циклу клітин. Тривалість цього періоду різна для кожного типу клітин. Але неминучим завершенням ЖЦК є перехід в фазу старіння і загибелі.

Старіння і загибель клітин. Після певного періоду нормального функціонування у клітини починається період старіння, який морфологічно проявляється:

- зменшенням обсягу клітини

- збільшенням вмісту великих лізосом

- накопиченням пігментних і жирових включень

- появою вакуолей в цитоплазмі і ядрі

Загибель клітини - завершальний етап клітинного циклу. Загибель клітини - еволюційно обгрунтований (як механізм клітинного гомеостазу і умова нормальної життєдіяльності тканин) і генетично закріплений процес. У соматичних клітин є запрограмований межа можливих розподілів. Останнім часом активно вивчається особливий ділянку хромосом - теломери, що містить ген «безсмертя». Як вважають вчені, активність гена визначає кількість послідовних мітозів, але ця кількість у нормальних клітин обмежена. У пухлинних клітин функція гена порушена, і вони можуть ділитися необмежену кількість разів.

При загибелі клітини можна виділити два різних механізму її розвитку: некроз і апоптоз.

Некроз - виникає під дією різко виражених факторів (температурних, гіпоксія, хімічні і механічні дії, і т.д.). Іншими словами, некроз - «смерть в результаті нещасного випадку». На початковому етапі спостерігаються зміни органоїдів клітини (набухання мітохондрій і зменшення в них крист, розпад цистерн платінчатого комплексу), порушення проникності плазмолеми, пошкодження мембран лізосом і виділення гідролаз. Спостерігаються зміни і ядра клітини - кариопикноз, каріорексис, каріолізис. Залишкові продукти розпаду клітин привертають лейкоцити і макрофаги, навколо вогнища некрозу виникає запальна реакція (ознаки запалення - набряк, гіперемія, біль).

Апоптоз - активний генетично контрольований процес загибелі клітини. Апоптоз енерноемкій процес і регулюється різними внутрішніми факторами клітини. Він зазвичай відбувається в окремих клітках і має місце в нормі у людини як в ембріональної періоді так і у дорослого. Особливо значима роль апоптозу в наступних процесах: - формуванні органів в ході ембріонального розвитку

- видалення старіючих клітин в зрілих тканинах

- реакціях тканин на дію факторів

- в розвитку інфекційних захворювань

Сигнали, що запускають генетичну програму апоптозу:

1. Порушення регуляторних механізмів, що підтримують нормальну диференціювання і функціональну активність клітин, втрата контакту з іншими клітинами, зміни морфології і функцій органоїдів при старінні клітин.

2. Виникнення непереборних ушкоджень ДНК.

3. Інфекційні захворювання (вірусні).

Стадії апоптозу: - втрата клітиною контакту з сусідніми клітинами

- стиснення цитоплазми і ядра клітини, утворення здуття і випинань мембрани, кариопикноз

- розпад клітини на фрагменти і їх фагоцитоз сусідніми клітинами, на відміну від некрозу запальна реакція відсутня.

Дифферона (гистогенетический ряд) - сукупність клітинних форм, складових ту або іншу лінію

диференціювання. Вихідними клітинами дифферона є стовбурові клітини, далі йдуть кілька перехідних етапів - напівстовбурові, молоді (бластні) і дозрівають клітини, і нарешті зрілі або диференційовані клітини. Розрізняють повний дифферона - коли в тканини містяться клітини всіх етапів розвитку (наприклад, еритроцитарний дифферона в червоному кістковому мозку або епідермальний дифферона в епідермісі шкіри) і неповний дифферона - коли в тканинах містяться тільки перехідні і зрілі або навіть тільки зрілі форми клітин (наприклад, нейроцита центральної нервової системи). У дифферона послідовно розрізняють: стовбурові клітини, клітини-попередниці, зрілі клітини, які досягли стану остаточної (термінальної) диференціювання.

Стовбурові клітини - самопідтримується популяція клітин, здатних диференціюватися в декількох

напрямках і формувати різні клітинні типи.

Стовбурові клітини мають високі проліферативними потенціями, але, як правило, діляться рідко.

Клітини-попередниці. У міру диференціювання їх проліферативні потенції поступово зменшуються.

Виділяють найбільш ранню стадію клітин попередниць - коммітірованние, або напівстовбурові,

Зрілі клітини. Ними закінчується гистогенетический ряд. Здатність до проліферації повністю зникає.

Дифферона (гистогенетический ряд) - сукупність клітинних форм, складових ту або іншу лінію диференціювання. У дифферона розрізняють: стовбурові клітини - клітини-попередниці - зрілі клітини, які досягли стану остаточної (термінальної) диференціювання.

• Стовбурові клітини - самопідтримується популяція клітин, здатних диференціюватися в декількох напрямках і формувати різні клітинні типи. Так, стовбурові епендімного клітини ЦНС дають початок різним нейронам і гліоціти. Стовбурові клітини мають високі проліферативними потенціями, але, як правило, діляться рідко.

• Клітини-попередниці. У міру диференціювання проліферативні потенції клітин поступово зменшуються. Виділяють найбільш ранню стадію клітин-попередниць - коммітірованние, або напівстовбурові клітини.

• Зрілі клітини. Ними закінчується гистогенетический ряд.

Стовбуровими клітинами ембріона, плода і дорослого організму вважаються клітини, які при певних умовах здатні тривалий час відтворювати собі подібні клітини і протягом життя давати початок спеціалізованим клітинам, що утворюють тканини і органи тіла. Виділяють тотипотентність і плюрипотентні стовбурові клітини.

♦ тотипотентність клітина (лат. Totus - цілий, повний) має потенціал давати початок усім спеціалізованим клітинам, що формує тканини ембріона. Наприклад, зигота і бластомери за всіма ознаками відносяться до тотипотентність клітинам.

♦ плюрипотентні клітини (лат. Plures - кілька, багато) диференціюються в різні поліпотентні клітини всіх трьох зародкових листків - екто-, енто- і мезодерми. Клітини внутрішньої клітинної маси бластоцисти відносяться до плюрипотентні клітини.

• Стовбурові клітини ембріона. У ембріона виділяють (тобто отримують in vitro) плюрипотентні ембріональні стовбурові клітини і ембріональні статеві клітини.

• Стовбурові клітини дорослого організму виділені з червоного кісткового мозку, периферичної крові, пульпи зуба, спинного і головного мозку, кровоносних судин, скелетного м'яза, епітелію шкіри і травної системи, рогівки та сітківки ока, печінки і підшлункової залози. Це поліпотентні клітини, нащадки яких дають початок обмеженій кількості типів уніпотентних клітин-попередниць