Запрограммированная Гибель Клеток: Формативная Роль
HOW DEATH SHAPES LIFE DURING DEVELOPMENT
Eric H. Baehrecke (baehreck@umbi.umd.edu) Nature Reviews Molecular Cell Biology3, No 10, 779-787 (2002)
The formation of an adult animal from a fertilized embryo involves the production and death of cells. Surprisingly, many cells are produced during development with an ultimate fate of death, and defects in
programmed cell death can result in developmental abnormalities. Recent
studies indicate that cells can die by many different mechanisms, and
these differences have implications for proper animal development and
disorders such as cancer and autoimmunity.
(Рис.1.) | Programmed cell death during development.
(Рис.2.) | Apoptotic and autophagic cell death are regulated at distinct steps.
(Рис.3.) | Pathways leading to programmed cell death.
(Табл.1) | Cell–death genes are conserved in different organisms
(Табл.2) | Yeast proteins involved in autophagy and most similar proteins in worms, flies and humans
Boxes
Walther Flemming was among the first to observe dying
cells during animal development.
Although several other accounts were made of dying cells in
association with growing and forming tissues, Glücksmann was the first to state clearly that cell death is a normal component of
animal development.
In 1973, Schweichel and Merker
defined three types of physiological cell death, based on their
morphological studies of developing vertebrate embryos: heterophagy,
autophagy and non-lysosomal death. The distinction between these
types of cell death was based on the location and role of lysosomes.
Heterophagy, which had been previously described and is now widely
known as apoptosis,
is found in isolated dying cells that show condensation of the
nucleus and cytoplasm, followed by fragmentation and phagocytosis by
cells that degrade their contents.
Autophagic cell death is often observed when groups of associated
cells or entire tissues die, and these dying cells contain
'autophagic vacuoles' in the cytoplasm that degrade cell components.
Autophagic cells therefore seem to contain the machinery that is
needed both to activate cell death and to degrade the dying cell (a
process that largely occurs in the phagocyte during apoptosis).
Non-lysosomal cell death has not been commonly observed in
developing embryos. This type of cell death is characterized by
swelling of cavities with membrane borders, followed by degeneration
without lysosomal activity.
Pioneering studies of the nematode Caenorhabditis elegans
led to the isolation of the core cell-death genes ced-3,
ced-4 and ced-9 (Табл.1 ). CED-3 is homologous to the mammalian caspase family, members of which are proteolytically activated and
are crucial effectors of programmed cell death signalling.
CED-4 is homologous to mammalian Apaf-1, which is a caspase cofactor in the presence
of cytochrome c and ATP;
this structure is now known as the apoptosome.
CED-9 is a member of the of cell death
regulators.
This core cell-death machinery was placed into a regulatory
hierarchy based on genetic studies in C. elegans.
Whereas mutations in ced-3 and ced-4 prevent the death
of many cells, these animals seem to develop without major defects.
By contrast, animals with mutations in the Bcl-2 family member
ced-9 die early in development because of ectopic cell
death,
and this study provided strong evidence that suppression of
programmed cell death is crucial to the survival of many animal
cells.
Drosophila melanogaster
Proper regulation of cell death is crucial in Drosophila.
Flies with mutations in the caspase dcp-1 die as larvae with tumours or are
infertile because of defects associated with oogenesis.
Furthermore, flies with strong or in dark (the Drosophila homologue of
Apaf-1) die during metamorphosis, have defects in nervous
system cell death and often have tumours
(J. Abrams, personal communication). Mutations in the inhibitor of
apoptosis (IAP) gene diap1 result in massive ectopic cell
death and embryonic lethality owing to the ectopic activity of
caspases.
Although the IAP genes and their regulators are not generally
considered to be part of the core cell-death machinery, these genes
have a profound effect on caspase regulation and are conserved in a
wide range of animals (Табл.1 ). Recent genetic studies
have shown that dark suppresses this dramatic diap1
phenotype, indicating that caspase-activated cell death requires
input from both dark and diap1.
Mouse
Genetic studies of cell death in mice show similarities to the
mutant phenotypes observed in Drosophila. Mutations in the
mouse gene Apaf-1 are lethal and have persistent cells that
result in interdigital webs, severe craniofacial abnormalities and
reduced cell death in the nervous system, which results in brain
overgrowth.
Furthermore, animals with mutations in caspase-3, caspase-8 and caspase-9 die during either embryonic or
perinatal development. Mice with caspase-8 mutations die
during embryogenesis with abnormalities in heart development.
Mice with caspase-3 and caspase-9 mutations also die
early in development and show defects in programmed cell death in
the nervous system, resulting in brain overgrowth.
Clearly, cell death is an important component of development of the
nervous system and heart, but more detailed studies of cell biology
in normal and mutant animals are required to understand the roles
that dying cells have during the formation of these structures.
Although mutations in most members of the Bcl-2 family do not seem
to affect mouse development, mice with mutations in BclX die during embryogenesis with massive
cell death in the nervous system.
Disruption of the Bcl-2 family member Mcl-1 does not seem to
affect cell death, but these mutants do die early during
development.
Box 3 | Autophagy: same name,
different processes? Autophagy was selected as a term to describe two
independent processes — a type of programmed cell death in
animals
and protein degradation in yeast and other eukaryotic cells under
nutrient-limiting conditions.
In both cases, autophagy seems to involve vacuolar proteolysis.
During autophagic cell death, this proteolysis presumably serves to
degrade the cell and plays the part of the phagocyte lysosome during
apoptosis.
Although autophagic vacuoles containing organelles such as
mitochondria were observed in dying animal cells in the 1960s,
it has not been clear how these structures form or which genes
regulate this process. By contrast, the morphology of vacuole
formation and the regulatory mechanisms of autophagy are well
characterized in yeast.
Links have been made between yeast autophagy genes and human cell
death,
but their general roles in vacuolar protein sorting, protein
degradation and cell signalling make it difficult to conclude that
autophagy is the same in animal cell death and yeast protein
degradation.
Genome sequence analyses indicate that worms, flies and humans
have genes that are similar to the yeast genes that are involved in
autophagy (Табл. 2). In addition, recent experiments indicate
that several fly genes that are similar to yeast autophagy genes are
transcribed in the salivary glands of Drosophila that die by
autophagic cell death (C.-Y. Lee et al., unpublished
observations). Although we can speculate that protein-degradation
mechanisms have been conserved in diverse organisms and that such
mechanisms might be implemented under different physiological
conditions, genetic and biochemical analyses are required to
determine the similarities and differences between these
autophagies.
Young, A. R. J. et al. Autophagy mediates the mitotic senescence transition. Genes Dev. 11 March 2009 (doi: 10.1101/gad.519709)
Как клетки переключаются с пролиферативного состояния к состоянию старания в ответ на клеточные стрессы, изучено недостаточно. Young et al. выявили новую роль для аутофагии - процесса, котрый связан с лизосомным разрушением цитоплазматических компонентов - в становлении старения.
Чтобы определить участвует ли аутофагия в индуцированном онкогенами старении (oncogene-induced senescence (OIS)), авт. оценивали уровень маркера аутофагии LC3-II во время старения, индуцированного с помощью онкопротеина Ras. LC3-II увеличивается в старых клетках, указывая тем самым на накопление аутофагосом. Клетки, подвергшиеся Ras-индуцированному старению, также обнаруживают увеличение деградации долгоживущих белков, которые в дальнейшем указывают на аутофагию.
Mammalian target of rapamycin (mTOR) является Ser/Thr киназой, которая формирует два самостоятельных комплекса, mTORC1 и mTORC2, которые негативно регулируют аутофагию. mTORC2 негативно регулирует транскрипционный фактор FOXO3A путем индукции его фосфорилирования посредством AKT. FOXO3A активирует субнабор autophagy-related (ATG) генов. Анализ микромассивов выявил снижение фосфорилирования FOXO3A, которое является показателем увеличения его транскрипционной активности, параллельно с увеличением уровней ATG транскриптов во время перехода к OIS. Многие лизосомные гены также усиливали свою активность, указывая на скоординированную регуляцию ATG и лизосомных генов, это согласуется с возможностью аутофагии во время OIS. В отдельном эксперименте избыточная экспрессия ULK3 (потенциального человеческого гомолога дрожжевого ATG1, который регулирует аутофагию под контролем mTORC1) оказалась достаточной для индукции аутофагии и старения. Т.о., как mTORC2-FOXO3A, так и mTORC1-ULK3 пути, по-видимому, участвуют в индукции аутофагии при старении.
Переход к старению сопровождается усиленной секрецией pro-senescent цитокинов interleukin 6 (IL-6) и IL-8. Быстрый оборот белков, которые участвуют в активном белковом синтезе, связанном с аутофагией, д. облегчать этот процесс. В самом деле повышенное потребление аминокислот наблюдается в Ras-индуцированных старых клетках. Поразительно, что деплеция ATG5 или ATG7 транскриптов, которые существенны для аутофагии, задерживает продукцию IL-6 и IL-8. Это подчеркивает функциональное значение аутофагии в установлении старения. Потребность в аутофагии при старении подтверждается и тем фактом, что истощение ATG5 и ATG7 также увеличивает способность клеток избегать старения. Эти данные указывают на то, что аутофагия вносит вклад в становление старения.
Наконец, авт. тестировали значение аутофагии во время OIS in vivo. Маркеры аутофагии и старения ко-локализуются в мышиных папиломах, содержащих активный Ras, и оказывались наиболее выраженными в местах перехода между пролиферативными и не пролиферативными регионами. Итак. аутофагия, по-видимому, играет критическую роль в фазе перехода становления старения in vitro, и эти важные клеточные процессы могут быть также задействованы in vivo
.
FURTHER READING
Klionsky, D. J. Autophagy: from phenomenology to molecular understanding in less than a decade. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 8, 931–937 (2007)
Деструкцию клеток впервые наблюдали в 1800s, но гибель клеток на рассматривалась как норма, имеющая формативную роль в развитии животных, пока об этом не заявил Glücksmann в 1951 (Box 1). Предложен общий термин 'запрограммированная гибель клеток', который первоначально опредлялся как сария событий кульминацией которых являюеся гибиель клетки. Эта генетически регулируемая запрграмиировнная клеточная гибель отличается от некроза в ответ на инсульт, который обусловливает вытекание соедржимого клетки и воспаление.
Элегантные исследования на изолированных клетках раскрыли детельные механизмы биохимических путей, регулирующих запрограммированнц гибель клеток. Затем было установлено, что клетки с чрезвычайно разными морфолигиями гибели, использую общие механизмы деструкции. Этот факт в купе с желанием разработать терапию, для контроля клеточной гибели, связанной с таким нарушениями, как рак, аутоиммунитет, нейродегенераци и myelodysplastic синдромы, возбудил интерес к роли гибели клеток в развивающемся организме.
Death is a normal component of development
Организмы столь различные как черви и человек имеют законсервированные гены, которые кодируют основную кухню (machinery) клеточной гибели. Было показано, что физиологиеская гибель клеток важна для нормального развития. Есть множество причин для гибели клеток; напр., во время образования или устранения структур, контроля числа клеток и удаления аномальных клеток
Forming structures.
Запрограммиированная гибель клеток при формировании структур, таких как пальцы рук и ног (Рис. 1a). Она наблюдается также, когда эпителий инвагинирует (напр., при образовании нервной трубки), эвагинирует (как при образовании оптических пузырьков) и сливается (для образования структур, таких как нёбо). Наблюдаются и апоптическая и аутофагическая клеточная морфология (Box 1) в клетках, которые погибают в связи с формированием структур, таких как пальцы и нёбо у мышей. Хотя основная кухня (machinery) клеточной гибели (Box 2), включая каспазы (Табл. 1), участвует в элиминации клеток во время формирования структур, таких как пальцы, эта клеточная гибель м. осуществляться и независимо от каспаз.
Deleting structures.
Запрограммированная гибель клеток удаляет также структуры, надобность в которых отпала (Рис. 1b). Во время развития амфибий, таких как лягушки, напр., головастики превращаются во взрослые формы, а хвост и кишечник головастиков делетируется. Метаморфоз еще более выражен у насекомых, у которых множество личиночных клеток разрушается, тогда как клетки, предназначенные сформировать взрослые структуры, подвергаются дифференцировке и морфогенезу. У высших животных, включая мышей и людей, тестостерон запускает гибель клеток молочных желез у самцов. Удаление структур обычно ассоциирует с аутофагической морфологией гибнущих клеток, хотя, по крайней мере, некоторые клетки, по-видимому, разрушаются с помощью основной кухни клеточной гибели.
Controlling cell numbers.
Создание тканей и органов с правильным количеством клеток обеспечивается за счет клеточных делений и запрограммированной гибели клеток (Рис. 1c). Избыток клеток, образуемый во время развития нервной системы у беспозвоночных и позвоночных и во время развития сердца у эмбрионов кур, постепенно устраняется за счет запрограммированной гибели клеток. Хотя несовсем ясно, почему создается избыток клеток, а затем удаляется, но очевидно, что это необходимо для формирования соответствующих паттернов миграции клеток и морфогенеза на одной из стадий, а позднее это оказывается излишним. Клетки, которые удаляются, чтобы контролировать количество клеток во время развития, имеют обычно апоптическую морфологию, хотя некоторые из латеральных моторных нейронов, погибающие у эмбрионов кур, не имеют.
Eliminating abnormal cells.
Dj время развития — a также во взрослой жизни — клетки, которые несут мутации, м. обладать вредными характеристиками, такими как неконтролируемый рост. Эти клетки, следовательно, элминируются с помощью запрограммированной гибели (Рис. 1d). Так, в иммунной системе позвоночных удаляются лимфоциты, которые продуцируют само-реактивные рецепторы во время развития.
Types of developmental cell death
Существует множество механизмов для регуляци клеточной гибели. Биохимические исследования погибающих клеток привели к заключению, что имеется, по крайней мере, два типа гибели — один активирвется посредством митохондрий и др., который не зависит от этих органелл.
Наиболее распространенными морфологическими формами запрограммированной гибели клеток у развивающихся животныхявляются апоптоз и гибель клеток за счет аутофагии (autophagy). Между ними имеются и сходство и различия. Механизмы апоптоза изучены довольно хорошо, а аутофагическая гибель клеток - нет. Более того, хотя механизмы, которые лежат в основе аутофагии детально изучены у дрожжей, несовсем ясно, сходны ли эти процессы с аутофагией во время запрограммированной гибели клеток (Box 3). Однако, многие из дрожжевых генов, которые действуют во время аутофагии, законсервированы у нематод, мух и людей (Табл. 2), роль этих генов у высших позвоночных остается неясной.
В то время как апоптические клетки погибают в изоляции и нуждаются в фагоцитах для удаления и деградации, клетки, которые погибают аутофагически, обычно гибнут группами и содержат лизосомную кухню (machinery), которая необходима для деградации большинсва из клеток во время последующей стадии клеточной гибели (Рис. 2). Считается, что активность каспаз и фрагментация ДНК являются синонимами апоптоза. Напротив, мышцы насекомых, которые погибают аутофагически, инициируют выраженный -ассоциированный протеолиз без признаков фрагментации ДНК.
Однако, последующие исследования показали, что аутофагия клеток средней и слюнных желез Drosophila melanogaster обнаруживает признаки фрагментации ДНК,
и сейчас очевидно, что убиквитином-обеспечиваемый протеолиз является важным регулятором также и апоптоза. Недавние исследования на Drosophila показали. что ubiquitin-обусловленный протеолиз используется во время апоптоза пигментных клеток глаз и предшественников сенсорных нейронов во время развития.
Хотя они и отличаются, но апоптическая и аутофагическая гибель клеток имеют и общие свойства — напр., в обоих процессы осуществляются ступенчато (Рис.2). Более того, экспрессия ингибитора каспаз предупреждает аутофагическую гибель клеток слюнных желез Drosophila, a гены. которые участвуют в апоптозе, индуцируются непосредственно после инициации аутофагии в этих такнях. Однако, клетки с аутофагической морфологией м. также погибать и каспаза-зависимым образом. Т.о., апоптоз и аутофагическая гибель клеток м.б. не столь уж различными, как об этом м. судить по морфологии гибнущих клеток.
Простейшей моделью для объяснения того, как и почему клетки гибнут аутофагически, является то, что эти клетки содержат кухню (machinery) и для гибели и для деградации, тогда как в случае апоптоза они находятся в разных, апоптических и фагоцитирующих клетках. Предложно множество моделей для объяснения наблюдаемых различий в морфологии гибнущих клеток. Появились сообщения о существенной изменчивости в морфологии апоптических клеток. Эти различия в морфологии м. указывать на то, что, по-видимому, имеются различные биохимические пути для активации гибели клеток. Учитывая ограниченное количество детальных исследований гибнущих клеток в контексте живых организмов, м. лишь предполагать о том, сколько путей имеется в действительности и как нарушения, связанные с дефектами клеточной гибели, м. сказываться на non-target клетках.
Activation of programmed cell death
Хотя биохимические механизмы, которые регулируют запрограммированную гибель клеток, изучены детально, гибель клеток у развивающихся животных привлекала мало внимания. Большинство исследований было сфокусировано на механизмах апоптоза, особенно идентификации и функции основной кухни клеточной гибели. Она эволюционно законсервирована и важна для нормального развития (Box 2) и широко используется разными типами запрограммированной гибели клеток. Напротив, очевидно, что имеется множество механизмов, регулирующих активацию — и возможно удаление — гибнущих клеток.
Активация запрограммированной гибели клеток тонко регулируется, а активация м. оказаться катастрофической. Несколько факторов вовлечены в процесс активации во время развития, включая информацию клональной принадлежности, внеклеточные факторы жизнеспособности, стероидные гормоны, мембран-связанные death рецепторы и ДНК-повреждающие агенты, такие как излучение (Рис. 3). Изучение клонов клеток и стероидов приводит нас к детальным механизмам активации клеток сигналами, передаваемыми во время развития животных.
Cell-lineage information.
Caenorhabditis elegans является идеальной моделью для изучения гибели клеток из-за практически инвариантного клонообразования клеток. Существуют две формы этих простейших нематод — гермафродиты и самцы. Немноги гермафродит-специфические нейроны погибают во время развития червей самцов. Эта запрограммированная гибель клеток у самцов зависит от функции пол-детерминирующего гена , который кодирует транскрипционный регулятор. TRA-1A белок связывается с регуляторным элементом в , репрессируя транскрипцию egl-1 и предупреждая индукцию клеточной гибели с помощью EGL-1. EGL-1 является ( ljvtyjdsv) активатором гибели клеток, который взаимодействует непосредственно с CED-9. Это взаимодействие удерживает CED-9 от совершения им своей обычной работы, которая связана с супрессией активации каспаз. Итак, это пример, в котором ген, который обеспечивает детерминацию пола, участвует в гибели пол-специфического клона нейральных клеток. Консервация EGL-1 с др. членами подсемейства BH3 про-апоптического семейства указывает на то, что сходный механизм м.б. использован в апоптозе.
Extracellular survival factors.
Устранение является важным стимулятором запрограммированной гибели клеток. Ростовыми факторами обеспечиваемая жизнеспособность клеток используется в развитии и нейронов в нервной системе позвоночных. Механизмы передачи трофических сигналов недавно подробно изучены во время развития Drosophila. Глиальные клетки срединной линии разделяют во время эмбрионального развития Drosophila. Примерно 10 клеток глии срединной линии генерируется в каэдом эмбриональном сегменте, но большинство из этих глиальных клеток погибает на специфической стадии. Эта запрограммированная гибель клеток зависит от потери взаимодействия между глией и нейронами, которые секретируют белок называемый . SPITZ является лигандом для epidermal growth factor рецептора, чьи сигналы — посредством Ras и mitogen-activated protein kinase пути — супрессируют про-апоптический белок . Следовательно, потеря сигналов SPITZ не позволяет HID активировать апоптоз за счет взаимодействия с DIAP1 и облегчает ему ингибирование каспаз.
Взаимодействие HID с DIAP1, с его последующей активацией каспаз, сходно с взаимодействием у позвоночных белка с 'inhibitor of apoptosis' (IAP) protein , названным . Это указывает на то, что данный механизм передачи сигналов законсервирован эволюционно. Однако, изучение того, как Smac/DIABLO регулируется после удаления фактора роста, необходимо, чтобы определить, законсервирован ли весь путь передачи трофических сигналов у беспозвоночных и позвоночных. Необходимо помнить, что hid и Smac/DIABLO не единственные гены у мух и млекопитающих, чьи продукты непосредственно взаимодействуют с IAPs, имеются доказательства, что (rpr), и у мух и у млекопитающих также действуют через сходные механизмы.
Steroid hormones.
Стероидные гормоны, по-видимому, регулируют запрограммированную гибель клеток за счет увеличения и уменьшения титра гормона. Удаление андрогенов запускает программу клеточной гибели в простате, а удаление стероидного гормона 20-hydroxyecdysone (экдизона) индуцирует гибель нейральных клеток у насекомых. Напротив, увеличение стероидов активирует запрограммированную гибель клеток средней кишки и слюнных желез личинок Drosophila во время развития.
Экдизон запускает аутофагическую гибель клеток слюнных желез с помощью двух-ступенчатой иерархии активации транскрипции генов ядерных рецепторов. Гены ядерных рецепторов EcR и кодируют компоненты комплексов гормон-рецептор.
Комплекс экдизонового рецептора и запускает первую ступень в этой иерархии за счет активации транскрипции , и . Продукция BR-C, E74A и E93 белков, регулирующих транскрипцию в свою очередь активирует вторую ступень иерархии за счет регуляции генов клеточной гибели. Мутации в BR-C, E74 и E93 нарушают транскрипцию генов клеточной гибели rpr, hid, (Apaf-1 related killer) и (каспаза) во время гибели слюнных желез. Мутации в BR-C, E74 и E93 кроме того предупреждают гибель клеток слюнных желез, так что регуляция транскрипции генов, вовлеченных в гибель клеток, по-видимому, предопределяет, погибнут ли эти клетки.
Cell removal and degradation
Регулируемое удаление клеток в отсутствие воспаления является простой, запрограммированной гибелью клеток, четко отличаемой от процесса некроза. Т.о., удаление и деградация гибнущих клеток во время развития с помощью фагоцитоза и аутофагии является критической ступенью, стоящей ниже основной cell-death machinery
(Рис. 3). Хотя механизмы, которые управляют аутофагическим удалением погибающих клеток до сих пор остаются загаджочными, значительно больше известно о фагоцитозе и деградации апоптических клеток.
Деградация апоптических клеток начинается еще до фагоцитоза. Ранние изменения апоптической клеточной морфологии — такие как цитоплазматическое blebbing и фрагментация ДНК — участвуют в регулируемом ремоделировании и протеолизе клеточных субстратов, таких как актин, lamins и тубулин. Хотя многие из этих изменений происходят до того, как апоптические клетки будут захвачены, это некоторые аспекты деградации клеток, необходимые для фагоцитоза. Выделение phosphatidylserine рецепторов помогает определить механизм распознавания фагоцитами апоптических клеток. Эти рецепторы распознают phosphatidylserine на поверхности гибнущих клеток, которые служат сигналами типа 'съешь меня' для фагоцитов. Кроме того некоторые scavenger рецепторы также участвуют в распознавании гибинущих клеток. Роль этих рецепторов corpse clearance подтверждается генетическими исследованиями на Drosophila, у которой ген scavenger рецептора необходим для удаления апоптических клеток во время эмбриогенеза.
Механизмы, которые регулируют фагоцитоз гибнущих клеток, изучали в основном на C. elegans. Это привело к идентификации ced-1, ced-2, ced-5, ced-6,ced-7, ced-10 и ced-12. Эти гены кодируют два пути фагоцитоза — ced-1,ced-6 и ced-7 участвующие в одном пути и ced-2, ced-5, ced-10 и ced-12 в др. Одиночные мутации в любом из генов не нарушают фагоцитоза, но мутации генов в обоих путях препятствуют захвату гибнущих клеток. Взаимоотношения между ced-1, ced-6 и ced-7 не полностью установлены: ced-1 кодирует белок, сходный с scavenger рецепторами людей, который активен в фагоцитозе; ced-6 кодирует адапторный белок; а ced-7 кодирует белок, который сходен с членами семейства транспортеров ABC. Напротив, ced-2, ced-5, ced-10 и ced-12 кодируют гомологов генам млекопитающих CrkII, DOCK180, и ELMO, соотв. CED-2 и CrkII содержат и взаимодействуют с CED-5 и
DOCK180, соотв. CED-5 и DOCK180 в свою очередь взаимодействуют с CED-12 и ELMO, соотв., и эти взаимодействия, как полагают, передают сигналы к CED-10 и Rac1 (соотв.), чтобы запустить реорганизацию цитоскелета. Следовательно, этот законсервированный аппарат передает сигналы от клеточной поверхности к цитоскелетц и, по-видимоу, запускает миграцию и ремоделирование фагоцитов, захватывающих гибнущие клетки.
Недавние исследования проливают свет на механизмы, которые лежат в основе распознавания и захвата апоптических клеток фагоцитами. Однако, клетки, которые погибают с помощью механизма, не завиящего от каспазce, также м. захватываться, следовательно, ни каспазы, ни апоптоз не обязательны для фагоцитоза. Мало что известно о генетических механизмах деградации клеток после апоптоза и во время аутофагической гибели клеток. На базе морфологических наблюдений, сходные базирующиеся на лизосомах подходы, по-видимому, используются для деградации как апоптических, так и аутофагирующихся клеток. Когда апоптические клетки переварены фагоцитами, то захваченные клетки сливаются с первичными лизосомами, в которых деградация осуществляется с помощью протеолиза. Напротив, в аутофагических вакуолях, формируемых за счет слияния аутофагосом (autophagosome) с лизосомами гибнущих клеток, содержимое вакуолей деградируется с помощью протеолиза.
Conclusions
Programmed cell death, like cell division, is an integral component of
normal animal development. The biochemical
studies point to the genes that regulate apoptosis as possible targets for
therapies both to activate and to inactivate cell death, depending on the
physiological context.
Biologists and clinicians with an interest in therapies to regulate cell
death because of its association with human syndromes should take special
note of the possible diversity and relatedness of cell death during
development. New strategies to kill cells will probably be identified in
studies of diverse cell populations such as those in developing animals,
but these approaches to modify cell death could also have profound effects
on non-target cells.
The field of programmed cell death is rapidly moving towards integrated
or systems approaches. This is commendable and is rooted in the original
genomic approaches of Mendel, who allowed the intact organism to
illustrate which genes were important. This approach was successfully
implemented by Robert Horvitz and colleagues to isolate the core
cell-death machinery from worms,
and similar approaches continue to be used in other model systems.
Knowledge of the full genome sequences for humans and several model
systems is enabling researchers to analyse the and during cell death and, where there are
mutations, to analyse the effects of mutations on biochemical changes
during developmental cell death. These vast data sets will require
sophisticated computational approaches to get overviews of the cell and to
make rapid queries for biochemical details without losing the overall
picture of what is going on in the developing organism.
Future studies of developmental cell death will determine the
similarities and differences between the mechanisms that underlie the
destruction of cells under physiological conditions. For example, studies
of autophagy during cell death will determine the importance of the core
cell-death machinery in this less-studied form of cell death, and whether
the mechanisms of autophagy that have been identified in studies of yeast
are active in dying animal cells. This detailed understanding of the
mechanisms that regulate apoptotic and autophagic cell death will be
useful in the diagnosis of abnormal cell growth and the design of rational
therapies.
