Naukowcy zmierzyli „prędkość śmierci”

Komórki poddane działaniu czynników stresowych lub sygnałów międzykomórkowych mogą wejść na drogę apoptozy, czyli programowanej śmierci komórek. Proces ten ma kluczowe znaczenie w rozwoju i prawidłowym funkcjonowaniu organizmów, ale dotychczas nie został dokładnie poznany. Naukowcom z Uniwersytetu Stanforda udało się zmierzyć prędkość, z jaką zachodzi.

 

Apoptoza, którą można przyrównać do komórkowego samobójstwa, ma miejsce we wszystkich organizmach wielokomórkowych, również w ciele człowieka. Szacuje się, że dziennie w wyniku tego procesu tracimy od 50 do 70 miliardów komórek, które następnie zastępowane są przez nowe. Apoptoza ma kluczowe znaczenie w rozwoju i funkcjonowaniu organizmów. Szczególnie istotna jest podczas rozwoju embrionalnego. To dzięki niej możliwe jest na przykład rozdzielenie placów u dłoni i stóp. Proces ten umożliwia także eliminację komórek, poddanych działaniu czynników stresowych, takich jak ciepło, radioaktywność, infekcja wirusowa czy brak substancji odżywczych, oraz starych komórek, które nie funkcjonują prawidłowo.

 

Zaburzenie tego procesu może doprowadzić do sytuacji, w której „przeterminowane” komórki mogą przekazać niebezpieczne mutacje komórkom potomnym, a to z kolei może skutkować nawet rozwojem nowotworu. Inhibicja (zahamowanie apoptozy) prowadzi też do wielu innych schorzeń: chorób autoimmunologicznych, zapalnych czy infekcji wirusowych.

 

Jednak nie tylko zahamowanie apoptozy jest niebezpieczne dla organizmu, ale również nadmierna apoptoza. Proces ten ma swój udział w powstawaniu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak Alzheimer czy Parkinson. W przebiegu tych chorób apoptozę przechodzą komórki nerwowe.

 

Proces ten wykorzystywany jest także przez wirusa HIV do eliminacji limfocytów T – komórek układu odpornościowego. Cząstki wirusa za pomocą specjalnych enzymów dezaktywują cząsteczki Bcl-2 przeciwdziałające apoptozie oraz aktywują prokaspazę-8, która bezpośrednio rozpoczyna proces programowanej śmierci zaatakowanej komórki. Limfocyty T, znajdujące się w pobliżu, poprzez obecność białek wydzielanych przez wirusa oraz zaatakowaną komórkę w płynie międzykomórkowym również wchodzą na drogę apoptozy.

 

Chociaż apoptoza jest niezwykle ważnym procesem, a dokładne poznanie jej mogłoby umożliwić walkę z wieloma śmiertelnymi chorobami, naukowcy jeszcze wiele nie wiedzą o jej przebiegu. Wiadomo, że zamiast zwyczajnej eksplozji komórek, apoptoza jest procesem, który zachodzi stopniowo, jak fala niszcząca po kolei to, co spotka na drodze. Nie poznano natomiast, co prowadzi do powstania tej „fali”.

 

Programowana śmierć komórki inicjowana jest przez tzw. chemiczne sygnały śmierci. Jedną z takich cząsteczek jest cytochrom c, który zlokalizowany jest w mitochondriach i bierze udział w oddychaniu wewnątrzkomórkowym. Kiedy mitochondrium jest uszkodzone, białko to przedostaje się do cytoplazmy. Gdy jego stężenie jest wystarczająco wysokie, aktywowane są kaspazy, które aktywują kolejne białka, które następnie zaczynają dalej niszczyć mitochondrium. W rezultacie z organellum przedostaje się jeszcze więcej cytochromu, a „fala śmierci” obejmuje kolejne struktury komórki.

 

Naukowcy obserwowali ten proces na przykładzie apoptozy komórki jajowej platany szponiastej (gatunek afrykańskiej żaby). Przejście „fali śmierci” trwało około pół godziny. W ten sposób badacze oszacowali tzw. prędkość śmierci na 0.03 mm/min. Dzięki temu okazało się, że apoptoza nie może polegać na dyfuzji, która potrzebowałaby 5 godzin, aby zniszczyć komórkę. Naukowcy uważają, że zamiast tego dochodzi do tzw. chemicznej fali aktywności czyli ciągu reakcji chemicznych.

 

Badacze sądzą, że odkrycie to może pomóc w odnalezieniu sposobu, by „przekonać” komórki nowotworowe do wejścia na drogę apoptozy. Możliwe, że wiedza ta znajdzie swoje zastosowanie również w badaniach nad chorobami neurodegeneracyjnymi czy dystrofią mięśniową.