Le processus par lequel une cellule peut se tuer est appelé mort cellulaire programmée (PCD). Ce mécanisme a plusieurs variétés et joue un rôle important dans la physiologie de divers organismes, en particulier les multicellulaires. La forme la plus courante et la mieux étudiée d'ICC est l'apoptose.
Qu'est-ce que l'apoptose
L'apoptose est un processus physiologique contrôlé d'autodestruction cellulaire, caractérisé par la destruction progressive et la fragmentation de son contenu avec la formation de vésicules membranaires (corps apoptotiques), qui sont ensuite absorbées par les phagocytes. Ce mécanisme génétique est activé sous l'influence de certains facteurs internes ou externes.
Avec cette variante de la mort, le contenu cellulaire ne dépasse pas la membrane et ne provoque pas d'inflammation. Le dérèglement de l'apoptose entraîne des pathologies graves telles que la division cellulaire incontrôlée ou la dégénérescence tissulaire.
L'apoptose n'est qu'une des nombreuses formes de mort cellulaire programmée (PCD), c'est donc une erreur d'identifier ces concepts. Au célèbreles types d'autodestruction cellulaire comprennent également la catastrophe mitotique, l'autophagie et la nécrose programmée. D'autres mécanismes de PCG n'ont pas encore été étudiés.
Causes de l'apoptose cellulaire
La raison du déclenchement du mécanisme de mort cellulaire programmée peut être à la fois des processus physiologiques naturels et des changements pathologiques causés par des défauts internes ou une exposition à des facteurs indésirables externes.
Normalement, l'apoptose équilibre le processus de division cellulaire, régule leur nombre et favorise le renouvellement tissulaire. Dans ce cas, la cause de HGC est certains signaux qui font partie du système de contrôle de l'homéostasie. Avec l'aide de l'apoptose, les cellules jetables ou les cellules qui ont rempli leur fonction sont détruites. Ainsi, le contenu accru de leucocytes, de neutrophiles et d'autres éléments de l'immunité cellulaire après la fin de la lutte contre l'infection est éliminé précisément en raison de l'apoptose.
La mort programmée fait partie du cycle physiologique des systèmes reproducteurs. L'apoptose est impliquée dans le processus d'oogenèse et contribue également à la mort de l'ovule en l'absence de fécondation.
Un exemple classique de l'implication de l'apoptose cellulaire dans le cycle de vie des systèmes végétatifs est la chute des feuilles d'automne. Le terme lui-même vient du mot grec apoptosis, qui se traduit littéralement par "chute".
L'apoptose joue un rôle important dans l'embryogenèse et l'ontogenèse, lorsque les tissus changent dans le corps et que certains organes s'atrophient. Un exemple est la disparition des membranes entre les doigts des membres de certains mammifères ou la mort de la queue lors de la métamorphose.grenouilles.
L'apoptose peut être déclenchée par l'accumulation de changements défectueux dans la cellule résultant de mutations, du vieillissement ou d'erreurs mitotiques. Un environnement défavorable (manque de nutriments, manque d'oxygène) et des influences externes pathologiques médiées par des virus, des bactéries, des toxines, etc. peuvent être à l'origine du lancement de CHC. De plus, si l'effet néfaste est trop intense, alors la cellule ne fonctionne pas. avoir le temps d'effectuer le mécanisme de l'apoptose et en mourir développement du processus pathologique - nécrose.
Modifications morphologiques et structurales-biochimiques de la cellule pendant l'apoptose
Le processus d'apoptose est caractérisé par un certain ensemble de changements morphologiques, qui peuvent être observés par microscopie dans une préparation tissulaire in vitro.
Les principales caractéristiques de l'apoptose cellulaire incluent:
- reconstruire le cytosquelette;
- sceller le contenu de la cellule;
- condensation de chromatine;
- fragmentation du cœur;
- réduction du volume cellulaire;
- froissement du contour de la membrane;
- formation de bulles à la surface de la cellule,
- destruction des organites.
Chez les animaux, ces processus aboutissent à la formation d'apoptocytes, qui peuvent être engloutis à la fois par les macrophages et les cellules des tissus voisins. Chez les plantes, la formation de corps apoptotiques ne se produit pas, et après la dégradation du protoplaste, le squelette reste enparoi cellulaire.
En plus des changements morphologiques, l'apoptose s'accompagne d'un certain nombre de réarrangements au niveau moléculaire. Il y a une augmentation des activités lipase et nucléase, ce qui entraîne la fragmentation de la chromatine et de nombreuses protéines. La teneur en AMPc augmente fortement, la structure de la membrane cellulaire change. Dans les cellules végétales, on observe la formation de vacuoles géantes.
En quoi l'apoptose diffère-t-elle de la nécrose
La principale différence entre l'apoptose et la nécrose réside dans la cause de la dégradation cellulaire. Dans le premier cas, la source de destruction est les outils moléculaires de la cellule elle-même, qui fonctionnent sous contrôle strict et nécessitent la dépense d'énergie ATP. Avec la nécrose, la cessation passive de la vie se produit en raison d'effets néfastes externes.
L'apoptose est un processus physiologique naturel conçu de manière à ne pas endommager les cellules environnantes. La nécrose est un phénomène pathologique incontrôlé qui survient à la suite de blessures graves. Par conséquent, il n'est pas surprenant que le mécanisme, la morphologie et les conséquences de l'apoptose et de la nécrose soient à bien des égards opposés. Cependant, il existe également des points communs.
| Caractéristiques de processus | Apoptose | Nécrose |
| volume cellulaire | diminue | augmentation |
| intégrité de la membrane | maintenu | violé |
| processus inflammatoire | manquant | développe |
| Énergie ATP | dépense | non utilisé |
| fragmentation de la chromatine | disponible | présent |
| une forte baisse de la concentration d'ATP | est | est |
| résultat du processus | phagocytose | libération du contenu dans l'espace intercellulaire |
En cas de lésion, les cellules déclenchent le mécanisme de mort programmée, notamment pour empêcher le développement nécrotique. Cependant, des études récentes ont montré qu'il existe une autre forme de nécrose non pathologique, également appelée PCD.
Signification biologique de l'apoptose
Malgré le fait que l'apoptose entraîne la mort cellulaire, son rôle dans le maintien du fonctionnement normal de tout l'organisme est très important. Les fonctions physiologiques suivantes sont réalisées en raison du mécanisme de PCG:
- maintenir un équilibre entre la prolifération cellulaire et la mort;
- mise à jour des tissus et organes;
- élimination des cellules défectueuses et "vieilles";
- protection contre le développement de nécrose pathogène;
- modification des tissus et des organes au cours de l'embryogenèse et de l'ontogenèse;
- supprimer les éléments inutiles qui ont rempli leur fonction;
- élimination des cellules indésirables ou dangereuses pour l'organisme (mutantes, tumorales, infectées par un virus);
- prévention des infections.
Ainsi, l'apoptose est l'un des moyens de maintenir l'homéostasie des tissus cellulaires.
Dans les plantesl'apoptose est souvent déclenchée pour bloquer la propagation d'agrobactéries parasites infectant les tissus.
Étapes de la mort cellulaire
Ce qui arrive à une cellule pendant l'apoptose est le résultat d'une chaîne complexe d'interactions moléculaires entre différentes enzymes. Les réactions se déroulent en cascade, lorsque certaines protéines en activent d'autres, contribuant au développement progressif du scénario de la mort. Ce processus peut être divisé en plusieurs étapes:
- Induction.
- Activation des protéines pro-apoptotiques.
- Activation de la caspase.
- Destruction et restructuration des organites cellulaires.
- Formation des apoptocytes.
- Préparation de fragments cellulaires pour la phagocytose.
La synthèse de tous les composants nécessaires pour lancer, mettre en œuvre et contrôler chaque étape est basée sur la génétique, c'est pourquoi l'apoptose est appelée mort cellulaire programmée. L'activation de ce processus est sous le contrôle strict des systèmes de régulation, y compris divers inhibiteurs de CHG.
Mécanismes moléculaires de l'apoptose cellulaire
Le développement de l'apoptose est déterminé par l'action combinée de deux systèmes moléculaires: induction et effecteur. Le premier bloc est responsable du lancement contrôlé du ZGK. Il comprend les soi-disant récepteurs de mort, les protéases Cys-Asp (caspases), un certain nombre de composants mitochondriaux et des protéines pro-apoptotiques. Tous les éléments de la phase d'induction peuvent être divisés en déclencheurs (participent à l'induction) et en modulateurs qui assurent la transduction du signal de mort.
Le système effecteur est constitué d'outils moléculaires qui assurent la dégradation et la restructuration des composants cellulaires. La transition entre les première et deuxième phases se produit au stade de la cascade de caspases protéolytiques. C'est grâce aux composants du bloc effecteur que la mort cellulaire se produit pendant l'apoptose.
Facteurs d'apoptose
Les modifications structurales-morphologiques et biochimiques au cours de l'apoptose sont réalisées par un certain ensemble d'outils cellulaires spécialisés, parmi lesquels les plus importants sont les caspases, les nucléases et les modificateurs membranaires.
Les caspases sont un groupe d'enzymes qui coupent les liaisons peptidiques au niveau des résidus d'asparagine, fragmentant les protéines en gros peptides. Avant le début de l'apoptose, ils sont présents dans la cellule à l'état inactif en raison d'inhibiteurs. Les principales cibles des caspases sont les protéines nucléaires.
Les nucléases sont responsables de la coupe des molécules d'ADN. L'endonucléase active CAD, qui brise les régions de la chromatine dans les régions des séquences de liaison, est particulièrement importante dans le développement de l'apoptose. En conséquence, des fragments d'une longueur de 120 à 180 paires de nucléotides sont formés. L'effet complexe des caspases protéolytiques et des nucléases conduit à la déformation et à la fragmentation du noyau.
Modificateurs de la membrane cellulaire - brisent l'asymétrie de la couche bilipidique, la transformant en une cible pour les cellules phagocytaires.
Le rôle clé dans le développement de l'apoptose appartient aux caspases, qui activent progressivement tous les mécanismes ultérieurs de dégradation et de réarrangement morphologique.
Le rôle de la caspase dans les cellulesmort
La famille des caspases comprend 14 protéines. Certaines d'entre elles ne sont pas impliquées dans l'apoptose, tandis que les autres sont divisées en 2 groupes: initiatique (2, 8, 9, 10, 12) et effectrice (3, 6 et 7), autrement appelées caspases de second rang. Toutes ces protéines sont synthétisées sous forme de précurseurs - les procaspases, activées par clivage protéolytique, dont l'essence est le détachement du domaine N-terminal et la division de la molécule restante en deux parties, ensuite associées en dimères et tétramères.
Les caspases initiatrices sont nécessaires pour activer un groupe effecteur qui présente une activité protéolytique contre diverses protéines cellulaires vitales. Les substrats de caspase de deuxième niveau comprennent:
- Enzymes de réparation de l'ADN;
- inhibiteur de la protéine p-53;
- poly-(ADP-ribose)-polymérase;
- inhibiteur de la DNase DFF (la destruction de cette protéine conduit à l'activation de l'endonucléase CAD), etc.
Le nombre total de cibles pour les caspases effectrices est supérieur à 60 protéines.
L'inhibition de l'apoptose cellulaire est encore possible au stade de l'activation des procaspases initiatrices. Une fois les caspases effectrices activées, le processus devient irréversible.
Voies d'activation de l'apoptose
La transmission du signal pour déclencher l'apoptose cellulaire peut s'effectuer de deux manières: réceptrice (ou externe) et mitochondriale. Dans le premier cas, le processus est activé grâce à des récepteurs de mort spécifiques qui perçoivent des signaux externes, qui sont des protéines de la famille du TNF (facteur de nécrose tumorale) ou des ligands Fas situés en surfaceT-killers.
Le récepteur comprend 2 domaines fonctionnels: un domaine transmembranaire (destiné à se lier au ligand) et un "domaine de la mort" orienté à l'intérieur de la cellule, qui induit l'apoptose. Le mécanisme de la voie des récepteurs repose sur la formation d'un complexe DISC qui active les caspases initiatrices 8 ou 10.
L'assemblage commence par l'interaction du domaine de mort avec les protéines adaptatrices intracellulaires, qui à leur tour se lient aux procaspases initiatrices. Dans le cadre du complexe, ces dernières sont converties en caspases fonctionnellement actives et déclenchent une nouvelle cascade apoptotique.
Le mécanisme de la voie interne repose sur l'activation de la cascade protéolytique par des protéines mitochondriales spécifiques, dont la libération est contrôlée par des signaux intracellulaires. La libération des composants organites s'effectue par la formation d'énormes pores.
Cytochrome c joue un rôle particulier dans le lancement. Une fois dans le cytoplasme, ce composant de la chaîne d'électrotransport se lie à la protéine Apaf1 (un facteur d'activation de la protéase apoptotique), ce qui conduit à l'activation de cette dernière. Apaf1 est alors lié par les procaspases initiatrices 9, qui déclenchent l'apoptose par un mécanisme en cascade.
Le contrôle de la voie interne est assuré par un groupe spécial de protéines de la famille Bcl12, qui régulent la libération des composants intermembranaires des mitochondries dans le cytoplasme. La famille contient à la fois des protéines pro-apoptotiques et anti-apoptotiques, dont l'équilibre détermine si le processus sera lancé.
L'un des puissants facteurs qui déclenchent l'apoptose par le mécanisme mitochondrial est réactifformes d'oxygène. Un autre inducteur important est la protéine p53, qui active la voie mitochondriale en présence de dommages à l'ADN.
Parfois, le début de l'apoptose cellulaire combine deux voies à la fois: externe et interne. Ce dernier sert généralement à améliorer l'activation des récepteurs.
