Введение

Повреждение клетки (также известное как повреждение клетки) - это различные изменения стресса, которые испытывает клетка из-за внешних, а также внутренних изменений окружающей среды. Среди других причин это может быть связано с физическими, химическими, инфекционными, биологическими, питательными или иммунологическими факторами. Повреждение клеток может быть обратимым или необратимым. В зависимости от степени повреждения клеточный ответ может быть адаптивным, и, где это возможно, гомеостаз восстанавливается. Клеточная смерть происходит, когда повреждение превышает способность клетки восстанавливаться. Смерть клеток зависит как от длительности воздействия вредного стимула, так и от тяжести нанесенного ущерба. Метаболические: гипоксия и ишемия Химические агенты Микробные агенты: вирусы и бактерии Иммунологические агенты: аллергия и аутоиммунные заболевания, такие как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера. Генетические факторы: синдром Дауна, серповидноклеточная анемия

Цели

Наиболее заметными компонентами клетки, которые являются мишенями повреждения клетки, являются ДНК и клеточная мембрана. Повреждение ДНК: В клетках человека как нормальная метаболическая деятельность, так и факторы окружающей среды, такие как ультрафиолетовый свет и другие излучения, могут вызвать повреждение ДНК, в результате чего на клетку в день попадает до одного миллиона отдельных молекулярных повреждений. Повреждение мембраны: повреждение клеточной мембраны нарушает состояние клеточных электролитов, например кальция, который при постоянном увеличении вызывает апоптоз. Повреждение митохондрий: может возникнуть из-за снижения АТФ или изменения проницаемости митохондрий. Рибосомовое повреждение: повреждение рибосомальных и клеточных белков, например, неправильное свертывание белка, что приводит к активации апоптотического фермента.

Виды повреждений

Некоторые повреждения клеток могут быть обращены вспять, как только стресс удаляется или если возникают компенсаторные клеточные изменения. В некоторых случаях, однако, может быть повреждена клетка.

Изменение жировой массы

При изменении жира клетка была повреждена и не может адекватно метаболизировать жир. Небольшие вакуолы жира накапливаются и рассеиваются в цитоплазме. Незначительные изменения жировой массы могут не влиять на функцию клеток, однако более серьезные изменения жировой массы могут нарушить клеточную функцию. В печени увеличение гепатоцитов вследствие изменения жировой массы может сжимать соседствующие желчные каналы, что приводит к холестазу. В зависимости от причины и тяжести накопления липидов, изменение жировой массы обычно обратимо. Изменение жировой массы также известно как жировая дегенерация, жировая метаморфоза или жировой стеатоз.

Апоптоз

Апоптоз - это запрограммированная гибель излишних или потенциально вредных клеток в организме. Это энергозависимый процесс, опосредованный протеолитическими ферментами, называемыми каспазами, которые вызывают гибель клеток путем расщепления специфических белков в цитоплазме и ядре. Умирающие клетки сокращаются и конденсируются в апоптотические тела. Поверхность клетки изменяется таким образом, чтобы проявлять свойства, которые приводят к быстрому фагоцитозу макрофагами или соседними клетками. Существует некоторое доказательство того, что некоторые симптомы "апоптоза", такие как активация эндонуклеазы, могут быть ложно индуцированы без участия генетического каскада. Также становится ясно, что митоз и апоптоз переключаются или связаны каким-то образом, и что достигнутый баланс зависит от сигналов, полученных от соответствующих факторов роста или выживания. Проводятся исследования, направленные на выяснение и анализ механизмов клеточного цикла и сигнальных путей, которые контролируют остановку клеточного цикла и апоптоз. У взрослого человека ежедневно от 50 до 70 миллиардов клеток погибают из-за апоптоза. Ингибирование апоптоза может привести к ряду видов рака, аутоиммунных заболеваний, воспалительных заболеваний и вирусных инфекций. Гиперактивный апоптоз может привести к нейродегенеративным заболеваниям, гематологическим заболеваниям и повреждению тканей.

Ремонт

Когда клетка повреждена, организм пытается восстановить или заменить клетку, чтобы продолжить нормальные функции. Если клетка умирает, организм удаляет ее и заменяет другой функционирующей клеткой, или заполняет пробел соединительной тканью, чтобы обеспечить структурную поддержку оставшимся клеткам. Девиз процесса восстановления состоит в том, чтобы заполнить пробел, вызванный поврежденными клетками, чтобы восстановить структурную непрерывность. Нормальные клетки пытаются восстановить поврежденные клетки, но это не всегда возможно.

Восстановление

Регенерация клеток паренхимы, или функциональных клеток, организма. Организм может производить больше клеток, чтобы заменить поврежденные, сохраняя орган или ткань в целости и полноте.

Замена

Когда клетка не может быть регенерирована, организм заменит ее стромальной соединительной тканью для поддержания функции ткани или органа. Стромальные клетки - это клетки, которые поддерживают паренхимальные клетки в любом органе. Фибробласты, иммунные клетки, перициты и воспалительные клетки являются наиболее распространенными типами стромальных клеток.

Повреждение ДНК

Повреждение ДНК (или РНК в случае некоторых вирусных геномов) представляется фундаментальной проблемой для жизни. Как отметил Хейнс, подединицы ДНК не наделены какой-либо особенной квантово-механической стабильностью, и, таким образом, ДНК уязвима для всех "химических ужасов", которые могут произойти с любой такой молекулой в теплой водной среде. Эти химические ужасы - это повреждения ДНК, которые включают в себя различные виды модификации оснований ДНК, одно- и двойные разрывы нитей и межнитейные перекрестные связи (см. повреждение ДНК (природное происхождение). Повреждения ДНК отличаются от мутаций, хотя оба являются ошибками в ДНК. В то время как повреждения ДНК - это аномальные химические и структурные изменения, мутации обычно включают в себя нормальные четыре основания в новых соединениях. Мутации могут быть реплицированы, и, таким образом, унаследованы, когда ДНК реплицируется. В отличие от этого, повреждения ДНК - это измененные структуры, которые сами по себе не могут быть воспроизведены. Несколько различных процессов восстановления могут устранить повреждения ДНК (см. диаграмму в восстановлении ДНК). Однако повреждения ДНК, которые остаются непоправимыми, могут иметь пагубные последствия. Повреждения ДНК могут блокировать репликацию или транскрипцию генов. Эти блокировки могут привести к гибели клеток. В многоклеточных организмах клеточная смерть в ответ на повреждение ДНК может происходить в результате запрограммированного процесса - апоптоза. Кроме того, когда ДНК-полимераза реплицирует нить шаблона, содержащую поврежденный участок, она может неточно обойти повреждение и, как следствие, ввести неправильную базу, приводящую к мутации. Экспериментально показатели мутаций существенно увеличиваются в клетках, имеющих дефекты в репарации диссонанса ДНК или в гомологичном рекомбинационном репарации (HRR). Как у прокариот, так и у эукариот геномы ДНК уязвимы к атакам реактивных химических веществ, естественно вырабатываемых в внутриклеточной среде, и агентов из внешних источников. Важным внутренним источником повреждения ДНК как у прокариот, так и у эукариот являются реактивные виды кислорода (РОС), образующиеся в качестве побочных продуктов нормального аэробного метаболизма. Для эукариотов окислительные реакции являются основным источником повреждения ДНК (см. повреждение ДНК (природное происхождение) и Sedelnikova et al.). У людей около 10 000 окислительных повреждений ДНК происходит на клетку в день. У крысы, у которой метаболизм быстрее, чем у человека, около 100 000 окислительных повреждений ДНК происходит на клетку в день. В бактериях, развивающихся аэробным путем, ROS, по-видимому, является основным источником повреждения ДНК, как показано наблюдением, что 89% спонтанно возникающих мутаций замещения оснований вызваны введением ROS-индуцированных повреждений одной нити, за которыми следует репликация, склонная к ошибкам, помимо этих повреждений. Окислительные повреждения ДНК обычно включают только одну нить ДНК в любом поврежденном месте, но около 12% повреждений включают обе нитки. Двойные повреждения включают в себя двойные разрывы (DSB) и межсетевые стыки. Для человека среднее количество эндогенных ДНК-ДСБ на клетку, возникающих в каждом поколении клеток, составляет около 50. Этот уровень образования DSB, вероятно, отражает естественный уровень повреждений, вызванных, в значительной степени, ROS, производимых активным метаболизмом.

Ремонт повреждений ДНК

Для восстановления различных типов повреждений ДНК используются пять основных путей. Эти пять путей - это исправление отсечения нуклеотидов, исправление отсечения оснований, исправление несоответствия, негомологичное соединение концов и гомологичный рекомбинационный ремонт (HRR) (см. диаграмму в исправлении ДНК) и ссылки). Кроме того, повышенная частота повреждения ДНК и/или снижение восстановления ДНК вызывают повышенный риск развития рака (см. Раковые заболевания, канцерогенез и новообразования) и ссылка На существующих эукариотах, HRR во время мейоза обеспечивает основную пользу в поддержании фертильности.