Без постоянного отмирания клеток невозможна жизнь любого взрослого организма. Он должен все время обновляться. Мириады клеток отмирают и образуются вновь. Они гибнут, потому что выполнили свои задачи или перестали отвечать неким требованиям. Например, гибнут иммунные клетки, потерявшие способность защищать организм. Нарушение этого механизма может привести к серьезному заболеванию. Именно Джон Салстон первым определил генетический механизм, который управляет запрограммированной клеточной смертью.

Чтобы понять, как протекает апоптоз, Роберт Горвиц исследовал этот процесс опять же на примере червя. Он отыскал более полутора десятков генов, отвечавших за отмирание различных типов клеток червя, а также обнаружил генетический механизм, способный защитить от апоптоза. Особенно поразительно было то, что те же самые гены и протеины управляли отмиранием клеток в организме человека. Очевидно, процесс апоптоза протекает по аналогичной схеме вот уже полмиллиарда лет. В геном человека вписаны те же строки, что и в геном червя.

Роберт X. Горвиц

Родился в 1947 году в США. Некоторое время работал в Гарвардском университете. В1978 году перешел в Массачусетский технологический институт.

Открытие запрограммированной клеточной смерти стало одним из ключевых событий молекулярной биологии за последние десятилетия. Уже сейчас оно нашло практическое применение. Но прежде чем говорить об этом, скажем еще несколько слов о механизме апоптоза.

Планомерное отмирание клеток следует отличать от их патологической гибели, от некроза. В этом случае выделяются вещества, которые вызывают иммунную реакцию, и тогда ощущается боль.

Наоборот, апоптоз протекает совершенно безболезненно. Ядро клетки распадается. Сама она сжимается, рассыпаясь на несколько бляшек, окруженных мембраной. Соседние клетки поглощают и переваривают их. Так, каждый день в организме человека гибнут миллиарды кровяных клеток, и мы не замечаем этого.

Клетки, обреченные отмереть, получают команду двояким способом. Во-первых, некоторые клетки автоматически гибнут, если к ним не поступает сигнал от соседних клеток. Так, в развивающемся головном мозге отмирают нервные клетки, оказавшиеся в изоляции, то есть не установившие связь со своими соседями. Эта стратегия использована и в кровеносной системе. Некоторые клетки сами должны «напоминать себе», что им надо жить.

Во-вторых, приказ об отмирании клеток может поступить извне. Для этого используются различные сигнальные молекулы. Как только сигнал принят, внутри клетки поочередно активизируются особые ферменты (каспазы). В конце концов, протеины и ДНК разрушаются. Клетка гибнет.

Известны различные стратегии апоптоза. В одних случаях главный удар наносится по клеточным органоидам – прежде всего по митохондриям, своего рода «электростанциям», питающим клетку энергией. В других – объектом атаки становится клеточное ядро.

Довольно долго ученым не удавалось идентифицировать «вестника смерти» – сигнальную молекулу, вызывающую апоптоз. Впоследствии выяснилось, что, например, иммунные клетки выделяют так называемую молекулу FAS-Ligand. В принципе, ее действие обращено против клеток, инфицированных вирусами. Получив этот сигнал, те должны бесследно исчезнуть.

Если же в этом механизме происходит какой-то сбой и сигнальная молекула не достигает цели, то зараженная клетка продолжает расти. Так бывает при некоторых формах лейкемии, когда у больных клеток отсутствуют «антенны», с помощью которых они могли бы принять приказ о самоубийстве.

Процесс апоптоза играет важную роль в механизме развития многих заболеваний.

Так, при инфаркте миокарда, когда питание сердечной мышцы нарушено, начинается массовая гибель ее клеток, то есть типичный апоптоз. Сердечно-сосудистая деятельность ослабевает, а то и прекращается.

При рассеянном склерозе происходит массовое и невосполнимое отмирание нервных клеток.

Инсульт также связан с процессом апоптоза.

Сидней Бреннер

Родился в 1927 году в Южной Африке. В1954 году переехал в Великобританию и поступил на роботу е Оксфордский университет. Вскоре он выдвинулся в число ведущих молекулярных биологов страны.

На протяжении двух десятилетий он делил свой рабочий кабинет с Фрэнсисом Криком, одним из открывателей структуры ДНК. В настоящее время он работает в США,, в Беркли, в Molecular Science Institute.

Даже такое заболевание, как артериосклероз – сужение кровеносных сосудов, – вероятно, вызвано апоптозом: ошибочным отмиранием клеток, выстилающих внутреннюю поверхность сосудов.

Массовая гибель клеток, очевидно, вызывает и такие недуги, как хорею, болезнь Альцхаймера и болезнь Паркинсона.

Во всех этих случаях исследователи пытаются найти механизм, блокирующий гибель клеток и, значит, останавливающий развитие недуга. Очевидно, это можно сделать с помощью определенных лекарств. Их поиск – задача ученых и врачей.

Очень важную роль процессы апоптоза играют при возникновении раковых заболеваний. Для защиты от них в организме имеется особый протеин «р53». Именно он реагирует на появление злокачественных клеток; он отдает команду, и эти клетки гибнут. Если данный механизм работает безупречно, то раковые клетки могут прожить в организме человека всего пару часов. Затем они «добровольно» гибнут. Но иногда протеин перестает реагировать на мутации. Тогда больные клетки сохраняются в организме. Развивается рак.

В основе известного метода химической терапии рака лежит именно апоптоз. Лекарства стимулируют образование сигнальных молекул, приказывающих раковым клеткам отмереть. Однако зачастую это не помогает, потому что у клеток опухоли имеются дефекты в системе приема сигналов об апоптозе. Эти клетки, вопреки отданным командам, не отмирают. Лекарства оказываются бесполезными.

Так что в этой области медицины многое еще предстоит открыть. Лишь зная, как работают молекулярные «переключатели», замедляющие или ускоряющие апоптоз, можно управлять этим процессом, а значит, сдерживать развитие многих недугов. Несомненно одно: нобелевские лауреаты 2002 года – Бреннер, Салстон и Горвиц – заложили основы методики, позволяющей найти новые способы лечения болезней, от которых страдает человечество.

Адреса в интернете

Процессы, происходящие в клетке во время апоптоза biochem.roche.com/apoptosLs/scinfo1.htm

Форум «Апоптоз-онлайн» www.apopnet.com/

С легкой руки Сиднея Бреннера у биологов появилось новое подопытное животное – ленточный червь Caenorhabditis elegans. Его длина – всего миллиметр. Тысячи подобных созданий вьются в каждом комке земли, растертом руками. Они – безобидные призраки, населившие почву у нас под ногами. Однако, как ни странно такое слышать, эти неприметные черви являются, наверное, самыми изученными животными на свете.

Червь С. elegans – его непомерно длинное имя привыкли сокращать – очень просто устроен, и все же у него есть почти все те части тела, которыми награжден или обременен человек: кожа, нервы, мышцы, кишки, органы размножения. Да и генов у него всего в два раза (!) меньше, чем у нас. Их у червя – 19253. Сейчас около двух с половиной тысяч ученых в разных странах мира заняты тем, что изучают этих избранных наукой существ. Нам понятны происхождение и функции каждой из 959 клеток этого червя. Нам известны все жизненные процессы, протекающие в них. Так, все клетки его кишечного тракта являются клонами одной-единственной стволовой клетки. У каждого червя имеются 302 нервные клетки. Мы точно знаем, какие из них нужны ему, чтобы обонять, осязать или чувствовать жару. Мы можем начертить схемы включения каждой из зтих клеток, в том числе отметить все синапсы, посредством которых они сообщаются друг с другом.