Může se zdát až neuvěřitelné, že během vývoje nervové soustavy obratlovců zemře více než polovina buněk krátce po svém vzniku. Toto zdánlivé „plýtvání“ má své opodstatnění, redukce nadbytečných buněk během vývoje slouží například k rozdělení prstů: z tlapičky podobné lopatce se stane jeden z nejšikovnějších manipulačních nástrojů co kdy evoluce vytvořila - lidská ruka.
(www.sciencebiotechnology.com)
Díky apoptóze většina z nás nemá na nohou onu blánu mezi palcem a malíkem jako český velikán Jára Cimrman, jenž pro ni trpěl takové nadávky jako například kachna, potápka a někdy i bukač! A když už jsme u té vody není od věci zmínit, že apoptóza také zařizuje „upadnutí“ ocásku pulců v (postebryonálním) vývoji žab. Programovaná smrt buňky je také hlavní hrází proti nekontrolovatelnému dělení, tedy podstatě rakoviny. Rakovinné buňky se vyznačují právě tím, že unikají programové smrti a dělí se bez omezení a téměř bez ovlivnění okolím.
Naopak každá normální buňka, aby mohla žít a dělit se, potřebuje od svých sousedních buněk signály pro přežití. Tyto signály, jsou molekuly, které nasedají na receptory na povrchu buňky čímž ji dají signál, aby pokračovala v buněčném cyklu. Buňka nemající tyto signály v souladu se svým „programem“ spáchá sebevraždu. U již zmíněného vývoje nervového systému se tvoří nadbytek buněk, ale signály pro jejich přežívání jsou omezené, takže nadbytečné buňky zahájí progamovanou buněčnou smrt- apoptózu.
To umožňuje, aby přežilo přesně tolik buněk, kolik je pro budoucí nervový systém potřeba. Stejně jako pro přežívání i pro dělení potřebují buňky signály z okolí, tzv. růstové faktory. Bylo zjištěno, že jsou-li savčí buňky po určitou dobu vystaveny jejich nadbytku, mají pak také zvýšenou tendenci k apoptóze. I dospělý organismus si tak pomocí „buněčných sebevražd“ udržuje regulovaný počet buněk a zachovává tak například správnou funkci a tvar orgánů.
Apoptóza je smrt programovaná a už z názvu je vidět, že se nejedná o nic živelného, je to naplánovaný a každé buňce vlastní proces. Může být spuštěn nedostatkem signálů z okolí, signálem specifickým pro zahájení apoptózy, jiné typy programované buněčné smrti pak také poškozením buňky a jejího genetického kódu virem či fyzikálními podmínkami, možností pro iniciaci apoptózy je mnoho. (pozn. U některých autorů se pojem apoptóza rovná pojmu programovaná buněčná smrt, jindy je pouze jedním jejich z typů. Jedná se však spíše o členění morfologické, zásadní principy zůstávají stejné.)
Programovaná a řízená smrt je protikladem té neřízené – nekróze, k níž dochází, jsou-li mechanismy buňky poškozeny natolik, že není schopna sama sebe ukázněně zlikvidovat. Při nekróze buňka doslova vybuchne do okolí a způsobí zánět. Ale při apoptóze zánět nevzniká, buňka se kondenzuje a scvrkává, aniž by vylévala svůj obsah do okolí. Nakonec se uzavře do váčků z cytoplasmy a ty jsou zlikvidovány buď okolními buňkami, nebo přímo makrofágy.
Po té co buňka „zjistí“, že už není vítaná a kolegyně ji neposlaly žádný signál (v jiném případě naopak mohla dostat zvláštní signál pro zahájení apoptózy), spustí kolotoč sebelikvidace.
Ten je zprostředkován speciálními enzymy-kaspázami, které štípou proteiny na malé kousky. Tyto specifické proteázy zajistí, že většina proteinů buňky, se stane nefunkční, zároveň v jádře probíhá štěpení DNA pomocí endonukleáz na definované fragmenty. Celá buňka pak tvoří váčky do, kterých zaškrcuje sebe sama. Uvnitř váčků to pěkně likvidují kaspázy, ale jen tak aby neponičily jejich obal. Značně „scvrklé“ váčky jsou pozřeny sousedkami kanibalkami, nebo makrofágy, které jsou jedním z typů bílých krvinek.
Proces je geneticky řízen, což může znít zvláštně je-li DNA rozštípána, ale to se děje až poté co byly exprimovány geny smrti a zahájili apoptózu. Je také pravděpodobné, že geny řídící apoptózu zanikají až jako poslední. Významnou roli v řízení programované smrti hrají také organely, nejvíce pak mitochondrie. Genů spouštějících či naopak brzdících tuto buněčnou sebevraždu je objevováno stále více.
Poprvé se je podařilo objevit na maličkém červu Caenorhabditis elegans a nedávno byl publikován článek zabývající se vztahem skupiny apoptotických genů u rybky zebřičky (Danio rerio) k obdobným genům savců kódujících BCL2 proteiny. Bylo zjištěno, že tyto geny jsou evolučně velmi konzervované, tedy že proteiny jimi kódované jsou téměř shodné u savců i rybičky. Stejně tak bylo prokázáno, že i funkčně se tyto proteiny shodují, tedy že regulují apoptózu. Díky této skutečnosti bude zřejmě zebřička vhodným modelovým organismem pro studium apoptotických signálních drah. To je důležité jak pro výzkum embryologický, tak onkologický.
Zdroje:
John F. R. Kerry, History of the events leading to the formulation of the apoptosis concept, Toxicology 181-182 (2002)
Kratz E. et al, Functional characterization of the Bcl-2 gene family in the zebrafish, Cell Death and Differentiation (august 2006)
Alberts et al., Esential Cell Biology, Garland Pub. (2002)
Petr Mlejnek, Buněčná smrt, Vesmír, (srpen 2004)
Jára Cimrman et al., Lijavec-hra s opravdovým deštěm
Poznámka: Programovaná buněčná smrt je téma velice obsáhlé a tento článek jej nemůže pojmout v celé šíři. Z důvodu zestručnění a „poliďštění“ bylo nutné učinit značné ústupky oproti rozsahu možných příčin, signálních cest a celkové fyziologie apoptózy. Věřím, že tento stručný a do značné míry povrchní náhled na apoptózu běžného čtenáře zaujme a odborníka alespoň neurazí.