Дата: 14.05.2020 г.(1 час)

Тема:Старение и гибель клеток. Цитотехнологии.

Дата: 14.05.2020 г.(1 час)

Студенты должны знать:механизмы старения и восстановления функций на клеточном уровне .

Студенты должны уметь: характеризовать процесс старения клеток.

План

Внешне это проявляется в двух вариантах изменений. Может происходить сморщивание клетки и ее распад либо набухание с вакуолизацией и самоперевариванием. Если первый процесс — это проявление апоптоза, то второй — возникает при аутолизе и цитонекрозе.

В норме большинство клеток подвергаются апоптозу — запрограммированной гибели клеток. Имеется несколько способов самоуничтожения клеток.

Этот процесс запускается как в связи с истощением биологических ресурсов внутри клетки, так и под воздействием внешних факторов на жизнеспособную клетку. В первом случае клетка, выработавшая свои ресурсы, закономерно стареет и гибнет. Примером такого рода гибели служит старение и апоптоз эритроцитов, гранулоцитарных лейкоцитов и некоторых других клеток. Ведущим фактором, запускающим механизмы их гибели, является практически полное или значительное снижение синтетической активности: стареющие белковые комплексы менее эффективны, страдают репаративные (регенераторные) процессы, что рано или поздно ведет к запуску механизмов «самоубийства».

Если механизмы апоптоза запускаются извне, то это обусловлено действием на специальные рецепторы клетки веществ, запускающих программу «самоубийства». Такой механизм характерен для апоптозов нейронов при нарушении межнейронных взаимодействий (деафферентации), гибели клеточных популяций в эмбриогенезе, определяющих процесс нормального развития клеток (обратное развитие хвоста у человека, образование межпальцевых промежутков и твердого нёба).

Концепция антиген-маркера стареющих клеток в клеточной мембране (эритроцитах, лейкоцитах, тромбоцитах, клетках кожи, легких и др.) связывает запрограммированную гибель клеток с несколькими другими специфическими механизмами. Согласно этой теории, в гликокаликсе мембран стареющих клеток экспрессируется скрытый поверхностными гликопротеидами белок полосы III. Аутоантитела к этому маркеру старения служат мостиком, через который старая клетка присоединяется к фагоциту, далее она уничтожается путем фагоцитоза. По сути, это не механизм апоптоза, а способ уничтожения подвергающихся апоптозу клеток.

Апоптоз — это энергозатратный процесс, который может сопровождаться увеличением числа митохондрий. Апоптоз генетически предопределен, и программа «самоликвидации» клеток запускается различными механизмами, в зависимости от происхождения клетки. Выявлены некоторые химические вещества, активизирующие запуск апоптоза.

Апоптотическая клетка уменьшается в размерах, ядро сморщивается, нередко сегментируется, происходит конденсация хроматина (кариопикноз), исчезают ядрышки. В последующем ядро распадается на глыбки — кариорексис.

В клетках уменьшается уровень адгезии в связи с изменением комплексов гистосовместимости мембран. Такие клетки могут отделяться из общего пласта и перемещаться, например эпителий желудка и кишечника в полость органа. Клетки распадаются на фрагменты, которые поглощают макрофаги. Последние узнают клетки, подвергшиеся апоптозу, по измененным антигенным структурам на гликокаликсе.

Апоптоз — жизненно важный процесс, который позволяет заменить старые популяции клеток молодыми. В основе нормального внутриутробного развития многих органов также лежит апоптоз.

Механизмы остановки клеточного цикла и перехода к апоптозу разнообразны и недостаточно изучены. Причины такого разнообразия скрываются в том, что под термином «апоптоз» понимают не один, а множество родственных процессов.

Одной из причин для запуска апоптоза, связанного с внутренними нарушениями, является возникновение разрывов в двухцепочечной ДНК соматической клетки. Под влиянием этого нарушения происходит накопление белка р53 и/или увеличение его активности. При условии длительного высокого содержания данного белка он может активировать транскрипцию с генов, запускающих апоптоз, одновременно инактивируя антиапоптозные гены.

Внутренней причиной для запуска механизмов «самоубийства» может быть и серьезное повреждение внутриклеточных мембран. При этом нарушения структуры генома и мембран, соотношения ферментов, снижение трофического обеспечения клетки не должны быть катастрофическими для клетки. Если возникает фатальная катастрофа, процесс становится неуправляемым, развивается некроз клеток и они погибают.

При патологии клетки могут набухать, ядра в этом случае подвергаются кариолизису, нарушается целостность мембранных структур клетки с активацией процессов перекисного окисления и аутолиза. Набухают митохондрии, вакуолизируется цитоплазма. Завершается процесс некрозом.

Паранекроз — грубое нарушение структуры и функции клетки или ее частей, сопровождающееся вакуолизацией клетки, изменением энергетического обмена, нередко нарушением структурной целостности клетки. Паранекроз близок к некрозу, но отпивается тем, что обратим, некроз же необратимый процесс. Паранекроз сопровождается самоперевариванием клетки (аутолизом), набуханием и разрывом цитолеммы, грубой вакуолизацией цитоплазмы и кариолизисом.

Цитотехнологии - методы производства клеток. От слова "цито" (клетка) и "технология" - метод, способ производства).

Клеточная инженерия. Создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. В узком смысле слова под этим термином понимают гибридизации протопластов или животных клеток, в широком - различные манипуляции с ними, направленные на решение научных и практических задач. Является одним из основных методов биотехнологии. Используется для решения теоретических проблем в биотехнологии, для создания новых форм растений, обладающих полезными признаками и одновременно устойчивых к болезням.

Гибридизация соматических клеток. В основе метода лежит слияние клеток, вследствие чего образуются гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся гетерокарионы дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. Такую искусственную гибридизацию можно осуществлять между соматическими клетками, принадлежащими далеким в систематическом отношении организмам, и даже между растительными и животными клетками. Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в исследовании механизмов реактивации генома и степени фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов, клеточного деления, в картировании генов в хромосомах человека, в анализе причин злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы гибридомы, используемые для получения моноклональных (однородных) антител.

Реконструкция клеток. Изменять свойства клеток можно, вводя клеточные органеллы (ядра, хлоропласты), изолированные из одних клеток, в протопласты других клеток. Так, одним из путей активизации фотосинтеза растительной клетки может служить введение в нее высокоэффективных хлоропластов. Искусственные ассоциации растительных клеток с микроорганизмами используют для моделирования на клеточном уровне природных симбиотических отношений, играющих важную роль в обеспечении растений азотным питанием в природных экосистемах. Реконструкцию клеток проводят также путем слияния клеточных фрагментов (безъядерных, кариопласты с ядром, микроклитин, содержащих лишь часть генома интактной клетки) друг с другом или с интактными (неповрежденными) клетками. В результате получают клетки с различными свойствами, например цибриды, или клетки с ядром и цитоплазмой от разных отцов. Такие конструкции используют для изучения роли цитоплазмы в регуляции активности ядра.

Улучшения растений и животных на основе клеточных технологий. Клетки, выращиваемые на искусственных питательных средах, и ткани растений являются основой различных технологий в сельском хозяйстве. Одни из них направлены на получение идентичных исходной форме растений (оздоровление и клонального микроразмножения, криохранения генофонда при глубоком замораживании меристем и клеток пыльцы), другие - на создание растений, генетически отличных от исходных, путем или облегчения и ускорения традиционного селекционного процесса, или создания генетического разнообразия и поиска и отбора генотипов с ценными признаками. Таким путем получены растения, устойчивые к вирусам и других патогенов, гербицидов; растения, способные синтезировать токсины, патогенные для насекомых-вредителей; растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом; растения с измененным балансом фитогормонов и т.д.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какой процесс лежит в основе роста и размножения организма?

2. Из каких процессов состоит жизненный цикл клетки ?

3. Какие клетки делятся путем митоза

4. Что такое цитотехнологии, где они используются?

Уважаемые студенты, практическое задание необходимо выполнить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/id440251452

Преподаватель: Балабанова Марина Ивановна.