17.Жизненный цикл клетки.Рост, дифференцировка, старение и смерть клетки. Дифферон и стволовые клетки. (подробно о митозе есть в вопросе № 10)

Клеточный, или жизненный, цикл клетки — это время существования клетки от деления до следующего деления,или от деления до смерти. Для разных типов клеток клеточный цикл различен.

В организме млекопитающих и человека различают следующие три группы клеток, локализующиеся в разных тканях и органах: часто делящиеся клетки (малодифференцированные клетки эпителия кишечника, базальные клетки эпидермиса и другие);

редко делящиеся клетки (клетки печени — гепатоциты);

неделящиеся клетки (нервные клетки центральной нервной системы, меланоциты и другие).

Жизненный цикл у этих клеточных типов различен.

Жизненный цикл у часто делящихся клеток — это время их существования от начала деления до следующего деления. Жизненный цикл таких клеток нередко называют митотическим циклом. Такой клеточный цикл подразделяется на два основных периода: митоз или период деления;

интерфаза — промежуток жизни клетки между двумя делениями.

Варианты перехода в следующие стадии клеточного цикла:

1. Клетка вступает в митотический цикл, обязательным условием которого является репликация ДНК. Начинается синтетический период интерфазы.

2. Клетка прекращает рост и переходит в фазу дифференцировки и нормальной активности. Эту стадию иногда называют стадией пролиферативного покоя (G0). Однако слово покой не означает переход клетки в состояние анабиоза. В клетке активно осуществляются метаболические процессы, начинаются процессы дифференцировки клетки.

Дифференцировка – это процесс формирования морфологических особенностей клеток, обеспечивающих выполнение специфических функций. Процессы дифференцировки клеток наблюдаются на всех этапах онтогенеза, а сам процесс обусловлен избирательной активностью определенных генов. Другими словами, характерные морфологические и функциональные особенности клеток определяются активностью только частью генов из всего генотипа.

По степени специализации клетки можно разделить на недифференцированные и дифференцированные. Но только дифференцированные клетки могут полноценно выполнять свои функции. Поэтому любое нарушение дифференцировки приводит к нарушению или не выполнению функций (опухолевые клетки эндокринных органов, появление в крови незрелых лимфоцитов).

Нормальное функционирование в составе органа – это основной период жизненного цикла клеток. Продолжительность этого периода различна для каждого типа клеток. Но неизбежным завершением ЖЦК является переход в фазу старения и гибели.

Старение и гибель клеток. После определенного периода нормального функционирования у клетки начинается период старения, который морфологически проявляется:

- уменьшением объема клетки

- увеличением содержания крупных лизосом

- накоплением пигментных и жировых включений

- появлением вакуолей в цитоплазме и ядре

Гибель клетки – завершающий этап клеточного цикла. Гибель клетки – эволюционно обоснованный (как механизм клеточного гомеостаза и условие нормальной жизнедеятельности тканей) и генетически закрепленный процесс. У соматических клеток имеется запрограммированный предел возможных делений. В последнее время активно изучается особый участок хромосом - теломера, содержащий ген «бессмертия». Как полагают ученые, активность гена определяет количество последовательных митозов, но это количество у нормальных клеток ограничено. У опухолевых клеток функция гена нарушена, и они могут делиться неограниченное число раз.

При гибели клетки можно выделить два различных механизма ее развития: некроз и апоптоз.

Некроз – возникает под действием резко выраженных повреждающих факторов (температурных, гипоксия, химические и механические воздействия, и т.д.). Другими словами, некроз – «смерть в результате несчастного случая». На начальном этапе наблюдаются изменения органоидов клетки (набухание митохондрий и уменьшение в них крист, распад цистерн платинчатого комплекса), нарушения проницаемости плазмолеммы, повреждение мембран лизосом и выделение гидролаз. Наблюдаются изменения и ядра клетки – кариопикноз, кариорексис, кариолизис. Остаточные продукты распада клеток привлекают лейкоциты и макрофаги, вокруг очага некроза возникает воспалительная реакция (признаки воспаления – отек, гиперемия, боль).

Апоптоз – активный генетически контролируемый процесс гибели клетки. Апоптоз энерноемкий процесс и регулируется различными внутренними факторами клетки. Он обычно происходит в отдельных клетках и имеет место в норме у человека как в эмбриональной периоде так и у взрослого. Особенно значима роль апоптоза в следующих процессах: - формировании органов в ходе эмбрионального развития

- удаление стареющих клеток в зрелых тканях

- реакциях тканей на действие повреждающих факторов

- в развитии инфекционных заболеваний

- опухолевом росте

Сигналы, запускающие генетическую программу апоптоза:

1. Нарушение регуляторных механизмов, поддерживающих нормальную дифференцировку и функциональную активность клеток, потеря контакта с другими клетками, изменения морфологии и функций органоидов при старении клеток.

2. Возникновение неустранимых повреждений ДНК.

3. Инфекционные заболевания (вирусные).

Стадии апоптоза: - утрата клеткой контакта с соседними клетками

- сжатие цитоплазмы и ядра клетки, образование вздутий и выпячиваний мембраны, кариопикноз

- распад клетки на фрагменты и их фагоцитоз соседними клетками, в отличие от некроза воспалительная реакция отсутствует.

Дифферон (гистогенетический ряд) – совокупность клеточных форм, составляющих ту или иную линию

дифференцировки. Исходными клетками дифферона являются стволовые клетки, далее идут несколько переходных этапов - полустволовые, молодые (бластные) и созревающие клетки, и наконец зрелые или дифференцированные клетки. Различают полный дифферон - когда в ткани содержатся клетки всех этапов развития (например, эритроцитарный дифферон в красном костном мозге или эпидермальный дифферон в эпидермисе кожи) и неполный дифферон - когда в тканях содержатся только переходные и зрелые или даже только зрелые формы клеток (например, нейроциты центральной нервной системы). В диффероне последовательно различают: стволовые клетки, клетки-предшественницы, зрелые клетки, достигшие состояния окончательной (терминальной) дифференцировки.

Стволовые клетки - самоподдерживающаяся популяция клеток, способных дифференцироваться в нескольких

направлениях и формировать различные клеточные типы.

Стволовые клетки обладают высокими пролиферативными потенциями, но, как правило, делятся редко.

Клетки-предшественницы. По мере дифференцировки их пролиферативные потенции постепенно уменьшаются.

Выделяют наиболее раннюю стадию клеток- предшественниц - коммитированные, или полустволовые,

клетки.

Зрелые клетки. Ими заканчивается гистогенетический ряд. Способность к пролиферации полностью исчезает.

Дифферон

Дифферон (гистогенетический ряд) - совокупность клеточных форм, составляющих ту или иную линию дифференцировки. В диффероне различают: стволовые клетки - клетки-предшественницы - зрелые клетки, достигшие состояния окончательной (терминальной) дифференцировки.

• Стволовые клетки - самоподдерживающаяся популяция клеток, способных дифференцироваться в нескольких направлениях и формировать различные клеточные типы. Так, стволовые эпендимные клетки ЦНС дают начало разным нейронам и глиоцитам. Стволовые клетки обладают высокими пролиферативными потенциями, но, как правило, делятся редко.

• Клетки-предшественницы. По мере дифференцировки пролиферативные потенции клеток постепенно уменьшаются. Выделяют наиболее раннюю стадию клеток-предшественниц - коммитированные, или полустволовые клетки.

• Зрелые клетки. Ими заканчивается гистогенетический ряд.

Стволовые клетки

Стволовыми клетками эмбриона, плода и взрослого организма считаются клетки, которые при определённых условиях способны длительное время воспроизводить себе подобные клетки и в течение жизни давать начало специализированным клеткам, образующих ткани и органы тела. Выделяют тотипотентные и плюрипотентные стволовые клетки.

♦ Тотипотентная клетка (лат. totus - целый, полный) обладает потенциалом давать начало всем специализированным клеткам, формирующим ткани эмбриона. Например, зигота и бластомеры по всем признакам относятся к тотипотентным клеткам.

♦ Плюрипотентные клетки (лат. plures - несколько, много) дифференцируются в разные полипотентные клетки всех трёх зародышевых листков - экто-, энто- и мезодермы. Клетки внутренней клеточной массы бластоцисты относятся к плюрипотентным клеткам.

• Стволовые клетки эмбриона. У эмбриона выделяют (т.е. получают in vitro) плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки и эмбриональные половые клетки.

• Стволовые клетки взрослого организма выделены из красного костного мозга, периферической крови, пульпы зуба, спинного и головного мозга, кровеносных сосудов, скелетной мышцы, эпителия кожи и пищеварительной системы, роговицы и сетчатки глаза, печени и поджелудочной железы. Это полипотентные клетки, потомки которых дают начало ограниченному количеству типов унипотентных клеток-предшественниц