Napriek tomu, že slovo smrť v nás najčastejšie vyvoláva pocity smútku a bolesti, existuje smrť, konkrétne geneticky programovaná bunková smrť, ktorá je pre človeka nielen užitočná, ale aj potrebná. Odborne sa nazýva apoptóza a je dôležitou súčasťou vývinu (ontogenézy) nielen človeka, ale aj iných organizmov. Pre zachovanie života človeka je nevyhnutná prítomnosť procesu, ktorý zabezpečuje odstraňovanie nadbytočných a nepotrebných buniek z jeho organizmu. Tento veľmi dôležitý proces sa niekedy označuje aj ako bunková samovražda, pretože bunka sa v tomto prípade na svojej smrti sama aktívne podieľa.
Ľudské bunky sa špecializujú podľa genetického programu
Ľudské telo je zložené z veľkého množstva základných stavebných tehličiek – buniek. Jednotlivé bunky sa počas vývoja ľudského plodu/zárodku špecializujú a organizovane spájajú. Vytvárajú tak tkanivá, orgány a orgánové sústavy, až nakoniec vzniká životaschopný mnohobunkový organizmus – človek. Bunky plodu sa hneď po oplodnení začínajú deliť a funkčne špecializovať, t. j. diferencovať. Každá bunka zárodku vstupuje do procesu diferenciácie so svojim vopred geneticky predurčeným programom. Tento program závisí od jej poslania, respektíve budúcej funkcie v spoločenstve iných buniek organizmu. Niektoré bunky sa špecializujú a menia na pokožkové, iné nervové, ďalšie na pečeňové, atď. Všetky nekompromisne dodržujú svoje programové vyhlásenie, pričom ich naprogramovaná snaha byť plnohodnotným členom spoločenstva celého organizmu, zabezpečuje organizmu ako celku jeho funkčnú existenciu. Bunkový program však neobsahuje plán len na jej funkčné obdobie, ale aj na čas jej fyzického skonu. Preto objav programovanej bunkovej smrti – apoptózy, ako prirodzeného procesu zakončenia fungovania už nepotrebnej alebo poškodenej bunky, je len ďalším dôkazom o neobyčajnej funkčnosti a úspornosti biologických systémov zostavovaných počas biologickej evolúcie (fylogenézy). Príroda sa prekvapujúco bráni plytvaniu energie už na úrovni jednotlivých buniek. Čas ich odchodu zo scény, respektíve hynutia, je naprogramovaný v génoch, ktoré sa podľa potreby zapínajú a vypínajú v presne definovanom čase a priestore. Dôsledky porušenia programového vyhlásenia bunky, vrátane straty schopnosti bunky odísť včas, je jednou z príčin jej nádorovej transformácie (premeny) na nádorovú.
Aká je úloha apoptózy?
Pripomeňme si, že apoptóza je prirodzenou súčasťou normálneho vývinu viacbunkových organizmov, vrátane človeka. Apoptóza, ktorá predstavuje mechanizmus umožňujúci odstraňovanie, respektíve elimináciu nepotrebných alebo poškodených buniek, sa u človeka spúšťa už počas embryonálneho vývoja v maternici, a
pokračuje v priebehu dospievania. Dôležitým predpokladom nenarušeného fungovania všetkých procesov v našom organizme je zachovanie správneho počtu buniek. A práve apoptóza je proces, ktorý túto nevyhnutnú skutočnosť zabezpečuje. Súhra apoptózy a delenia buniek (bunkovej proliferácie) je dôležitá pri tvarovaní samotných tkanív a formovaní orgánov počas embryonálneho vývinu. Apoptóza sa tiež výrazne podieľa na obnove buniek imunitného systému a kožného tkaniva. Počas embryonálneho vývoja máme všetci medzi prstami končatín tkanivo pripomínajúce plávacie blany. V prípade, že by neprebiehala apoptóza, prsty na rukách a nohách človeka by neboli oddelené, ale zostali by prepojené tkanivom pripomínajúcim plávaciu blanu kačíc.
Apoptické signály
Ako bunka spozná, že nadišiel čas začať apoptózu? A aká je odpoveď? Bunka to spozná podľa toho, či dostala signál/pokyn na jej spustenie. Pre bunku je dôležité, či príde signál na spustenie apoptózy z jej vnútorného alebo vonkajšieho prostredia. Existuje viacero apoptických signálov, ktoré vedú k spusteniu procesu apoptózy. Takým signálom môže byť napríklad röntgenové žiarenie, vystavenie bunky účinku toxických látok, alebo infikovanie bunky vírusom. Bunkovú smrť však môže vyvolať aj neprítomnosť niektorých látok nevyhnutných pre život (t. j. rastových faktorov). Podľa pôvodu signálov rozlišujeme dve cesty, ktorými apoptóza prebieha – vonkajšiu (cez tzv. receptor smrti) a vnútornú (tzv. mitochondriálnu). Keď bunka rozpozná apoptický signál, v jej vnútri dochádza k aktivácii enzýmov, odborne nazývaných kaspázy, ktoré sa podieľajú na rozpade celej bunky na niekoľko menších častí, nazývaných apoptotické telieska. Je pozoruhodné, že jadro bunky sa pritom zmenší, zhrudkovatie a rozpadne sa na viacero častí rovnako ako celá bunka. Apoptické telieska sú odstraňované/pohlcované špeciálnymi bunkami imunitného systému (fagocytmi), ako aj susednými bunkami bez toho, aby došlo k zápalu a poškodeniu buniek tvoriacich okolité tkanivo.
Aký je pôvod slova apoptóza?
Slovo apoptóza pochádza z gréckeho slova apoptosis a znamená padať, opadávať. Tento termín navrhol profesor James Cormack z Katedry gréčtiny na Aberdeenskej univerzite vo Veľkej Británii, ktorého inšpirovalo opadávanie lupeňov z kvetov a listov zo stromov. Profesor Cormack vrátil gréckemu pojmu apoptosis jeho pôvodné medicínske využitie. Gréci Hippokrates a Galenos pred dvoma tisícročiami používali v staroveku termín apoptosis pri opadávaní mäsa z kostí alebo pri plešatení. V modernej vedeckej literatúre sa názov apoptóza prvýkrát objavilo v roku 1972. Použitím tohto slova chcel vedec John F. R. Kerr vyjadriť skutočnosť, že rovnako ako pri jesennom opadávaní listov zo stromov, aj v prípade keď bunka hynie po prijatí apoptického signálu, ide o proces, ktorý nie je násilný a nebezpečný. Práve naopak. Apoptóza je pre organizmus prirodzeným a v konečnom dôsledku veľmi užitočným procesom.
Patologická bunková smrť sa nazýva nekróza
Apoptóza nie je jedinou možnosťou, akou bunky hynú. Choré/poškodené bunky sa môžu lúčiť s organizmom aj iným spôsobom, a to tzv. nekrózou, t. j. patologickou smrťou, pri ktorej dochádza k deštrukcii bunky a jej bunkových organel. Nekrotická bunka zväčšuje svoj objem. Jej bunková stena praskne a v konečnej fáze sa jej obsah vyleje do okolia, pričom dochádza k zápalovým procesom. Nekróza sa prejavuje vo väčšine prípadov ako zapálené, napuchnuté, začervenané, bolestivé miesto. Bolestivé preto, lebo uvoľnené enzýmy rozkladajúce bielkoviny zanikajúcich buniek dráždia voľné nervové zakončenia a tie začínajú vysielať signály bolesti. Pri apoptóze zostávajú bunkové organely celistvé a bunka sa rozpadá na apoptické telieska. Obrazne povedané, apoptóza je samovražda so cťou, ktorú bunka spácha po splnení všetkých potrebných funkcií. Apoptóza je benefičným činom bunky v prospech spoločenstva, zatiaľ čo nekróza je patologická smrť, ktorá ohrozuje aj ďalšie bunky stále potrebné pre organizmus.
Závažné dôsledky zlyhania apoptického programu pre ľudské zdravie
Takzvaný apoptotický program programovanej bunkovej smrti, ktorý je uložený v génoch každej bunky, je
aktivovaný len u tých buniek, ktoré sú nepotrebné a odsúdené na zánik. Tieto bunky sú zničené sériou postupných krokov, ktoré sú riadené/regulované súborom tzv. apoptických génov. Apoptotická bunková smrť, respektíve bunková samovražda je nevyhnutná pre zabezpečenie správneho vývoja tkanív a orgánov. Zlyhanie nástupu bunkovej samovraždy môže vyvolať autoimunitné ochorenia, rakovinu alebo AIDS. Príliš rýchlo prebiehajúca apoptóza spojená s nenávratnou stratou buniek vedie k infarktu myokardu, mozgovej príhode alebo neurogeneratívnym ochoreniam (Alzheimerovej a Parkinsonovej chorobe). Štúdium programovanej bunkovej smrti je preto veľmi dôležité. Apoptóza patrí medzi najviac študované bunkové procesy. Dôležitosť výskumu bunkovej samovraždy bola už ocenená aj najvyšším vedeckým vyznamenaním – Nobelovou cenou za fyziológiu a medicínu. Toto prestížne vedecké ocenenie získali v roku 2002 traja významní vedci, Dr. Sydney Brenner, Dr. John E. Sulston a Dr. H. Robert Horvitz.
Autor: prof. RNDr. Eva Miadoková, DrSc. pre redakciu Veda na dosah, Katedra genetiky Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave
Ilustračné foto: Pixabay.com
Foto v článku: Wikipedia; mladyvedec.sk
Redigovala a uverejnila: VČ