การตายของเซลล์: ประเภทและลักษณะของเซลล์ - ชีววิทยา - 2025

การตายของเซลล์เป็นกระบวนการทำลายส่วนประกอบของเซลล์ที่พบกับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในระยะต่างๆ ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ทั้งหมดจะต้องมีความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างการตายของเซลล์และการเพิ่มจำนวนเซลล์

การตายของเซลล์เกิดขึ้นโดยกลไกหลัก 2 ประการคือโดยเนื้อร้ายหรือการตายของเซลล์โดยบังเอิญและโดยการตายของเซลล์หรือการตายของเซลล์ตามโปรแกรม แต่ละกลไกเป็นผลมาจากสัณฐานวิทยาของเซลล์โดยเฉพาะ

ความแตกต่างระหว่างการตายของเซลล์และเนื้อร้าย
ที่มา: สถาบันแห่งชาติเกี่ยวกับการเสพสุราและโรคพิษสุราเรื้อรัง (NIAAA)

Apoptosis หรือการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ประกอบด้วยทางเดินที่ควบคุมโดยส่วนประกอบทางพันธุกรรม บ่อยครั้งเมื่อสิ่งมีชีวิตประสบกับสถานการณ์ทางพยาธิวิทยา (เช่นโรคความเสื่อม) โปรแกรมการตายของเซลล์สามารถดำเนินการได้อย่างไม่ถูกต้องส่งผลให้เกิดการทำลายเซลล์ที่ไม่เหมาะสม

การตายของเซลล์ตามโปรแกรมเป็นองค์ประกอบสำคัญของวิถีพัฒนาการและสภาวะสมดุล (การควบคุมระหว่างการตายของเซลล์และการเพิ่มจำนวน) โดยทั่วไป

การตายของเซลล์โดยอุบัติเหตุหรือเนื้อร้ายคือการตายของเซลล์ประเภทที่สอง มันแสดงความแตกต่างอย่างสิ้นเชิงหากเราเปรียบเทียบกับการตายของเซลล์ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อเซลล์สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยหรือรุนแรงซึ่งส่งผลให้โครงสร้างของเซลล์เสียหาย

การตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้หรือการตายของเซลล์

มุมมองทางประวัติศาสตร์

ในปีพ. ศ. 2515 มีการใช้คำว่า apoptosis เป็นครั้งแรก ปรากฏในบทความทางวิทยาศาสตร์คลาสสิกที่เขียนโดยผู้เขียน Kerr, Wyllie และ Currie สำหรับ Kerr et al. คำว่า apoptosis อธิบายถึงรูปแบบทางสัณฐานวิทยาที่โดดเด่นของการตายของเซลล์

แม้ว่าลักษณะเหล่านี้จะมีรายละเอียดหลายครั้งแล้ว แต่ผู้เขียนเหล่านี้เป็นคนแรกที่ตั้งชื่อปรากฏการณ์นี้

คำนิยาม

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์ที่ต้องสร้างการเชื่อมต่อซึ่งกันและกัน ชุมชนต้องได้รับการจัดระเบียบอย่างเคร่งครัดและทำได้โดยการสร้างการควบคุมระหว่างการเพิ่มจำนวนของเซลล์ใหม่และการกำจัดเซลล์ที่มีอยู่แล้ว

ด้วยวิธีนี้เซลล์ที่มีสาเหตุหลายประการจึงไม่จำเป็นต้องได้รับการ "ฆ่าตัวตาย" ในระดับโมเลกุลที่เรียกว่า apoptosis อีกต่อไป

การตายของเซลล์ตามโปรแกรมเป็นปรากฏการณ์ทางสรีรวิทยาปกติ มันเกี่ยวข้องกับการควบคุมการกำจัดเซลล์บางชนิด กลไกนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้เนื้อเยื่อของผู้ใหญ่ทำงานได้อย่างถูกต้อง นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการพัฒนาของตัวอ่อน

คุณสมบัติ

รักษาสมดุลของการแพร่กระจาย

วัตถุประสงค์หลักของการตายของเซลล์ตามโปรแกรมคือการรักษาสมดุลของการเพิ่มจำนวนเซลล์ ตัวอย่างเช่นในร่างกายของเราเกือบ 5 x 10 ¹¹เม็ดเลือดแดงหรือเซลล์เม็ดเลือดถูกกำจัดทุกวันผ่านการตายของเซลล์

ปกป้องเซลล์

นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถสร้างกลไกการป้องกันเซลล์ที่อาจส่งผลกระทบต่อร่างกายได้ ในกรณีของเซลล์ที่ตกเป็นเหยื่อของการติดเชื้อไวรัสมักจะถูกฆ่าโดยการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ ดังนั้นไวรัสจะไม่สามารถแพร่กระจายภายในโฮสต์ต่อไปได้

การตายของเซลล์ตามโปรแกรมไม่เพียง แต่กำจัดเซลล์ที่ติดเชื้อจากเชื้อโรคภายนอกเท่านั้น แต่ยังสามารถกำจัดเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่สร้างความเสียหายให้กับสารพันธุกรรมได้อีกด้วย ในกรณีนี้เซลล์ที่มีการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตจะถูกกำจัดออกไป

ในกรณีที่การพัฒนาของเซลล์ผิดปกติเหล่านี้สามารถดำเนินต่อไปได้และกลไกของการตายของเซลล์ไม่ทำหน้าที่อาจเกิดเนื้องอกและการพัฒนาของมะเร็งชนิดต่างๆ

ประสานงานการพัฒนาของตัวอ่อน

การตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาตัวอ่อน ในระหว่างการก่อตัวของสิ่งเดียวกันจะต้องกำจัดเซลล์หลายเซลล์ที่ไม่จำเป็นออกไป

ตัวอย่างเช่นมีหน้าที่กำจัดเนื้อเยื่อในตัวอ่อนของสิ่งมีชีวิตที่ผ่านการเปลี่ยนแปลง: ตัวอ่อนและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ นอกจากนี้รูปแบบของเด็กและเยาวชนบางรูปแบบมีลักษณะการมีเยื่อหุ้มระหว่างนิ้วลักษณะของสิ่งมีชีวิตในน้ำ

เมื่อสิ่งมีชีวิตกลายเป็นตัวเต็มวัยเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้จะหายไปเนื่องจากเซลล์ที่สร้างมันได้รับเหตุการณ์การตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ โดยทั่วไปกระบวนการอะพอพโทซิสจะกำหนดรูปร่างของแขนขาของมนุษย์และหนู: โครงสร้างรูปพลั่วที่ลงท้ายด้วยตัวเลขที่มีรูปร่างดี

ในระหว่างการพัฒนาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมมีส่วนร่วมในการก่อตัวของระบบประสาท เมื่อร่างกายกำลังพัฒนาจะมีการผลิตเซลล์ประสาทจำนวนมากเกินไปซึ่งจะถูกกำจัดออกไปในภายหลังโดยการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้

เซลล์ประสาทที่อยู่รอด (ประมาณ 50%) ทำการเชื่อมต่อกับเซลล์เป้าหมายอย่างถูกต้อง เมื่อการเชื่อมต่อที่สร้างขึ้นถูกต้องการหลั่งของปัจจัยการเจริญเติบโตหลายชุดจะเริ่มขึ้นซึ่งช่วยให้การอยู่รอดของเซลล์เนื่องจากมันขัดขวางโปรแกรมการตายของเซลล์

ลักษณะเซลล์ของการตายของเซลล์

ในระหว่างการตายของเซลล์ตามโปรแกรมเซลล์จะแสดงฟีโนไทป์เฉพาะ ลักษณะเด่นประการแรกคือการกระจายตัวของดีเอ็นเอของโครโมโซม

ในเหตุการณ์นี้นิวคลีโอโซมโครงสร้างที่เกิดจากดีเอ็นเอและโปรตีนแตก ด้วยการควบแน่นของโครมาตินนิวเคลียสจะแตกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ

เมื่อกระบวนการดำเนินไปเซลล์จะมีขนาดลดลงอย่างมาก ในที่สุดเซลล์จะแตกออกเป็นหลาย ๆ ส่วนที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ แต่ละชิ้นส่วนเหล่านี้เรียกว่าร่างกายที่ตายแล้ว

ต่อมาเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันที่เรียกว่ามาโครฟาจมีหน้าที่รับรู้และทำลายโครงสร้างที่กำลังจะตายเหล่านี้

ดังนั้น "ศพ" ของเซลล์ที่ผ่านกระบวนการอะพอพโทซิสจะหายไปอย่างมีประสิทธิภาพจากสิ่งมีชีวิตที่เป็นอยู่ซึ่งตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์ตายจากการบาดเจ็บ ในสถานการณ์หลังนี้เซลล์จะบวมและสุดท้ายกลายเป็นน้ำเมือกทำให้บริเวณที่เป็นปัญหาเกิดการอักเสบ

ในระหว่างการตายของเซลล์ความเสียหายจะเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียโดยมีการปลดปล่อยโมเลกุลหลายชุดที่กระตุ้นกลไกการตายเช่นไซโตโครมซีโปรตีน Smac / Diablo เป็นต้น

ลักษณะทางพันธุกรรม

การควบคุมที่เข้มงวดของการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้เกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานของยีนที่แตกต่างกัน

การศึกษาครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับกลไกทางพันธุกรรมของการตายของเซลล์ได้ดำเนินการในไส้เดือนฝอย Caenorhabditis elegans ในสิ่งมีชีวิตนี้มีการระบุยีน 3 ยีนที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการและการควบคุมของกระบวนการอะพอพโทติกทั้งหมด

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพบยีนที่คล้ายกับไส้เดือนฝอยมาก ดังนั้นจึงได้รับการอนุรักษ์อย่างสูงตลอดวิวัฒนาการ

Ced-3 เป็นตัวอย่างของครอบครัวที่ประกอบด้วยโปรตีเอสมากกว่าหนึ่งโหล (เอนไซม์ที่ไฮโดรไลซ์โปรตีน) ซึ่งรู้จักกันในชื่อของแคสเปส

ในช่วงที่มีการตายตามโปรแกรม Caspases จะไฮโดรไลซ์โปรตีนมากกว่า 100 ชนิดที่พบในเซลล์ที่เป็นปัญหา ในบรรดาโปรตีนเป้าหมายของแคสเปสเราพบสารยับยั้ง DNAase ซึ่งทำให้เกิดการแตกตัวของ DNA ในนิวเคลียสของเซลล์

Caspases ยังมีส่วนรับผิดชอบต่อการแตกของแผ่นนิวเคลียร์ซึ่งนำไปสู่การแตกตัวของนิวเคลียสและโครงกระดูกโดยทั่วไป ผลที่ตามมาทันทีของเหตุการณ์การย่อยสลายเหล่านี้คือการกระจายตัวของเซลล์

การก่อให้เกิดการตายของเซลล์

มีสิ่งเร้าหลายอย่างที่กระตุ้นกลไกการตายของเซลล์ สิ่งเร้าเหล่านี้อาจเป็นทางสรีรวิทยาหรือพยาธิวิทยา ที่น่าสนใจคือไม่ใช่ทุกเซลล์ที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าในลักษณะเดียวกัน

การฉายรังสีและยาที่ใช้ในการรักษามะเร็ง (เคมีบำบัด) ส่งผลให้เกิดการตายของเซลล์จากทางเดินที่เรียกว่า p53-based pathway

ฮอร์โมนบางชนิดเช่นคอร์ติโคสเตียรอยด์ซึ่งเป็นฮอร์โมนจากกลุ่มสเตียรอยด์และอนุพันธ์อาจนำไปสู่วิถีการตายของเซลล์ในบางเซลล์ อย่างไรก็ตามเซลล์ส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลกระทบจากการมีอยู่

การตายของเซลล์โดยอุบัติเหตุหรือเนื้อร้าย

คำนิยาม

การตายของเซลล์โดยอุบัติเหตุหรือเนื้อร้ายเกิดขึ้นเมื่อเซลล์สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อโครงสร้างของเซลล์

ปัจจัยเหล่านี้ที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บ ได้แก่ อุณหภูมิที่สูงหรือต่ำมากระดับออกซิเจนที่ผิดปกติการสัมผัสกับสารพิษการสัมผัสกับเมตาบอลิซึมของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาการขาดสารอาหารระดับ pH ที่ผิดปกติเป็นต้น

เงื่อนไขทางการแพทย์ที่แตกต่างกันนั้นเกี่ยวข้องกับเนื้อร้ายรวมถึงโรคเกี่ยวกับระบบประสาทเช่นโรคอัลไซเมอร์โรคฮันติงตันโรคพาร์กินสันเส้นโลหิตตีบด้านข้างอะไมโอโทรฟิคและโรคลมบ้าหมู

แม้ว่ากระบวนการเนื้อตายจะเกี่ยวข้องกับเงื่อนไขทางการแพทย์ต่างๆ แต่กลไกที่อยู่เบื้องหลังเหตุการณ์ยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างเต็มที่ ในอดีตเนื้อร้ายถูกมองว่าเป็นเพียงปฏิกิริยาวุ่นวายที่ทำลายเซลล์

อย่างไรก็ตามหลักฐานในปัจจุบันจาก Caenorhabditis elegans และ Drosophila ทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับ 'ความเชื่อ' นี้

เซลล์ประเภทต่าง ๆ ที่ผ่านเนื้อร้ายจะแสดงลักษณะของเซลล์ทางสัณฐานวิทยาที่เฉพาะเจาะจงมากในการตอบสนองต่อการบาดเจ็บซึ่งบ่งชี้ว่ามีโปรแกรมการประหารชีวิตส่วนกลางสำหรับเนื้อร้าย

ความเข้าใจอย่างละเอียดและครบถ้วนเกี่ยวกับกระบวนการทำลายเนื้อตายอาจนำไปสู่การพัฒนาวิธีการใหม่ ๆ เพื่อควบคุมโรคที่เกี่ยวข้องกับการตายของเซลล์เนื้อร้าย

ลักษณะเซลล์ของเนื้อร้าย

เช่นเดียวกับการตายของเซลล์เนื้อร้ายมีลักษณะทางสัณฐานวิทยา นอกจากนี้สิ่งเหล่านี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับสิ่งที่เราสังเกตเห็นในเซลล์ที่ตายโดยวิถีแห่งการตายของเซลล์

ความตายจะมาพร้อมกับการอักเสบที่สำคัญในเซลล์การก่อตัวของแวคิวโอลในไซโทพลาสซึมความห่างไกลของเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกการพองของไซโทพลาซึมการรวมตัวของไมโทคอนเดรียการแยกตัวและการหลุดของไรโบโซมการแตกของเยื่อหุ้มไลโซโซมอักเสบ และแตกในหมู่คนอื่น ๆ

เนื้อร้ายเป็นกระบวนการ "แฝง" เนื่องจากไม่ต้องการการสังเคราะห์โปรตีนเพิ่มเติมความต้องการพลังงานที่จะเกิดขึ้นจึงมีน้อยมากและไม่มีกลไกการควบคุม homeostatic เพิ่มเติม

กลไก

การบาดเจ็บที่เกิดในเซลล์เนื้อตายสามารถเกิดขึ้นได้โดยกลไกหลัก 2 ประการคือการรบกวนของแหล่งจ่ายพลังงานและความเสียหายโดยตรงต่อเซลล์จากปัจจัยที่กล่าวมาข้างต้น

การเปรียบเทียบระหว่างการตายของเซลล์และเนื้อร้าย

ความแตกต่าง

การควบคุมกระบวนการ : เปรียบเทียบแล้วการตายของเซลล์เป็นกระบวนการที่มีการควบคุมสูงในขณะที่การตายของเนื้อร้ายเป็นกระบวนการที่เป็นพิษซึ่งเซลล์เป็นเหยื่อแฝงของโหมดการตายที่เป็นอิสระจากพลังงาน ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วหลักฐานในปัจจุบันทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับการไม่ควบคุมเนื้อร้าย

ตำแหน่งของการตาย : โดยปกติการตายของเซลล์เกิดขึ้นในเซลล์เดียวหรือในกลุ่มเซลล์ขนาดเล็กในขณะที่เนื้อร้ายเกิดขึ้นในเซลล์ต่อเนื่อง

สถานะของเมมเบรนในพลาสมา : ในการตายของเซลล์เยื่อหุ้มเซลล์ยังคงเหมือนเดิมและไซโตพลาสซึมยังคงรักษาร่างกายที่ตายแล้ว ในเนื้อร้ายจะมีการแตกของเยื่อหุ้มพลาสมาและไซโทพลาสซึม

กระบวนการอักเสบ : ในการตายของเซลล์ไม่พบการอักเสบประเภทใดในขณะที่อัตราเงินเฟ้อเป็นลักษณะที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งของเนื้อร้าย การสูญเสียเยื่อหุ้มเซลล์และความสมบูรณ์ของเซลล์จะส่งสัญญาณทางเคมีที่รับตัวแทนเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอักเสบ

คุณสามารถแยกความแตกต่างระหว่างการตายของเซลล์และเนื้อร้ายได้หรือไม่?

อะไรขึ้นอยู่กับว่าเซลล์ตายจากการตายของเซลล์หรือจากเนื้อร้าย? มีหลายปัจจัยที่เกี่ยวข้องในการตัดสินใจนี้รวมถึงลักษณะของสัญญาณการตายประเภทของเนื้อเยื่อที่เป็นปัญหาสถานะของการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตและอื่น ๆ

การใช้เทคนิคทางจุลพยาธิวิทยาแบบเดิมไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะแยกแยะระหว่างเนื้อเยื่อที่กำลังจะตายจากการตายของเซลล์หรือจากเนื้อร้าย ผลลัพธ์ทางสัณฐานวิทยาของการตายที่เกิดจากเนโครติกและวิถีอะพอพโทติกแตกต่างกันในหลายประการและทับซ้อนกันในส่วนอื่น ๆ

หลักฐานบ่งชี้ว่าการตายของเซลล์และเนื้อร้ายแสดงถึงการแสดงออกทางสัณฐานวิทยาของวิถีทางชีวเคมีที่ใช้ร่วมกันที่เรียกว่าต่อเนื่องของการตายของเนื้อร้าย - เนื้อร้าย ตัวอย่างเช่นปัจจัยสองประการที่เกี่ยวข้องในการเปลี่ยนเส้นทางการตายของเซลล์ไปเป็นเนื้อร้าย: ความพร้อมใช้งานของ Caspases และ ATP ภายในเซลล์ลดลง

ความตายที่เป็นพิษต่อเซลล์

ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มีเซลล์บางประเภทที่เป็นของระบบภูมิคุ้มกันหรือสารคัดหลั่งที่ผลิตขึ้นซึ่งเป็นพิษต่อเซลล์อื่น

เซลล์เหล่านี้มีหน้าที่ในการเริ่มต้นเส้นทางที่รับผิดชอบในการทำลายเซลล์เป้าหมาย (ซึ่งอาจเป็นเซลล์ที่ติดเชื้อจากเชื้อโรคหรือเซลล์มะเร็ง) อย่างไรก็ตามผู้เขียนไม่ต้องการรวมทั้งสองประเภทที่กล่าวถึง (เนื้อร้ายหรือ apoptosis) เนื่องจากไม่ได้เกิดขึ้นผ่านกลไกเฉพาะ

ใช้กรณีที่เฉพาะเจาะจงของการตายของเซลล์ที่เป็นสื่อกลางโดยเซลล์ชนิดที่เรียกว่าพิษต่อเซลล์ CD8 ⁺ T เซลล์เม็ดเลือดขาว ในตัวอย่างนี้เซลล์จะรวมแง่มุมของการตายของเซลล์ทั้งแบบบังเอิญและแบบตั้งโปรแกรม

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Bray, D. , Hopkin, K. , Johnson, AD, Lewis, J. , Raff, M. , … & Walter, P. (2013) ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
2. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000) เซลล์: วิธีการทางโมเลกุล วอชิงตันดีซี: ASM press
3. เอลมอร์เอส. (2550). Apoptosis: การทบทวนการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ Toxicologic pathology, 35 (4), 495-516.
4. Ross, MH, และ Pawlina, W. (2006). จุลกายวิภาคศาสตร์เนื้อเยื่อ Lippincott Williams และ Wilkins
5. Syntichaki, P. , & Tavernarakis, N. (2002). ตายด้วยเนื้อร้าย ภัยพิบัติที่ไม่สามารถควบคุมได้หรือมีคำสั่งอยู่เบื้องหลังความโกลาหล? รายงาน EMBO, 3 (7), 604-9.