مقدمة عن موت الخلايا
ومن المفارقات أن موت الخلايا يساعد في تشكيل حياة الكائن الحي. تماما مثل أي كائن حي كامل ، يمكن أن تموت الخلايا نتيجة الشيخوخة ، أو بسبب الإصابة العرضية ، أو بعد تسلل العامل الممرض ، يمكن للخلية أن تضحي بنفسها لمنع انتشار العدوى. في ظل هذه الظروف ، يمكن للخلايا أن تتبع مسارات موت مختلفة مثل موت الخلايا المبرمج أو الالتهام الذاتي أو النخر. كل هذه الأنواع تظهر خصائص مورفولوجية محددة. يؤدي موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج إلى "فقاع" الغشاء والتجزئة النووية. يؤدي الالتهام الذاتي ، الذي يتم تنظيمه أيضا ، إلى تكوين فجوات كبيرة تحيط بالمكونات الخلوية. أخيرا ، ينتهي النخر ، وهو "غير مخطط له" أو عرضي ، بتحلل الخلايا.
سيناقش هذا الفيديو الاكتشافات المهمة التي أدت إلى تحديد هذه المسارات ، واستكشاف الأسئلة التي لا يزال الباحثون يطرحونها حول موت الخلايا ، ويناقش الأدوات التي يستخدمونها للإجابة عليها ، وأخيرا مراجعة بعض الأمثلة على التجارب.
أولا ، دعنا نراجع بعض الباحثين الرئيسيين الذين ساعدوا في فك رموز مسارات موت الخلايا المختلفة.
يمكن إرجاع المصطلحات الحديثة المستخدمة لوصف هذه المسارات إلى أبقراط ، وهو طبيب في اليونان القديمة. استخدم مصطلح موت الخلايا المبرمج ، الذي يعني "السقوط" ، لوصف "تمزيق" العظام التي لوحظت بعد الكسر. عند الوصول إلى العصر الحديث ، حدث أول ذكر ملحوظ ل "النخر" في عام 1859 ، عندما استخدم رودولف فيرشو - في تجميعه المسمى علم أمراض الخلية - هذا المصطلح لوصف "انهيار الأنسجة المتقدمة."
مع التقدم في الفحص المجهري والأنسجة على مدى العقد التالي ، في عام 1877 تمكن كارل ويجيرت وجوليوس كوهنهايم من دراسة النخر على المستوى الخلوي. لقد قدموا نظرة ثاقبة للسمات المورفولوجية المرتبطة بهذا النوع من الموت ، مثل فقدان النوى.
بعد ما يقرب من 70 عاما ، اكتشف كريستيان دي دوف "الالتهام الذاتي" ، وهي عملية يتم فيها ابتلاع المكونات الخلوية وتكسيرها بواسطة عضيات مرتبطة بالغشاء تسمى البلعمة الذاتية ، والتي تندمج مع نوع آخر من العضيات - الجسيمات الحالة - لتدمير محتوياتها بشكل أكبر. نحن نعلم الآن أن الالتهام الذاتي يلعب في الواقع دورا مزدوجا في الخلية ، إما تسهيل البقاء على قيد الحياة أو الحث على الموت.
في عام 1972 ، لاحظ جون كير ، وأيه آر كوري ، وأندرو ويلي نوعا آخر من موت الخلايا مع مورفولوجيا غريبة. نظرا لأن هذه العملية تضمنت قطعا "سقوط" من الخلايا الميتة ، فقد أطلقوا عليها الاسم اليوناني القديم موت الخلايا المبرمج. في وقت لاحق ، تم التعرف على موت الخلايا المبرمج كشكل من أشكال "موت الخلايا المبرمج" في عام 1977 ، عندما كان إتش آر هورفيتز وجون سولستون يدرسان تطور C. ايليجانس. لاحظوا أن خلايا معينة ستخضع لموت الخلايا المبرمج في نفس الوقت في ديدان مختلفة.
نظرا لأن هذا كان يحدث في وقت مبكر أثناء التطور ، فقد ألمح إلى أن الجينات قد توجه موت الخلايا المبرمج. تم تأكيد هذه الفرضية من قبل مجموعة هورفيتز في الثمانينيات ، عندما لاحظوا أن الخلايا التي تحتوي على طفرات في جينات معينة أو "C. elegans death" لم تموت أثناء تطور هذه الديدان. في وقت لاحق ، أظهر هورفيتز أن جين ced-3 يشفر إنزيما مهينا للبروتين يسمى كاسباز. الآن ، نحن نعلم أن هناك العديد من الكاسباسات ، وهي تلعب أدوارا رئيسية في موت الخلايا.
فتحت هذه التطورات في مجال موت الخلايا طرقا جديدة للباحثين لاستكشافها. دعونا نلقي نظرة على بعضها.
لطالما كان هناك اهتمام بمعرفة العوامل التي تؤدي إلى موت الخلايا. للتعرف عليها ، يقوم الباحثون حاليا بتعريض الخلايا للإشعاع والمواد الكيميائية وجزيئات الإشارات ، ثم البحث عن التغييرات في درجة أو نوع الوفاة.
يهتم علماء آخرون بتوضيح المسارات الكيميائية الحيوية المتضمنة في كل آلية موت خلية. حاليا ، نعلم أن موت الخلايا المبرمج يتبع مسارا تكون فيه الكاسباسات هي الإنزيمات الرئيسية ، في حين أن الالتهام الذاتي يتضمن بروتينات ضرورية لتكوين البلعمة الذاتية. ومع ذلك ، هناك مكونات غير معروفة في هذه المسارات ، ويحاول الباحثون اكتشاف طرق لشرحها. بالإضافة إلى ذلك ، يدرس الباحثون أيضا ما إذا كان أي "تحديث" يحدث بين مسارات موت الخلايا. في حالة وجود الحديث المتبادل ، يمكن أن تؤثر نفس الإشارة في موت الخلايا المبرمج ، وكذلك الالتهام الذاتي.
أخيرا ، يتعامل مجال البحث الشائع مع فهم سبب تحول خلايا معينة - مثل الخلايا السرطانية - إلى الخالدة. يبحث العلماء باستمرار عن طفرات في الخلايا السرطانية ، ويقيمون ما إذا كان أي منها يؤثر على الجينات التي تشفر العوامل المشاركة في مسارات الموت.
هذه كلها أسئلة معقدة ، ولكن لحسن الحظ ، لدى الباحثين مجموعة متنوعة من الأدوات تحت تصرفهم للإجابة عليها.
مقايسة التريبان الأزرق هي أداة فحص شائعة الاستخدام لتقييم تأثير المركب على موت الخلايا. يعتمد الاختبار على بقعة لا يمكنها دخول الخلايا الحية ، لأنها تمتلك "أغشية انتقائية" ، ولكن يمكنها بسهولة دخول الخلايا الميتة حيث يتم "تمزق" أغشيةها. يحدد هذا الاختبار موت الخلايا ، لكنه يفشل في تحديد مسار موت الخلايا المحدد.
لذلك ، صمم العلماء تقنيات مثل فحوصات نشاط الكاسباز. نظرا لأن الكاسباسات يتم تنشيطها أثناء موت الخلايا المبرمج ، يمكن للعلماء إضافة ركائز لهذه الإنزيمات التي تتألق عندما يتم تنشيطها بواسطة الكاسباسات. هذا يساعد في تحديد الخلايا موت الخلايا المبرمجة.
وبالمثل ، يمكن التعرف بسهولة على تجزئة الحمض النووي التي تحدث أثناء موت الخلايا المبرمج باستخدام مقايسة TUNEL ، والتي تعتمد على الكواشف التي تضع علامة على الأطراف "المقطعة" للحمض النووي التالف. نظرا لأن هذه الطريقة سهلة التنفيذ نسبيا ، فهي اختبار شائع الاستخدام في هذا المجال.
عندما يرغب العلماء في تحديد آلية موت الخلايا التي تحدث في سكانهم ، يمكنهم إقران بقع الملحق V ويوديد البروبيديوم (PI) مع تحليل قياس التدفق الخلوي. يرتبط Annexin V ببقايا الفوسفاتيديل سيرين في الغشاء ، بينما يدخل PI من خلال الأغشية التالفة للارتباط بالحمض النووي. من خلال دراسة البيانات الناتجة ، يمكن للعلماء فصل الخلايا التي تمر بمسارات موت مختلفة.
أخيرا ، يمكن للعلماء استخدام تصوير الخلايا الحية لعرض عملية موت الخلايا في الوقت الفعلي. هذه تقنية شاملة يمكن استخدامها لتحديد الخلايا الذاتية أو النخرية أو الخلايا المبرمجة بناء على السمات المورفولوجية الفريدة.
كما رأيت ، هناك عدة طرق للكشف عن موت الخلايا ، بعضها غير محدد ، والبعض الآخر يمكن أن يساعد في تحديد الخلايا المبرمجة ، والبعض الآخر يميز بين المسارات المختلفة.
الآن ، دعنا نرى كيف يستخدم العلماء هذه التقنيات لدراسة المزيد عن موت الخلايا.
يلعب النظام الغذائي دورا مهما في الصحة ، وقد يؤثر على موت الخلايا في الأنسجة المختلفة. في هذا الاختبار في المختبر ، عرض الباحثون الخلايا العصبية في الفئران لحمض البالمتيك ، وهو حمض دهني مشبع موجود في كل من منتجات الألبان واللحوم ، ثم استخدموا اختبار الكاسباز لتقييم موت الخلايا المبرمج. اكتشفوا أن الخلايا المعالجة بحمض البالمتيك أظهرت زيادة في نشاط الكاسباز وموت الخلايا.
يستخدم باحثون آخرون هذه المقايسات لتحديد كيفية تحفيز الأدوية على آليات الموت المختلفة. هنا ، تم حقن الفئران المعدلة وراثيا ذات الخلايا السرطانية المصنفة بالفلورسنت بدوكسوروبيسين ، وهو دواء مضاد للسرطان. ثم قام العلماء بتصوير الخلايا في الحية ، ومن خلال البحث عن التغييرات في مورفولوجيا الخلايا السرطانية ، قرروا أن العلاج بالعقاقير أدى إلى حدوث موت الخلايا المبرمج والنخر.
أخيرا ، يبحث بعض العلماء فيما إذا كان يمكن عكس موت الخلايا. في هذه التجربة ، عرض الباحثون الخلايا السرطانية البشرية للإيثانول ، وأكدوا من خلال مجموعة متنوعة من المقايسات أن هذا العلاج تسبب في الشروع في مسار موت الخلايا المبرمج. عند غسل الإيثانول ، تمكنت الخلايا المصابة من التعافي من موت الخلايا المبرمج من خلال عملية تسمى "التوسع المزمن". قدم هذا نظرة ثاقبة حول كيفية عودة السرطانات بعد العلاج الدوائي.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لمسارات موت الخلايا. استعرض هذا الفيديو التاريخ الغني لأبحاث موت الخلايا - من العصور القديمة إلى القرن العشرين - ثم ناقش بعض الأسئلة الحالية. شرحنا أيضا الطرق الشائعة لفحص موت الخلايا ، وأوضحنا كيف يتم استخدام هذه التقنيات لفهم العلاقة بين البيئة والمرض وموت الخلايا بشكل أفضل. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
النخر ، موت الخلايا المبرمج ، وموت الخلايا الذاتية كلها طرق يمكن أن تموت بها الخلايا ، ويمكن أن تحدث هذه الآليات عن طريق محفزات مختلفة ، مثل إصابة الخ…
ومن المفارقات أن موت الخلايا يساعد في تشكيل حياة الكائن الحي. تماما مثل أي كائن حي كامل ، يمكن أن تموت الخلايا نتيجة الشيخوخة ، أو بسبب الإصابة العرضية ، أو بعد تسلل العامل الممرض ، يمكن للخلية أن تضحي بنفسها لمنع انتشار العدوى. في ظل هذه الظروف ، يمكن للخلايا أن تتبع مسارات موت مختلفة مثل موت الخلايا المبرمج أو الالتهام الذاتي أو النخر. كل هذه الأنواع تظهر خصائص مورفولوجية محددة. يؤدي موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج إلى "فقاع" الغشاء والتجزئة النووية. يؤدي الالتهام الذاتي ، الذي يتم تنظيمه أيضا ، إلى تكوين فجوات كبيرة تحيط بالمكونات الخلوية. أخيرا ، ينتهي النخر ، وهو "غير مخطط له" أو عرضي ، بتحلل الخلايا.
سيناقش هذا الفيديو الاكتشافات المهمة التي أدت إلى تحديد هذه المسارات ، واستكشاف الأسئلة التي لا يزال الباحثون يطرحونها حول موت الخلايا ، ويناقش الأدوات التي يستخدمونها للإجابة عليها ، وأخيرا مراجعة بعض الأمثلة على التجارب.
أولا ، دعنا نراجع بعض الباحثين الرئيسيين الذين ساعدوا في فك رموز مسارات موت الخلايا المختلفة.
يمكن إرجاع المصطلحات الحديثة المستخدمة لوصف هذه المسارات إلى أبقراط ، وهو طبيب في اليونان القديمة. استخدم مصطلح موت الخلايا المبرمج ، الذي يعني "السقوط" ، لوصف "تمزيق" العظام التي لوحظت بعد الكسر. عند الوصول إلى العصر الحديث ، حدث أول ذكر ملحوظ ل "النخر" في عام 1859 ، عندما استخدم رودولف فيرشو - في تجميعه المسمى علم أمراض الخلية - هذا المصطلح لوصف "انهيار الأنسجة المتقدمة."
مع التقدم في الفحص المجهري والأنسجة على مدى العقد التالي ، في عام 1877 تمكن كارل ويجيرت وجوليوس كوهنهايم من دراسة النخر على المستوى الخلوي. لقد قدموا نظرة ثاقبة للسمات المورفولوجية المرتبطة بهذا النوع من الموت ، مثل فقدان النوى.
بعد ما يقرب من 70 عاما ، اكتشف كريستيان دي دوف "الالتهام الذاتي" ، وهي عملية يتم فيها ابتلاع المكونات الخلوية وتكسيرها بواسطة عضيات مرتبطة بالغشاء تسمى البلعمة الذاتية ، والتي تندمج مع نوع آخر من العضيات - الجسيمات الحالة - لتدمير محتوياتها بشكل أكبر. نحن نعلم الآن أن الالتهام الذاتي يلعب في الواقع دورا مزدوجا في الخلية ، إما تسهيل البقاء على قيد الحياة أو الحث على الموت.
في عام 1972 ، لاحظ جون كير ، وأيه آر كوري ، وأندرو ويلي نوعا آخر من موت الخلايا مع مورفولوجيا غريبة. نظرا لأن هذه العملية تضمنت قطعا "سقوط" من الخلايا الميتة ، فقد أطلقوا عليها الاسم اليوناني القديم موت الخلايا المبرمج. في وقت لاحق ، تم التعرف على موت الخلايا المبرمج كشكل من أشكال "موت الخلايا المبرمج" في عام 1977 ، عندما كان إتش آر هورفيتز وجون سولستون يدرسان تطور C. ايليجانس. لاحظوا أن خلايا معينة ستخضع لموت الخلايا المبرمج في نفس الوقت في ديدان مختلفة.
نظرا لأن هذا كان يحدث في وقت مبكر أثناء التطور ، فقد ألمح إلى أن الجينات قد توجه موت الخلايا المبرمج. تم تأكيد هذه الفرضية من قبل مجموعة هورفيتز في الثمانينيات ، عندما لاحظوا أن الخلايا التي تحتوي على طفرات في جينات معينة أو "C. elegans death" لم تموت أثناء تطور هذه الديدان. في وقت لاحق ، أظهر هورفيتز أن جين ced-3 يشفر إنزيما مهينا للبروتين يسمى كاسباز. الآن ، نحن نعلم أن هناك العديد من الكاسباسات ، وهي تلعب أدوارا رئيسية في موت الخلايا.
فتحت هذه التطورات في مجال موت الخلايا طرقا جديدة للباحثين لاستكشافها. دعونا نلقي نظرة على بعضها.
لطالما كان هناك اهتمام بمعرفة العوامل التي تؤدي إلى موت الخلايا. للتعرف عليها ، يقوم الباحثون حاليا بتعريض الخلايا للإشعاع والمواد الكيميائية وجزيئات الإشارات ، ثم البحث عن التغييرات في درجة أو نوع الوفاة.
يهتم علماء آخرون بتوضيح المسارات الكيميائية الحيوية المتضمنة في كل آلية موت خلية. حاليا ، نعلم أن موت الخلايا المبرمج يتبع مسارا تكون فيه الكاسباسات هي الإنزيمات الرئيسية ، في حين أن الالتهام الذاتي يتضمن بروتينات ضرورية لتكوين البلعمة الذاتية. ومع ذلك ، هناك مكونات غير معروفة في هذه المسارات ، ويحاول الباحثون اكتشاف طرق لشرحها. بالإضافة إلى ذلك ، يدرس الباحثون أيضا ما إذا كان أي "تحديث" يحدث بين مسارات موت الخلايا. في حالة وجود الحديث المتبادل ، يمكن أن تؤثر نفس الإشارة في موت الخلايا المبرمج ، وكذلك الالتهام الذاتي.
أخيرا ، يتعامل مجال البحث الشائع مع فهم سبب تحول خلايا معينة - مثل الخلايا السرطانية - إلى الخالدة. يبحث العلماء باستمرار عن طفرات في الخلايا السرطانية ، ويقيمون ما إذا كان أي منها يؤثر على الجينات التي تشفر العوامل المشاركة في مسارات الموت.
هذه كلها أسئلة معقدة ، ولكن لحسن الحظ ، لدى الباحثين مجموعة متنوعة من الأدوات تحت تصرفهم للإجابة عليها.
مقايسة التريبان الأزرق هي أداة فحص شائعة الاستخدام لتقييم تأثير المركب على موت الخلايا. يعتمد الاختبار على بقعة لا يمكنها دخول الخلايا الحية ، لأنها تمتلك "أغشية انتقائية" ، ولكن يمكنها بسهولة دخول الخلايا الميتة حيث يتم "تمزق" أغشيةها. يحدد هذا الاختبار موت الخلايا ، لكنه يفشل في تحديد مسار موت الخلايا المحدد.
لذلك ، صمم العلماء تقنيات مثل فحوصات نشاط الكاسباز. نظرا لأن الكاسباسات يتم تنشيطها أثناء موت الخلايا المبرمج ، يمكن للعلماء إضافة ركائز لهذه الإنزيمات التي تتألق عندما يتم تنشيطها بواسطة الكاسباسات. هذا يساعد في تحديد الخلايا موت الخلايا المبرمجة.
وبالمثل ، يمكن التعرف بسهولة على تجزئة الحمض النووي التي تحدث أثناء موت الخلايا المبرمج باستخدام مقايسة TUNEL ، والتي تعتمد على الكواشف التي تضع علامة على الأطراف "المقطعة" للحمض النووي التالف. نظرا لأن هذه الطريقة سهلة التنفيذ نسبيا ، فهي اختبار شائع الاستخدام في هذا المجال.
عندما يرغب العلماء في تحديد آلية موت الخلايا التي تحدث في سكانهم ، يمكنهم إقران بقع الملحق V ويوديد البروبيديوم (PI) مع تحليل قياس التدفق الخلوي. يرتبط Annexin V ببقايا الفوسفاتيديل سيرين في الغشاء ، بينما يدخل PI من خلال الأغشية التالفة للارتباط بالحمض النووي. من خلال دراسة البيانات الناتجة ، يمكن للعلماء فصل الخلايا التي تمر بمسارات موت مختلفة.
أخيرا ، يمكن للعلماء استخدام تصوير الخلايا الحية لعرض عملية موت الخلايا في الوقت الفعلي. هذه تقنية شاملة يمكن استخدامها لتحديد الخلايا الذاتية أو النخرية أو الخلايا المبرمجة بناء على السمات المورفولوجية الفريدة.
كما رأيت ، هناك عدة طرق للكشف عن موت الخلايا ، بعضها غير محدد ، والبعض الآخر يمكن أن يساعد في تحديد الخلايا المبرمجة ، والبعض الآخر يميز بين المسارات المختلفة.
الآن ، دعنا نرى كيف يستخدم العلماء هذه التقنيات لدراسة المزيد عن موت الخلايا.
يلعب النظام الغذائي دورا مهما في الصحة ، وقد يؤثر على موت الخلايا في الأنسجة المختلفة. في هذا الاختبار في المختبر ، عرض الباحثون الخلايا العصبية في الفئران لحمض البالمتيك ، وهو حمض دهني مشبع موجود في كل من منتجات الألبان واللحوم ، ثم استخدموا اختبار الكاسباز لتقييم موت الخلايا المبرمج. اكتشفوا أن الخلايا المعالجة بحمض البالمتيك أظهرت زيادة في نشاط الكاسباز وموت الخلايا.
يستخدم باحثون آخرون هذه المقايسات لتحديد كيفية تحفيز الأدوية على آليات الموت المختلفة. هنا ، تم حقن الفئران المعدلة وراثيا ذات الخلايا السرطانية المصنفة بالفلورسنت بدوكسوروبيسين ، وهو دواء مضاد للسرطان. ثم قام العلماء بتصوير الخلايا في الحية ، ومن خلال البحث عن التغييرات في مورفولوجيا الخلايا السرطانية ، قرروا أن العلاج بالعقاقير أدى إلى حدوث موت الخلايا المبرمج والنخر.
أخيرا ، يبحث بعض العلماء فيما إذا كان يمكن عكس موت الخلايا. في هذه التجربة ، عرض الباحثون الخلايا السرطانية البشرية للإيثانول ، وأكدوا من خلال مجموعة متنوعة من المقايسات أن هذا العلاج تسبب في الشروع في مسار موت الخلايا المبرمج. عند غسل الإيثانول ، تمكنت الخلايا المصابة من التعافي من موت الخلايا المبرمج من خلال عملية تسمى "التوسع المزمن". قدم هذا نظرة ثاقبة حول كيفية عودة السرطانات بعد العلاج الدوائي.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لمسارات موت الخلايا. استعرض هذا الفيديو التاريخ الغني لأبحاث موت الخلايا - من العصور القديمة إلى القرن العشرين - ثم ناقش بعض الأسئلة الحالية. شرحنا أيضا الطرق الشائعة لفحص موت الخلايا ، وأوضحنا كيف يتم استخدام هذه التقنيات لفهم العلاقة بين البيئة والمرض وموت الخلايا بشكل أفضل. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
ومن المفارقات أن موت الخلايا يساعد في تشكيل حياة الكائن الحي. تماما مثل أي كائن حي كامل ، يمكن أن تموت الخلايا نتيجة الشيخوخة ، أو بسبب الإصابة العرضية ، أو بعد تسلل العامل الممرض ، يمكن للخلية أن تضحي بنفسها لمنع انتشار العدوى. في ظل هذه الظروف ، يمكن للخلايا أن تتبع مسارات موت مختلفة مثل موت الخلايا المبرمج أو الالتهام الذاتي أو النخر. كل هذه الأنواع تظهر خصائص مورفولوجية محددة. موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج يؤدي إلى الغشاء "فقاعة؟ والتجزئة النووية. يؤدي الالتهام الذاتي ، الذي يتم تنظيمه أيضا ، إلى تكوين فجوات كبيرة تحيط بالمكونات الخلوية. أخيرا ، النخر ، وهو "غير مخطط له؟ أو عرضي ، ينتهي في تحلل الخلية.
سيناقش هذا الفيديو الاكتشافات المهمة التي أدت إلى تحديد هذه المسارات ، واستكشاف الأسئلة التي لا يزال الباحثون يطرحونها حول موت الخلايا ، ويناقش الأدوات التي يستخدمونها للإجابة عليها ، وأخيرا مراجعة بعض الأمثلة على التجارب.
أولا ، دعنا نراجع بعض الباحثين الرئيسيين الذين ساعدوا في فك رموز مسارات موت الخلايا المختلفة.
يمكن إرجاع المصطلحات الحديثة المستخدمة لوصف هذه المسارات إلى أبقراط ، وهو طبيب في اليونان القديمة. استخدم مصطلح موت الخلايا المبرمج ، بمعنى "السقوط،؟ لوصف تمزيق العظام؟ لوحظ بعد الكسر. عند الوصول إلى العصر الحديث ، أول ذكر ملحوظ ل "النخر؟ حدث في عام 1859 ، عندما استخدم رودولف فيرشو في تجميعه المسمى علم أمراض الخلية هذا المصطلح لوصف "انهيار الأنسجة المتقدمة.؟
مع التقدم في الفحص المجهري والأنسجة على مدى العقد التالي ، في عام 1877 ، تمكن كارل ويجيرت وجوليوس كوهنهايم من دراسة النخر على المستوى الخلوي. لقد قدموا نظرة ثاقبة للسمات المورفولوجية المرتبطة بهذا النوع من الموت ، مثل فقدان النوى.
بعد ما يقرب من 70 عاما ، اكتشف كريستيان دي دوف "الالتهام الذاتي" عملية يتم فيها ابتلاع المكونات الخلوية وتكسيرها بواسطة عضيات مرتبطة بالغشاء تسمى البلعمة الذاتية ، والتي تندمج مع نوع آخر من العضيات - الجسيمات الحاللة - لتدمير محتوياتها بشكل أكبر. نحن نعلم الآن أن الالتهام الذاتي يلعب في الواقع دورا مزدوجا في الخلية ، إما تسهيل البقاء على قيد الحياة أو الحث على الموت.
في عام 1972 ، لاحظ جون كير ، وأيه آر كوري ، وأندرو ويلي نوعا آخر من موت الخلايا مع مورفولوجيا غريبة. بما أن هذه العملية تضمنت قطعا ?السقوط? من الخلايا الميتة ، أطلقوا عليها الاسم اليوناني القديم موت الخلايا المبرمج. في وقت لاحق ، تم التعرف على موت الخلايا المبرمج كشكل من أشكال "موت الخلايا المبرمجة؟" في عام 1977 ، عندما كان إتش آر هورفيتز وجون سولستون يدرسان تطور C. ايليجانس. لاحظوا أن خلايا معينة ستخضع لموت الخلايا المبرمج في نفس الوقت في ديدان مختلفة.
نظرا لأن هذا كان يحدث في وقت مبكر أثناء التطور ، فقد ألمح إلى أن الجينات قد توجه موت الخلايا المبرمج. تم تأكيد هذه الفرضية من قبل مجموعة هورفيتز في الثمانينيات ، عندما لاحظوا أن الخلايا ذات الطفرات في بعض الموت أو C. ايليجانس؟ لم تموت الجينات أثناء تطور هذه الديدان. في وقت لاحق ، أظهر هورفيتز أن جين ced-3 يشفر إنزيما مهينا للبروتين يسمى كاسباز. الآن ، نحن نعلم أن هناك العديد من الكاسباسات ، وهي تلعب أدوارا رئيسية في موت الخلايا.
فتحت هذه التطورات في مجال موت الخلايا طرقا جديدة للباحثين لاستكشافها. دعونا نلقي نظرة على بعضها.
لطالما كان هناك اهتمام بمعرفة العوامل التي تؤدي إلى موت الخلايا. للتعرف عليها ، يقوم الباحثون حاليا بتعريض الخلايا للإشعاع والمواد الكيميائية وجزيئات الإشارات ، ثم البحث عن التغييرات في درجة أو نوع الوفاة.
يهتم علماء آخرون بتوضيح المسارات الكيميائية الحيوية المتضمنة في كل آلية موت خلية. حاليا ، نعلم أن موت الخلايا المبرمج يتبع مسارا تكون فيه الكاسباسات هي الإنزيمات الرئيسية ، في حين أن الالتهام الذاتي يتضمن بروتينات ضرورية لتكوين البلعمة الذاتية. ومع ذلك ، هناك مكونات غير معروفة في هذه المسارات ، ويحاول الباحثون اكتشاف طرق لشرحها. بالإضافة إلى ذلك ، يدرس الباحثون أيضا ما إذا كان هناك أي "تحديث متبادل؟ يحدث بين مسارات موت الخلايا. في حالة وجود الحديث المتبادل ، يمكن أن تؤثر نفس الإشارة في موت الخلايا المبرمج ، وكذلك الالتهام الذاتي.
أخيرا ، يتعامل مجال البحث الشائع مع فهم سبب خلدية خلايا معينة - مثل الخلايا السرطانية. يبحث العلماء باستمرار عن طفرات في الخلايا السرطانية ، ويقيمون ما إذا كان أي منها يؤثر على الجينات التي تشفر العوامل المشاركة في مسارات الموت.
هذه كلها أسئلة معقدة ، لكن لحسن الحظ ، لدى الباحثين مجموعة متنوعة من الأدوات تحت تصرفهم للإجابة عليها.
مقايسة التريبان الأزرق هي أداة فحص شائعة الاستخدام لتقييم تأثير المركب على موت الخلايا. يعتمد الاختبار على بقعة لا يمكنها دخول الخلايا الحية ، لأنها تمتلك أغشية انتقائية ،؟ ولكن يمكن أن تدخل بسهولة الخلايا الميتة حيث يتم تمزق أغشيتها. يحدد هذا الاختبار موت الخلايا ، لكنه يفشل في تحديد مسار موت الخلية المحدد.
لذلك ، صمم العلماء تقنيات مثل فحوصات نشاط الكاسباز. نظرا لأن الكاسباسات يتم تنشيطها أثناء موت الخلايا المبرمج ، يمكن للعلماء إضافة ركائز لهذه الإنزيمات التي تتألق عندما يتم تنشيطها بواسطة الكاسباس. هذا يساعد في تحديد الخلايا موت الخلايا المبرمجة.
وبالمثل ، يمكن التعرف بسهولة على تجزئة الحمض النووي الذي يحدث أثناء موت الخلايا المبرمج باستخدام مقايسة TUNEL ، والتي تعتمد على الكواشف التي تضع علامة على "النكد؟ نهايات الحمض النووي التالف. نظرا لأن هذه الطريقة سهلة التنفيذ نسبيا ، فهي اختبار شائع الاستخدام في هذا المجال.
عندما يرغب العلماء في تحديد آلية موت الخلايا التي تحدث في سكانهم ، يمكنهم إقران بقع الملحق V ويوديد البروبيديوم (PI) مع تحليل قياس التدفق الخلوي. يرتبط Annexin V ببقايا الفوسفاتيديل سيرين في الغشاء ، بينما يدخل PI من خلال الأغشية التالفة للارتباط بالحمض النووي. من خلال دراسة البيانات الناتجة ، يمكن للعلماء فصل الخلايا التي تمر بمسارات موت مختلفة.
أخيرا ، يمكن للعلماء استخدام تصوير الخلايا الحية لعرض عملية موت الخلايا في الوقت الفعلي. هذه تقنية شاملة يمكن استخدامها لتحديد الخلايا الذاتية أو النخرية أو الخلايا المبرمجة بناء على السمات المورفولوجية الفريدة.
كما رأيت ، هناك عدة طرق للكشف عن موت الخلايا ، بعضها غير محدد ، والبعض الآخر يمكن أن يساعد في تحديد الخلايا المبرمجة ، والبعض الآخر يميز بين المسارات المختلفة.
الآن ، دعونا نرى كيف يستخدم العلماء هذه التقنيات لدراسة المزيد عن موت الخلايا.
يلعب النظام الغذائي دورا مهما في الصحة ، وقد يؤثر على موت الخلايا في الأنسجة المختلفة. في هذا الاختبار في المختبر ، عرض الباحثون الخلايا العصبية في الفئران لحمض البالمتيك ، وهو حمض دهني مشبع موجود في كل من منتجات الألبان واللحوم ، ثم استخدموا اختبار الكاسباز لتقييم موت الخلايا المبرمج. اكتشفوا أن الخلايا المعالجة بحمض البالمتيك أظهرت زيادة في نشاط الكاسباز وموت الخلايا.
يستخدم باحثون آخرون هذه المقايسات لتحديد كيفية تحفيز الأدوية على آليات الموت المختلفة. هنا ، تم حقن الفئران المعدلة وراثيا ذات الخلايا السرطانية المصنفة بالفلورسنت بدوكسوروبيسين ، وهو دواء مضاد للسرطان. ثم قام العلماء بتصوير الخلايا في الحية ، ومن خلال البحث عن التغييرات في مورفولوجيا الخلايا السرطانية ، قرروا أن العلاج بالعقاقير أدى إلى حدوث موت الخلايا المبرمج والنخر.
أخيرا ، يبحث بعض العلماء فيما إذا كان يمكن عكس موت الخلايا. في هذه التجربة ، عرض الباحثون الخلايا السرطانية البشرية للإيثانول ، وأكدوا من خلال مجموعة متنوعة من المقايسات أن هذا العلاج تسبب في الشروع في مسار موت الخلايا المبرمج. عند غسل الإيثانول ، تمكنت الخلايا المصابة من التعافي من موت الخلايا المبرمج من خلال عملية تسمى "anastasis.? قدم هذا نظرة ثاقبة حول كيفية عودة السرطانات بعد العلاج بالعقاقير.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لمسارات موت الخلايا. استعرض هذا الفيديو التاريخ الغني لأبحاث موت الخلايا - من العصور القديمة إلى القرن العشرين - ثم ناقش بعض الأسئلة الحالية. شرحنا أيضا الطرق الشائعة لفحص موت الخلايا ، وأوضحنا كيف يتم استخدام هذه التقنيات لفهم العلاقة بين البيئة والمرض وموت الخلايا بشكل أفضل. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What are the three main types of cell death pathways?
Cells can die through apoptosis, autophagy, or necrosis. Apoptosis is programmed cell death characterized by membrane blebbing and nuclear fragmentation. Autophagy, also regulated, involves formation of large vacuoles enclosing cellular components. Necrosis is unplanned cell death resulting in cell lysis and loss of nuclei.
Q2: How do caspases function in apoptosis?
Caspases are protein-degrading enzymes that serve as key regulators in the apoptosis pathway. These enzymes are activated during programmed cell death and can be detected using caspase activity assays, where fluorescent substrates reveal their activation. The ced-3 gene encodes caspase, linking genetic control to apoptotic mechanisms.
Q3: What is the trypan blue assay used for in cell death research?
The trypan blue assay is a screening tool that identifies cell death by exploiting membrane differences. The stain cannot enter live cells with selective membranes but easily enters dead cells with ruptured membranes. However, this assay identifies cell death generally without pinpointing the specific pathway involved.
Q4: How can researchers distinguish between different cell death pathways?
Researchers use annexin V and propidium iodide stains paired with flow cytometry analysis to distinguish death pathways. Annexin V binds to phosphatidylserine residues in membranes, while propidium iodide enters damaged membranes to associate with DNA. This combination allows scientists to separate cells undergoing different death mechanisms.
Q5: What role does autophagy play in cell survival and death?
Autophagy is a regulated process where cellular components are engulfed and broken down by autophagosomes, which fuse with lysosomes for further destruction. This process plays a dual role in cells, either facilitating survival during nutrient stress or inducing death when dysregulated. Christian de Duve's discovery revealed this fundamental cellular mechanism.
Q6: How did research in C. elegans worms advance understanding of apoptosis?
Studies of C. elegans development revealed that specific cells undergo apoptosis at consistent times across different worms, suggesting genetic control. Researchers identified ced genes responsible for this process, with mutations preventing programmed cell death during development. This work established that apoptosis is genetically regulated rather than random.
Q7: What can live cell imaging reveal about cell death mechanisms?
Live cell imaging allows scientists to observe cell death in real time and identify autophagic, necrotic, or apoptotic cells based on unique morphological features. This all-encompassing technique provides visual confirmation of death pathways without requiring cell fixation. It complements biochemical assays by showing dynamic cellular changes during death.
Browse More Videos
الفصول في هذا الفيديو
0:00
Overview
1:20
A Brief History of the Field
4:01
Key Questions
5:31
Prominent Methods
7:50
Applications
9:28
Summary