Механизмы регуляции гомеостаза в различных типах клеточных популяций

В многоклеточном организме численность любой клеточной популя­ции жестко регулируется. Механизмы тканевого гомеостаза сложны и многогранны. На их полюсах находятся митоз и аноптоз (запрограммиро­ванная клеточная гибель, см. ниже).

Как отмечалось, существует три вида соматических клеток в зависимо­сти от их жизненного цикла: стволовые; постмитотически обратимые; по­стмитотически необратимые. Из сочетания этих клеточных типов форми­руются клеточные популяции (например, ткани). По соотношению в кле­точных популяциях клеток с различными клеточными циклами французс­кий ученый К. Лсблоп разделил все клеточные системы (ткани и органы) па три большие группы.

1. Статические (стационарные) клеточные популяции. К этой группе он отнес такие клеточные популяции, в которых в зрелом состоянии имеются только дифференцированные клетки и полностью отсутствуют стволовые клетки. К таким клеточным популяциям относятся нервная и сердечная

мышечная ткани. В них клетки в процессе дифференцировки необратимо к'ряют способность к делению, и общее число клеток не может увеличивать­ся. Напротив, с течением времени определенная часть клеток погибает путем амонтоза, а при старении организма этот процесс усиливается.

2. Растущие (увеличивающиеся в размерах) клеточные популяции. К:>той группе относятся клеточные популяции с очень низким в норме тем­пом пролиферативных процессов. Одновременно и потеря клеток очень низка. Такие популяции содержат: 1) очень незначительное количество стволовых клеток (по мнению некоторых авторов, они вообще отсутству­ют); 2) дифференцированные клетки; 3) покоящиеся клетки.

Примером такого типа популяций может служить паренхима печени, почек, щитовидной железы. В эмбриогенезе популяция гепатоцитов раз­множается с большой скоростью, в начале постнаталыгого развития число активно размножающихся гепатоцитов снижается, а продолжительность митотического цикла возрастает. У взрослых животных количество их па­дает до очень незначительных величин. Вместе с тем, при определенных ситуациях (удаление части органа) покоящиеся клетки быстро возвраща­ются в митотический цикл и, размножаясь, восстанавливают численность клеточной популяции.

3. Обновляющиеся популяции клеток. В этих популяциях достаточно интенсивное воспроизводство клеток уравновешивается такой же интен­сивной их потерей за счет апоптоза. Такие популяции состоят из: 1) отно­сительно небольшой фракции стволовых клеток, которые, делясь и диф­ференцируясь в зрелые клетки, поддерживают численность клеточной по­пуляции. Эти клетки большую часть своего жизненного цикла проводят в состоянии продленного С,-периода. 2) постмитотически необратимых кле­ток, выполняющих основные функции популяции.

В зависимости от типа клеточной популяции различны и механизмы поддержания ее гомеостаза.

1. В статических клеточных популяциях регуляторные механизмы на­правлены на регуляцию апоптоза.

2. В растущих клеточных популяциях регуляторные механизмы могут быть направлены на:

1) изменение процесса входа или выхода клеток в(из) состояние(я) по­коя; 3) изменение длительности митотического цикла клеток; 2) измене­ние скорости дифференцировки клеток; 4) изменение интенсивности апоп­тоза клеток.

3. В обновляющихся клеточных популяциях регуляция может быть при­ложена к: 1) выходу или входу стволовой клетки из(в) продленного(ый) Go-период; 2) изменению длительности митотического цикла стволовых клеток; 3) изменению интенсивности апоптотической гибели клеток, кото­рая в нормальных условиях достаточно высока.

В последнем случае численность клеточной популяции будет зависеть от соотношения митотической активности и апоптотической гибели кле­ток: а) при уравновешивании их популяция находится в стационарном со­стоянии; б) при преобладании пролиферативных процессов отмечается при­рост клеток, гипертрофия ткани, адаптация к вредным факторам; в) при преобладании апоптотической гибели наблюдается убыль клеточной популя­ции, что может иметь место при возвращении ткани после гипертрофии к исходному состоянию, атрофии ткани (малокровие, язвы и т.д.).

ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ПОКОЯЩИХСЯ КЛЕТОК (G₀-W1ETOK)

В покоящихся клетках существует ряд механизмов, поддерживающих макромолекулы в состоянии равновесия, необходимого для жизнедеятельно­сти, и предотвращающих их гибель в неблагоприятных условиях. Благодаря этому покоящиеся клетки могут пребывать в состоянии покоя неограничен­но долго, при этом в определенной мере выполняя некоторые специфичес­кие функции (в первую очередь это относится к клеткам, вышедшим в со­стояние покоя после С₂-периода). В состоянии покоя может происходить репарация поврежденной ДНК.

Для покоящихся клеток характерны следующие признаки:

1. По размерам они меньше пролиферирующих клеток.

2. В них более, чем в делящихся клетках, конденсирован хроматин.

3. В этих клетках низкий уровень синтеза ДНК.

4. Снижено содержание РНК при одновременном повышении процес­сов ее синтеза и распада.

5. Снижена проницаемость цитолеммы.

6. Снижена интенсивность метаболизма и дыхательная активность.