細胞死：種類とその特徴 - 生物学 - 2025

細胞死は、異なる段階ですべての生物を経験する細胞成分の破壊のプロセスです。すべての多細胞生物では、細胞死と細胞増殖の最適なバランスがなければなりません。

細胞死は、壊死または偶発的な細胞死と、アポトーシスまたはプログラムされた細胞死の2つの主要なメカニズムによって発生します。各メカニズムは、特定の細胞形態に起因します。

アポトーシスと壊死の違い。
出典：アルコール乱用およびアルコール依存症に関する国立研究所（NIAAA）

アポトーシスまたはプログラムされた細胞死は、遺伝的要素によって高度に調節された経路を構成します。多くの場合、生物が病理学的な状況（たとえば、変性疾患）を経験すると、アポトーシスプログラムが正しく実行されず、過度の細胞破壊を引き起こす可能性があります。

プログラムされた細胞死は、一般的に発生経路とホメオスタシス（細胞死と増殖の間の制御）の重要な要素です。

偶発的な細胞死または壊死は、細胞死の2番目のタイプです。アポトーシスと比較すると、根本的な違いがあります。この現象は、細胞が好ましくない、または極端な環境にさらされたときに発生し、細胞構造に損傷を与えます。

プログラムされた細胞死またはアポトーシス

歴史的展望

1972年に、アポトーシスという用語が初めて使用されました。著者のカー、ワイリー、およびカリーによって書かれた古典的な科学記事にそれは現れました。カーらにとって、アポトーシスという用語は、細胞死の特徴的な形態学的形態を表す。

これらの特性はすでに何度も詳述されていましたが、これらの著者は現象に名前を付けた最初の人です。

定義

多細胞生物は、互いに接続を確立する必要がある複数の細胞で構成されています。コミュニティは厳密に組織された状態に保たれる必要があり、これは新しい細胞の増殖と既存の細胞の排除との間の制御を確立することによって達成されます。

このようにして、複数の理由で不要になった細胞は、アポトーシスと呼ばれる一種の分子「自殺」を受けます。

プログラムされた細胞死は正常な生理現象です。それは特定の細胞の制御された除去を含みます。このメカニズムは、成体組織を適切に機能させるために重要です。また、胚の発生にも関与しています。

特徴

拡散のバランスを維持する

プログラムされた細胞死の主な目的は、細胞増殖のバランスを維持することです。たとえば、私たちの体では、細胞死によって毎日5 x 10 ^11個の赤血球または血球が排除されます。

細胞を保護する

さらに、潜在的に体に影響を与える可能性のある細胞に対する保護メカニズムを確立することができます。ウイルス感染の犠牲となった細胞の場合、それらは通常、プログラムされた細胞死によって殺されます。したがって、ウイルスはホスト内で拡散し続けることができなくなります。

プログラムされた細胞死は、外部の病原体に感染した細胞を排除するだけでなく、遺伝物質に損傷を与える生物の細胞を排除することもできます。この場合、生物に有害な変異を持っている細胞は排除されます。

これらの異常細胞の発生が続く可能性があり、細胞死のメカニズムが機能しない場合、腫瘍および異なる種類の癌の発生が現れる可能性があります。

胚の発生を調整する

プログラムされた細胞死は、胚の発生に重要な役割を果たします。同じの形成中に、不要ないくつかの細胞を排除する必要があります。

たとえば、それは変態を起こす生物の幼虫の組織を排除する責任があります：幼虫と両生類。さらに、いくつかの幼生形態は、水生生物に特徴的な指の間に膜があることを特徴としています。

生物が成虫になると、それを構成する細胞がプログラムされた細胞死イベントを受けるため、これらの膜は消えます。一般に、アポトーシスプロセスは人間とマウスの四肢を形成します。整形式の数字で終わるシャベル形の構造。

哺乳動物の発達中、プログラムされた細胞死が神経系の形成に関与します。身体が発達しているとき、過剰な数の神経細胞が産生され、それらは後にプログラムされた細胞死によって排除されます。

生存するニューロン（約50％）は、ターゲットセルと正しく接続します。確立された接続が指定された接続である場合、一連の成長因子の分泌が始まり、細胞死プログラムを阻害するため、細胞の生存が可能になります。

アポトーシスの細胞特性

プログラムされた細胞死の間、細胞は特定の表現型を示します。最初の際立った特徴は、染色体DNA断片化です。

このイベントでは、DNAとタンパク質によって形成される構造であるヌクレオソームの分解が発生します。クロマチンの凝縮により、核は小さな断片に分裂します。

プロセスが進むにつれて、セルのサイズが大幅に減少します。最終的に、細胞は細胞膜に囲まれた複数のセグメントに分かれます。これらの各部分は、アポトーシス体として知られています。

その後、マクロファージと呼ばれる免疫系の細胞が、これらの死にかけている構造を認識し、貪食する役割を果たします。

したがって、アポトーシスを受ける細胞の「死体」は、それが属していた生物から効果的に消えます-細胞が損傷で死んだときに起こることとは逆に。後者のシナリオでは、細胞が膨張して最終的に溶解し、問題の領域に炎症を起こします。

アポトーシスの間、ミトコンドリアで損傷が発生し、とりわけ、シトクロムc、Smac / Diabloタンパク質など、死のメカニズムを刺激する一連の分子の放出が特徴です。

遺伝的側面

プログラムされた細胞死の厳密な制御は、さまざまな遺伝子の調整された機能のおかげで発生します。

アポトーシスの遺伝的メカニズムに関する最初の研究は、線虫Caenorhabditis elegansで行われました。この生物では、アポトーシスプロセス全体の実行と制御に関連する3つの遺伝子が同定されました。

哺乳類では、線虫と非常によく似た遺伝子が見つかりました。したがって、それらは進化を通じて高度に保存されたエンティティでした。

Ced-3は、カスパーゼという名前で知られている、1ダースを超えるプロテアーゼ（タンパク質を加水分解する酵素）で構成されるファミリーの例です。

プログラムされた死のイベント中に、カスパーゼは問題の細胞で見つかった100以上のタンパク質を加水分解します。カスパーゼの標的タンパク質の中に、細胞核内のDNAの分解を引き起こすDNAase阻害剤があります。

カスパーゼはまた、核ラミナの破裂の原因でもあり、一般に核と細胞骨格の断片化につながります。これらすべての分解イベントの直接的な結果は、細胞の断片化です。

アポトーシスの誘発

アポトーシスのメカニズムを誘発する一連の刺激があります。これらの刺激は生理学的または病理学的であり得る。興味深いことに、すべての細胞が刺激に対して同じように反応するわけではありません。

がんの治療（化学療法）に使用される放射線と薬物は、p53依存性経路と呼ばれる経路からアポトーシスを引き起こします。

コルチコステロイドなどのいくつかのホルモン-ステロイドと誘導体のグループに含まれるホルモン-は、一部の細胞でアポトーシス経路を引き起こす可能性があります。ただし、ほとんどの細胞はその存在による影響を受けません。

偶発的な細胞死または壊死

定義

偶発的な細胞死または壊死は、細胞が細胞構造に深刻な損傷を引き起こす不利な環境に曝されたときに発生します。

外傷を引き起こすこれらの要因には、とりわけ、非常に高いまたは非常に低い温度、異常な酸素レベル、毒素への暴露、活性酸素代謝産物への暴露、栄養欠乏、異常なpHレベルが含まれます。

さまざまな病状には、アルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、てんかんなどの神経変性疾患を含む壊死が含まれます。

壊死プロセスはさまざまな病状に関与していますが、イベントの背後にあるメカニズムは完全には解明されていません。歴史的に、壊死は単に細胞を破壊する無秩序な反応と見なされてきました。

しかし、線虫とショウジョウバエの生物からの現在の証拠は、この「ドグマ」に疑問を投げかけています。

壊死を受ける異なる細胞型は、損傷に応答して非常に特異的な形態学的細胞特性を示し、壊死のための中心的な実行プログラムがあることを示唆しています。

壊死プロセスの完全かつ詳細な理解は、壊死性細胞死を伴う疾患を制御するための新しい方法論の開発につながる可能性があります。

壊死の細胞特性

アポトーシスと同様に、壊死には形態学的特徴があります。さらに、これらは、アポトーシス経路によって死ぬ細胞で観察されるものとはまったく異なります。

死は、細胞の著しい炎症、細胞質での液胞の形成、小胞体の膨張、細胞質の膨れ、ミトコンドリアの凝縮、リボソームの脱凝集と脱落、膜の破裂、炎症を起こしたリソソームを伴うとりわけ、壊れています。

壊死は「受動的な」プロセスであり、追加のタンパク質合成を必要としないため、壊死が発生するのに必要なエネルギーは最小限であり、追加の恒常性調節機構はありません。

メカニズム

壊死細胞で引き起こされる損傷は、2つの主要なメカニズムによって媒介される可能性があります。エネルギー供給の干渉と、上記の要因による細胞への直接的な損傷です。

アポトーシスと壊死の比較

違い

プロセス制御：比較的、アポトーシスは高度に制御されたアクティブなプロセスですが、壊死は有毒なプロセスであり、細胞はエネルギーに依存しないモードの受動的な犠牲者です。私たちが述べたように、現在の証拠は壊死の非規制に疑問を投げかけています。

死の場所：通常、アポトーシスは単一の細胞または小さな細胞クラスターで発生し、壊死は一連の細胞で発生します。

原形質膜の状態：アポトーシスでは、細胞膜は無傷のままで、細胞質はアポトーシス小体を保持しています。壊死では、原形質膜が破裂し、細胞質が放出されます。

炎症過程：アポトーシスでは炎症のタイプは観察されませんが、インフレは壊死の最も顕著な特徴の1つです。膜と細胞の完全性の喪失は、炎症過程に関連する細胞因子を動員する走化性シグナルを送ります。

アポトーシスと壊死を区別できますか？

細胞がアポトーシスで死ぬのか、壊死で死ぬのかは、何に依存しますか？この決定には、死のシグナルの性質、問題の組織のタイプ、生物の発達状態など、さまざまな要因が関係しています。

従来の組織学技術を使用して、アポトーシスまたは壊死で死んでいる組織を識別することは容易ではありません。壊死経路とアポトーシス経路によって生じる死の形態学的結果は、いくつかの点で異なり、他の点で重複しています。

証拠は、アポトーシスと壊死が、アポトーシスと壊死の連続体と呼ばれる共有の生化学的経路の形態学的表現であることを示しています。たとえば、アポトーシス経路の壊死への変換には、細胞内のカスパーゼとATPの利用率の低下という2つの要因が関係しています。

細胞毒性死

多細胞生物には、免疫系に属する特定の種類の細胞、またはそれらが産生する分泌物が他の細胞に対して毒性があります。

これらの細胞は、標的細胞（病原体または癌細胞に感染した細胞であり得る）の破壊に関与する経路の開始に関与している。ただし、著者は、特定のメカニズムでは発生しないため、言及された2つのカテゴリ（壊死またはアポトーシス）のいずれも含めないことを好みます。

細胞傷害性CD8 ⁺ Tリンパ球と呼ばれる細胞タイプによって媒介される細胞死の特定のケースを考えてみましょう。この例では、細胞は偶発的な細胞死とプログラムされた細胞死の両方の側面を組み合わせています。

参考文献

1. アルバーツ、B。、ブレイ、D。、ホプキン、K。、ジョンソン、AD、ルイス、J。、ラフ、M。、…、ウォルター、P。（2013）。本質的な細胞生物学。ガーランドサイエンス。
2. クーパー、GM、ハウスマン、RE、およびハウスマン、RE（2000）。細胞：分子的アプローチ。ワシントンDC：ASMプレス。
3. Elmore、S.（2007）。アポトーシス：プログラムされた細胞死のレビュー。毒性病理学、35（4）、495-516。
4. ロス、MH、およびパウリーナ、W（2006）。組織学。リッピンコットウィリアムズ&ウィルキンス。
5. Syntichaki、P.&Tavernarakis、N.（2002）。壊死による死。制御不能な大災害、または混乱の背後に秩序があるのか​​？EMBOレポート、3（7）、604-9。