kematian sel adalah proses penghancuran komponen seluler mengalami semua organisme hidup di berbagai tahap. Dalam semua organisme multiseluler harus ada keseimbangan optimal antara kematian sel dan proliferasi sel.
Kematian sel terjadi melalui dua mekanisme utama: oleh nekrosis atau kematian sel yang tidak disengaja, dan oleh apoptosis atau kematian sel terprogram. Setiap mekanisme dikaitkan dengan morfologi sel tertentu.
Perbedaan antara apoptosis dan nekrosis. Sumber: Institut Nasional Penyalahgunaan Alkohol dan Alkoholisme (NIAAA) [Domain publik]
Apoptosis atau kematian sel terprogram terdiri dari jalur yang sangat diatur oleh komponen genetik. Seringkali ketika organisme mengalami keadaan patologis (penyakit degeneratif, misalnya), program apoptosis dapat dilaksanakan secara tidak benar, sehingga terjadi penghancuran sel yang tidak semestinya.
Kematian sel terprogram merupakan komponen penting dari jalur perkembangan dan homeostasis (kontrol antara kematian sel dan proliferasi) secara umum.
Kematian sel yang tidak disengaja atau nekrosis adalah jenis kematian sel kedua. Ini menyajikan perbedaan radikal jika kita membandingkannya dengan apoptosis. Fenomena ini terjadi ketika sel terkena lingkungan yang tidak menguntungkan atau ekstrim, yang mengakibatkan kerusakan struktur sel.
Indeks artikel
Kematian sel terprogram atau apoptosis
Perspektif sejarah
Pada tahun 1972 istilah apoptosis pertama kali digunakan. Itu muncul dalam artikel ilmiah klasik yang ditulis oleh penulis Kerr, Wyllie, dan Currie. Untuk Kerr et al., Istilah apoptosis menggambarkan bentuk morfologis kematian sel yang khas.
Terlepas dari kenyataan bahwa fitur-fitur ini telah dirinci beberapa kali, para penulis ini adalah yang pertama memberi nama fenomena tersebut.
Definisi
Organisme multiseluler terdiri dari beberapa sel yang harus menjalin hubungan satu sama lain. Komunitas harus dijaga agar tetap terorganisir, dan ini dicapai dengan menetapkan kontrol antara proliferasi sel-sel baru dan eliminasi sel-sel yang sudah ada.
Jadi, sel-sel yang karena berbagai alasan tidak lagi diperlukan menjalani semacam “bunuh diri” molekuler yang disebut apoptosis.
Kematian sel terprogram adalah fenomena fisiologis normal. Ini melibatkan eliminasi terkontrol dari sel-sel tertentu. Mekanisme ini sangat penting untuk menjaga jaringan dewasa bekerja dengan baik. Ini juga berperan dalam perkembangan embrio.
Fitur
Menjaga keseimbangan proliferasi
Tujuan utama dari kematian sel terprogram adalah untuk menjaga keseimbangan proliferasi sel. Misalnya, dalam tubuh kita hampir 5 x 10 11 eritrosit atau sel darah dihilangkan setiap hari melalui kematian sel.
Melindungi sel
Selain itu, memungkinkan pembentukan mekanisme perlindungan terhadap sel-sel yang berpotensi dapat mempengaruhi tubuh. Dalam kasus sel yang telah menjadi korban infeksi virus, mereka biasanya dibunuh oleh kematian sel terprogram. Dengan demikian, virus tidak lagi dapat menyebar di dalam inang.
Kematian sel terprogram tidak hanya menghilangkan sel yang terinfeksi oleh patogen eksternal, tetapi juga mampu menyingkirkan sel-sel organisme yang menunjukkan kerusakan materi genetik. Dalam hal ini, sel-sel yang membawa mutasi yang berbahaya bagi organisme dihilangkan.
Dalam kasus di mana perkembangan sel-sel abnormal ini dapat berlanjut dan mekanisme kematian sel tidak bekerja, tumor dan perkembangan berbagai jenis kanker dapat muncul.
Mengkoordinasikan perkembangan embrio
Kematian sel terprogram memainkan peran penting dalam perkembangan embrio. Selama pembentukan yang sama, beberapa sel yang tidak perlu harus dihilangkan.
Misalnya, bertanggung jawab untuk menghilangkan jaringan pada larva pada organisme yang mengalami metamorfosis: larva dan amfibi. Selain itu, beberapa bentuk juvenil dicirikan oleh selaput di antara jari-jarinya, yang merupakan ciri kehidupan akuatik.
Ketika organisme menjadi dewasa, membran ini menghilang, karena sel-sel yang menyusunnya mengalami peristiwa kematian sel terprogram. Secara umum, proses apoptosis membentuk anggota badan manusia dan tikus: struktur berbentuk sekop yang diakhiri dengan digit yang terbentuk dengan baik.
Selama perkembangan mamalia, kematian sel terprogram berpartisipasi dalam pembentukan sistem saraf . Ketika tubuh berkembang, jumlah sel saraf yang berlebihan diproduksi, yang kemudian dieliminasi oleh kematian sel terprogram.
Neuron yang bertahan (sekitar 50%) membuat koneksi yang benar dengan sel target. Ketika koneksi yang dibuat adalah yang ditunjukkan, sekresi serangkaian faktor pertumbuhan dimulai yang memungkinkan kelangsungan hidup sel, karena menghambat program kematian sel.
Karakteristik seluler dari apoptosis
Selama kematian sel terprogram, sel menunjukkan fenotipe tertentu. Ciri pertama yang dapat dibedakan adalah fragmentasi DNA kromosom.
Dalam peristiwa ini, pemecahan nukleosom, struktur yang dibentuk oleh DNA dan protein, terjadi . Dengan kondensasi kromatin, inti pecah menjadi potongan-potongan kecil.
Saat proses berlangsung, ukuran sel berkurang secara signifikan. Pada akhirnya, sel pecah menjadi beberapa segmen yang dikelilingi oleh membran sel. Masing-masing bagian ini dikenal sebagai badan apoptosis.
Kemudian, sel-sel sistem kekebalan yang disebut makrofag bertanggung jawab untuk mengenali dan memfagositosis struktur yang sekarat ini.
Jadi, “mayat” sel yang mengalami apoptosis secara efektif menghilang dari organisme tempatnya berada – bertentangan dengan apa yang terjadi ketika sel mati karena cedera. Dalam skenario terakhir, sel-sel membengkak dan akhirnya lisis, mengobarkan area yang dimaksud.
Selama apoptosis, kerusakan terjadi di mitokondria, ditandai dengan pelepasan serangkaian molekul yang merangsang mekanisme kematian, seperti sitokrom c, protein Smac / Diablo, dan lain-lain.
Aspek genetik
Regulasi ketat kematian sel terprogram terjadi berkat fungsi gen yang berbeda yang diatur.
Studi pertama terkait dengan mekanisme genetik apoptosis dilakukan pada nematoda Caenorhabditis elegans . Dalam organisme ini, 3 gen yang terkait dengan eksekusi dan regulasi seluruh proses apoptosis diidentifikasi.
Pada mamalia, gen yang sangat mirip dengan nematoda ditemukan. Untuk alasan ini, mereka telah menjadi entitas yang sangat lestari sepanjang evolusi.
Ced-3 adalah contoh keluarga yang terdiri dari lebih dari selusin protease (enzim yang menghidrolisis protein), yang dikenal dengan nama caspases.
Selama kematian terprogram, caspase menghidrolisis lebih dari 100 protein yang ditemukan dalam sel yang bersangkutan. Di antara protein target caspases kita menemukan inhibitor DNase, yang menyebabkan kerusakan DNA dalam inti sel.
Caspases juga bertanggung jawab atas pecahnya lamina nukleus, yang menyebabkan fragmentasi nukleus dan sitoskeleton secara umum. Konsekuensi langsung dari semua peristiwa degradasi ini adalah fragmentasi sel.
Memicu apoptosis
Ada serangkaian rangsangan yang memicu mekanisme apoptosis. Rangsangan ini dapat bersifat fisiologis atau patologis. Menariknya, tidak semua sel merespon dengan cara yang sama terhadap rangsangan.
Iradiasi dan obat-obatan yang digunakan untuk perawatan kanker (kemoterapi) menghasilkan apoptosis dari jalur yang disebut jalur yang bergantung p53.
Beberapa hormon, seperti kortikosteroid – hormon dari kelompok steroid dan turunannya – dapat menyebabkan jalur apoptosis pada beberapa sel. Namun, sebagian besar sel tidak terpengaruh oleh keberadaannya.
Kematian atau nekrosis sel yang tidak disengaja
Definisi
Kematian atau nekrosis sel yang tidak disengaja terjadi ketika sel terpapar pada lingkungan yang tidak menguntungkan yang menyebabkan kerusakan serius pada struktur sel.
Faktor-faktor yang menyebabkan trauma termasuk suhu yang sangat tinggi atau sangat rendah, kadar oksigen abnormal, paparan racun, paparan metabolit oksigen reaktif, kekurangan nutrisi, tingkat pH abnormal, antara lain.
Kondisi medis yang berbeda melibatkan nekrosis, termasuk penyakit neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer, penyakit Huntington, penyakit Parkinson, amyotrophic lateral sclerosis, dan epilepsi.
Meskipun proses nekrotik terlibat dalam berbagai kondisi medis, mekanisme di balik kejadian tersebut belum sepenuhnya dijelaskan. Secara historis, nekrosis telah dilihat hanya sebagai reaksi kacau yang menghancurkan sel.
Namun, bukti terkini dari organisme Caenorhabditis elegans dan Drosophila meragukan ‘dogma’ ini.
Jenis sel yang berbeda yang mengalami nekrosis menunjukkan karakteristik sel morfologi yang sangat spesifik dalam menanggapi cedera, menunjukkan bahwa ada program eksekusi sentral untuk nekrosis.
Pemahaman yang lengkap dan rinci tentang proses nekrotik dapat mengarah pada pengembangan metodologi baru untuk mengendalikan penyakit yang melibatkan kematian sel nekrotik.
Karakteristik seluler dari nekrosis
Seperti pada apoptosis, nekrosis memiliki ciri morfologi yang khas. Lebih jauh, ini sama sekali berbeda dari apa yang kita amati dalam sel yang mati melalui jalur apoptosis.
Kematian disertai dengan peradangan yang signifikan dalam sel, pembentukan vakuola dalam sitoplasma, distensi retikulum endoplasma, terik sitoplasma, kondensasi mitokondria, disagregasi dan pelepasan ribosom , pecahnya membran, lisosom meradang dan pecah, antara lain.
Nekrosis adalah proses “pasif”, karena tidak memerlukan sintesis protein tambahan, kebutuhan energi untuk itu terjadi minimal, dan tidak memiliki mekanisme pengaturan homeostatik tambahan.
Mekanisme
Cedera yang disebabkan pada sel nekrotik dapat dimediasi oleh dua mekanisme utama: gangguan pasokan energi dan kerusakan langsung pada sel oleh faktor-faktor yang disebutkan di atas.
Perbandingan antara apoptosis dan nekrosis
Perbedaan
Kontrol proses : Secara komparatif, apoptosis adalah proses aktif yang sangat terkontrol, sedangkan nekrosis adalah proses toksik di mana sel adalah korban pasif dari cara kematian yang tidak bergantung pada energi. Seperti yang kita sebutkan, bukti saat ini telah meragukan non-regulasi nekrosis.
Lokasi kematian : Biasanya, apoptosis terjadi pada sel tunggal atau kelompok sel kecil, sedangkan nekrosis terjadi pada rangkaian sel.
Keadaan membran plasma : Pada apoptosis, membran sel tetap utuh dan sitoplasma mempertahankan badan apoptosis. Pada nekrosis, membran plasma pecah dan sitoplasma dilepaskan.
Proses inflamasi : tidak ada jenis peradangan yang diamati pada apoptosis, sedangkan inflasi adalah salah satu karakteristik nekrosis yang paling mencolok. Hilangnya integritas membran dan seluler mengirimkan sinyal kemotaktik yang merekrut agen seluler yang terkait dengan proses inflamasi.
Bisakah Anda membedakan antara apoptosis dan nekrosis?
Apa yang bergantung pada apakah sel mati karena apoptosis atau karena nekrosis? Berbagai faktor terlibat dalam keputusan ini, termasuk sifat sinyal kematian, jenis jaringan yang bersangkutan, keadaan perkembangan organisme, dan lain-lain.
Menggunakan teknik histologi konvensional, tidak mudah untuk membedakan antara jaringan yang mati karena apoptosis atau nekrosis. Hasil morfologi kematian yang dihasilkan oleh jalur nekrotik dan apoptosis berbeda dalam beberapa hal dan tumpang tindih dalam hal lain.
Bukti menunjukkan bahwa apoptosis dan nekrosis mewakili ekspresi morfologis dari jalur biokimia bersama yang disebut kontinum apoptosis-nekrosis. Misalnya, dua faktor terlibat dalam konversi jalur apoptosis menjadi nekrosis: penurunan ketersediaan caspases dan ATP di dalam sel.
Kematian sitotoksik
Dalam organisme multiseluler ada jenis sel tertentu yang termasuk dalam sistem kekebalan – atau sekresi yang mereka hasilkan – yang beracun bagi sel lain.
Sel-sel ini bertanggung jawab untuk memulai jalur yang bertanggung jawab atas penghancuran sel target (yang dapat berupa sel yang terinfeksi oleh patogen atau sel kanker). Namun, penulis memilih untuk tidak memasukkan salah satu dari dua kategori yang disebutkan (nekrosis atau apoptosis), karena tidak terjadi melalui mekanisme tertentu.
Ambil kasus spesifik kematian sel yang dimediasi oleh jenis sel yang disebut limfosit T CD8 + sitotoksik . Dalam contoh ini, sel menggabungkan aspek kematian sel yang tidak disengaja dan terprogram.
Referensi
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial . Ilmu Garland.
- Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Sel: pendekatan molekuler . Washington, DC: Pers ASM.
- Elmore, S. (2007). Apoptosis: tinjauan kematian sel terprogram. Patologi toksikologi , 35 (4), 495-516.
- Ross, MH, & Pawlina, W. (2006). Histologi . Lippincott Williams & Wilkins.
- Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Kematian karena nekrosis. Malapetaka yang tak terkendali, atau adakah ketertiban di balik kekacauan itu?. Laporan EMBO , 3 (7), 604-9.
