Феноптоз, или Запрограммированная смерть организма

Академик В. П. Скулачев
«Химия и жизнь» № 11, 2002

• Самоубийство бактерий
• Самурайский закон биологии
• Загадка дифтерийного токсина
• Септический шок
• Старение организма — особый случай феноптоза?
• Еще раз о теломерах
• Инфаркт, инсульт, рак: болезнь или закономерность?
• Заключение

Мы способны увидеть только то,
что однажды уже где-то видели.

Ф. Пешоа

История вопроса

Более восемнадцати веков назад римский врач и естествоиспытатель Гален предложил термин «апоптоз», что в переводе с греческого значит «листопад». Так он назвал процесс, обусловливающий опадение листьев осенью. Из хорошо известного факта, что листья опадают только с живых деревьев, сломанные же уходят в зиму с побуревшей, но неопавшей листвой, Гален сделал вывод о «запрограммированности» (говоря современным языком) осеннего отмирания листьев. Очевиден его биологический смысл: зимние снега сломают ветви, если они своевременно не избавятся от листьев.

Сегодня в общих чертах ясен механизм явления, на которое обратил внимание древний ученый. В урочный день и час клетки, формирующие основание черешка листа, совершают акт самоубийства. В результате механическая прочность крепления уменьшается, лист уже не может удержаться а ветке, и его уносит порыв осеннего ветра.

Многочисленные исследования последних двадцати лет убедительно показали, что способность к самоубийству присуща не только клеткам черешка. Скорее это неотъемлемое свойство живых клеток, принадлежащих к самым разным типам, и у растений, и у животных (не исключая и человека). С легкой руки Галена апоптозом стали называть все случаи запрограммированной смерти клеток. Самоликвидируются, например, многие эмбриональные клетки, ставшие ненужными в процессе развития; клетки иммунной системы, вырабатывающие антитела к своим собственным белкам; клетки с поврежденным геномом, а также «бездомные» клетки, случайно оказавшиеся вне родной ткани. Последний случай особенно интересен. Оказалось, что в межклеточной жидкости есть особые белки, специфичные для каждой ткани. Эти белки сорбируются на поверхности клетки и подавляют в них некую систему, генерирующую сигнал самоубийства. Покинув свою ткань, клетка теряет эти белки, запрет исчезает, и в результате клетка кончает с собой. В каком-то смысле клетка многоклеточного организма напоминает глубокого ипохондрика, которого нужно постоянно удерживать от соблазна покончить счеты с жизнью, уговаривать: «Живи дальше!»

Апоптоз — это сложный процесс, жестко регламентированный во времени и пространстве. Его осуществляет большая группа белков, специально созданных в ходе эволюции. При апоптозе клетка разбирает составляющие ее биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты и т. д.) на мономеры, которые затем используются другими клетками.

Программы самоликвидации действуют не только на уровне клетки, но также на субклеточном и надклеточных уровнях. Недавно выяснилось, что самоуничтожаться могут митохондрии — внутриклеточные органеллы, ответственные за энергообеспечение. Они окисляют питательные вещества кислородом, а высвобождающуюся при этом энергию превращают в универсальную энергетическую валюту — АТФ. Самоубийство митохондрий я назвал митоптозом по анологии с апоптозом. Митоптоз происходит, например, если митохондрия начинает образовывать из кислорода не воду, а супероксид О₂ — предшественник весьма ядовитого гидроксильного радикала ОН^–. Появление ОН^– запускает программу, ведущую к самоликвидации «впавшей в ересь» митохондрии.

В то же время хорошо известно, что в процессе индивидуального развития некоторые органы возникают, чтобы потом исчезнуть. Недавно выяснилось, как пропадает хвост у головастика, превращающегося в лягушонка: сигналом служит гормон тироксин. Гормон посылает в апоптоз клетки хвоста, а освобождающийся «строительный материал» используется затем для роста и развития лягушонка. Процесс запрограммированного исчезновения органов можно назвать органоптозом.

Итак, запрограммированная смерть органеллы, клетки, органа. А может ли быть запрограммированной смерть всего организма и если да, то как ее назвать? Продолжая аналогию, самоубийство организма можно было бы определить как феноптоз. К случаям феноптоза следовало бы отнести только такие смертельные исходы, причина которых — активация некой заложенной в организм программы. Ниже я попытаюсь убедить читателя в том, что такие программы действительно существуют и парадоксальным образом играют существенную роль в поддержании земной жизни и эволюции.

Закономерный вопрос: каков может быть биологический смысл феноптоза? На первый взгляд смерть особи — ущерб для популяции и вида. Однако это не всегда так, если особь существует не изолированно от сородичей, а является членом сообщества. В этом случае можно представить себе ситуацию, когда альтруистическая смерть индивидуума принесет пользу группе. В принципе феноптоз мог бы служить способом очистки сообщества от индивидуумов, приносящих вред или просто ставших лишними. Вопрос лишь в том, существуют ли врожденные программы самоубийства и действительно ли они включаются, когда особь становится нежелательным членом сообщества.

Текст статьи любезно предоставлен редакцией журнала «Химия и жизнь».