Чтение онлайн

Все клетки человека имеют одну и ту же ДНК с одинаковой наследственной информацией. Однако клетки печени разительно отличаются от нервных клеток (нейронов), а клетки мышц – от клеток крови (рис. 1.1.1).

Если ДНК, инструкция построения всего организма и каждой отдельной клетки, одинакова для всех клеток, откуда же такое их разнообразие? Ответ заключается в том, что форму клетки и ее функционирование определяет не набор генов, зашифрованных в ДНК, а активация или дезактивация тех или иных групп генов, (по-научному, экспрессия генов). То есть гены во всех клетках одни и те же, но в одних работает одна небольшая группа генов, в других – другая, и именно это определяет облик клетки и ее работу.

Если генетика изучает сами гены, то эпигенетика исследует закономерности экспрессии (активности) генов. Существует несколько механизмов включения и выключения, усиления и замедления работы конкретных генов. Если геном играет в клетке роль клавиш пианино, где гены – клавиши, то эпигенетические факторы – музыкант, нажимающий на эти клавиши и создающий мелодию. При этом эпигенетика может просто включить или выключить ген, а может включить его на 10, 50 или 75 %. То есть она может плавно менять интенсивность работы гена. В каждом типе клетки включены вполне определенные гены (эпигенетика берет аккорд), а остальные сильно приглушены или выключены. Именно определенный аккорд работающих генов создает тот или иной тип клетки по форме и функциям (почки, печень, мускулы, мозг и т. д.).

Каждый тип клеток соответствует своему эпигенетическому аккорду, локализуется в определенном органе и выполняет необходимые всему организму функции. Всего в теле человека функционирует около 230 типов клеток. Например, миоциты – клетки мышц, кардиомиоциты – сердца, нейроны – нервной системы и мозга, эритроциты, лейкоциты и тромбоциты – клетки крови и т. д. Некоторые наиболее распространенные названия клеток полезно запомнить. Мы будем вводить эти названия постепенно и расшифровывать их так, чтобы легче было запомнить.

Как и внешний вид клеток, их функции и сама жизнь очень различны. Например, клетки мозга (нейроны) и клетки сердца (кардиомиоциты) живут с человеком всю его жизнь и почти не обновляются [5] . Клетки печени обновляются примерно каждые 150 дней, то есть печень «рождается» заново один раз в пять месяцев. Она способна восстановиться полностью, даже если в результате операции человек потерял до двух третей органа. А вот клетки кожи, желудка, внешние клетки легких, языка и т. д., находящиеся в местах соприкосновения с внешней средой, живут всего несколько дней.

Рис. 1.1.2. Времена обновления органов человека [6]

Клетки, как люди или муравьи, общественные живые организмы. Каждая из них, а их в одном человеке примерно в десять миллионов раз больше, чем всё человечество, живет своей жизнью, возможно со своими стремлениями. Однако по сравнению с человеком и даже муравьем клетка гораздо более специализирована и подчинена общим интересам сообщества клеток и организма. Клетки, подобно муравьям и другим общественным насекомым (пчелам, термитам), обмениваются друг с другом сообщениями. Только муравьи используют для этого феромоны [7] , а клетки – другие сигнальные молекулы.

Клетки очень альтруистичны, они гораздо больше, чем люди, действуют на благо всего сообщества клеток, а не для получения индивидуальных выгод. Клетки готовы отдать жизнь в интересах сообщества клеток, которым, по существу, и является наш организм. Такое поведение характерно для многих общественных насекомых, некоторых животных и даже людей. Только люди в этом случае считаются героями, а для клеток это нормальное поведение. Клетка по сигналу извне или по внутренней команде кончает жизнь самоубийством, которое называется красивым по звучанию и смыслу словом апоптоз (в переводе с древнегреческого «опадание листьев»). Такой сигнал подается, если клетка сильно повреждена, например произошли опасные для организма мутации, то есть повреждения ДНК, или в клетку пробрался и установил над ней контроль чужеродный организм.

На поверхности каждой клетки имеется множество рецепторов, чаще всего белковых молекул, которые, связываясь с внешней сигнальной молекулой, реагируют на пришедший в клетку сигнал. Рецепторы заменяют для клетки органы чувств: глаза, уши и т. д. Среди внешних рецепторов есть рецептор смерти. Когда с ним связывается специальная сигнальная молекула, этот рецептор передает команду на производство белков смерти, запускающих целый каскад реакций, осуществляющих плановую разборку клетки на запасные части, которые быстро (за 2–3 часа) поглощаются и в дальнейшем используются другими клетками. Это естественное окончание жизни поврежденной или старой клетки.

Как мы уже говорили, жизнь многих типов клеток коротка. Часть клеток не хочет подчиняться этому правилу и восстает против него. После ряда мутаций уже испорченная ими и не пригодная для функционирования клетка получает сигнал на самоуничтожение, но игнорирует его и продолжает жить и делиться, воспроизводя себе подобных. Более того, восставшие клетки для самообеспечения стимулируют образование собственной кровеносной системы, организуют свою систему обороны и становятся как бы самостоятельным растущим органом. Так появляется раковая опухоль. Клетки опухоли часто отрываются от нее и через кровь попадают в другие части организма, образуя там свои растущие колонии – метастазы. Это, конечно, мешает работе всего организма и ведет к его гибели.

Да, стремление к бессмертию некоторых, заметим, уже негодных клеток опасно для организма в целом. Возможно, так же обстоят дела и с человеческим обществом, если к бессмертию устремляются негодяи. Однако в человеке есть «вполне порядочные» бессмертные клетки. Их называют стволовыми.

Как известно, все клетки (40–80 трлн клеток в зависимости от размеров самого человека) происходят, в конечном счете, от одной клетки, образовавшейся от слияния сперматозоида мужчины и яйцеклетки женщины (зигота [8] ). Это слияние может происходить как в теле женщины, так теперь и в пробирке. Это всем уже хорошо известное ЭКО, или экстракорпоральное оплодотворение, «дети в пробирке».

В первые сутки включены (экспрессированы) только 7 генов. Клетка делится на две клетки (бластомеры). За вторые сутки после оплодотворения работают уже 32 гена и образуются четыре клетки, за третьи – 129 генов [9] , образуется восемь клеток (бластомеров). Все эти полученные в результате дробления исходной клетки восемь клеток одинаковы по размеру и обладают одним замечательным свойством. Из каждой из них при определенных условиях может получиться любая клетка организма (плюрипотентность). Эти клетки, называемые эмбриональными стволовыми клетками, очень ценны. Можно, например, взять любую из них, сделать с ней различные генетические манипуляции, например вставить или вырезать ген и пересадить его в матку. Из этой клетки может вырасти генетически измененный организм [10] .

При дальнейших делениях образующиеся клетки уже утрачивают замечательную возможность превращаться в любой из более чем 200 типов клеток. Из все-, или плюрипотентных они становятся много-, или мультипотентными, то есть сохраняют потенцию, возможность превращаться в определенную группу типов клеток. Например, мезенхимальные стволовые клетки способны превращаться (дифференцироваться) в клетки костной ткани, хрящевые и жировые клетки, а гемопоэтические стволовые клетки дают начало всем клеткам крови: хорошо известным по анализам крови моноцитам, нейтрофилам, эритроцитам, тромбоцитам и др. Превращения, или дифференцировка, могут идти в несколько ступеней. Каждая дифференцировка снижает возможности превращения, или потенцию, клетки. Клетка остается стволовой, если она сохраняет способность к дифференцировке и производству специализированной, или функциональной, клетки (в дальнейшем мы будем называть функциональными клетки, не являющиеся стволовыми и выполняющими в организме определенные функции). Часто стволовая клетка может порождать только один тип специализированной клетки. Например, клетка иммунной системы моноцит порождает только макрофаг.