Ląstelių dalijimasis yra esminis procesas organizmo gyvybei palaikyti. Šiame straipsnyje aptarsime skirtingus ląstelių dalijimosi būdus, įskaitant mejozę, kamieninių ląstelių dalijimąsi ir chemoterapijos poveikį ląstelėms.
Mejozė
Mejòzė (gr. meiōsis - sumažėjimas) - tai eukariotų ląstelių dalijimosi būdas, po kurio chromosomų skaičius sumažėja perpus, tampa haploidinis, ir tolygiai dėsningai paskirstomos homologinės chromosomos. Mejozė lemia kartų kaitą, perėjimą iš diploido į haploidą. Žmogaus ir daugelio gyvūnų mejozė vyksta susidarant lytinėms ląstelėms, augalų - dažniausiai prieš susidarant sporoms, dumblių ir grybų - labai įvairiai.
Pagal laiką, kurioje gyvenimo ciklo dalyje vyksta, mejozė skirstoma į zigotinę (vyksta iš karto susiliejus lytinėms ląstelėms), sporinę ir gametinę (po kurios susidaro lytinės ląstelės). Mejozę sudaro du ląstelės dalijimosi etapai.
Mejozės etapai
Pirmajam (redukciniam) ląstelės dalijimuisi būdinga ilga profazė, per kurią homologinės chromosomos susijungia poromis ir apsikeičia paveldimumo medžiaga. Profazė susideda iš 5 stadijų:
- Leptotenos stadija: chromosomos būna plonos.
- Zigotenos stadija: chromosomos suartėja poromis ir susijungia (konjuguoja); vienõs homologinės chromosomos dalis susijungia su tokia pat kitos homologinės chromosomos dalimi.
- Pachitenos stadija: chromosomos sutrumpėja ir sustorėja. Kiekviena iš homologinių chromosomų yra padvigubėjusi, iš dviejų chromatidžių.
- Diplotenos stadija: kiekvienos chromosomų poros homologinės chromosomos pradeda atsiskirti viena nuo kitos, bet susikryžiavimo vietoje (chiazmoje) dar būna susijungusios.
Po profazės vyksta I metafazė: chromosomos išsidėsto pusiaujo plokštumoje taip, kad achromatinės versptės siūlai iš vieno poliaus prisitvirtina prie vienos homologinės chromosomos (centromeros), o iš kito poliaus - prie kitos nehomologinės chromosomos (centromeros); I anafazėje jos tempiamos į priešingus polius ir per I telofazę tuose poliuose koncentruojasi.
Jau po pirmojo mejozės dalijimosi matyti, kad dukteriniuose branduoliuose chromosomų skaičius sumažėjo perpus: iš kiekvienos poros išliko tik po vieną homologinę chromosomą. Po telofazės būna trumpa interfazė (stadija tarp dviejų pasidalijimų) ir prasideda antrasis ląstelės dalijimasis, panašus į mitozę. Per antrąjį mejozės dalijimąsi deoksiribonukleorūgšties (DNR) sintezė nevyksta. Taisyklingai paskirstomos per pirmąjį dalijimąsi susidariusios dukterinės chromatidės. Chromosomos vėl išsidėsto pusiaujo plokštumoje, susidaro achromatinė verpstė (II metafazė), kiekvienos chromosomos chromatidės atsiskiria ir keliauja į priešingus ląstelės polius (II anafazė). II telofazėje chromatidės jau vadinamos chromosomomis. Po abiejų pasidalijimų susidaro 4 ląstelės su haploidiniu chromosomų skaičiumi.
Įvairių rūšių organizmų mejozė trunka nevienodai, pvz., kviečių 24 h, pelių 11-14 h, žmogaus 24 paras. Mejozė vyksta labai sudėtingai, dalyvauja daug įvairių baltymų, dar ne visi veiksniai ištirti. Leptotenoje atsiranda dvigrandžiai DNR trūkiai, o pachitenoje ir diplotenoje tarp DNR molekulių atsiranda vadinamosios Holliday jungtys, vyksta pasikeitimas homologinėmis dalimis, krosingoveris, geno konversija arba homologinės chromosomos išlieka tų pačių DNR nukleotidų sekų. Dvigrandžiai DNR trūkiai ir Holliday jungtys yra būtini mejozės etapai.
Sutrikus šiems etapams netaisyklingai paskirstomos homologinės chromosomos, dėl to atsiranda heteroploidija, kuri yra viena iš chromosominių ligų (pvz., Downo liga) priežasčių. Mejozė yra ir genomų kontrolės būdas.
Kamieninių ląstelių dalijimasis
Gebėjimas atsinaujinti (angl. self-renewal) padeda palaikyti KL populiaciją viso gyvenimo metu. Atsinaujinimas vyksta dalijantis KL. Šis dalijimasis gali būti asimetrinis, kai viena dukterinė ląstelė išlaiko motininės ląstelės požymius ir taip užtikrina KL populiacijos palaikymą, o kita dukterinė ląstelė pradeda virsti specializuota kokio nors audinio ląstele (diferencijuoti). Kitas KL dalijimosi būdas-stochastinė diferenciacija, kai dėl tam tikrų procesų, vienų KL dukterinės ląstelės virsta diferencijuotomis, o kitų paveldi KL požymius.
Kamieninių ląstelių atsinaujinimas gali vykti dalijantis asimetriniu ar simetriniu (stochastinė diferenciacija) būdais.
Skirtingi audiniai atsinaujina nevienodu greičiu. Pavyzdžiui, visas žmogaus žarnų epitelis atsinaujina per 2-3 dienas, o odos epidermis-per 4 savaites. Kiti audiniai atsinaujina lėčiau-plaučių epitelio ląstelės per 3-4 savaites; kraujo eritrocitų populiacija pakeičiama per 4 mėnesius, kaulų atsinaujinimo ciklas-apie 10 metų. Anksčiau manyta, kad specializuotos širdies audinio struktūros negali atsinaujinti. Naujausi duomenys patvirtina širdies audinio regeneraciją. Tiesa, šis procesas yra lėtas, vieni, mano, kad pilnai širdies audiniai atsinaujina kartą per 20 metų, kiti, kad, viso gyvenimo eigoje atsinaujina apie 50 % kardiomiocitų (specializuotų širdies raumens ląstelių).
Žmogaus galvos smegenyse ląstelių atsinaujinimas vyksta tik dviejose srityse- šoninėse skilvelių sienelėse ir hipokampe (hippocampus). Manoma, kad hipokampe vykstantys nervinio audinio atsinaujinimo procesai yra svarbūs mokymuisi, taip pat trumpalaikės ir ilgalaikės atminties formavimuisi. Šis atsinaujinimo procesas yra gana lėtas.
Įdomu, kaip mokslininkai nustatė galvos smegenų ir širdies kamieninių ląstelių populiacijos atsinaujinimo greitį. Šiuo tikslu švedų mokslininkai tyrė 14C radioaktyvaus izotopo kiekį audiniuose (Cell, 153, 1219-1227). 1955-1963 metais vykdant antžeminius branduolinio ginklo bandymus dramatiškai išaugo 14C radioizotopo kiekiai atmosferoje. 14C jungiasi su deguonimi, formuojasi CO2, kurį pasisavina augalai fotosintezės proceso metu, o vėliau jais mintantys gyvūnai ir žmonės. Tokiu būdu 14C koncentracija žmogaus audiniuose atitinka jo koncentraciją aplinkoje. Tokiu būdu, galima nustatyti, ar vyko tam tikros ląstelių populiacijos atsinaujinimas, bei nustatyti šio proceso greitį.
Taip buvo parodyta, kad trečdalis žmogaus hipokampo neuronų geba atsinaujinti. Šis procesas yra gana intensyvus-per dieną atsiranda apie 1500 naujų hipokampo neuronų. Taip pat, buvo nustatyta, kad šiose žmogaus galvos smegenų srityse neurogenezė vyksta visą gyvenimą (tiesa, senatvėje šis procesas silpnėja).
Diferenciacijos proceso metu ląstelės įgyja savybes, kurios yra būdingos brandžioms specializuotoms ląstelėms (pavyzdžiui, brandžios kepenų ląstelės pradeda gaminti ir sekretuoti albumino ir alfa 1 antitripsino baltymus, įvairius detoksikacijos procesams svarbius baltymus ir t.t.). Svarbu suprasti, kad organizme diferenciacijos procesas vyksta laipsniškai, pakopiškai. Klasikinis pavyzdys-kraujodaros (hematopoezės) procesas.
Kraujodaros (hematopoezės) schema.
Matome, kad visų tipų kraujo ir imuninės sistemos ląstelės išsivysto iš vienintėlės hematopoetinės KL. Diferenciacijos procesas yra daugiapakopis, tiksliai reguliuojamas ir labai efektyvus procesas. Istoriškai, pirmieji KL tyrimai buvo atlikti XX amžiaus septintajame dešimtmetyje, panaudojant kraujodaros sistemos eksperimentinį modelį. Kodėl pirmieji atradimai KL srityje buvo padaryti tiriant būtent kraujodaros sistemą ? Pagrindinė priežastis-galimybė sąlyginai nesunkiai išskirti KL populiacijas iš kaulų čiulpų panaudojant limituojančio praskiedimo (angl. limiting dilution) ir funkcinius testus (gebėjimas atsatyti gyvūnų kraujodaros sistemą). Naudojant šią taktiką, pavyko atstatyti eksperimentinių gyvūnų kraujodarą transplantavus vienintelę hemopoetinę KL.
Šie darbai daugeliu atveju formavo dabartinį supratimą apie KL. Visų pirma, tai liečia KL ,,atsinaujinimo‘‘ (self-renewal) koncepciją, taip pat, hierarchinio, daugiapakopio KL diferencijacijos modelio įsigalėjimą. Totipotentinės ląstelės-ląstelės iš kurių gali išsivystyti pilnavertis organizmas. Pliuripotentinės ląstelės-geba diferencijuoti į visų tipų ląsteles. Multipotentinės ląstelės-gali diferencijuoti į įvairių tipų susijusias (,,vienos šeimos‘‘) ląsteles. Geras pavyzdys-hematopoetinės KL, kurios diferencijuoja į visų tipų kraujo (bet ne kitų audinių) ląsteles. Oligopotentinės ląstelės-panašios į multipotentinės, tačiau diferenciacinis potencialas mažesnis. Pavyzdžiui, mieloidinės KL.
Šios kamieninės ląstelės palaiko ir atnaujina tą audinį, kuriame reziduoja. Šios ląstelės aptinkamos tiek suaugusių, tiek vaikų organizme. Tai hemopoetinės KL, NKL (žr. aukščiau), dantų pulpos kamieninės ląstelės ir kt.
EKL pirmą kartą buvo išskirtos 1981 metais iš pelių embrionų blastocistos vidinės ląstelių masės (VLM). Blastocista susiformuoja praėjus penkioms dienoms po apvaisinimo, išorinis jos sluoksnis - trofoblastas vėliau formuoja placentą. Blastocistos vidinė ertmė, blastocelė, yra užpildyta skysčiu. Viename blastocelės poliuje telkiasi grupė ląstelių, vadinamų vidine ląstelių mase (VLM; angl. inner cell mass), iš kurios vėliau ir vystosi gemalas. EKL išskiriamos iš VLM, gali būti kultivuojamos laboratorinėmis sąlygomis, mėgintuvėliuose (in vitro), šios ląstelės yra pliuripotentinės (žr. aukščiau).
Blastocista. Rodyklė nukreipta į vidinę ląstelių masę.
Pirmosios žmogaus EKL buvo išskirtos 1998 metais. Šiuo metu pasaulyje užregistruota daugiau nei 700 skirtingų EKL linijų. Išskiriant EKL vaisius žūva, todėl šis KL gavimo būdas yra etiškai nepriimtinas. Dabartiniu metu, atsiradus ląstelių perprogrmavimo technologijoms (žr. žemiau), EKL eksperimentinis modelis tampa mažiau aktualus. Nepaisant didelio ažiotažo, pirmą kartą legaliai gydymo tikslams EKL buvo panaudotos tik 2012 metais. EKL buvo diferencijuojamos į tinklainės pigmentinio epitelio ląsteles ir persodintos Stargardt‘o makuline distrofija sergantiems pacientams.
Klasikiniai Gurdon eksperimentai parodė, kad suaugusio organizmo specializuotos (somatines) ląsteles saugo visą informaciją reikalingą pilnaverčio organizmo išsivystymui. 1997 metais buvo klonuota avelė Doli, tai buvo pirmasis visavertis žinduolio reprodukcinio klonavimo pavyzdys. Nuo to laiko mokslininkai ieškojo faktorių, nulemiančių somatinių ląstelių perprogramavimą į pliuripotentinę būseną.
2006 metais Takahashi ir Yamanaka pirmą kartą sėkmingai perprogramavo fibroblastus į pliuripotentines ląsteles (iPL). Už šiuos tyrimus Gurdon ir Yamanaka 2012 metais gavo Nobelio premiją. iPL technologija padarė tikrą perversmą fundamentinės biologijos ir medicinos srityse. Dabartiniu metu galima sąlyginai paprastai generuoti pacientui specifiškas iPL linijas, jas diferencijuoti reikiama kryptimi.
iPL generavimas.
Atsižvelgus į praktinius aspektus galima išskirti kelis esminius iPL technologijos privalumus. Visų pirma, generuojant iPL yra naudojamos somatinės donorų ląstelės, nesunaikinamas embrionas, todėl ši technologija yra etiškai priimtina. Kitas svarbus privalumas - galima išskirti įvairiomis ligomis sergančių pacientų iPL ir jas panaudoti patologinių būklių modeliavimui (patofiziologinių mechanizmų tyrimai, vaistinių medžiagų tikrinimas ir kt.).
Transdiferenciacijos metu brandžios diferencijuotos vieno gemalinio lapelio kilmės ląstelės įgauna požymius, kurie yra būdingi kito gemalinio lapelio kilmės diferencijuotoms ląstelėms. Pavyzdžiui, mezoderminės kilmės odos fibroblastai virsta ektoderminės kilmės dopaminerginiais neuronais. Šio proceso metu ląstelės negrižta į pliuripotentiškumo stadiją (kaip iPL atveju), tačiau iš karto ,,įjungia‘‘ kito tipo ląstelėms būdingas genų raiškos programas. Kaip ir iPL atveju, į somatines ląsteles įterpiamos tam tikros transkripcijos faktorių kombinacijos, kurios ir nulemia diferenciaciją reikiama kryptimi. Tokiu būdu buvo generuotos įvairių tipų nervinės, kasos, kepenų ir kitų tipų ląstelės.
Tiesioginio transdiferencijavimo metodas yra sąlyginai naujas, trūksta žinių apie funkcinį transdiferencijuotų ląstelių pilnavertiškumą.
Chemoterapijos poveikis ląstelėms
Kaip veikia chemoterapija? - Hyunsoo Joshua No
Chemoterapija tai gydymo būdas, kurio metu naudojami vaistai, kurie naikina vėžines ląsteles arba stabdo jų augimą. Chemoterapija veikia tas ląsteles, kurios greitai auga arba dalinasi. Normaliai organizmo ląstelių augimas, brendimas, dalijimasis ir žūtis yra griežtai kontroliuojami organizmo reguliacinių sistemų, kurių veiklą nulemia tūkstančiai genų. Tačiau vėžinėms ląstelėms būdingas nuolatinis, nekontroliuojamas dalinimasis ir augimas dėl sutrikusių reguliacinių sistemų (dažniausiai dėl įvykusių mutacijų).
Būtent šis vėžinių ląstelių nesustabdomas gausėjimas ir nulėmė chemoterapinių vaistų taikymą vėžiui gydyti, kadangi chemoterapiniai vaistai veikia besidalijančias ląstelės skirtinguose jos dalijimosi cikluose. Visgi, kai kurių kitų organų (odos, žarnyno, kaulų čiulpų ar burnos) ląstelės taip pat greitai dauginasi, todėl chemoterapija pažeidžia ir jas. Poveikis šioms ląstelėms nulemia kai kuriuos chemoterapijos nepageidaujamus poveikius.
Chemoterapija beveik visada naudojama kraujo vėžiui gydyti. Ji gali būti skiriama viena arba kartu su radioterapija ar imunoterapija. Šiuo metu naudojama daug įvairių chemoterapinių vaistų, besiskiriančių savo veikimo mechanizmais ir panaudojimu gydant įvairias ligas. Vaisto pasirinkimas priklauso nuo gydomos ligos. Chemoterapija paprastai skiriama kursais, juos kartojant tam tikrais laiko intervalais. Chemoterapija veikia ląsteles, esančias tam tikruose dauginimosi cikluose, tad pakartota po tam tikro laiko nužudo ląsteles, kurios nebuvo paveikstos ankstesnių kursų metu.
Chemoterapijos režimus/protokolus (vaistų derinius ir jų skyrimo ritmą) paprastai sudaro ekspertų grupės, juos tiria klinikiniuose tyrimuose ir galiausiai protokolus ima naudoti gydytojai kasdienėje klinikinėje praktikoje. Chemoterapija taip pat gali būti naudojama prieš kaulų čiulpų transplantaciją. Planuojant alogeninę kaulų čiulpų transplantaciją, kurios metu persodinamos donoro kamieninės kraujodaros ląstelės, ypač svarbu visiškai išnaikinti paciento kraujo ir kaulų čiulpų ląsteles. Tai pasiekiama naudojant labai intensyvią didelių dozių chemoterapiją (vadinama kondicionavimo režimu).
Normaliai sveikų ląstelių augimas ir dalinimasis yra griežtai reguliuojamas. Išsivysčius vėžiui ląstelėje atsiranda pokyčiai, kurie nulemia greitą ir nekontroliuojamą ląstelės dalijimąsi, kurio metu pasigamina daug pakitusios ląstelės kopijų. Ląstelių dalijimuisi būtina genetinė medžiaga, esanti kiekvienos ląstelės branduolyje. Prieš pasidalinant kiekvienai ląstelei, ląstelės viduje vyksta sudėtingi procesai, kurių metu ląstelės genetinė medžiaga dvigubėja ir patenka į naujas ląsteles. Normalus genetinės medžiagos pasidalijimas yra būtinas naujų ląstelių susidarymui ir gyvavymui.
Dauguma chemoterapinių vaistų veikia vėžinių ląstelių dauginimąsi darydami poveikį būtent ląstelės genetinei medžiagai (DNR ar RNR).
Chemoterapinių vaistų tipai
- DNR pažeidžiantys vaistai: Tai vaistai, kurie sunaikina vėžines ląsteles tiesiogiai pažeisdami ląstelių genetinę medžiagą (DNR).
- DNR pažaidų ištaisymą slopinantys vaistai: Šie vaistai veikia fermentus, kurie taiso genetinės medžiagos (DNR) pažaidas.
- Antimetabolitai: Tai vaistai, kurie yra labai panašūs į medžiagas, kurios būtinos genetinės medžiagos (DNR ir RNR) gamybai.
- Ląstelių dalijimąsi slopinantys vaistai: Šie vaistai sąveikauja su ląstelės sutrūkturomis, kurios būtinos ląstelės dalijimuisi.
Chemoterapiniai vaistai gali būti geriami (tablečių, kapsulių ar skystoje formoje) arba leidžiami į veną. Pastarasis chemoterapijos skyrimo būdas yra taikomas žymiai dažniau. Chemoterapija skiriama kursais, po kurių daroma pertrauka ir leidžiama organizmui atsigauti. Gydymas paprastai tunka kelias savaites ar kelis mėnesius, todėl prireikia dažnai skirti vaistus. Dažnas pakartotinis dūrimas į veną vaistams suleisti yra susijęs su didesne infekcijos rizika ir yra mažiau patogus pacientui. Todėl neretai įvedamas kateteris į centrinę verną (krūtinės viršuje), kuris išbūna viso gydymo metu.
Chemoterapijos skyrimo būdai
- Naudojant kateterius: Kateteris tai plonas, lankstus vamzdelis, kurį gydytojas įveda į veną. Dažniausiai skiriant chemoterapiją kateteris įvedamas į didelę veną krūtinės viršuje.
- Naudojant port kateterius „portus“: „Portas“ tai mažas, apvalus metalinis arba plastikinis diskas, kuris įvedamas po oda. „Portas“ kateteriu yra sujungiamas su didele vena, dažniausiai krūtinės viršuje.
- Naudojant pompas: Pompos dažniausiai sujungiamos su kateteriais arba portais. Pompos padeda tiksliai kontroliuoti skiriamo vaisto dozę ir leidimo greitį.
Chemoterapija veikia ne tik vėžines ląsteles, bet ir kitas greitai besidalinančias organizmo ląsteles. Daugelis dažnai pacientams pasireiškiančių nepageidaujamų poveikių yra susiję būtent su sveikų greitai besidauginančių ląstelių pažeidimu. Greitai besidalinančios ląstelės organizme yra burnoje, žarnyne, kraujyje, kaulų čiulpuose ir odoje.
Nepageidaujamas chemoterapijos poveikis yra viena iš pagrindinių priežasčių kodėl nemaža dalis pacientų prieš gydymą jaučia nerimą ir baimę. Svarbu prisiminti, kad nepageidaujamas poveikis pasireiškia ne visiems pacientams, skirtingi vaistai sukelia skirtingus poveikius, kurie gali būti ir labai nežymūs. Jų pasireiškimas priklauso nuo naudojamų chemoterapinių vaistų, jų dozių ir individualių organizmo sąvybių. Dauguma chemoterapijos nepageidaujamų poveikių yra laikini ir nutraukus gydymą ilgainiui išnyksta. Kartais jų išnykimas gali užtrukti kelis mėnesius ar net metus.
Prieš chemoterapiją labai svarbu pasikalbėti su gydytoju apie galimus būsimo gydymo nepageidaujamus poveikius, būdus kaip juos įveikti ir situacijas, kada reikėtų nedelsiant kreiptis į gydytoją. Dėl chemoterapijos poveikio kaulų čiulpams ima mažėti kraujo kūnelių skaičius. Todėl chemoterapijos metu gali sumažėti organizmo atsparumas infekcijai, atsirasti nuovargis, kraujavimai, mėlynės. Norint anksti pastebėti kraujo ląstelių pakitimus, gydymo metu dažnai atliekami kraujo tyrimai. Jei atsiranda būtinybė, gali tekti atlikti kraujo perpylimą arba skirti antibakterinį gydymą antibiotikais. Jei kraujo rodikliai po pertraukos prieš kitą gydymo kursą netampa normalūs, gali tekti pailginti pertrauką iki kito kurso, kol kraujo rodikliai normalizuosis. Jei atsiranda karščiavimas arba kitų infekcijos požymių, būtina skubiai kreiptis į gydytoją, kuris, jei reikia, nedelsdamas skiria gydymą.
Kai kurie chemoterapiniai vaistai gali sukelti pykinimą ar vėmimą. Šiuo atveju padeda vaistai nuo pykinimo, kuriuos išrašo gydytojas. Kai kurie medikamentai gali sukelti pienligę bei burnos gleivinės išopėjimus. Labai svarbu reguliariai skalauti burną dezinfekuojamuoju skysčiu. Deja, dažnas nepageidaujamas chemoterapijos efektas - plaukų slinkimas. Netekę plaukų pacientai dažniausiai dėvi perukus, skareles arba kepures.
Chemoterapija skirtingai veikia skirtingus žmones. Kai kurie pakankamai gerai jaučiasi ir gydymo periodu gyvena įprastą gyvenimą, bet daugelis jaučia silpnumą ir darbus atlieka daug lėčiau. Prieš dantų taisymą, bet kokią odontologinę procedūrą, gydytoją informuokite, kad jums nustatyta trombocitopenija. Jeigu pradėjo kraujuoti iš nosies, atsisėskite truputį pasilenkę į priekį, spauskite šnervę, jei turite, tamponuokite vata. Jeigu kraujavimas tęsiasi po 10 min., stiprėja, nedelsiant kvieskite greitąją medicinos pagalbą. Jeigu kraujuoja stipriai, nepraeina po 10 min. Neutropeninė dieta skiriama neutropenijos metu (neutrofilų skaičius < 0,5 x 109/l). Prieš gaminant valgį, taip pat prieš ruošiant kitą patiekalą ir prieš valgį būtinai plaukite rankas. Gerai nuplaukite produktus, kuriuos naudosite maisto gamybai (pvz.: daržoves), įrankius jų ruošimui. Pirmenybę teikite šviežiai paruoštiems patiekalams. Paruoštą maistą galima laikyti šaldytuve ne ilgiau negu 2 dienas.
tags: #as #noriu #pasidalinti #lastelemis #bet #nenoriu