Следует сказать, что апоптоз — отнюдь не экзотический процесс. Скорее наоборот. Он — явление универсальное, свойственное всему живому. В настоящее время открыты и интенсивно исследуются: митоптоз — программированная гибель митохондрий (одного из органоидов клетки), апоптоз — программированная гибель целых клеток, органоптоз — программированная гибель органов и, наконец, феноптоз — программированная гибель особи.
Каковы же биологические функции апоптоза? Если кратко суммировать, то получим следующее:
обеспечение органогенеза и дифференцировки клеток;
поддержание тканевого гомеостаза;
защита от патогенных факторов.
Понятно, что функциональное значение этого механизма является жизненно важным как для клетки, так и для организма в целом. Наиболее ярким примером того, как путем апоптоза поддерживается точная регуляция количества клеток в организме, может служить червячок Caenorhabditis elegans. У него в процессе индивидуального развития образуется 1076 клеток, но далее ровно 131 из них обязательно гибнет, так что в конечном итоге его крохотное, размером не более одного миллиметра тельце будет состоять из 945 клеток, ни одной больше или меньше. Аналогичные процессы происходят также у животных и человека при формировании в эмбриогенезе различных органов, включая нервную систему. При этом избыточные клетки решительно подвергаются апоптозу. И это вполне понятно: существование лишних клеток не принесло бы организму ничего хорошего. Поэтому часть из них в самом прямом смысле приносит себя в жертву ради общего блага. В этом состоит высокий биологический смысл апоптоза.
А вот нарушение процесса апоптоза влечет за собой многочисленные неприятные последствия, часто — с летальным исходом. Если говорить о человеке, то у него появляются злокачественные новообразования, различные аутоиммунные болезни (например, системная красная волчанка), нейродегенеративные заболевания (такие, как синдром Альцгеймера, болезнь Паркинсона), дефекты развития, а также прогрессируют вирусные инфекции. Кстати, многие вирусы, проникая в клетку, стараются в первую очередь нарушить механизм ее апоптоза, чтобы не быть уничтоженными вместе с зараженной ими клеткой-хозяином, которая ради блага организма стремится самоликвидироваться.
Наиболее глубокие исследования апоптоза принадлежат академику Владимиру Скулачеву. Он показал, что в клеточных реакциях атомы кислорода, которым дышит за редким исключением все живое, превращаются в радикалы гидроксила, являющиеся чрезвычайно активным окислителем. Эта ядовитая форма кислорода выступает как еще одна из причин апоптоза, то есть служит «орудием самоубийства». Эту систему самоликвидации Скулачев назвал «самурайским законом биологии». И выполняться этот закон начинает, когда в клетке накапливается слишком много генетических повреждений либо в «бездомных» клетках, которые покинули свою ткань и начали бессмысленное блуждание по организму. Следовательно, геном остается относительно неизменным в течение тысячелетий именно благодаря тому, что некоторые клетки делают себе «харакири». Однако исследованиями было показано, что не только отдельные клетки, но даже и органы могут ступить на путь самоликвидации. Ядовитые формы кислорода приводят к тому, что в процессе эмбриогенеза исчезают ставшие ненужными некоторые эмбриональные структуры, а также личиночные органы (например, хвост у лягушачьего головастика, наружные жабры и т. д.).
Дальнейшие исследования этого феномена дают основанияпредполагать, что генетическая программа апоптоза универсальна для всего живого, от бактерий до человека, поскольку были найдены многочисленные гомологичные гены, связанные с реализацией апоптозного сценария. Таким образом, программа самоубийства клетки, записанная в ее генах, по-видимому, является столь же древней (и при этом весьма консервативной), как и сам феномен жизни. Поистине этот факт достоин удивления.
Однако не менее интересным представляется следующее обстоятельство: и механизм апоптоза, и механизм деления клетки (митоз) регулируются одними и теми же белками. «Таким образом, системы регуляции клеточного деления и клеточной смерти оказываются тесно переплетенными между собой», — пишет известный вирусолог, профессор МГУ, член-корреспондент РАН В. И. Агол[60]. Жизнь и смерть оказываются двумя неразрывными процессами, один из которых (жизнь) не может нормально функционировать без другого (смерти). Самое большое, с нашей точки зрения, зло природного существования — смерть — вплетена в ткань жизни.
Апоптоз помогает организму освобождаться от избыточных, больных и состарившихся клеток, которые перестают эффективно выполнять свои функции, а также от клеток, в структуре генетического аппарата которых произошли столь значительные изменения, что их существование несет угрозу нормальной работе и жизни всего организма. Нарушение процесса программированной гибели клеток таит в себе, как было сказано, серьезные патологии.
Вывод, который может быть сделан, как ни странно он прозвучит, таков: генетически запрограммированная смерть — явление, жизненно необходимое живому. Возможно, отношения даже в клеточном сообществе лишний раз иллюстрируют мысль о том, что на свете «нет больше той любви, как если кто положит душу свою за друзей своих» (Иоанн, 15: 13).
Как считает Скулачев, при отключении апоптоза человек перестает стареть. «Физиологически бессмертный (или почти бессмертный) человек, вероятно, будет соответствовать зрелому возрасту»[61]. Но люди не обретут при этом бессмертия, ибо они будут умирать от накопления «поломок» в их организмах. Деградирующего развития (а следовательно, и смерти) нет лишь в вечности. Но, как веруют христиане, вечность наступит, когда кончится время, или, что то же самое, когда будет обретена полнота времен, то есть в Царствии Небесном.
И все же почему даже при столь жестком генетически запрограммированном контроле за качеством клеток, входящих в состав живого организма, его участью все же является рабство тлению — смерть? Каковы биологические причины этого? И столь ли они неотвратимы?
Если говорить о человеке, то необходимо обратиться к исследованиям в области геронтологии. Наука эта за время своего развития накопила немало любопытных фактов, требующих внимательного анализа и осмысления.
Известно, что формирование клеток, органов, а также их функционирование — все это происходит по определенной программе, записанной в молекулах ДНК. Полное прочтение ДНК человека, завершившееся в 2001 году, вероятно, принесет немало открытий, в том числе и по проблеме старения и смерти. Однако уже сейчас можно составить достаточно отчетливую картину.
Геронтологи обратили внимание на то обстоятельство, что нормальная (или физиологическая) температура тела человека, составляющая 37 °C, является критической для существования ДНК. Дело в том, что при этой температуре химические связи в молекуле ДНК оказываются весьма нестабильными (наиболее слабой оказывается гликозидная связь между азотистым основанием и углеводом). Эта нестабильность приводит к возникновению разного рода спонтанных повреждений ДНК (таких, как выщепление азотистых оснований, индукция однонитевых разрывов, дезаминирование и метилирование, сшивки оснований и проч.), скорость накопления которых в целом равна 5 ћ 103 в час. Учитывая время жизни клетки в организме человека, а также общее количество клеток, получаются просто астрономические цифры спонтанных повреждений ДНК, с которыми организм вынужден как-то сосуществовать. Если же сюда прибавить еще и повреждения, вызываемые фоновым излучением, не говоря о прочих неблагоприятных средовых мутагенных факторах, то возникает закономерный вопрос о том, каким образом клетки нашего тела живут при таком физиологически неоптимальном режиме, сохраняя свою исходную генетическую структуру.
Конечно, в клетке существует генетически запрограммированные системы залечивания повреждений ДНК — так называемые репарации. Именно благодаря их работе значительная часть спонтанных и индуцированных повреждений устраняется. И все же приходится признать, что организм наш устроен как-то странно: получается, что он сам создает себе проблемы и сам же ищет пути выхода из них. Классическое представление о генах как о чем-то стабильном и неизменном теперь необходимо признать устаревшим. Можно утверждать, что ДНК, задача которой — хранение генетической информации, определяющей биологическую стабильность организма как представителя своего вида, на самом деле находится в динамическом постоянстве. В ней с высокой частотой возникают спонтанные повреждения (мутации), которые отслеживаются и залечиваются репарационными системами. Однако далеко не все и не со стопроцентной точностью. Неотрепарированные повреждения, или мутации, неотвратимо накапливаются, вызывая изменения в структуре и функциях как отдельных клеток, так и организма в целом.
