การหยุดการเจริญของเซลล์

อะพอพโทซิสจะเกิดขึ้นในเซลล์ที่เสียหายเกินกว่าจะซ่อมแซมได้ เช่น ติดเชื้อไวรัส, หรืออยู่ในภาวะกดดันเช่นการอดอาหาร ความเสียหายของดีเอ็นเอภายในเซลล์จากรังสีแตกตัว (ionizing radiation) หรือสารพิษจะชักนำให้เกิดอะพอพโทซิสโดยผ่านการทำงานของยีนต้านมะเร็ง (tumour-suppressing gene) ชื่อ p53 การ "ตัดสินใจ" ของเซลล์ว่าจะเข้าสู่กระบวนการอะพอพโทซิสอาจขึ้นกับปัจจัยของเซลล์เอง, ปัจจัยของเนื้อเยื่อรอบๆ, และจากเซลล์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบภูมิคุ้มกัน ในกรณีนี้เซลล์จะเกิดการอะพอพโทซิสเพื่อกำจัดเซลล์ที่เสียหาย, เพื่อป้องกันการกระจายของไวรัส, และเพื่อลดจำนวนเซลล์ในภาวะอดอาหารเพื่อจะได้ไม่ต้องดึงอาหารจากสิ่งมีชีวิตตามลำดับ

อะพอพโทซิสยังมีบทบาทในการป้องกันมะเร็ง หากเซลล์ไม่สามารถที่จะเกิดการตายแบบอะพอพโทซิสอันเนื่องมาจากการกลายพันธุ์ (mutation) หรือการยับยั้งกระบวนการทางชีวเคมีจะทำให้เซลล์แบ่งตัวต่อเนื่องและเจริญกลายเป็นเนื้องอก ตัวอย่างเช่น การติดเชื้อ papillomavirus จะทำให้ยีนของไวรัสเข้าแทรกในโปรตีน p53 ของเซลล์ซึ่งเป็นโปรตีนสำคัญในวิถีอะพอพโทซิส การรบกวนกระบวนการอะพอพโทซิสดังกล่าวเป็นปัจจัยสำคัญในการเจริญของมะเร็งปากมดลูก

ภาวะธำรงดุล

ในสิ่งมีชีวิตตัวเต็มวัย จำนวนของเซลล์จะค่อนข้างคงที่โดยกระบวนการตายของเซลล์และการแบ่งเซลล์ทดแทน เซลล์จะต้องถูกทดแทนเมื่อเซลล์นั้นเป็นโรคหรือทำหน้าที่ผิดปกติไป แต่การเพิ่มจำนวนของเซลล์ก็ต้องถูกชดเชยด้วยการตายของเซลล์[1] ซึ่งเป็นกระบวนการหนึ่งในภาวะธำรงดุล (homeostasis) ที่จำเป็นในสิ่งมีชีวิตเพื่อรักษาภาวะภายในร่างกายให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม

ภาวะธำรงดุลของจำนวนเซลล์ในร่างกายเกิดขึ้นเมื่ออัตราการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสในเนื้อเยื่อสมดุลกับการตายของเซลล์ หากภาวะสมดุลดังกล่าวถูกรบกวน จะทำให้เกิดความผิดปกติซึ่งอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้ 2 แบบ ได้แก่

• เซลล์แบ่งตัวเร็วกว่าที่เซลล์ตาย จะทำให้เกิดการเจริญไปเป็นเนื้องอก
• เซลล์แบ่งตัวช้ากว่าที่เซลล์ตาย จะทำให้เกิดความผิดปกติเกี่ยวกับการสูญเสียเซลล์

ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จะต้องมีกระบวนการอันซับซ้อนดังกล่าวเพื่อควบคุมภาวะธำรงดุลภายในร่างกายอย่างเข้มงวดเพื่อให้สามารถดำรงชีวิตต่อไปได้ ซึ่งต้องอาศัยการส่งสัญญาณของเซลล์ (cell signaling) หลายชนิด การเสียหน้าที่ของการควบคุมในขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งจะทำให้เกิดความผิดปกติหรือเกิดโรคได้ เช่น การสูญเสียการควบคุมของวิถีการส่งสัญญาณ (signaling pathway) อาจทำให้เกิดสัญญาณที่มากเกินไปและก่อให้เกิดมะเร็ง ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือเช่นวิถีซึ่งส่งสัญญาณต้านอะพอพโทซิสของเซลล์พบว่าสามารถกระตุ้นให้เกิดมะเร็งชนิดต่อมของตับอ่อน (pancreatic adenocarcinoma)

พัฒนาการ

Programmed cell death หรือกระบวนการตายของเซลล์ที่มีการโปรแกรมไว้เป็นส่วนหนึ่งของพัฒนาการของทั้งเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ การเจริญเติบโตของอวัยวะหรือเนื้อเยื่อมักจะเริ่มด้วยการแบ่งเซลล์หรือการเปลี่ยนรูปร่างเซลล์ที่มากเกินควร จากนั้นจึงตามมาด้วยกระบวนการอะพอพโทซิสเพื่อปรับรูปแบบให้เนื้อเยื่อมีขนาดและรูปร่างปกติ โดยเป็นการตายของเซลล์ที่มีลักษณะเซลล์หดตัวและแตกเป็นท่อนๆ ซึ่งต่างจากการตายของเซลล์ที่เกิดจากการบาดเจ็บ การแตกเป็นท่อนๆ ทำให้ซากเซลล์สามารถถูกจับกินและนำองค์ประกอบของเซลล์กลับมาใช้ใหม่โดยไม่มีการหลั่งสารภายในเซลล์ที่ตาย (เช่น เอนไซม์) ซึ่งก่ออันตรายต่อเนื้อเยื่อข้างเคียง

ในการวิจัยเอ็มบริโอของไก่แสดงให้เห็นว่ามีการคัดเลือกการแบ่งเซลล์ (selective cell proliferation) ร่วมกับการคัดเลือกการอะพอพโทซิส (selective apoptosis) ซึ่งช่วยตกแต่งเนื้อเยื่อที่กำลังเจริญพัฒนาของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในระหว่างพัฒนาการของเอ็มบริโอของสัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง โครงสร้างที่เรียกว่า โนโตคอร์ด (notochord) และ floor plate หลั่งโมเลกุลส่งสัญญาณชื่อว่า Shh ลาดความเข้มข้น (gradient) นี้จะช่วยนำพาเซลล์เพื่อประกอบเป็นโครงสร้างของนิวรัล ทูบ (neural tube) ของเอ็มบริโอ กล่าวคือเซลล์ที่ได้รับสารสื่อสัญญาณ Shh ผ่านทางตัวรับ (receptor) ชื่อว่า Patched1 (Ptc1) บนเยื่อหุ้มเซลล์จะสามารถมีชีวิตอยู่และแบ่งเซลล์ต่อไป ในทางตรงกันข้าม หากไม่มีสาร Shh ส่วนปลายด้านคาร์บอกซีของโมเลกุลตัวรับ Ptc1 ซึ่งอยู่ภายในเซลล์จะถูกตัดโดยเอนไซม์แคสเปส-3 (caspase-3) ซึ่งจะเสนอโดเมนที่กระตุ้นกระบวนการอะพอพโทซิส (apoptosis-producing domain) [2][3]

ในระหว่างการเจริญเติบโต กระบวนการอะพอพโทซิสจะถูกควบคุมอย่างเข้มงวด และในแต่ละเนื้อเยื่อจะมีสัญญาณในการชักนำอะพอพโทซิสที่แตกต่างกันออกไป ในนกโปรตีนที่ชื่อว่า Bone morphogenetic protein (BMP) ส่งสัญญาณชักนำอะพอพโทซิสในเนื้อเยื่อระหว่างนิ้ว ในแมลงวัน Drosophila มีสเตอรอยด์ฮอร์โมนทำหน้าที่ควบคุมการตายของเซลล์ ในทางกลับกันนัยของการเจริญเติบโตสามารถชักนำกระบวนการอะพอพโทซิส ตัวอย่างเช่นการตายของเซลล์ที่จำเพาะกับเพศ (sex-specific cell death) ของเส้นประสาท hermaphrodite specific neurons ใน C. elegans เพศผู้ผ่านทางการแสดงออกที่ลดลงของ transcription factor TRA-1 (ยีน TRA-1 ช่วยป้องกันการตายของเซลล์)

ปฏิกิริยาระหว่างกันของลิมโฟไซต์

พัฒนาการของบีเซลล์ (B cell) และทีเซลล์ (T cell) ซึ่งเป็นเซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันทำหน้าที่ในการกำจัดสิ่งแปลกปลอมในร่างกายมนุษย์เป็นกระบวนการอันซับซ้อนซึ่งทำให้เกิดกลุ่มของเซลล์ที่มีความหลากหลาย ซึ่งอาจทำให้มีเซลล์บางเซลล์ที่ก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายได้ เช่นการเกิดภูมิต้านเนื้อเยื่อตนเอง อะพอพโทซิสเป็นกลไกของร่างกายที่กำจัดเซลล์ตัวอ่อนในระบบภูมิคุ้มกันที่ไม่มีประสิทธิภาพหรือก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกาย โดยในทีเซลล์จะเริ่มถูกชักนำการตายโดยการขาดสัญญาณที่ช่วยดำรงชีพ (survival signal) [4]

Cytotoxic T-cell เป็นเซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันซึ่งสามารถชักนำอะพอพโทซิสของเซลล์อื่นโดยตรงโดยการเจาะรูบนพื้นผิวของเป้าหมายและหลั่งสารเคมีซึ่งลัดเข้าสู่วิถีอะพอพโทซิส การเกิดรูบนเมมเบรนเกิดจากสารเคมีที่ชื่อ เพอร์ฟอริน (perforin) และแกรนูลซึ่งมีสาร แกรนไซม์ บี (granzyme B) ซึ่งเป็นเอนไซม์ซีรีน โปรตีเอส (serine protease) ซึ่งกระตุ้นเอนไซม์แคสเปสหลายตัวโดยการตัดส่วนแอสปาเตต เรซิดิว (aspartate residue) [5]