Citolízis definíció
A citolízis, más néven ozmotikus lízis, akkor következik be, amikor egy sejt felrobban és tartalmát az extracelluláris környezetbe engedi, mivel a sejtbe beáramló víz mennyisége meghaladja a sejtmembrán befogadóképességét. Ez különösen azoknál a sejteknél jelent gondot, amelyeknek nincs kemény sejtfaluk, amely ellenállna a belső víznyomásnak.
A víz lassan diffundálhat a sejtmembrán lipid kettősrétegén keresztül, de a gyors szállításhoz szelektív transzmembrán csatornák, az úgynevezett aquaporinok jelenlétére van szükség. Ezek az integrális membránfehérjék lehetővé teszik a víz mozgását, miközben számos oldott anyag és ion hozzáférését megakadályozzák.
A sejtekben általában magasabb a só- és ionkoncentráció, mint a közvetlen környezetükben, különösen az édesvizekben élő egysejtűeknél, ami a víz beáramlásához vezethet. A legtöbb sejt rendelkezik belső mechanizmusokkal a víz konstitutív mozgásának kezelésére. Ha azonban az extracelluláris környezet tonicitása hirtelen megváltozik, vagy a membránszerkezet megváltozik, a víz eláraszthatja a sejtet, és a sejt felrobbanását okozhatja.
A kép az extracelluláris ionkoncentráció hatását mutatja a sejt szerkezetére. A citolízis a sejthalált okozza a többsejtű élőlényekben, amikor a testnedveik hipotóniássá válnak, és a stroke elszenvedésének mellékhatásaként tekinthető. Az ozmotikus lízist egyes replikálódott vírusrészecskék is használják a gazdasejtjükből való kilépéshez és a fertőzési folyamat folytatásához.
A citolízisnek azonban funkcionális szerepe is van, és az immunrendszer a tumorsejtek vagy egyes kórokozók által fertőzött sejtek szelektív elpusztítására használja.
A citolízis típusai
A citolízist számos tényező okozhatja, az extracelluláris folyadék tónusosságától kezdve a sejtmembrán szerkezetét befolyásoló más sejtek aktivitásáig.
Citolízis hipotóniás környezet hatására
Ha a sejteket tiszta vizes környezetbe helyezzük, a víz elárasztja a sejtet és a sejt felrobbanását okozza. Például a vörösvérsejtek desztillált vízbe helyezve hemolízisen mennek keresztül, és ez mérhető a hemoglobin megjelenéséből az oldatban. A 100 ml vízben 0,9 g nátrium-kloridot (NaCl, vagy közönséges só) tartalmazó oldatot izotóniásnak tekintjük, vagyis olyan sókoncentrációjúnak, mint a vörösvértest belseje. Az alacsonyabb sókoncentrációjú oldatok hatására ezek a sejtek szétpukkadnak. Ezért a tiszta desztillált víz intravénás beadása rendkívül káros lehet, különösen az eritrociták vagy vörösvértestek törékeny sejtmembránjaira nézve.
A kórokozók citolízise
A vírusok rendkívül specifikusak a gazdatest kiválasztásában. Ráadásul a legtöbbjük nem csak egy adott szervezet, hanem a gazdaszervezeten belüli specifikus sejttípus megfertőzéséhez alkalmazkodott. A vírusok nem tudnak a gazdaszervezetükön kívül működni, és az anyagcseréhez és a szaporodás beindításához a sejtgépezet eltérítésére van szükségük. A többszöri szaporodás után azonban a virionrészecskék jelenléte túlterhelheti a gazdasejtet. Ekkor a vírusok veszélyeztethetik a sejtmembránt oly módon, hogy az víz bejutásához és végül citolízishez vezet. Amint a sejt lízisen megy keresztül, a vírusok felszabadulnak, lehetővé téve számukra, hogy ugyanabban a szövetben új gazdasejtekkel megismételjék a fertőzési ciklust.
A vírusok gazdaszervezetre való specifitását potenciálisan ki lehet használni a rákterápiában. A rákos megbetegedések remisszióját kiváltó vírusok jelenségét már az 1800-as évek óta megfigyelték. Sok vírus előnyben részesíti a rákos sejteket, miközben a normális sejteket érintetlenül hagyja, mert a rosszindulatúság tompítja a sejt vírusellenes válaszát. Ezek a vírusok citolízist indukálhatnak a tumorsejtekben, és ezáltal hozzájárulhatnak a kezeléshez. 2011-ben arról számoltak be, hogy egy vírusrészecske citolízist indukál tumorsejtvonalakban, tumorkezdeményező sejtekben, valamint a betegek primer tumorszövetében. 2015-ben az amerikai FDA engedélyezte az első vírusos melanóma-terápiát.
Bakteriális citolízist figyeltek meg a hüvelyben lévő laktobacillusok túlszaporodása miatt. A felnőtt nők hüvelyét normális esetben laktobacillusok kolonizálják, és kis számban ezek a baktériumok védelmet nyújtanak a gombás fertőzésekkel szemben. Néhány nő azonban olyan gombás fertőzés tüneteit mutatja, amely ellenáll a gombaellenes gyógyszerekkel való kezelésnek. Ezekben az esetekben azok a nők, akiknél erős folyás, viszketés jelentkezik, és a nedves kenetben nincsenek patogén baktériumok vagy gombák, a laktobacillusok megnövekedett számát is mutatják. A folyást a hüvelyi hámsejtek citolízise okozza, amelyet a bakteriális fertőzés következtében a laktobacillusok okoznak.
A citolízis az immunrendszer által
Az immunrendszer számos módszert alkalmaz a citolízis kiváltására – a kórokozókban, valamint a szervezet fertőzött vagy rákos sejtjeiben. Az immunrendszerben a citolízis leghatásosabb közvetítői közé tartoznak a T-sejtek és a természetes gyilkos (NK) sejtek. Mindkét sejt vagy apoptózisra készteti a sejtet, vagy perforin nevű fehérjéket szabadít fel, amelyek csatornákat képeznek a sejtmembránon. Amikor ezeken a csatornákon keresztül víz jut a sejtbe, az ozmotikus lízisnek indul. Ezenkívül az NK-sejtek az adaptív immunrendszeren keresztül is felléphetnek, kölcsönhatásba lépve a T-sejtekkel, valamint a B-sejtekből felszabaduló antitestekkel. Az antitest- és komplementrendszeren keresztül a patogén sejtek a komplementfehérjék által a sejtmembránon egy gyűrűszerű transzmembránszerkezet kialakításával lizálhatók.
A citolízisnek ez a módja súlyos szövődményhez vezethet, ha az anya és a magzat között hisztoinkompatibilitás áll fenn. Amikor egy bizonyos típusú antitest (IgG) áthalad a méhlepényen, és felismeri a magzati vér antigénjeit, aktiválhatja a komplementrendszert, valamint a veleszületett immunitást, aminek következtében ezek a vörösvértestek hemolízisnek indulnak. A gyermek sárgasághoz hasonló tünetekkel születik.
A természetes gyilkos sejtek szintén kulcsfontosságúak a szervezet daganatképződés elleni védekező mechanizmusában. Amikor a rákos sejtek leszabályozzák a felszíni antigének kifejeződését, az adaptív immunrendszer erős sejtjei nem tudják felismerni ezeket a sejteket, és nem tudnak immunválaszt indítani ellenük. Az NK-sejtek képesek gyulladásos választ aktiválni, más citotoxikus sejteket vonzani, és együttesen vagy ozmotikus lízist, vagy apoptózist idéznek elő a daganatos elősejteken.
A citolízis funkciói
A citolízist gyakran használják a különböző sejtek a túlélés eszközeként. Míg az egysejtűek és a kórokozók a támadás elhárítására vagy új gazdatestekhez való hozzáférésre használják, addig a többsejtűek a citolízist immunválasz során vagy a sérült és veszélyes sejtek eltávolítására használják a szervezetükből.
A citolízis megelőzése
A citolízis számos felhasználási módja ellenére fontos, hogy egy szervezet szabályozza, mikor és hogyan történik a citolízis. A növényeknek van egy természetes védekező mechanizmusuk a citolízis ellen, mivel kemény sejtfalat tartalmaznak. Amikor egy növényi sejt hipotóniás környezetbe kerül, és víz áramlik be, a sejtfal ellennyomást gyakorol a sejtmembránra, megakadályozva annak kitágulását vagy felszakadását. Hipertóniás környezetben a sejt vízvesztésen megy keresztül, amit plazmolízisnek is neveznek. Izotóniás oldatban egyenlő mennyiségű víz jut be és távozik a sejtből, így annak teljes térfogata érintetlen marad. Hipotóniás oldatokban, ahogy a víz belép a sejtbe, a vákuum felveszi a felesleges víz nagy részét, megvédve a citoplazmát a hígulástól.
A sejtfal egy fordított nyomást is létrehoz, amelynek hatására a víz távozik a sejtből, miközben fenntartja az optimális turgiditást. Ez a turgiditás teszi lehetővé, hogy a növények belső vázrendszer hiányában is egyenesen maradjanak.
Az egysejtű protiszták, mint az amőba és a paramecium, tartalmaznak egy kontraktilis vakuólumnak nevezett organellumot, amely részt vesz a citolízis megakadályozásában. Ez egy pulzáló szerkezet, amely a diasztolé (a víz belép a vakuólumba) és a szisztolé (a víz kipumpálódik a sejtből) ismétlődő ciklusain megy keresztül. Ezeknek az összehúzódásoknak a pontos mechanizmusa nem ismert, de úgy tűnik, hogy ezek a szerveztek akkor is működnek, amikor a sejteket magas sókoncentrációjú oldatba helyezik.
A többsejtű szervezetek általában kifinomult mechanizmussal biztosítják, hogy minden sejtjük izotóniás oldatban fürödjön. Az emberben és más emlősökben ez a kiválasztó szervrendszer, amelyet a vese nefronjainak funkcionális egységei alkotnak. Ahogy a vért a vese szűri, a sók, ionok, salakanyagok, ammónia és a felesleges víz rendszeres időközönként eltávolításra és kiürítésre kerül, lehetővé téve a szervezet számára a homeosztázis fenntartását. Ha a vízbevitel növekszik, ezzel párhuzamosan a kiválasztó rendszeren keresztül a víz eltávolítása is növekszik. Ez a rendszer hormonok és egyéb élettani reakciók bonyolult hálózatának szabályozása alatt áll, és biztosítja, hogy a szervezeten belül minden sejt elsődlegesen izotóniás extracelluláris folyadéknak legyen kitéve. A külvilággal való határfelületen – akár a bőrön, akár az emésztőrendszer bélésében – lévő sejteket egy olajokból vagy viaszokból álló hidrofób réteg védi a citolízistől.
A kiválasztó rendszer időnként túlterhelődik, amikor a szervezet hirtelen nagy mennyiségű vizet szív fel a szervezet sótartalékához képest. Ezt nevezzük vízmérgezésnek, és a tünetek az agy sejtjeiben fellépő citolízis hatására jelentkeznek.
- Adaptív immunrendszer – Az immunrendszer egy olyan alcsoportja a gerinceseknél, amely képes az immunológiai emlékezetre. Egy adott kórokozónak való második és későbbi kitettség gyors, specializált válaszokat idéz elő.
- Krénáció – Egy sejt összehúzódása hipertóniás oldatnak való kitettség után.
- Tonicitás – Két, félig áteresztő membránnal elválasztott oldatban lévő oldott anyagok relatív koncentrációjának mértéke. A tonicitás határozza meg a membránon keresztüli diffúzió irányát és mértékét.
- Turgornyomás – A víz nyomása, amely a növényi sejt sejtmembránt a sejtfalhoz nyomja.
Kvíz
1. Melyik oldat okoz citolízist a vörösvértestekben?
A. 0,9%-os NaCl
B. 1,5% NaCl
C. 0,4% NaCl
D. Tengeri víz
2. Melyik NEM indukál citolízist?
A. A sejtek hipertonikus környezetbe helyezése
B. A perforinok hatása a sejtmembránokra
C. A komplementfehérjék membrántámadó komplexének aktivitása
D. A membránszerkezet vírusok általi megbontása
3. Az amőbák e módszerek közül melyiket használják a citolízis megelőzésére?
A. Sejtfal
B. Kiválasztó szervrendszer
C. Kontraktilis vakuólum
D. A fentiek mindegyike
