Istologia e embriologia

Tessuti

Le cellule del corpo sono estremamente diverse per tipologia, forma e funzione (+ di 200 tipi) e sono tutte specializzate e anche molto diverse dalla cellula prototipica. L’istologia studia le cellule specializzate. Le cellule si organizzano a formare tessuti. I tessuti principali sono: epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso. I tessuti semplici insieme formano tessuti complessi e organi che formano poi gli apparati. I tessuti sono organizzati in tonache (strati). Ad esempio, gli organi cavi hanno diversi strati: mucosa, sottomucosa, tonaca muscolare e tonaca sierosa. Ogni tonaca (strato) è formata da diversi tessuti.

Classificazione dei tessuti secondo Bizzozero (1894)

Bizzozero diede un’altra classificazione dei tessuti dividendoli in base alla loro capacità rigenerativa:

• Labili: composti da cellule in continuo rinnovo per tutta la vita dell’adulto (es. epitelio dell’epidermide).
• Stabili: come fegato e ossa, sono cellule che normalmente hanno una lunga vita e non si rinnovano ma in caso di danno riacquistano la capacità di rinnovarsi per rigenerare l’organo.
• Perenni: tessuti che non sono più in grado di rigenerarsi (nervoso e muscolare striato e cardiaco). Oggi sappiamo che in realtà ci sono piccoli compartimenti del tessuto nervoso e del tessuto muscolare striato che possono rigenerarsi, anche se in modo molto blando. Per il cardiaco ad oggi non si sa ancora nulla.

Cellule staminali

Proprietà che le contraddistinguono:

• Cellule indifferenziate: daranno poi origine a cellule differenziate. Alcune possono differenziarsi in moltissimi tipi cellulari (totipotenti), altre invece in (pluripotenti), altre in un unico tipo cellulare/tessuto (unipotenti).
• Possono autorinnovarsi: una staminale dividendosi dà origine a una cellula che si differenzia e una che resta staminale (mitosi asimmetrica), ma non tutte le cellule si dividono così. Alcune staminali fanno divisione simmetrica formando 2 cellule staminali o 2 cellule indifferenziate, ma nel complesso la divisione è asimmetrica.
• Immortalità replicativa: mantengono la capacità di duplicarsi per tutta la vita, ma si dividono molto raramente. Se si dividesse in modo eccessivo avrebbe più probabilità di sviluppare mutazioni. Se sviluppa mutazioni essa per tutta la vita formerà cellule differenziate mutate con problemi funzionali o possibile formazione di tumori; per questo si dividono molto poco.

Si trovano in punti specifici del tessuto, riparano da stress genotossici (nicchie staminali).

Teoria del filamento immortale (non è una teoria certa)

Le cellule staminali in mitosi hanno un metodo per ridurre mutazioni: il filamento stampo di DNA non è segregato in modo casuale ma resta nella cellula che rimane staminale (normalmente lo stampo e il filamento neosintetizzato si dividono casualmente nelle cellule figlie). Dato che le mutazioni tendenzialmente vengono introdotte nel filamento copiato, ciò minimizza i rischi di mutazioni.

Tutti i compartimenti staminali sono organizzati in modo preciso e gerarchico. Dopo la divisione, la cellula figlia che andrà incontro a differenziazione va in un compartimento intermedio definito comparto di amplificazione in transito (sono definite progenitori multipotenti).

Queste cellule sono anche definite “committed”:

• Mantengono plasticità differenziativa delle cellule staminali.
• Non hanno capacità di autorinnovamento (le cellule che generano sono già indirizzate verso un destino specifico).
• Non sono immortali.
• Hanno alta capacità proliferativa: si dividono molto e velocemente (anche se accumulano mutazioni non è un problema perché hanno vita breve).

Dopo essersi duplicate in modo esponenziale si differenziano. L’ultimo comparto saranno quindi cellule differenziate che andranno a formare il tessuto.

Ciclo cellulare

Fase G1: la cellula aumenta dimensioni e si prepara alla duplicazione del DNA.

Fase S: fase più stabile, dura 10h, duplicazione del DNA.

Fase G2: la cellula cresce e organizza organelli.

Fase M: mitosi (divisione cellulare).

Cellule quiescenti: momentaneamente uscite dal ciclo (fase G0). Alcune possono rientrare nel ciclo (tessuti stabili), altre escono in modo permanente dal ciclo (tessuti perenni).

Come le cellule entrano nel ciclo cellulare?

RAS: proteina GTPasi monomerica. Attiva = legata a GTP (grazie a GEF: scambia GDP con GTP); inattiva = idrolizza GTP in GDP (grazie a GAP: aiuta idrolisi GTP). È legata internamente alla membrana plasmatica.

Segnali esterni per la proliferazione

La cellula, per entrare nel ciclo e iniziare la proliferazione, riceve segnali dall’ambiente esterno: GF/fattori mitogenici. Ras è attivata dal legame dei GF a dei recettori TRK (tirosina chinasici) di membrana. Sono recettori transmembrana monomerici, normalmente inattivi, che si muovono sulla membrana. Quando si legano a un GF dimerizzano (attivazione transitoria): formano omo/eterodimeri.

Due recettori vicini si fosforilano a vicenda sul dominio chinasico (transfosforilazione). Ciò aumenta la loro attività enzimatica e le code C-terminali (tirosine) sono fosforilate. Le tirosine fosforilate formano siti di legame per molecole intracellulari (docking site). Si inattivano velocemente per:

• Endocitosi: il recettore è rimosso dalla membrana e poi riciclato o degradato.
• Azione delle fosfatasi: staccano i gruppi P inattivando i recettori.

Docking site: tirosina fosforilata + 3/6 amminoacidi. Sito riconosciuto da proteine con domini SH2: hanno arginina che lega P e riconosce in modo specifico la sequenza amminoacidica. Grb2 (“greb”) lega tramite il suo dominio SH2 la coda C-terminale fosforilata del recettore. Grb2 è normalmente associata alla sequenza di poli-proline di SOS tramite il dominio SH3.

Il complesso Grb2-SOS si trova nel citosol e legandosi al recettore si avvicina alla membrana. SOS è una Ras-GEF che, avvicinandosi alla membrana, attiva Ras. I segnali possono anche essere amplificati, non si lega solo Grb2 ma ci sono anche altri adattatori come Shc (“scic”), che sarà fosforilato dal recettore e creerà sito di legame per Grb2-SOS. La coda del recettore ha molti domini di legame per SH2 (molte tirosine).

Ridondanza: ogni recettore ha più docking site per il legame di domini SH2. Uno stesso dominio SH2 può legarsi a sequenze amminoacidiche diverse; allo stesso docking site possono essere legati più domini SH2 diversi. Ciò permette la trasduzione del segnale anche in caso di difficoltà.

Consenso adesivo

Per far entrare la cellula nel ciclo non bastano GF, ma serve anche che la cellula sia legata a un substrato (di solito la matrice). Sulla membrana ci sono integrine (catena α + catena β) per l’adesione della cellula con la matrice. Quando la cellula aderisce a un substrato avremo più integrine vicine (adesioni focali). Le integrine sono internamente legate a una chinasi: FAK. Le FAK vicine si fosforilano a vicenda attivandosi e vanno poi a fosforilare SARC, una chinasi che va a fosforilare le FAK su un altro sito. Si creano docking site a cui si legano Grb2-SOS, che vanno ad attivare Ras.

È quindi necessaria una soglia di attivazione di Ras: è necessario sia il segnale di attivazione dai recettori RTK (in seguito alla presenza di GF) che il segnale di attivazione dalle integrine. Ras attivata ha sito di legame per Raf (serina-treonina chinasi): si attiva cascata delle MAPK. Sono tre enzimi: MAPKKK (Raf), MAPKK (Mek), MAPK (Erk). Si fosforilano a vicenda attivandosi. Erk funziona da TF e va nel nucleo dove attiva altri TF che inducono trascrizione di geni immediati. Geni immediati: la loro attivazione è molto rapida = Myc - Jun - Fos.

Cellule quiescenti: complesso Mad-Max = inibisce ingresso nel ciclo, crescita e proliferazione. Myc si sostituisce a Mad (repressore del ciclo) e si lega a Max. Myc-Max stimola la produzione di molecole regolatorie del ciclo: ciclina D. La ciclina D lega Cdk4 e Cdk6, attivandole. Il complesso Cdk-ciclina fosforila Rb. Rb normalmente lega il fattore trascrizionale E2F, inibendolo. La fosforilazione parziale di Rb permette a E2F di attivare la trascrizione della ciclina E. La ciclina E lega Cdk2 che fosforila ulteriormente Rb. E2F è totalmente attivo e induce trascrizione di geni per la duplicazione (passaggio G1-S).

Proto-oncogeni

Gene che determina l’ingresso nel ciclo cellulare. La sua attivazione è regolata da segnali dall’ambiente esterno (Ras-MAPK-...). Se subisce una mutazione che lo rende costitutivamente attivo non avrà più bisogno di segnali esterni per attivarsi: diventa un oncogene. L’oncogene permette alla cellula di proliferare in assenza di GF e consenso adesivo.

Mutazioni più frequenti dei tumori: Ras, cascata MAPK, Myc, cicline, recettori RTK. Geni dominanti: basta un allele mutato per causare l’attivazione dell’oncogene.

Mutazioni che rendono un proto-oncogene un oncogene:

• Mutazione attivante: il gene è sempre attivo.
• Amplificazione: il gene è duplicato e produce moltissime copie della proteina che codifica.
• Iperespressione dei recettori: i recettori saranno vicini e potranno attivarsi anche senza GF.
• Traslocazione genica: crea gene chimerico che codifica per proteina chimerica regolata diversamente.

Oncosoppressori

Geni che codificano per inibitori del ciclo cellulare: proteine P, Rb, ...

Sono proteine che inibiscono le Cdk: p15, p16, p21, p27 (n° = peso molecolare). Sono geni recessivi: l’inattivazione di entrambi gli alleli causa il tumore (es: retinoblastoma).

Altri geni oncosoppressori codificano per recettori di fattori di anti-crescita (famiglia TGF-B). TGF-B attiva recettori chinasici che attivano SMAD. SMAD porta alla produzione di proteine P e all’inibizione della trascrizione di Myc e cicline. Assenza di fattori di anti-crescita o dei loro recettori causa tumore.

Apoptosi

La cellula può uscire dal ciclo anche a causa di danni al DNA (per eventi genotossici come radiazioni, ...). I danni sono percepiti da due chinasi ATM e ATR. Esse innescano una cascata che porta all’attivazione di p53. P53 = TF definito “guardiano del genoma”. In caso di danni al genoma, attiva “precauzioni” per tutelare il tessuto.

È parte di un ciclo futile: è normalmente trascritto e tradotto dalle nostre cellule e poi subito distrutto legandosi a Mdm2 (ubiquitina ligasi) che lo fosforila e lo indirizza al proteasoma. Ciò spreca energia ma è necessario affinché, in caso di necessità, p53 sia subito disponibile. In caso di danno, le chinasi (ATM-ATR) fosforilano Mdm2 staccandola e p53 attivandolo. P53 porta alla trascrizione di geni che arrestano il ciclo (p21).

P53 attivato

• Arresta il ciclo per non trasmettere mutazione alla progenie.
• Induce trascrizione di enzimi che riparano il DNA.
• Se il danno non è riparabile attiva l’apoptosi (morte programmata).

Apoptosi vs. necrosi:

• Necrosi: causa infiammazione del tessuto, è una morte causata da fattori esterni.
• Apoptosi: la cellula si autodistrugge inglobando i suoi organelli in corpi apoptotici, non causa infiammazione del tessuto.

Famiglia Bcl2 (dominio comune): molecole che causano sia sopravvivenza (anti-apoptotiche) che apoptosi (proapoptotiche). Dal bilancio di queste molecole è determinata la vita/morte della cellula.

Vie per innescare apoptosi

• Intrinseca: attivata da p53. Sulla membrana mitocondriale esterna ci sono molecole come Bcl2 (anti-apoptotiche) che tengono chiusi i canali. P53 induce trascrizione di molecole proapoptotiche come Bax, che apre i canali. Bax apre canale facendo uscire citocromo C che si lega ad Apaf1: si forma apoptosoma. Esso attiva cascata delle caspasi. Le caspasi si attivano a vicenda fino ad attivare le caspasi esecutrici: caspasi 3, 6 e 7. Le caspasi degradano il citoscheletro, le lamine nucleari e attivano DNAasi per degradare DNA. Dal canale escono anche altre molecole come Smac o DIABLO che inibiscono le IAP. IAP = inibitori dell’apoptosi. L’eccessiva espressione di Bcl-2 nei linfociti è un segnale anti-apoptotico: si sviluppa linfoma.
• Estrinseca: l’apoptosi è attivata dall’esterno, da un’altra cellula (linfocita T citotossico). Il linfocita ha sulla membrana il ligando FAS che lega la proteina FAS (recettore) presente sulla cellula bersaglio, ciò attiva la cascata delle caspasi e quindi l’apoptosi. Inoltre, il linfocita crea dei pori sulla membrana della cellula bersaglio per far entrare granzyme B. Granzyme B è in grado di attivare l’apoptosi intrinseca.

P53 è attivata non solo da danni al DNA ma anche dalla proliferazione eccessiva di una cellula (a causa, ad esempio, dell’attivazione di un oncogene). Cellule con elevata proliferazione hanno alti livelli di E2F. E2F attiva ARF che inibisce Mdm2 e attiva p53 che può bloccare il ciclo o indurre apoptosi.

P53 = oncosoppressore (inattivo nel 50% dei tumori: può essere una mutazione inattivante di p53 o di una molecola che lo attiva come ARF o un’espressione eccessiva di Mdm2). La perdita di p53 causa proliferazione incontrollata che porta a un accumulo di mutazioni che verranno trasmesse alle cellule figlie. Quando la mutazione colpirà un proto-oncogene, esso diventerà un oncogene e causerà lo sviluppo del tumore. Più la cellula prolifera, più sviluppa mutazioni.

Oltre a inibire p53, c’è un altro modo per inibire l’apoptosi: i GF, i recettori RTK fosforilano hanno sito di legame anche per PI3K (chinasi con dominio SH2). PI3K è fosforila lipidi attacca internamente alla membrana. Trasforma fosfatidilinositolo-2-fosfato in fosfatidilinositolo-3-fosfato, che lega proteina AKT (o PDK). AKT attiva fosforila Mdm2 attivandolo (il quale inibisce p53) o blocca molecole proapoptotiche. L’attivazione della proliferazione va anche a bloccare l’apoptosi.

Viceversa, l’assenza di GF e consenso adesivo è un segnale proapoptotico. Fosfatasi (come PTEN): oncosoppressori che defosforilano fosfatidilinositolo-3-fosfato. Anche il consenso adesivo blocca l’apoptosi perché attiva sia la via di FAK che di PI3K.

L’apoptosi è fondamentale nello sviluppo embrionale e l’organogenesi (per creare le strutture cave). Inoltre, è un sistema per eliminare cellule danneggiate o pericolose.

Senescenza

Cellula che prolifera troppo induce attivazione di p53 che la fa uscire dal ciclo. Esempio di cellule senescenti: nei cellule in cui c’è stata alterazione di un proto-oncogene (di solito B-RAF). Sono alterazioni benigne perché p53 è attivo e le ha fatte entrare in senescenza. Diventa maligna se avviene una mutazione che va a bloccare la sintesi di p53 (melanoma).

Caratteristiche di un tumore

• Autonomia dai GF: grazie all’attivazione di un oncogene prolifera anche senza GF.
• Insensibilità ai fattori di anti-crescita.
• Inibizione dell’apoptosi.
• Immortalità replicativa: non va in senescenza a causa di danni a p53 o riattivazione telomerasi.
• Invasione di altri tessuti formando metastasi.
• Angiogenesi: sviluppo di nuovi vasi sanguigni.

Tessuto epiteliale

Tipi di tessuto epiteliale:

• Di rivestimento: riveste tutte le superfici esterne del corpo (epidermide), le superfici interne in continuità con l’esterno (intestino, stomaco,…) e cavità interne non comunicanti con l’esterno (pericardio, pleure, vasi sanguigni,…). Funzioni (a seconda del tipo): protezione, assorbimento e scambio sostanze.
• Ghiandolare: forma le ghiandole con funzione secretiva.
• Sensoriale: costituisce gli elementi percettivi degli organi sensoriali.

Caratteristiche comuni a tutte le cellule epiteliali:

• Cellularità: le cellule sono posizionate l’una vicino all’altra, con pochissimo spazio intercellulare e pochissima matrice extracellulare.
• Polarità: le cellule hanno un orientamento (hanno 2 poli diversi) perché le strutture intra o extracellulari sono disposte in modo asimmetrico. La polarizzazione può essere intracellulari (nucleo- mitocondri - RE), di membrana o da entrambi. La polarità di membrana è data da specializzazioni della membrana:
• Apicale: la parte specializzata.
• Basolaterale: giunzioni, recettori scambiatori non presenti sull’altro lato.
• La cellula quindi ha superficie apicale, superficie basale e due superfici laterali (intercellulari).
• Poggia su una membrana basale: è una sostanza acellulare che divide epiteliale dal connettivo sottostante e a cui sono ancorate le cellule epiteliali.
• In condizioni fisiologiche non sono mai vascolarizzate: l’epiteliale non è attraversato al suo interno da vasi sanguigni. Per ricevere O₂/nutrienti attingono da vasi situati sotto alla membrana basale, le sostanze passano all’epitelio per diffusione semplice (il sangue di una ferita proviene dal connettivo).
• Sono tessuti labili: vengono rinnovati più (epidermide) o meno (fegato) frequentemente a seconda del tipo di tessuto (sono cellule non perenni).

Giunzioni

Membrane laterali: intercellulari (hanno giunzioni cellula-cellula). Dall’apice alla base ci sono: giunzioni occludenti, giunzioni aderenti, desmosomi, giunzioni comunicanti.

Giunzioni occludenti

Funzioni:

• Mantengono la polarità di membrana: mantengono ferme le cellule affinché recettori e scambiatori restino in posizione sulla membrana basale o apicale.
• Controllano la permeabilità: bloccano lo spazio tra cellule impedendo il passaggio di sostanze per via paracellulare (passano solo H₂O e ioni). Le altre sostanze dovranno passare attraverso le cellule (via transcellulare) in modo che il passaggio sia molto più controllato. Il grado di permeabilità delle cellule dipende dal numero e dalla disposizione delle giunzioni.