Apoptosi della cellula

APOPTOSI

✓ Evento programmato

✓ Attivamente realizzato dalle cellule

✓ Interessa cellule singole

✓ Realizzato di norma in condizioni fisiologiche

✓ La frammentazione della cellula e le modificazioni di superficie favoriscono la fagocitosi

L'apoptosi svolge un ruolo chiave in moltissimi processi:

• Rimodellamento dei tessuti durante lo sviluppo embrionale.
• Mantenimento dell'omeostasi delle popolazioni cellulari all'interno di un tessuto. In un organismo umano adulto attorno ai 50-70 miliardi di cellule muoiono ogni giorno a causa dei processi apoptotici. In un anno la massa delle cellule ricambiate è pari alla massa del corpo stesso.
• Garantisce una corretta risposta del sistema immunitario
• Invecchiamento
• Quando le cellule sono danneggiate da un agente patogeno o da un evento lesivo

4 ASPETTI MORFOLOGICI DELL'APOPTOSI

✓ Coinvolge una singola cellula o piccoli gruppi di cellule in modo asincrono

✓ Perdita delle giunzioni e di

altre strutture specializzate di membrana, come ad es. i microvilli

Contemporaneamente il citoplasma si condensa e la cromatina si addensa in zolle

Il nucleo si rompe in diversi frammenti e si verifica contrazione citoplasmatica per perdita di ioni e fluido. Ciò produce dilatazione e fusione delle membrane del reticolo endoplasmatico

Modificazioni della membrana plasmatica: cambia la distribuzione dei fosfolipidi di membrana. Durante lo stimolo apoptotico la fosfatidilserina (PS) trasloca dalla parte citoplasmatica alla parte extracellulare della membrana plasmatica. È un segnale di richiamo ai macrofagi che fagocitano la cellula in apoptosi (fagoptosi)

Eventi principali del processo apoptotico:

• Arrotondamento della cellula, perdita dei contatti con le cellule circostanti e scomparsa dalla superficie delle specializzazioni di membrana. A causa della perdita isosmotica di acqua e ioni, il volume cellulare si riduce portando alla formazione di un citoplasma estremamente condensato.

Non ci sono alterazioni a carico di organelle citoplasmatici e anche i mitocondri mantengono la loro integrità strutturale e funzionale.

• A livello nucleare si verifica scomparsa del nucleolo, condensazione della cromatina in masserelle dense che si addossano alla membrana nucleare e che successivamente si fondono originando un nucleo costituito da una o poche sfere dense di cromatina (nucleo picnotico). La membrana nucleare rimane intatta e il cambiamento dell'amorfologia nucleare è associato a rottura del DNA in frammenti che sono multipli di 180-200 coppie di basi, che è la lunghezza del DNA arrotolato attorno ad un ottamero istonico nel nucleosoma.
• La frammentazione del DNA è probabilmente preceduta da un'alterazione della struttura della cromatina (poliamine, variazioni di pH intracellulare) che permette l'attivazione della endonucleasi.
• La matrice nucleare subisce profonde modificazioni: la lamina è fosforilata e degradata, e la

matrice nucleare interna è solubilizzata.

Al termine del processo di condensazione, il nucleo si frammenta in vari pezzi circondati da membrana nucleare che, insieme a organuli cellulari, sono inglobati in protuberanze che si formano dalla superficie della cellula (blebs).

I corpi apoptotici sono rapidamente fagocitati dalle cellule circostanti e/o dai macrofagi e vengono degradati all'interno dei lisosomi. La cellula muore senza lasciare traccia.

La cellula si spacca in frammenti circondati da membrana citoplasmatica di varia dimensione che contengono organuli citoplasmatici intatti e frammenti nucleari chiamati corpi apoptotici.

Dato che i corpi apoptotici sono circondati da membrana non vi è rilascio di contenuti cellulari nello spazio extracellulare e quindi fenomeni infiammatori.

La durata del processo apoptotico è estremamente variabile, può richiedere pochi minuti o alcuni giorni. Il risultato quindi è un'eliminazione pulita.

E rapida senza sconvolgimento dell'architettura del tessuto.

MEDIATORI DELL'APOPTOSI

I mediatori dell'apoptosi possono essere suddivisi in tre grandi classi:

1. Molecole che inducono apoptosi legandosi ai loro recettori di membrana o intracellulari e producendo cambiamenti del contenuto intracellulare;
2. Interazioni con il sistema immunitario: le cellule vanno incontro ad apoptosi in seguito a cambiamenti nel contenuto intracellulare indotti dall'interazione con cellule citotossiche;
3. Condizioni avverse (ipertermia, ipotermia, ischemia, radiazioni), farmaci antitumorali, tossine, agenti chimici, rimozione di uno stimolo.

Il processo dell'apoptosi, come già detto, può avvenire attraverso più vie:

1. La via mediata dal reticolo endoplasmatico
2. La via mediata dai recettori
3. La via mediata dal gene p-53
4. La via mediata dal mitocondrio

Nel primo caso, il meccanismo di morte può essere attivato da "stress del

reticoloendoplasmatico” che risulta in un aumento del contenuto di Ca2+ intracellulare che, asua volta, induce l’attivazione della caspasi-12. Questa, con un sistema a catena,attiva le caspasi 3 e 6 che stimolano la PCD.La via dei recettori di morte coinvolge alcuni membri della famiglia del TNF come ilCD95 ed il tumor necrosis factor receptor 1 (TNFR 1) : si tratta di recettori di superficiecellulare che trasmettono segnali apoptotici attraverso la formazione di specificilegami . Il TNF è prodotto dalle cellule T e dai macrofagi attivati, in risposta ad unainfezione. Quando il ligando (TNF ; tumor necrosis factor o FasL ; ligando del recettoreFas) si è associato alla porzione extracellulare del recettore, il recettore trimerizza e laporzione intracellulare, caratterizzata da un dominio DD (Death Domain), dirige laformazione di un complesso proteico denominato DISC (death - inducing signalingcomplex ) mediante il reclutamento di una specifica proteina.adattatrici FADD (Fas-associated death domain, per il Fas) o TRADD (TNFR-associated death domain) per il TNFR. Questa proteina trasporta un dominio DED (death effector domain) che permette di reclutare le pro-caspasi 8 e di attivarle (induzione per prossimità). La caspasi-8 attivata agisce attivando la pro-caspasi 3 che agisce sui substrati sensibili. 13 14 In alternativa a questa via, la PCD può essere attivata attraverso la mediazione del CD95 (o Fas): il legame tra il CD95 ligand ed il suo recettore CD95 determina l'aggregazione di parti dello stesso recettore, dette domini di morte (DD). Questo complesso attira la molecola FADD che si lega al Fas attraverso l'interazione dei domini di morte analoghi. I domini di morte effettori (DED) del FADD inducono il legame delle procaspasi-8 al complesso Fas-FADD, stimolando l'attivazione delle caspasi-8. Il terzo meccanismo d'azione dell'apoptosi coinvolge la proteina p53 e viene attivato in seguito.

alla frammentazione del DNA. Una volta attivata, p53 può indurre, a seconda delle circostanze, l'arresto del ciclo cellulare o l'apoptosi. Per il suo ruolo di vigilanza sul ciclo cellulare, il gene p53 è stato soprannominato 'il custode del genoma'. La proteina p53 è coinvolta nella regolazione della proliferazione cellulare. I raggi X o altri agenti in grado di provocare frammentazione del materiale nucleare, provocano un aumento del livello di p53 che comporta l'arresto dello sviluppo della cellula in fase G1. Durante questo periodo di arresto, la cellula cerca di riparare i danni subiti, se non riesce a ripristinare le condizioni iniziali va incontro al processo di morte cellulare e viene allontanata dall'organismo come cellula danneggiata e potenzialmente capace di indurre mutazioni. Il processo dell'apoptosi, mediato dal mitocondrio, può essere stimolato dalla perdita del potenziale di membrana mitocondriale, da un aumento

della concentrazione di Ca2+, dalla formazione di specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto, da variazioni