3. Morte cellulare

3. Morte cellulare

3.1 INTRODUZIONE

Cellule possono morire per tre tipi di morte diverse:

1. Morte accidentale (se vengono a mancare O e nutrienti, un bel gruppo di cellule da

2

incontro questa morte con un meccanismo ben preciso chiamato necrosi o oncosi, può

venire da cause esterne ma anche da cause interne al nostro organismo);

2. Apoptosi (suicidio cellulare per dare sostegno alle cellule vicine);

3. Omicidio (operato dalle cellule del sistema immunitario che incontrano una cellula

infettata ad esempio da un virus).

3.2 APOPTOSI

Il termine apoptosi vuol dire “allontanamento del corpo”, ma voglio dire anche un’altra cosa

ovvero “isolare”, eliminare dal contesto degli individui che in qualche modo sono nocivi per la

società.

Innanzitutto la morte per apoptosi è una morte che in tanti casi è considerata fisiologica perché

non è legata ad alcun fattore eziologico tossico ed è geneticamente programmata, 15 al

programma all’interno di ogni cellula che in qualche modo è in grado di dirigere verso questa

via, viene quindi chiamata anche morte spontanea o autodistruzione.

È un processo selettivo, non è casuale (come invece è il processo necrotico), innescata

tanti segnali esterni ma anche interni (come mutazioni del DNA). Richiede una

partecipazione attiva da parte della cellula stessa, vengono innescate delle cascate con una

gerarchia ben precisa, non c’è niente di lasciato al caso, tutto arriva in sequenza con le vie di

segnalazione che possono essere molto diverse anche se poi la via finale è comune.

Differenze apoptosi e necrosi:

La prima cosa che succede in una cellula che va incontro ad un processo di apoptosi è

 che perde i contatti con le cellule vicine, non può più parlare con le altre cellule, si sente

già estranea al tessuto stesso e comincia quel processo di coartazione e diventa più

piccola, gli organuli rimangono intatti in tutto questo processo, il DNA si distribuisce a

semiluna, a falce, attorno al nucleo in mano questa cellula emette i corpi apoptotici,

cioè raccoglie all’interno di membrane tutto ciò che è all’interno della cellula stessa.

Questi corpi apoptotici vengono captati dalle cellule vicine (si parla di cannibalismo),

oppure vengono rimossi tramite i macrofagi. Espongono dei fosfolipidi che normalmente

si mantengono all’interno della membrana (fa “flip-flop”), un esempio è la

fosfatidilserina, che serve per il riconoscimento da parte di macrofago.

Quindi abbiamo una serie di modificazioni morfologiche in cui la cellula diminuisce di

 volume, espelle acqua e ioni all’esterno perché il RE capta acqua e ioni, si fonde con la

membrana cellulare e li estrude all’esterno. Processo noto come budding ossia una

sorta di gemmazione. Anche i mitocondri sono particolarmente attivi perché sono

impegnati nella sintesi di ATP, questo ci fa capire che l’apoptosi è una morte attiva, per

farla ci vuole ATP e quindi mitocondri ben funzionanti. Di estremamente positivo

l’apoptosi ha il fatto che non mette in azione il processo infiammatorio che è si un

processo che ci protegge ma, qualche volta provoca danni all’organismo. Nell’apoptosi

c’è il cosiddetto “silenzio infiammatorio”. Nella necrosi avviene il processo inverso

con un tipico aumento di volume dovuto essenzialmente ad una perdita della

permeabilità di membrana. I mitocondri aumentano di volume, le creste sono

frastagliate e questo sta a significare che non si sintetizza bene ATP. La carenza di ATP

scompagina la selettività di membrana. In questo caso la cellula rimane nel tessuto e

viene cantata da granulociti o macrofagi. La necrosi porta sempre al processo

infiammatorio che darà vantaggi ma anche svantaggi.

Istologia: l’apoptosi colpisce cellule isolate in tessuti vitali, mentre la necrosi colpisce un

 gran numero di cellule vicine distruggendo la struttura del tessuto.

Citologia: i nuclei sono piuttosto trofici nell’apoptosi, mentre sono intatti nella necrosi

 che presenterà anche edema cellulare con cellule rigonfie di acqua.

Coloranti: nell’apoptosi sono esclusi i coloranti vitali (che entrano quando c’è una

 alterazione della plasma-membrana, mentre se non c’è restano fuori) mentre nella

necrosi sono inclusi in quanto entrano (facendoci capire che la cellula è morta perché ha

subito alterazioni).

Citoplasma: nell’apoptosi è compatto, solo il reticolo è dilatato perché raccoglie

 materiale citosolico, si fonde con la plasma-membrana e lo porta all’esterno.

Nell’apoptosi i mitocondri sono attivi, mentre nella necrosi i mitocondri sono ridotti e

contenenti corpi densi (c’è qualcosa che non va nella sintesi di ATP). Gli organuli

risultano dilatati perché cambiando la selettività di membrana anche gli organelli si

rigonfiano ed in ultima analisi abbiamo una rottura, una lisi delle membrane interne ed

esterne della cellula.

Nucleo: nell’apoptosi la cromatina si condensa a semiluna o a falce, mentre nella

 necrosi in genere assume una struttura frammentata e grossolana.

Circostanze: per l’apoptosi morte programmata, atrofia, uccisione cellulo-mediata. Per la

 necrosi mai in condizioni fisiologiche, perché è sempre una situazione non fisiologica,

complemento ed ipossia. Quella che si vedrà in particolar modo sarà la necrosi da

ipossia, perché in prima causa, l’ischemia è la prima causa di morte nell’uomo e quella

la ritroveremo in modo particolare.

Effetto sui tessuti: nessuna infiammazione per l’apoptosi, fagocitosi dei corpi apoptotici

 ed involuzione del tessuto senza che ci sia collasso, quindi nessuna alterazione

strutturale del tessuto. Nella necrosi invece c’è sempre processo infiammatorio acuto

perché la cellula riversa fuori tutto.

Circostanze in cui si osserva l’apoptosi:

1. Sviluppo embrionale, l’apoptosi è quasi uno scultore che modella il feto perché

permette lo sviluppo normale dei tessuti consentendo la funzionalità dell’organo; ad

esempio rimuove le membrane interdigitali delle mani e dei piedi, che se non venissero

rimosse determinerebbero una situazione particolare nota come sindattilia. Oppure se la

membrana che rimuove i due emipalati non viene rimossa non abbiamo la fusione del

palato e quindi abbiamo palatoschisi (malattie congenite).

2. Sviluppo del sistema immunitario, spegne la risposta quando i linfociti sono stati

attivati (quindi privati dei fattori di crescita), eliminando i cloni T autoreattivi.

3. Sviluppo del sistema nervoso, durante la fase fetale abbiamo una grande massa di

neuroni, molti dei quali devono essere eliminati alla nascita e questo avviene attraverso

un processo apoptotico; questo per limitare lo sviluppo del cervello che comprimerebbe

la scatola cranica e porterebbe a causa della pressione eccessiva a una morte

prematura.

4. Turnover tissutale, diciamo che è la controparte delle mitosi, il numero di cellule che

muore deve essere uguale al numero di cellule che entrano nei nostri organi, perché il

volume deve rimanere costante. Questo è l'esempio delle cripte intestinali, dove le

cellule si replicano in continuazione, dalla parte basale salgono verso le cripte, man

mano vanno incontro ad apoptosi e poi finiscono la loro morte per necrosi quando

cadono nel lume intestinale finendo lì il loro destino. Se non vi fosse tale processo è

stato calcolato che l’intestino di un uomo di 60 anni sarebbe lungo 60 Km.

5. La metamorfosi, come la regressione della coda degli anfibi, ma questi ci interessano

meno.

6. Atrofia, ci sono tre meccanismi: uno è l'autofagia, l'altro il proteosoma e l'altro, per

inibire il numero di cellule, è il processo apoptotico. Esempio: facendo un'ostruzione del

dotto pancreatico il pancreas esocrino va incontro ad atrofia completa.

7. Alterazione ormonale (evento ormono-dipendente), quindi una carenza di ormoni per

un organo trofico ad esempio la delezione ciclica dell'endometrio durante il mestruo, la

deprivazione di fattori di crescita quindi di mancanza di fattori che stimolano la cellula.

La cellula infatti deve essere sempre stimolata per andare avanti nella sua vita, ha

bisogno di segnali che oltre che non morire gli dicano anche “vivi”.

8. Citotossicità cellulo mediata, lo stesso meccanismo che abbiamo visto per

l'ontogenesi del sistema immunitario (quindi delezione dei cloni T autoreattivi) lo

utilizzano le cellule T e le NK.

9. Fattori esterni, le irradiazioni o i chemioterapici mandano le cellule tumorali in

apoptosi, quindi si va a colpire dei bersagli specifici con i chemioterapici, con la

radioterapia invece uccido le cellule e basta.

10. Esaurimento per funzione, quando linfociti e macrofagi hanno finito la loro funzione

devono essere eliminati velocemente dal nostro organismo, se non ci fosse questo

meccanismo si avrebbe una incredibile quantità di queste cellule che se rilasciassero il

loro contenuto tutto insieme farebbero dei danni enormi, quindi il sistema è

fondamentale per la nostra sopravvivenza.

11. Immunità centrale e periferica, i linfociti, se questi reagiscono contro il self devono

essere eliminati perchè altrimenti portano a difetti associati a malattie autoimmunitarie

come la sindrome linfoproliferativa autoimmune, dove questi linfociti si spostano tutti

nei linfonodi, quindi abbiamo linfopenia molto importante, accumulo nella milza e

accumulo nel fegato, quindi gli organi sembrano ipertrofici, in realtà sono solo

aumentati di volume perchè ci sono accumulate queste cellule con le conseguenze che

un accumulo cellulare può avere.

12. Ischemia, intorno alla zona necrotica c'è una zona apoptotica, che è quella che viene

chiamata penombra.

Epicuro diceva:''la morte non è nulla per noi, o forse è tutto'' perché noi ci manteniamo su di un

meccanismo di morte, perchè se le nostre cellule non morissero nel modo giusto nel momento

in cui devono morire noi non proseguiremo la nostra vita.

Regolazione dell’apoptosi:

Cosa induce la cellula in omicidio? Il bilancio fra segnali pro-apoptotici che gli arrivano e segnali

anti-apoptotici, ci deve essere un equilibro, perchè se la cosa è sbilanciata si va incontro alla

patologia. Quindi è sì una morte fisiologica, però se sbilanciata anche l'apoptosi diventa

patologica perchè va a formare cose che non dovrebbero formarsi.

Fattori Apoptotici (stimoli positivi)

 1. TNF- che è una citochina che ha bersagli multipli (che tra l'altro è un po'

indeciso, perché a volte dà uno stimolo alla vita altre volte alla morte), reagisce

quindi con recettori di tipo diverso, ma per ora lo prendiamo con il processo di

citochina apoptotica.

2. Gli antigeni quando le cellule T sono immature, non sono ancora pronte per

dare la risposta immunitaria e quindi vanno incontro ad apoptosi.

3. ATP extracellulare, perché si trova dentro alle cellule, ci sono dei recettori sulle

cellule che se questo esce fuori può determinare l'induzione di apoptosi.Anche

durante la necrosi succede che quel poco di ATP che esce fuori dalle cellule che

sono permeabilizzate, può attivare il meccanismo apoptotico intorno al focolaio

necrotico, quindi c'è un ampliamento del danno che poi a livello cellulare ha

un'importanza notevole anche per il rilascio di altri mediatori.

4. Glucocorticoidi, che hanno come bersaglio le cellule T immature.

5. Fas/Fasl meccanismo di morte cellulare programmata e interviene soprattutto

nell'ontogenesi del sistema immunitario.

6. Vari stress moderati, (perchè se non sono moderati si va incontro a morte di

tipo necrotico), le radiazioni (ma anche tossine e radicali) se sono moderate

portano ad apoptosi, sopra una certa soglia abbiamo la necrosi cellulare.

Fattori antiapoptotici (stimoli negativi)

 E poi ci sono tutta una serie di stimoli (antiapoptotici) che se mancano è un

determinante per l'apoptosi, ci sono tutti i fattori di crescita, i fattori trofici per un

determinato organo, quindi per esempio l'eritropoietina per i normoblasti, se non ce

l'abbiamo non si sviluppano e vanno incontro ad apoptosi, nerve growth factor per le

cellulle nervose, gli estrogeni per la cellula mammaria, CSFs (fattori stimolanti colonie)

per i precursori mieloidi e cosi via. fattori di crescita o ormoni.

Si possono classificare tutti in una unica grossa classe:

Quindi il trofismo dei tessuti è mantenuto costante e se viene a mancare il fattore di

morte da

crescita le cellule vanno incontro a morte cellulare. Viene chiamata anche

trascuratezza, la cellula decide di suicidarsi perché manca il fattore trofico.

Un'altra morte importante è quella da mancanza di substrato, le cellule come sapete

devono essere attaccate alla matrice extracellulare, è lei che gli dà la forma e nel

contesto gli permette di svolgere la propria funzione. Se una cellula si stacca dal proprio

substrato prende la strada sbagliata e va in metastasi, anche se generalmente le cellule

normali (che non sono cellule tumorali) muoiono, non arrivano al sangue perché

staccate dal loro contesto non sanno dove andare e preferiscono suicidarsi prima di

se la cellula non aderisce al proprio substrato v

andare in un posto sbagliato. Quindi

incontro a morte.

Caratteristiche biochimiche:

1. Il sistema è abbastanza semplice, ha delle tappe ed è costituito da vari enzimi e vari

riconoscimenti per fare l'apoptosi. Gli enzimi principali sono le caspasi. Caspasi cosa

vuol dire? C sta per cisteina, asp sta per acido aspartico ed asi sta per proteolisi. Perché

hanno un gruppo di cisteina nel sito proteolitico, riconoscono una sequenza particolare

DXXD che è tra due residui di acido aspartico e tagliano poi l'acido, e proteasi perché

fanno un taglio proteolitico ovviamente. Che cosa fanno? Tagliano le proteine del

citoscheletro e della matrice cellulare, però soprattutto innescano proprio un

programma di morte.

2. Poi ci sono degli enzimi meno importanti e meno conosciuti che si chiamano

transglutaminasi che determinano legami crociati fra le varie proteine, sono quelli che

danno la compattezza alla cellula apoptotica.

3. Un altro enzima è la deossiribonucleasi che frammenta il DNA e qui è però tra le CAD:

caspasi dipendente, quindi viene attivata dalle caspasi e riesce a tagliare il DNA in punti

specifici di 180 paia di basi o multipli.

4. Meccanismo flip-flop: l'altro punto importante è rappresentato dal flip fliop che fa la

fosfatidilserina, che normalmente si trova all'interno del foglietto interno delle

membrane plasmatiche. Nel momento in cui la cellula sta facendo apoptosi questa si

gira e serve come riconoscimento da parte dei macrofagi. In altre parole si ha un

ribaltamento dallo strato interno della membrana allo strato esterno dove non è quasi

mai espressa la fosfatidilserina. Questo è un segnale per i macrofagi per riconoscere le

cellule che stanno morendo.

Caspasi:

Allora, c'è una gerarchia delle caspasi, si dividono infatti in caspasi di inizio e caspasi effettrici.

Le caspasi di inizio sono diverse (II, VIII, IX, X), ma soprattutto la VIII e la IX (le caspasi

 ricevono l’ordine di apoptosi.

principali che vedremo nei processi apoptotici)

Le caspasi effettrici (III, VI, VII) la III è quella che più frequentemente viene attivata,

 determinano la degradazione delle proteine.

Le prime caspasi ricevono l'ordine dell'apoptosi, quindi hanno dei domini particolari che

riconoscono il segnale di morte (o dall'ambiente extracellulare con i domini DEAD, o

dall'ambiente intracellulare con i domini CAD) praticamente all'inizio e trasmettono poi alle

caspasi effettrici che sono quelle che fanno un po' il lavoro più grosso perché andranno poi a

degradare le proteine.

Sfatiamo subito un mito: le caspasi sono enzimi proteolitici, ma non è che sono come gli enzimi

lisosomiali che prendono e degradano completamente le proteine del citoscheletro o le

proteine che si trovano nel citosol. Loro fanno tagli sulle proteine, la proteina cambia

conformazione, dopodichè la proteina andrà o ai proteosomi e quindi verrà segnalata come

proteina avvolta male, quindi subirà il taglio dei proteosomi o verrà degradata da altre proteasi,

le caspasi fanno solo un segno.

ma non dalle caspasi,

Le caspasi non agiscono nella cellula sotto forma di caspasi, sarebbe un disastro avere le

caspasi attive all'interno del citosol perché queste automaticamente farebbero morte cellulare,

quindi esistono sotto forma di procaspasi e bisogna dirgli di attivarsi,

Cosa succede: una caspasi iniziatrice va a tagliare in prossimità di quel dominio che abbiamo

detto DXXD, cioè dell'acido aspartico e quindi si sta tagliando una procaspasi 3 che è una

procaspasi effettrice. Le caspasi sono in grado di fare dei tagli autocatalitici quindi da sé si

tagliano in prossimità dell'acido aspartico. Quindi la caspasi è in grado di autoattivarsi quando

riceve il segnale, in questa maniera toglie il dominio DEAD o CAD e due caspasi uguali, due

caspasi 3 vanno a formare un tetramero che è la forma attiva della caspasi, mediante

un'attivazione però sempre gerarchica, perché una caspasi iniziatrice attiva la caspasi effettrice

autoattivazione attivazione da parte

che poi è in grado di autoattivarsi da sé, infatti si chiama o

di altre caspasi quindi c'è un meccanismo che poi amplifica enormemente il processo

dell'apoptosi.

C'è una fase comune: la fase comune è quella delle caspasi effettrici, da qualsiasi parte si parta

si arriva sempre alle caspasi effettrici che dobbiamo attivare per avere quella frammentazione