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3b interazione mediante il ligando Fas (FasL). Le cellule bersaglio portano il recettore Fas a cui

si lega FasL. Questo legame attiva le caspasi e quindi l’apoptosi

apoptosi della cellula bersaglio infetta

4.

Le cellule T riconoscono l’Ag esposto sulla membrana plasmatica delle APC (antigenic presenting

cells). Una caratteristica cruciale di questa reazione di riconoscimento è la presentazione dell’Ag da

parte di proteine facenti parte dell’MHC (complesso maggiore di istocompatibilità). Le proteine

MHC formano un solco sulla superficie cellulare che permette di legare un frammento peptidico

derivante dall’Ag estraneo. Questo legame è riconosciuto dai recettori delle cellule T che

attiveranno la risposta immunitaria.

Le MHC sono responsabili dei rigetti dei trapianti. Sono codificate dalla regione HLA (human

leukocyte antigen) posta sul braccio corto del cromosoma 6. HLA viene divisa in 3 regioni, ognuna

codificante per le 3 classi di MHC:

MHC di classe III: includono componenti del sistema complemento, proteine heat shock e

 fattori della necrosi tumorale

MHC di classe I e II: sono proteine di membrana che sono riconosciute dalle cellule T; le

 proteine di classe I sono un segnale per i linfociti T citotossici, mentre quelle di classe II

sono un segnale per i T helper, linfociti B e macrofagi.

La classe I è presente in tutte le cellule nucleate e sono costituite da una catena pesante α

transmembrana codificata dai loci genici di HLA-A, HLA-B, HLA-C.

La classe II è espressa solo nei linfociti B, nei linfociti T attivati, monociti, macrofagi, cellule di

Langerhans, cellule dendritiche, endoteliali ed epiteliali.

Il riconoscimento di queste due classi da parte dei linfociti T, media il rigetto dei trapianti; per

questo motivo i test di immunocompatibilità sono focalizzati principalmente su queste due regioni.

Le proteine transmembrana di classe I sono associate non covalentemente alle microglobuline β .

2

Le proteine transmembrana di classe II sono eterodimeri composte da catene polipetidiche α e β

associate non covalentemente e codificate dai geni della regione HLA-D.

MHC di classe I legano peptidi derivanti da endogeni (es proteine cellulari, tumorali, batteriche e

virali prodotte all’interno di cellule infette).

MHC di classe II legano i peptidi derivanti da Ag esogeni che sono trasportati all’interno delle

cellule, per fagocitosi o endocitosi, e poi processati all’interno della via endocitica.

Il sistema immunitario usa due vie per eliminare gli Ag intracellulari ed extracellulari.

VIA CITOSOLICA (intracellulare)

 L’Ag endogeno è degradato da un proteosoma. I peptidi vengono trasportati all’interno del

RER attraverso TAP (trasportatore di peptidi antigenici). La calnexina è legata alle catene α

e β delle proteine di classe I a loro volta associate a TAP. Quando si lega il peptide alle

2

proteine di classe I, esse si dissociano dal TAP e dalla calnexina. Il complesso MHC-peptide

raggiunge il Golgi e da qui la membrana plasmatica

VIA ENDOCITOTICA (extracellulare)

 Nel RER vengono sintetizzati i 2 monomeri α e β e la catena inavariante I prende il posto

i

del peptide per stabilizzare il complesso. Intanto, la fagocitosi dell’Ag ha prodotto endosomi

contenenti i peptidi che possono essere legati alle MHC. Le MHC con I vengono trasportate

i

fino agli endosomi, dove avviene il taglio proteolitico di I . Il piccolo peptide rimanente di I

i i

(chiamato CLIP) viene rimosso dal solco di legame e viene inserito il peptide antigenico

grazie alle molecole HLA-DM. A questo punto, il complesso MHC-Ag migra verso la

membrana plasmatica.

ATTIAVAZIONE LINFOCITI T

Il legame del TCR e co-recettori CD4 o CD8 al complesso MHC-peptide attiva Lck

 Lck attiva fosforila la tirosina delle catene polipetidiche di CD3

 ZAP70 viene fosforilata e attivata, quindi piò legare tirosine fosforilate

 La cellula T è attiva

SELEZIONE CLONALE

È un processo di attivazione e proliferazione di un linfocita dopo aver legato l’Ag. Ci vogliono 3-5

giorni perché un gruppo cospicuo di cloni sia prodotto e differenziato in cellule effettrici.

RISPOSTA IMMUNITARIA PRIMARIA

È l’espansione clonale iniziale delle popolazioni di cellule B o T dopo la prima esposizione all’Ag

Ogni linfocita B esprime una sola Ig.

Ogni linfocita T esprime un singolo TCR.

Il legame dell’Ag ad una Ig o TCR scatena l’espansione clonale di quella cellula.

ANTICORPI I siti di legame dell’Ag sono in grado

di riconoscere l’epitopo (o

determinante antigenico) dell’Ag. Il

sito di legame consiste di 5-6 aa.

L’epitopo provoca la risposta

immunitaria.

Una Ig è un tetramero composto da 2 catene pesanti e 2 catene leggere. Ogni catena ha una regione

variabile N-terminale e una regione costante C-terminale. La regione V riconosce l’Ag, la regione C

provvede alla risposta. Il dominio C e V sono codificati separatamente dai geni V e C.

Il frammento che lega l’Ag (Fab) può essere ottenuto in laboratorio mediante digestione con

pepsina.

Le singole catene degli Ab possono essere ottenute clonando le regioni V nei vettori plasmidici.

Ci sono diverse classi di Ig:

IgA: si trovano nelle secrezioni mucose

 IgM: si trovano in forma pentamerica nel siero e monomerica quando svolgono attività di

 recettore sulla superficie delle cellule B

IgD: si trovano sulla superficie delle cellule B

 IgE: mediano la risposta anafilattica

 IgG: sono le più abbondanti, mediano la risposta secondaria

RICOMBINAZIONE SOMATICA

Gli anticorpi sono costituiti da 2 catene H (pesanti) e due catene leggere (L). le catene H hanno una

regione V (V ) e una regione C (C ) che insieme determinano le 5 classi di Ig.

H H

Le catene L hanno una regione V (V ) e una regione C (C ). Le catene L possono essere κ o λ.

L L

Le catene H, κ e λ sono prodotte da distinte regioni cromosomiche:

>il locus IgH codifica per le 5 catene pesanti che definiscono le 5 classi di Ig (cromosoma 14)

>il locus Igκ codifica per le catene Lκ (cromosoma 2)

>il locus Igλ codifica per le catene Lλ (cromosoma 22)

Questi tre loci contengono copie multiple di segmenti genici: V (variabile); J (giunzione); C

(costanti). Solo nel locus IgH troviamo anche il segmento D (diversità).

Nel topo ci sono: un solo segmento Vλ, circa 300 Vκ e 300 Vh che si possono legare sia con J che

con C.

Le catene H possono spostarsi tra le diverse regioni codificando così per diversi isotopi.

Le catene Lλ sono assemblate da una singola ricombinazione. Il gene codificante è generato da una

ricombinazione somatica che unisce il gene V al gene J-C.

Il gene V ha una regione leader, un introne e una regione codificante; mentre il gene J-C ha un corto

esone codificante K, un introne e una regione codificante C.

Le catene Lκ sono assemblate da una singola ricombinazione tra il gene V e uno dei 5 segmenti J

che precedono il gene C.

Le catene H sono assemblate da 2 ricombinazioni; sono coinvolti il gene V, il segmento D e il gene

J-C. La prima ricombinazione unisce D a J-C

 La seconda ricombinazione unisce V a D-J-C.

Il locus per una catena L produce più di 1000 catene dalla ricombinazione di 300 geni V con 4-5

geni C.

Il locus di una catena H produce più di 4000 catene dalla ricombinazione di 300 geni V, 20 segmenti

D e 4 segmenti J.

La sequenza consenso usata per la ricombinazione è un eptamero separato da 12-23 bp da un

monomero. Queste sequenze servono ad indicare il sito di taglio che avviene tra il gene V e

l’eptamero e gene J-C. si formano così 4 estremità: 2 estremità segnale nel frammento generato dal

taglio e 2 estremità codificanti nei geni V e J-C.

Il frammento di DNA contenente le sequenze consenso viene poi rimosso sotto forma di anello.

Esso si forma per legame fra le estremità segnale. Le estremità codificanti vengono poi unite

covalentemente.

La ricombinazione VDJ è resa possibile da 2 enzimi che operano il taglio e riassemblaggio del

DNA. Questi sono le proteine RAG1 e RAG2. La prima, riconosce la sequenza consenso

monomerica per la ricombinazione, la seconda lega RAG1 e taglia l’eptamero. La rottura a doppio

filamento di Rag1 genera 2 tronconi che formano una struttura a forcina.

DIVERSIFICAZIONE GIUNZIONALE

Descrive l’introduzione di variazioni nelle sequenze attraverso unioni inappropriate di segmenti

genici durante la ricombinazione VDJ.

All’estremità codificanti si formano due forcine, l’apertura di esse consente l’aggiunta di nucleotidi

P nei geni ricombinanti. Essi sono codificati da uno stampo. Inoltre, è possibile aggiungere

nucleotidi N (senza stampo) grazie all’azione della TdTC (deossiribonucleotidi trasferasi

terminale). Dopo l’aggiunta di questi nucleotidi si ha l’appaiamento dei 2 filamenti. I nucleotidi che

non si appaiano vengono rimossi da un esonucleasi e gli spazi vuoti vengono riempiti.

IPERMUTAZIONE SOMATICA

La maturazione dell’affinità di legame è un processo dovuto a una diversificazione somatica della

risposta anticorpale. Le cellule B subiscono mutazioni per aumentare l’affinità di legame,

soprattutto quelle coinvolte nella memoria immunologica. Viene poi scelto il clone più affine.

Questo processo è chiamato IPERMUTAZIONE SOMATICA e consiste nella sostituzione di basi

negli esoni codificanti per le regioni variabili delle catene H e L.

Questa forma di ricombinazione è indotta dal contatto con l’Ag ed è catalizzata dall’enzima AID. Si

ha uno switch di classe che descrive un cambiamento nell’organizzazione del gene Ig. Viene

cambiata solo la regione C delle H. le mutazioni avvengono su hot spot.

La ricombinazione per scambio avviene durante il processo di attivazione dei linfociti B. un esone

VDJ, già riarrangiato, ricombina con la regione C di un gene più a valle. Questo processo richiede

le sequenze note come regioni di scambio presenti all’estremità 5’ di ogni gene C. esse sono

precedute da un iniziatore della trascrizione chiamato esone I a sua volta preceduto da un

promotore. Il tutto prende inizio con CD40 e alcune citochine che attivano la trascrizione dell’esone

I, dell’esone C e dei loci µ e della classe interessata allo scambio. Si forma un trascritto germinativo

(non codificante) che si lega al filamento codificante del DNA , formando un’ansa nel filamento

opposto. Qui agisce l’enzima AID che catalizza la deaminizzazione delle citosine trasformandole in

uracile. Un secondo enzima, l’uracile-N-glicosilasi, rimuove i residui di U lasciando regioni prive di

basi azotate, che vengono poi rimosse dall’enzima Apel, generando dei tagli. Questi si ripercuotono

anche nel filamento codificante. Le regioni di scambio dei due loci si avvicinano e vengono uniti.

L’esone VDJ viene portato in prossimità della C e il tutto viene trascritto e tradotto formando nuove

Ig.

TCR

I TCR sono glicoproteine di membrana costituite da 2 catene polipeptidiche espresse sulla

membrana plasmatica. Ogni catena contiene una regione variabile e una costante, oltre al dominio

transmembrana.

I linfociti T possono essere distinti in 2 popolazioni in base all’espressione di uno dei due tipi di

recettore T:

I linfociti Tαβ esprimono i recettori αβ

 I linfociti γδ esprimono i recettori γδ

Anche i linfociti T vanno incontro a un riarrangiamento mediato da RAG.

Ci sono 3 regioni cromosomiche coinvolte nella sintesi dei TCR:

Il locus TCRα codifica per le catene α e δ

 Il locus TCRβ codifica per le catene β

 Il locus TCRγ codifica per le catene γ

Ogni locus ha segmenti V, J e C, mentre i loci β e δ hanno anche i segmenti D. attraverso

ricombinazione somatica VDJ , catalizzata da RAG1 e RAG2, si formano trscritti di mRNA per le

catene αβ o γδ. Nei linfociti T non avviene l’ipermutazione somatica.

La ricombinazione avviene nel timo con meccanismi di selezione che eliminano i linfociti T in

grado di legare Ag self. I TCR γδ assomigliano ai BCR in quanto riconoscono gli Ag nativi, mentre

i TCRαβ riconoscono Ag solo quando viene presentato in associazione con MHC di classe I e II.

GENETICALLY MOD MICE

Un topo knock out è un topo geneticamente modificato in cui un singolo gene è inattivato o

“konckout” in modo da lasciare gli altri geni inalterati. È una modificazione sito specifica. Questi

topi servono per identificare la funzione di un gene.

La tecnica del knock out consente di inattivare i geni attraverso la ricombinazione omologa. Il

metodo più sfruttato consiste nel produrre un costrutto di DNA genomico della regione da

rimpiazzare, che ha una regione funzionale essenziale del gene, sostituita da un gene di resistenza

agli antibiotici come la neomicina (neo), fiancheggiata da una copia di un gene virale come la

timidina chinasi (tk). Questo costrutto viene introdotto in cellule staminali embrionali (ES) e se

questo si integra nella posizione corretta per ricombinazione omologa, viene inserito il gene neo,

altrimenti viene inserito anche il gene tk. Per selezionare le cellule con l’integrazione corretta, esse

vengono sottoposte a trattamento con neomicina, che uccide le cellule che non hanno subito

nessuna integrazione e con il glacinovir che uccide le cellule che hanno integrato anche il gene tk.

La timidina chianasi trasforma il farmaco in un prodotto citotossico. Le cellule che sopravvivono

vengono fatte crescere come cloni individuali e, dopo ulteriori indagini, vengono iniettate nelle

blastocisti ospiti e gli embrioni impiantati in madri adottive.

Il ceppo delle blastocisti riceventi viene scelto con un genotipo diverso dalle cellule ES per un

carattere visibile (es colore del manto). Di solito vengono usate blastocisti con alleli albino o nero. I

topi con il costrutto inserito saranno riconoscibili per il mantello chiazzato. I topi chimerici vengono

incrociati tra loro e se l’integrazione è avvenuta anche a livello delle cellule germinali, si potranno

ottenere ceppi omozigoti con la mutazione nulla.

KNOCK OUT CONDIZIONALI

Sono topi knock out solo in specifici tessuti, quindi si ha l’inattivazione del gene solo quando il

tessuto ha terminato il processo di differenziamento. Se il gene è vitale per lo sviluppo embrionale,

non determinerà la morte precoce dell’embrione.

La ricombinazione omologa avviene solo in un dato tessuto. Il sistema più famoso è il CRELOX. Si

avvale di un vettore virale, il fago P1, che esprime la ricombinasi Cre, che riconosce una sequenza

specifica di 34 bp (LoxP). Si creano recettori con le sequenze di riconoscimento per Cre (recettori

lox) e il corrispondente knockout che avrà un esone con sequenza lox. In parallelo si crea un topo

transgenico che esprimerà Cre solo nei tessuti che hanno lox e nell’incrocio si avrà il taglio del gene

solo in quel tessuto.

CRISPR/CAS

L’invasione di un fago o un plasmide lascia dei frammenti di DNA esogeno incorporati nel

cromosoma dell’ospite a un estremo delle sequenze ripetute chiamate CRISPR ( gruppi di brevi

ripetizioni palindromiche intervallate in modo regolare). Associati alle sequenze CRISPR si trovano

anche geni che codificano per proteine in grado di modificare gli acidi nucleici quali endonucleasi,

polimerasi, elicasi e RNasi. Essendo localizzati a monte delle sequenze CRISPR, essi vengono

chiamati CRISPR-associati (Cas).

Il sistema CRISPR/Cas agisce in due fasi:

fase di adattamento: in seguito all’invasione del batterio o archea, il complesso di proteine

 Cas lega e taglia il DNA esogeno, producendo dei protospaziatori di 23-30 nucleotidi che

vengono incorporati nel genoma batterico tra le sequenze ripetute di un locus CRISPR (in

particolare negli spaziatori)

fase di interferenza: una volta incorporati i frammenti esogeni nel DNA genomico, il locus

 viene trascritto e si produce un lungo RNA che viene frammentato dando origine a tanti

piccoli RNA CRISPR (crRNA) in grado di ibridizzare con altre copie di DNA fagico

eventualmente penetrato. Il processo da luogo a un’interferenza sito-specifica. Le molecole

ibride vengono degradate dal complesso di proteine Cas.

La nucleasi Cas9 del sistema CRISPR di tipo II possiede un dominio di legame all'RNA, una

sezione di riconoscimento dell'alpha elica (REC), una sezione nucleasi che include RuvC e HNH

per il taglio del DNA, ed un motivo adiacente protospacer (PAM) che interagisce col sito. Il crRNA

forma un complesso con la nucleasi Cas9 legandosi al ponte elica con la sezioneREC, e forma

diversi ponti con la struttura del crRNA .

Una volta che il crRNA si lega al Cas9 la conformazione della nucleasi Cas9 cambia e crea un

canale che permette il legame al DNA. Il complesso Cas9/crRNA ricerca sul DNA un sito PAM (5'-

NGG). Il riconoscimento del sito PAM guida alla distensione del DNA, e permette al crRNA di

cercare DNA complementare adiacente al sito PAM. Quando Cas9 si lega al sito PAM adiacente

alla sequenza di DNA che è complementare al crRNA, l'elica ponte con la sezione REC crea un

eteroduplex RNA-DNA con il DNA target. Il riconoscimento del sito PAM è coinvolto nell'attivazione

dei domini nucleolitici HNH e RuvC che creano un DSB (rottura double stranded) nel DNA target,

portando alla degradazione del DNA . Se il crRNA non è complementare Cas9 si distacca e ricerca

un altro sito PAM . Lo strand genomico target che si rompe nel DNA può essere riparato attraverso

il pathway di riparazione per nonhomologous end-joining (NHEJ), che introduce inserzioni o

delezioni generando errori, oppure attraverso il pathway di riparazione omologia-diretto (HDR), che

può essere utilizzato per ricombinare i marker selezionati ai siti specifici nel genoma . Questo

meccanismo CRISPR/Cas9 può essere riproposto come strumento di ingegneria genomica di

diversi sistemi, cellule di mammifero incluse.

GENETICA DEL CANCRO

Le mutazioni acquisite sono la causa principale del cancro. Queste mutazioni si verificano durante

la vita dell’uomo e riguardano danni ai geni che non sono trasferibili alla progenie; anche se esiste il

cancro ereditario, ovvero quello causato da mutazioni della via germinativa (5-10% di tutti i tipi di

cancro).

Il cancro deriva da una serie di mutazioni, sia dominanti su oncogeni (ONC), sia recessive su geni

oncosoppressori (TSG). Ogni mutazioni porta a una crescita eccessiva e selettiva di una

popolazione di cellule tumorali monoclonali. Ogni proprietà dei tumori (invasività, metastasi e

resistenza ai farmaci) è rappresentata da queste mutazioni.

In accordo con questo modello, il cancro si verifica il 3 fasi:

>Alterazione epigenetica di cellule staminali/progenitrici all’interno di un tessuto mediata da una

regolazione aberrante dei geni progenitori dei tumori (TPG)

>Mutazione di oncosopressori (TSG) o oncogeni (ONC), queste ultime riguardano le leucemie e

linfomi

>Instabilità genetica ed epigenetica che porta a una maggiore evoluzione del tumore

In colture cellulari in vitro la frequenza della mitosi diminuisce con l’aumento della densità

(inibizione dipendente dalla densità) e con il contatto tra cellule (inibizione da contatto). Nelle

cellule tumorali il meccanismo di inibizione da contatto è interrotto, causando un movimento

incontrollato e una proliferazione cellulare prolungata.

Gli elementi caratteristici del cancro compromettono sei capacità biologiche, ciò viene acquisito

durante lo sviluppo in più fasi del tumore

>Sostenimento delle capacità proliferative

>Evadono i soppressori della crescita

>Resistono alla morte cellulare

>Consentono l’immortalità replicativa

>Inducono angiogenesi

>Attivano invasioni e metastasi

Un tumore benigno è una massa di cellule tumorali che manca della capacità di invadere i tessuti

circostanti. Cresce lentamente e non va in metastasi.

>Adenomi: tumori benigni del tessuto epiteliale che riguardano le ghiandole

>Fibromi: tumori fibrosi di tessuti connettivi che possono crescere in qualsiasi organo. Di soliti i

fibromi crescono nell’utero

>Angiomi: tumori dei vasi sanguigni che possono trovarsi sulla cute o negli organi interni. Sono

spesso neo congeniti

>Lipomi: crescita di cellule adipose. Sono comuni negli adulti e si trovano spesso sulle braccia,

collo, schiena, o spalle

>Nei: crescite della pelle. Il loro colore può variare da rosa a marrone o nero. Si possono formare

nuovi nei fino ai 40 anni

>Osteocondromi: tumori benigni delle ossa

>Papillomi: tumori che si sviluppano nella cute o mucosa è una proliferazione incontrollata

del’epitelio di rivestimento, della sottomucosa o mucosa.

Un tumore maligno (cancro) è una crescita cancerosa che va in metastasi, è spesso resistente ai

trattamenti e può insorgere di nuovo anche dopo rimozione chirurgica.

In base ai tessuti colpiti, i tumori maligni possono essere suddivisi in 6 categorie principali

>Carcinomi: tumori maligni del tessuto epiteliale. Questo tipo di cancro proviene dallo strato

epiteliale di cellule che formano il rivestimento delle superfici esterne del corpo o rivestimenti degli

organi interni. Rappresentano l'80/ 90 % di tutti i casi di cancro di tessuti epiteliali

>Sarcomi: cancro originato nei tessuti connettivi e di supporto inclusi muscoli, ossa, cartilagine e

adipe.

>Mielomi: cancro delle plasma cellule del midollo osseo. È un tipo di cancro del sangue

>Leucemie: fanno parte dei tumori del sangue e riguarda il midollo osseo. I tipi di leucemia

includono: AML, leucemia mielocitica acuta, tumore maligno dei globuli bianchi (mieloidi e

granulociti) che insorge nell’infanzia; CML, leucemia mielocitica cronica; colpisce gli adulti; ALL,

leucemia linfocitica (o linfoblastica o linfatica) acuta, tumore delle cellule linfoidi o linfociti che

colpisce bambini e adolescenti; CLL, leucemia linfocitica (o linfoblastica o linfatica) cronica,

colpisce gli anziani; eritremia, tumore maligno di varie cellule del sangue con una predominanza sui

globuli rossi

>Linfomi: tumori del sistema linfatico. A differenza della leucemia, che colpisce il sangue ed è

quindi detto “cancro liquido”, il linfoma è un “cancro solido”. Interessa i linfonodi in siti specifici

come stomaco, cervello, intestino ecc. Possono essere di due tipi: linfoma di Hodgkin o linfoma

non-Hodgkin. Nel primo vi è la presenza di cellule Reed-Sternberg nei tessuti, mentre sono assenti

nei linfomi non-Hodgkin.

>Tipi misti: hanno due o più componenti del cancro. Ad esempio il tumore mesodermico misto,

carcinosarcoma, ecc. vi sono anche i blastomi che colpiscono i tessuti embionali.

CLASSIFICAZIONE PER GRADI

>GRADO 1: cellule ben differenziate con piccole anomalie

>GRADO 2: cellule moderatamente differenziate leggermente più anomale

>GRADO 3: cellule poco differenziate con pesanti anomalie

>GRADO 4: cellule immature, primitive e indifferenziate

CLASSIFICAZIONE PER STADI

Ci sono differenti metodi per classificare i tumori per stadi. Il più usato è quello che prende in

considerazione: la grandezza (T), grado dell’estensione regionale o coinvolgimento nodulare (N), e

distanza di metastasi(M). Questo è chiamato organizzazione TNM.

I TUMORI DERIVANO DA UNA SOLA CELLULA ANORMALE

Anche quando il cancro è in metastasi si possono tracciare le sue origini da un singolo tumore

primario, che insorge in un tessuto specifico. Il tumore primario deriva, tramite divisioni cellulare,

da una singola cellula che aveva inizialmente subito qualche cambiamento ereditabile.

Successivamente, ulteriori cambiamenti si accumulano in alcuni discendenti di questa cellula

permettendo loro di crescere, dividersi e vivere più a lungo rispetto alle cellule adiacenti. Il cancro,

quindi, si origina da una sola cellula anormale. Ciò è stato dimostrato tramite analisi molecolari dei

cromosomi di cellule tumorali e molte altre prove, come ad esempio quella derivata da mosaici di

inattivazione del cromosoma X.

Come risultato di un processo casuale che avviene nell’embrione precoce, praticamente ogni tessuto

normale del corpo di una donna è una miscela di cellule con cromosomi X diversi inattivati in modo

ereditabile. Quando si controlla l’espressione di un gene marcatore legato all’X nelle cellule di un

cancro, si trova che generalmente queste hanno inattivato lo stesso cromosoma X. Ciò implica che

tutte sono derivate da una sola cellula cancerosa fondatrice.

I tumori generalmente contano anche una varietà di altri tipi cellulari, ad esempio, fibroblasti del

tessuto connettivo di supporto associato al carcinoma, oltre a cellule infiammatorie.

Dato che il cancro deriva da una singola cellula anormale, essa deve trasmettere la sua anomalia alla

sua progenie, quindi l’aberrazione deve essere ereditabile. Sia le modificazioni genetiche (cioè

alterazioni nella sequenza del DNA delle cellula) che quelle epigenetiche (cioè una modificazione

permanente dello schema di espressione genica sena modificazioni della sequenza del DNA come

l’inattivazione del cromosoma X o l’imprinting genomico), svolgono un ruolo importante nello

sviluppo del cancro.

Numerose prove indicano che lo sviluppo di un cancro richiede di solito che nella linea di

discendenza di una cellula avvenga un numero sostanziale di incidenti genetici indipendenti. Una di

queste prove deriva da studi epidemiologici sull’incidenza del cancro in funzione dell’età. Se fosse

responsabile una singola mutazione, che si verifica con una probabilità fissa per anno, la probabilità

di sviluppare un cancro in un qualunque anno di vita dovrebbe essere indipendente dall’età. In

realtà, per la maggior parte dei tipi di cancro, l’incidenza aumenta rapidamente con l’aumentare

dell’età, come ci si dovrebbe aspettare se il cancro fosse causato da un progressivo accumulo di

mutazioni casuali nella linea di discendenza di una singola cellula.

COMUNICAZIONE CELLULARE

In un organismo multicellulare ogni cellula si comporta in risposta a un grande numero di segnali

esterni. In base ad essi, cresce, si divide, si differenzia o muore.

Ci sono 4 forme di segnalazione intercellulare :

>Segnalazione dipendente da contatto: richiede che le cellule siano in contatto diretta membrana-

membrana

>Segnalazione paracrina: dipende da segnali che sono rilasciati nello spazio extracellulare e che

agiscono localmente su cellule circostanti

>Segnalazione sinaptica: è eseguita da neuroni che trasmettono segnali elettricamente lungo i loro

assoni e rilasciano neurotrasmettitori alle sinapsi, che sono poste lontano dal corpo cellulare

>Segnalazione endocrina: dipende da cellule endocrine che secernono ormoni nel sangue che sono

poi distribuiti in tutto il corpo.

Molti degli stessi tipi di molecole segnale sono usate nella segnalazione sinaptica, paracrina ed

endocrina; le differenze si trovano nella velocità e nella selettività con cui i segnali sono portati ai

loro bersagli.

La maggior parte delle molecole segnale si legano a specifici recettori sulla superficie delle cellule

bersaglio. Essi agiscono da trsduttori del segnale, convertendo un evento di attacco di un ligando in

segnali intracellulari che alterano il comportamento della cellula bersaglio. I segnali possono agire

lentamente o velocemente. Un aumento della crescita e della divisione cellulare, coinvolgono

cambiamenti nell’espressione genica e nella sintesi di nuove proteine, di conseguenza avvengono

più lentamente. Altre risposte, come cambiamenti nel movimento cellulare, nella secrezione o nel

metabolismo, non coinvolgono cambiamenti nella trascrizione, di conseguenza avvengono più

velocemente.

I recettori di superficie sono divisi in 3 grandi classi in base al meccanismo di trasduzione che

usano.

>Recettori collegati a canali ionici: sono coinvolti nella segnalazione sinaptica rapida tra cellule

nervose e altre cellule bersaglio eccitabili elettricamente quali cellule nervose e muscolari. Questo

tipo di segnalazione è mediata da un piccolo numero di neurotrasmettitori che aprono e chiudono un

canale ionico formato da proteina a cui si attaccano, cambiando la permeabilità ionica della MP e

quindi l’eccitabilità della cellula.

>Recettori collegati a proteine G: agiscono indirettamente nella regolazione dell’attività di una

proteina bersaglio (separata dal recettore) legata alla membrana, che può essere un canale ionico o

un enzima. L’interazione fra il recettore e questa proteina bersaglio è mediata da una terza proteina

chiamata proteina trimerica che lega GTP (proteina G).

>Recettori collegati a enzimi: agiscono

sia come enzimi che associandosi La molecola segnale si lega ad un recettore proteico che è

direttamente agli enzimi che attivano. immerso nella membrana plasmatica della cellula bersaglio

e attiva una o più vie di segnalazione intracellulare mediate

da una serie di proteine di segnalazione. Infine, una o più di

queste proteine intracellulari alterano l’attività delle proteine

effettrici e quindi il comportamento della cellula.

I segnali ricevuti sulla superficie di una cellula da recettori collegati a proteine G o ad enzimi sono

trasmessi all’interno della cellula da una combinazione di piccole e grandi molecole di segnalazione

intracellulari. La catena di eventi di segnalazione intracellulare che ne risulta alla fine altera

proteine effettrici che sono responsabili delle modificazioni del comportamento della cellula.

Le piccole molecole di segnalazione intracellulare sono chiamate piccoli mediatori intracellulari o

secondi messaggeri (i primi messaggeri sono i segnali extracellulari). Esse sono generate in gran

numero in risposta all’attivazione dei recettori e diffondono rapidamente dalla loro fonte, portando

il segnale ad altre parti della cellula (es AMP ciclico e ione Ca).

Le grandi molecole di segnalazione intracellulare sono proteine di segnalazione intracellulare che

aiutano a trasmettere il segnale all’interno della cellula sia generando piccoli mediatori intracellulari

che attivando la segnalazione o la proteina effettrice successiva della via. Queste proteine formano

una rete funzionale che diffonde l’influenza del segnale attraverso la cellula, e in questa rete ogni

proteina aiuta a elaborare il segnale in uno o più dei seguenti modi:

>la proteina può trasmettere il messaggio al componente di segnalazione successivo

>può agire da impalcatura per avvicinare due o più proteine di segnalazione così che possano

interagire più velocemente ed efficacemente

>può trasformare, o trasdurre, il segnale in una forma diversa

>può amplificare il segnale che riceve, sia producendo grandi quantità di piccoli mediatori

intracellulari sia attivando grandi numeri di segnalazione a valle

>può ricevere segnali da due o più vie di segnale e integrarli prima di trasmettere oltre il segnale

risultante

>può diffondere il segnale da una via di segnalazione a un’altra

>può ancorare una o più proteine segnalatrici di una via ad una struttura particolare della cellula

>può modulare l’attività di altre proteine segnalatrici e quindi regolare la forza di un segnale lungo

una via

PROTEINE DI SEGNALAZIONE AGISCONO COME INTERRUTTORI MOLECOLARI

Queste proteine, quando ricevono un segnale, scattano da uno stato inattivo ad uno attivo, fino a che

un altro processo non le spegne, facendole tornare alla conformazione inattiva. Ci sono due classi di

interruttori molecolari:

>Proteine attivate dalla fosforilazione: queste passano dallo stato inattivo a quello attivo grazie a

una proteina chinasi (che aggiunge un gruppo fosfato alla proteina di segnalazione) e dallo stato

attivo a quello inattivo grazie a una proteina fosfatasi (che rimuove il gruppo fosfato). Le chinasi

più importanti sono la serina/treonina chinasi che fosforila le serine e treonine, e la tirosina chinasi,

che fosforila la tirosina

>Proteine attivate da GTP: quando legano GTP si trovano nello stato attivo, quando legano GDP si

trovano in quello inattivo. Una volta attivate hanno un’attività GTPasica intrinseca e si spengono da

sole idrolizzando GTP. Ci sono due tipi principali di proteine che legano GTP: grosse proteine

trimeriche che legano GTP (proteine G), che trasmettono il segnale da recettori collegati a proteine

G, e piccole molecole GTPasi monomeriche che aiutano a trasmettere segnali che arrivano da molte

classi di recettori superficiali.

Proteine regolatrici specifiche controllano entrambi i tipi di proteine che legano GTP. Le proteine

che attivano la GTPasi (GAP) spingono le proteine nello stato inattivo aumentando il tasso di

idrolisi del GTP legato. Diversamente, i recettori accoppiati a proteine G attivano le proteine G e i

fattori di scambio del nucleotide guanilico (GEF) attivano le GTPasi monomeriche, promuovendo il

rilascio di di GDP in cambio del legame di GTP.

La sopravvivenza e la proliferazione cellulare, sono generalmente stimolati da combinazioni

specifiche di segnali extracellulari. Ad esempio, i segnali extracellulari A e B attivano vie di

segnalazione intracellulare differenti, ciascuna delle quali porta alla fosforilazione della proteina Y

ma in siti diversi. Essa è attivata solo quando entrambi i siti sono fosforilati e perciò diventa attiva

solo quando sono presenti sia il segnale A che il segnale B.

COMPLESSI DI SEGNALAZIONE INTRACELLULARE

Anche un solo tipo di segnale extracellulare che agisce tramite un solo tipo di recettore spesso attiva

vie parallele multiple si segnalazione e può perciò influenzare più aspetti cellulari. Ciò avviene

attraverso tre tipi di complessi di segnalazione intracellulare:

>Complesso di segnalazione preformato su un’impalcatura: un recettore e alcune delle proteine di

segnalazione intracellulare che esso attiva in sequenza sono preassemblati in un complesso di

segnalazione sul recettore sul recettore inattivo da una proteina impalcatura. Quando si lega la

molecole segnale che attiva il recettore, tutte le proteine di segnalazione vengono attivate.

>Assemblaggio di un complesso di segnalazione dopo attivazione del recettore: il recettore attivato

si autofosforila in siti multipli, che agiscono quindi da siti di attacco per proteine segnale

intracellulari.

>Assemblaggio di un complesso di segnalazione su siti di attracco formato da fosfoinositidi:

l’attivazione del recettore porta ad un aumento della fosforilazione di specifici fosfolipidi

(fosfoinositidi) nella MP adiacente, che quindi servono come siti di attacco per proteine di

segnalazione intracellulari specifiche che ora possono interagire tra loro.

DOMINI DI INTERAZIONE

Talvolta per attivare le proteine di segnalazione intracellulare è sufficiente portarle vicine. Quindi la

prossimità indotta è usata per trasmettere segnali da proteina a proteina lungo la via del segnale.

L’assemblaggio di tali complessi di segnalazione dipende da vari domini di interazione che si

trovano nelle proteine segnale intracellulare. Ci sono diversi tipi di domini di interazione. I domini

di omologia Src 2 (SH2) e i domini di legame alla fosfotirosina (PTB) si legano a tirosine

fosforilate in una particolare sequenza peptidica su recettori attivati o su proteine di segnalazione

intracellulare. Il dominio di segnalazione Src3 (SH3) si lega a una breve sequenza di aa ricca di

prolina. Alcuni domini di omologia alla pleckstrina (PH) si legano ai gruppi di testa carichi di

specifici fosfoinositidi che sono prodotti nella MP in risposta ad un segnale extracellulare e rendono

così la proteina di cui fanno parte capace di attraccare sulla membrana e di interagire con altre

proteine di segnalazione reclutate in modo simile. I domini di interazione permettono alle proteine

di legarsi fra loro in combinazioni specifiche multiple.

SEGNALAZIONE TRAMITE GPCR

I recettori collegati a proteine G (GPCR) formano la famiglia più grande di recettori di superficie e

mediano la maggior parte delle risposte a segnali provenienti dall’esterno oltre a quelli provenienti

da altre cellule.

Nonostante la diversità strutturale e funzionale ogni GPCR consiste di una singola catena

polipeptidica che attraversa la MP 7 volte e un grosso dominio extracellulare che lega il ligando.

Quando molecole di segnalazione extracellulari si legano a GPCR , i recettori subiscono un

cambiamento conformazionale che li rende capaci di attivare le proteine G. quest’ultime sono

formate da tre subunità proteiche: α, β e γ. Nello stato non stimolato la subunità α ha attaccato il

GDP e la proteina G è inattiva. Quando il GPCR è stimolato agisce come un fattore di scambio del

nucleotide guanilico e induce la subunità α a rilasciare GDP e a legarsi al GTP. Questo scambio

provoca un cambiamento conformazionale nella proteina G, che la attiva.

Alcune proteine G regolano la produzione di cAMP, un piccolo mediatore cellulare. Esso è

sintetizzato a partire da ATP, in una reazione di ciclizzazione da parte della adenilato ciclasi che

rimuove due gruppi fosafto come pirofosfato. Il cAMP ha vita breve perché viene idrolizzato da una

fosfodiesterasi per formare 5’-AMP.

I GPCR che agiscono tramite cAMP sono accoppiati ad una proteina G stimolatrice (Gs) che attiva

l’adenilato ciclasi e aumenta così la concentrazione di cAMP. Un’ altra proteina, chiamata proteina

G inibitrice(Gi), inibisce l’adenilato ciclasi.

Nella maggior parte delle cellule animali l’AMP ciclico esercita i suoi effetti principalmente

attivando la proteina chinasi dipendente da cAMP (PKA). Questa chinasi fosforila specifiche serine

o treonine presenti in proteine bersaglio selezionate, incluse proteine di segnalazione intracellulare e

proteine effettrici.

Nello stato inattivato la PKA consiste di un complesso di due subunità regolatrici e due catalitiche.

L’attacco di AMP ciclico alle subunità regolatrici del tetramero della PKA induce un cambiamento

conformazionale, provocando la dissociazione di queste subunità da quelle catalitiche, attivando

così l’attività chinasica delle subunità catalitiche.

La trascrizione genica è attivata da un aumento della concentrazione di cAMP; l’attacco di una

molecola segnale extracellulare al suo GPCR porta all’attivazione dell’adenilato ciclasi via Gs e

quindi ad un aumento della concentrazione di cAMP nel citosol. L’aumento della concentrazione di

cAMP attiva la PKA e le subunità catalitiche rilasciate entrano quindi nel nucleo, dove fosforilano

una proteina regolatrice detta proteina che lega CRE (CREB). Una volta fosforilata, CREB recluta il

coattuvatore CBP che stimola la trascrizione genica.

Molti recettori collegati a proteine G esercitano i loro effetti tramite proteine G che attivano

l’enzima attaccato alla MP fosfolipasi C-β (PLCβ). La fosfolipasi agisce su un inositolo fosfolipide

chiamato fosfatidiinositolo 4,5-bifosfato (PIP2). I recettori che operano tramite questa via di

segnalazione dell’inositolo fosfolipide attivano soprattutto una proteina G chiamata Gq, che a sua

volta attiva la fosfolipasi C-β, la quale taglia il PIP2 generando inositolo 1,4,5-trifosfato (IP3) e

diaciliglicerolo. Il primo diffonde nel citosol e rilascia ioni Ca dal RE legandosi ai canali di rilascio

del Ca regolati da IP3. Ciò provoca la fuoriuscita di ioni Ca nel citosol. Il diacilglicerolo rimane

sulla MP e insieme alla fosfatidilserina e ioni Ca aiuta ad attivare la proteina chinasi C (PKC).

DESENSIBILAZIONE DEL GPCR

Quando le cellule bersaglio sono esposte ad alte concentrazioni di un ligando stimolatore per un

lungo periodo, possono diventare desensibilizzate. Per i GPCR ci sono tre modi di

desendibilizzazione

>Inattivazione del recettore: i GPCR si alterano in modo da non interagire ulteriormente con

proteine G

>Sequestro del recettore: sono spostati temporaneamente all’interno della cellula in modo da non

avere più accesso al ligando

>Down-regolazione del recettore: i GPCR sono distrutti nei lisosomi

In tutti questi casi il processo di desensibilizzazione dipende dalla fosforilazione del recettore, da

parte del PKA, PKC o da una GPCR chinasi (GRK). Il GPCR attivato attiva la GRK che fosforila

solo i recettori attivati. L’attacco di un’arrestina al recettore fosforilato impedisce al recettore di

legarsi alla sua proteina G e ne dirige anche l’endocitosi.

SEGNALAZIONE TRAMITE RECETTORI DI SUPERFICIE COLLEGATI A ENZIMI

Ci sono sei classi di recettori collegati a enzimi

>I recettori tirosina chinasi fosforilano direttamente tirosine specifiche su se stessi e su una piccola

serie di proteine di segnalazione intracellulare

>I recettori associati a tirosina chinasi non hanno attività enzimatica intrinseca ma, per trasmettere il

segnale, reclutano direttamente RTK

>I recettori con attività serina/treonina chinasica fosforilano direttamente serine o treonine

specifiche su se stessi e su proteine latenti che regolano geni con le quali sono associate

>I recettori associati a istidina chinasi attivano una via di segnalazione formata da due componenti

nella quale la chinasi fosforila se stessa in istidina e subito dopo trasferisce il gruppo fosforilico ad

una seconda proteina di segnalazione intercellulare

>I recettori guanilico ciclasi catalizzano direttamente la produzione di cGMP ciclico nel citosol

>La tirosina fosfatasi simili a recettori rimuovono gruppo fosfato da tirosine di proteine specifiche

di segnalazione intracellulare.

RTK

Nell’uomo esistono circa 16 sottofamiglie di RTK ciascuna destinata alla sua famiglia

complementare di ligandi proteici. Tutti hanno un dominio che lega il ligando all’esterno della

cellula e un dominio tirosina chinasi nel citosol.

L’attacco del ligando causa la dimerizzazione delle catene del recettore, portando i domini con

attività chinasica delle due catene in stretto contatto, in modo da potersi attivare e fosforilarsi

reciprocamente in più tirosine (transautofosforilazione).

Una grande serie di proteine di segnalazione intracellulare può legarsi alle fosfotirosine su RTK per

aiutare a trasmettere il segnale in avanti, attraverso catene di interazione proteina-proteina mediate

da domini di interazione.

Le proteine di segnalazione intracellulare che legano fosfotirosine, sia su RTK attivati che su

proteine attaccate a loro, hanno strutture e funzioni varie. Tuttavia, hanno in comune domini di

legame alla fosfotirosina conservati. Questi possono essere sia domini SH2 (per regione di

omologia Src) sia domini PTB (per legame alla fosfotirosina). Questi domini servono da moduli che

rendono le proteine che li contengono capaci di legarsi a RTK attivati, oltre che a molte altre

proteine di segnalazione intracellulare che sono state temporaneamente fosforilate su tirosine. Molte

proteine di segnalazione contengono anche altri domini di interazione come il dominio SH3 che si

lega a motivi ricchi di prolina.

RAS

La superfamiglia Ras consiste di diverse famiglie di GTPasi monomeriche, ma solo le famiglie Ras

e Rho trasmettono segnali da recettori presenti sulla superficie cellulare.

>H-Ras, K-Ras, N-Ras (tutte vengono chiamate Ras) trasmettono segnali dagli RTK

>Rheb attiva mTOR per stimolare la crescita cellulare

>Rep1 attivata da GEF dipendente da cAMP influenza l’adesione cellulare mediante attivazione di

integrine

Le proteine Ras contengono uno o più gruppi lipidici legati covalentemente che aiutano ad ancorare

la proteina alla faccio citoplasmatica della membrana dove la proteina è in funzione e da dove

trasmette il segnale ad altre parti della cellula. Ras è necessaria quando gli RTK segnalano al nucleo

di stimolare la proliferazione o il differenziamento cellulare, che necessitano entrambi di

cambiamenti nell’espressione genica.

Le proteine Ras sono regolate da fattori di scambio del nucleotide guanilinico specifico per Ras

(Ras-GEF) che attiva Ras, e proteine che attivano le GTPasi specifiche per Ras (Ras-GAP) che

inattivano Ras. Queste proteine regolatrici sono altamente conservate lungo l’evoluzione.

Gli studi su come gli RTK attivano Ras sono stati condotti nell’occhio di Drosophila. L’RTK Sev

attiva Ras nell’occhio della mosca. L’attivazione di Sev sulla superficie della cellula precursore di

R7, mediante la proteina Boss sulla superficie di R8, attiva il Ras-GEF Sos attraverso la proteina

adattatrice Drk. Essa riconosce una specifica tirosina foforilata sulla Sev attraverso un dominio SH2

e interagisce con Sos attraverso due domini SH3. Sos stimola la proteina Ras inattiva a sostituire

GDP con GTP, che spinge Ras a trasmettere il segnale a valle , inducendo la cellula precursore di

R7 a differenziare in una cellula fotorecettrice sensibile agli UV.

Sia la fosforilazione in tirosina che l’attivazione di Ras scatenate da RTK attivati hanno breve

durata. Ciò è stato rilevato mediante trasferimento di energia di risonanza di una singola molecola

fluorescente (FRET). Cellule di una linea tumorale umana sono ingegnerizzate geneticamente in

modo da esprimere una proteina Ras che è attaccato covalentemente ad una proteina fluorescente

gialla (YFP). In alcune delle cellule si microinnietta GTP marcato con un colorante fluorescente

rosso. Le cellule sono quindi stimolate mediante la proteina segnale extracellulare fattori di crescita

dell’epidermide (EGF), e singole molecole fluorescenti Ras-YFP, presenti nella faccia interna della

MP, sono seguite in cellule singole con microscopia video a fluorescenza. Quando una molecola

fluorescente Ras-YFP viene attivata, essa scambia il GDP non marcato con GTP marcato con

fluorocromo; la luce verde-gialla emessa dalla YFP ora attiva il GTP con fluorocromo ad emettere

luce rossa. Perciò l0’attivazione di singole molecole di Ras può essere seguita per mezzo

dell’emissione di fluorescenza rossa da un punto della MP che era precedentemente fluorescente in

giallo-verde. Le molecole di Ras attivate possono essere rilevate dopo circa 30 secondi di

stimolazione con EGF. Il segnale rosso raggiunge il massimo dopo 3-4 minuti e quindi diminuisce

fino alla linea base in 6 minuti. Si è scoperto che una Ras-GAP è reclutata negli stessi punti della

MP in cui c’è Ras e ha un ruolo nel rapido spegnimento del segnale di Ras.

RAS ATTIVA UN MODULO DI SEGNALAZIONE DELLA MAP CHINASI

Per alterare lo schema di espressione genica viene usato il sistema di proteine chiamato modulo di

proteina chinasi attivata da mitogeni (modulo della MAP chinasi). Le tre componenti di questo

sistema formano insieme un modulo di segnalazione funzionale che è stato altamente conservato ed

è usato in molti contesti diversi di segnalazione. Il modulo a tre componenti inizia con una MAP

chinasi chinasi chinasi (MAPKKK) chiamata Raf. Ras recluta Raf sulla MP ed aiuta ad attivarlo.

Raf quindi attiva la MAP chinasi chinasi (MAPKK) Mek che attiva quindi la MAP chinasi

(MAPK) Erk. Erk a sua volta fosforila varie proteine a valle, comprese altre proteine chinasi, oltre

che proteine che regolano geni nel nucleo. I cambiamenti che ne risultano nell’espressione genica e

nell’attività di proteine provocano complessi cambiamenti nel comportamento cellulare.

In sintesi ci sono 5 vie di segnalazione intracellulare attivate da GPCR, da RTK o da entrambi.

RECETTORI DELLE CITOCHINE

La grande famiglia dei recettori delle citochine comprende recettori per molti tipi di mediatori locali

oltre a recettori per alcuni ormoni. Questi recettori sono stabilmente associati con tirosina chinasi

citoplasmatiche chiamate chiansi Janus (JAK) che fosforilano e attivano proteine che regolano geni

chiamati STAT (signal transducer and activators of transcription). Le proteine STAT si trovano nel

citosol e sono definite proteine latenti che regolano geni perché, dopo essere state attivate, migrano

nel nucleo e attivano la trascrizione genica. La via di segnalazione JAK-STAT è una delle vie di

segnalazione che portano da recettori di superficie al nucleo più dirette. I recettori per le citochine

sono dimeri o trimeri e sono associati con una o due delle 4 JAK. Il legame delle citochine altera la

disposizione dei recettori e porta due JAK molto vicine, in modo che possano fosforilarsi a vicenda

e quindi aumentare l’attività dei loro domini tirosina chinasi. Le JAK fosforilano quindi tirosine su

recettori per le citochine, creando siti di attracco di fosforilazione per le STAT. Alcune proteine

adattatrici possono legarsi anche ad alcuni di questi siti e collegare i recettori delle citochine alla via

di segnalazione Ras-MAP-chinasi.

Ci sono almeno 6 STAT ognuna delle quali ha un dominio SH2 che svolge due funzioni. Per prima

cosa media l’attacco della proteina STAT ad un sito di attracco di fosfotirosina su un recettore per le

citochine attivato; una volta legate, le JAK fosforilano la STAT su tirosine, provocandone la

dissociazione dal recettore. In secondo luogo, il dominio SH2 sulla STAT, formando o un

omodimero o un eterodimero di STAT. Il dimero di STAT si sposta nel nucleo, dove, in

combinazione con altre proteine che regolano i geni, si lega a un elemento specifico di risposta sul

DNA in vari geni e ne stimola la trascrizione.

SUPERFAMIGLIA DEL FATTORE TRASFORMANTE DI CRESCITA β (TGFβ)

Sono proteine dimeriche che agiscono da ormoni o da mediatori locali per regolare diverse funzioni

biologiche. Agiscono tramite recettori collegati ad enzimi che sono proteine transmembrana a

singolo passaggio con dominio serina/treonina chinasi sul lato citosolico della MP. Ci sono due

classi di questi recettori serina/treonina chinasi (di tipo I e di tipo II). Ciascun membro della

superfamiglia del TGFβ si lega a una combinazione caratteristica di recettori di tipo I e II, portando

i domini ad attività chinasica vicini, cosicchè i recettori di tipo II possono fosforilare e attivare i

recettori di tipo I, formando un complesso recettoriale tetramerico attivo.

Una volta attivato, il recettore di tipo I si lega direttamente e fosforila una proteina latente che

regola i geni della famiglia Smad. I recettori attivati della famiglia TGFβ fosforilano Smad2 o

Smad3. Una volta che una di queste Smad attivate da recettore (R-Smad) è stata fosforilata, si

dissocia dal recettore e si lega a Smad4 che può formare un complesso con una qualunque dell 5 R-

Smad. Il complesso Smad si muove quindi nel nucleo dove si associa con altre proteine che

regolano i geni e regola la trascrizione di specifici geni bersaglio.

La via di Smad è regolata da feedback negativo. Fra i geni bersaglio attivati da complessi Smad ci

sono quelli che codificano Smad inibitrici che si legano ai recettori attivati e ne inibisce la capacità

di segnalazione in 3 modi:

>compete con le R-Smad per il legame al recettore, diminuendo la fosforilazione mediata dalle R-

Smad

>recluta un’ubiquitina ligasi chiamata Smurf che lega ubiquitina al recettore, portando

all’internalizzazione e degradazione del recettore

>recluta una proteina fosfatasi che defosforila e inattiva il recettore.

Inoltre le Smad inibitrici si lagano alla Smad4 e la inibiscono, sia impedendo il suo legame alle R-

Smad che promuovendo la sua ubiquitinazione.

PROTEINE WNT

Le proteine Wnt sono molecole segnale secrete che agiscono da mediatori locali e morfogeni per

controllare molti aspetti dello sviluppo. Esse sono state scoperte indipendentemente nelle mosche e

nei topi: in Drosophila il gene Wingless (Wg) è stato scoperto per il suo ruolo come morfogeno

nello sviluppo delle ali, mentre nei topi il gene Int1 è stato trovato perché promuoveva lo sviluppo

di tumori della mammella quando era attivato dall’integrazione di un virus. Entrambi questi geni

codificano per le proteine Wnt, che possono attivare 3 vie di segnalazione intracellulare:

>la via Wnt/β-catenina (o via canonica Wt) è centrata sulla proteina latente che regola geni β-

catenina

>la via della polarità planare coordina la polarizzazione delle cellule sul piano di un epitelio in via

di sviluppo

>la via Wnt/Ca2+ stimola un aumento della concentrazione di ioni calcio intracellulare

APOPTOSI

Le cellule possono attivare un programma di morte intracellulare e suicidarsi in modo controllato,

un processo chiamato morte cellulare programmata. In questo modo, le cellule animali che sono

danneggiate in modo irreversibile, non sono più necessarie o sono una minaccia per l’organismo

possono essere eliminate. Nella maggior parte dei casi queste morti vengono apoptosi: le cellule si

riducono, si condensano, spesso si frammentano, le cellule adiacenti o macrofagi fagocitano

rapidamente queste cellule o i loro frammenti prima che si verifichi una perdita del contenuto

citoplasmatico. L’apoptosi dipende da enzimi proteolitici detti caspasi, che tagliano proteine

intracellulari specifiche per aiutare ad uccidere la cellula. Le caspasi sono presenti sottoforma di

precursori inattivi detti procaspasi. Le procaspasi iniziatrici sono attivate quando si avvicinano ai

complessi di attivazione: una volta attivate, tagliano e attivano pe procaspasi esecutrici a valle, che

attivano altre procaspasi esecutrici e altre proteine bersaglio, producendo un irreversibile cascata

proteolitica che si amplifica.

Le cellule usano almeno due vie distinte per attivare le procaspasi iniziatrici e attivare una cascata

di caspasi che portano all’apoptosi: la via estrinseca viene attivata da ligandi extracellulari che si

legano ai recettori di morte sulla superficie cellulare; la via intrinseca viene attivata da segnali

intracellulari generali quando le cellule sono sotto strss. Ogni via usa le proprie procaspasi

iniziatrici, che sono attivate in complessi di attivazione distinti, chiamati rispettivamente DISC e

apoptosoma. Nella via estrinseca, i recettori di morte reclutano le procaspasi 8 e 10 tramite proteine

adattatrici per formare il DISC; nella via intrinseca, il citocromo c rilasciato dallo spazio

intermembrana tra mitocondri attiva Apaf 1, che si assembla in un apoptosoma e recluta e attiva la

procaspasi 9.

Sia le proteine segnale extracellulari che le proteine Bcl2 intracellulari e le proteine IAP regolano il

programma apoptico per assicurare che le cellule si suicidino solo quando ciò porta benefici

all’organismo. Le proteine Bcl2 proapoptotiche e antiapoptotiche regolano la via intrinseca

controllando il rilascio delle proteine intermembrana mitocondriali, mentre le proteine IAP

inibiscono le caspasi attive e ne promuovono la degradazione.

GIUNZIONI CELLULARI

Le giunzioni cellulari vengono divise in 4 gruppi:

>Le giunzioni di ancoraggio legano una cellula all’altra tramite le proteine transmembrana caderine

(che si legano omofilicamente) o una cellula alla matrice tramite le proteine transmembrana

integrine (eterodimeri transmembrana si legano eterofilicamente).

>Le giunzioni occludenti che coinvolgono le proteine claudine chiudono le fessure tra le cellule

epiteliali.

>Le giunzioni che formano canali composte dalle proteine connesina e innesina formano vie di

passggio attraverso le quali piccole molecole e ioni passano da una cellula all’altra.

>Le giunzioni che trasmettono segnali sotto strutture complesse, che coinvolgono di norma proteine

di ancoraggio insieme a proteine che mediano la trasduzione del segnale.

INTEGRINE

Le integrine segnalano all’interno della cellula in diversi modi. Sono coinvolte, ad esempio, nella

via della chinasi Ras/MAP. Una delle vie di segnalazione delle integrine dipende da una tirosina

chinasi citoplasmatica chiamata chinasi dell’adesione focale (FAK). Le adesioni focali sono spesso

siti importanti di fosforilazione in tirosina e FAK è una delle proteine principali fosforilata in

tirosina presente nelle adesioni focali. Quando le integrine si raggruppano in siti di contatto cellula-

matrice, FAK è reclutato a livello delle adesioni focali da proteine di ancoraggio intracellulari come

la talina o la paxillina. Le molecole raggruppate di FAK si fosforilano a vicenda su una tirosina

specifica, creando un sito di attracco fosforilato per i membri della famiglia Src di tirosina chinasi

citoplasmatiche. Oltre a fosforilare altre proteine in corrispondenza dei siti di adesione, queste

chinasi fosforilano FAK su tirosine addizionali, creando siti di attracco per varie proteine di

segnalazione intracellulare. In questo modo, il segnale proveniente dall’esterno mediato dalle

integrine è trasmesso nella cellula tramite FAK e le chinasi della famiglia Src. Tramite FAK e altre

vie di segnalazione, le integrine possono indurre cambiamenti nell’espressione genica.

CONTROLLO DELLA DIVISIONE CELLULARE E DELLA CRESCITA CELLULARE

Le cellule di un organismo multicellulare si dividono solo quando l’organismo ha bisogno di più

cellule, quindi, perché una cellula proliferi, deve ricevere segnali stimolatori extracellulari, sotto

forma di mitogeni, da altre cellule.i mitogeni superano i meccanismi di freno intracellulari che

bloccano il progresso attraverso il ciclo cellulare.

Uno dei primi mitogeni identificati è stato il fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF) che

può stimolare la divisione in molti tipi cellulari, fra cui i fibroblasti, le cellule del muscolo liscio e

della neuroglia.

Il fattore di crescita dell’epidermide (EGF) agisce sulle cellule epiteliali e non.

Altri mitogeni hanno invece una specificità ristretta come l’eritropoietina che induce la

proliferazione solo dei precursori dei globuli rossi. Molti mitogeni hanno anche altre azioni oltre a

stimolare la divisione cellulare: possono stimolare la crescita cellulare, la sopravvivenza, il

differenziamento o la migrazione.

In alcuni tessuti, proteine segnalatrici extracellulari inibitrici si oppongono ai regolatori positivi e

inibiscono quindi la crescita degli organi. Le proteine di segnalazione inibitrici più conosciute sono

quelle della famiglia dei TGFβ che inibiscono la proliferazioni di molti tipi cellulari, bloccando la

progressione del ciclo in G1 o stimolando l’apoptosi.

In assenza di un segnale mitogeno di proliferazione, l’inibizione di Cdk in G1 è mantenuta dai

meccanismi multipli e la progressione in un nuovo ciclo si arresta. In alcuni casi le cellule entrano

in G0 (la maggior parte).

I mitogeni controllano il ritmo di divisione cellulare agendo nella fase G1. Meccanismi multipli

agiscono durante G1 per sopprimere l’attività Cdk e ostacolano così l’entrata in S. i mitogeni

agiscono rilasciando questi freni all’attività Cdk, permettendo così alla fase S di iniziare.

I mitogeni interagiscono con recettori della superficie cellulare per scatenare vie multiple di

segnalazione intracellulare. Una via principale agisce tramite l’attivazione della GTPasi Ras che

porta all’attivazione di una cascata MAP chinasi. Ciò induce ad un aumento della produzione di

proteine che regolano geni, fra cui Myc. Esso promuove l’ingresso nel ciclo cellulare con molti

meccanismi, tra cui l’aumento dell’espressione di geni che codificano cicline G1 (cicline D),

facendo così aumentare l’attività G1-Cdk (ciclina D-Cdk4). Myc ha anche un ruolo importante nella

stimolazione della trascrizione dei geni che aumentano la crescita cellulare.

L funzione chiave dei complessi G1-Cd è quella di attivare un gruppo di fattori che regolano geni

chiamati proteine E2F, che si legano a sequenze specifiche di DNA nei promotori di molti geni che

codificano proteine richieste per l’ingresso nella fase S, fra cui cicline G1/S e cicline S, e proteine

coinvolte nella sintesi del DNA e nella duplicazione dei cromosomi. In assenza di stimolazione

mitogenica, l’espressione dei geni che dipendono da E2F è inibita da un interazione fra E2F con

membri della famiglia della proteina retinoblastoma (Rb). Quando le cellule sono stimolate a

dividersi da mitogeni, G1-Cdk attivata si accumula e fosforila i membri della famiglia Rb,

riducendone il legame con E2F. le proteine E2F liberate attivano l’espressione dei loro geni

bersaglio. Inoltre, la trascrizione dipendente da E2F dei geni della ciclina G1/S (ciclina E) e della

ciclina S (ciclina A) porta all’aumento dell’attività di G1/S-Cdk e di S-Cdk, che a loro volta

aumentano la fosforilazione di Rb e promuovono ulteriore rilascio di E2F.

La perdita di entrambi le copie del gene Rb porta ad un’eccessiva proliferazione cellulare nella

retina immatura. La perdita completa di Rb non provoca immediatamente un’aumentata

proliferazione delle cellule della retina o di altri tipi di cellule, in parte perché anche Cdh e CKI

aiutano a inibire la progressione in G1 e in parte perché altri tipi cellulari contengono proteine

correlate a Rb che forniscono un supporto di backup in assenza di Rb. È anche probabile che altre

proteine aiutino a regolare l’attività di E2F.

La progressione nel ciclo cellulare, e perciò il ritmo di proliferazione cellulare, è controllata non

solo da mitogeni, ma anche da altri meccanismi intra ed extracellulari. Una delle influenze più

importanti è il danno al DNA. È importantissimo che la cellula ripari i cromosomi danneggiati

prima di cercare di duplicarli o di segregarli. Il sistema di controllo del ciclo cellulare può rilevare

prontamente un danno al DNA e arrestare il ciclo in uno dei due punti di controllo, uno nel G1

tardivo, che impedisce l’entrata in fase S, e uno al punto di controllo G2/M, che impedisce l’entrata

in mitosi.

Quando il DNA è danneggiato, varie proteina chinasi sono reclutate sul sito del danno e iniziano

una via di segnalazione che provoca arresto del ciclo cellulare. La prima chinasi reclutata è o ATM

o ATR, secondo il tipo di danno. Ulteriori proteina chinasi, Chk1 e Chk2, sono quindi reclutate e

attivate, portando alla fosforilazione della proteina che regola geni p53. Mdm2 normalmente si lega

a p53 e promuove la sua ubiquitinazione e la sua distruzione nei proteasomi. La fosforilazione di

p53 blocca il suo legame a Mdm2; come risultato la p53 si accumula ad alti livelli e stimola la

trascrizione del gene che codifica la proteina CKI p21. La p21 si lega ai complessi G1/S-Cdk e S-

Cdk e li inattiva, arrestando la cellula in G1. In alcuni casi il danno al DNA induce anche la

fosforilazione di Mdm2 o una diminuzione della sua produzione che provoca un aumento di p53.

IL SISTEMA DI CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE

I componenti principali del sistema di controllo del ciclo cellulare sono i membri di una famiglia di

proteina chinasi noti come chinasi dipendenti da ciclina (Cdk). L’attività di queste chinasi aumenta

e diminuisce man mano che la cellula progredisce attraverso il ciclo, portando a cambiamenti ciclici

nella fosforilazione di proteine intracellulari che iniziano o regolano gli eventi principali del ciclo

cellulare. I Cdk non hanno attività chinasica a meno che non siano legate a cicline in complessi

ciclina-Cdk.

Ci sono diverse classi di cicline, ciascuna definita dallo stadio del ciclo in cui si lega alla Cdk:

>cicline G1/S attivano Cdk alla fine di G1 e aiutano a scatenare la progressione verso Start

>cicline S legano Cdk subito dopo il passaggio attraverso Start

>cicline M attivano Cdk che stimolano l’ingresso in mitosi

>cicline G1 aiutano a governare le attività delle cicline G1/S

La ciclina, oltre ad attivare la sua Cdk, la dirige verso proteine di bersaglio specifiche. Il risultato è

che ciascun complesso ciclina-Cdk fosforila una serie diversa di proteine substrato. Lo stesso

complesso ciclina-Cdk può indurre diversi effetti in momenti diversi del ciclo. Nello stato inattivo,

senza ciclina legata, il sito attivo di Cdk è bloccato da una regione della proteina chiamata ansa T.

L’attacco della ciclina provoca lo spostamento dell’ansa T dal sito attivo, portando a un’attivazione

parziale della Cdk2. La fosforilazione della Cdk2 (da parte di CAK) su un residuo di treonina

dell’ansa T, migliorando la capacità dell’enzima di legare i suoi substrati proteici. Il complesso

ciclina-Cdk viene spento quando la chinasi Wee1 fosforila due siti molto vicino sopra il sito attivo.

La rimozione di questi fosfati da parte della fosfatasi Cdc25 attiva il complesso ciclina-Cdk.

Mentre l’attivazione di complessi specifici ciclina-Cdk determina la progressione attraverso i punti

di controllo Start e G2/M, la progressione attraverso la transizione tra metafase e anafase è scatenata

da distruzione di proteine, che porta agli stadi finali della divisione cellulare.

Il regolatore della transizione tra metafase e anafase è il complesso che promuove l’anafase, o

ciclosoma (APC/C). essi trasferiscono copie multiple della proteina ubiquitina a specifiche proteine

bersaglio, indirizzandole alla distruzione nei proteasomi. Il controllo della proteolisi avviene tramite

APC/C e SCF.

L’APC/C è attivato in mitosi dell’associazione con la subunità attivante Cdc20, che riconosce

sequenze di aa specifiche sulla ciclina M e su altre proteine bersaglio. Con l’aiuto di due proteine

addizionali, l’APC/C trasferisce più molecole multiple di ubiquitina sulla proteina bersaglio. Il

bersaglio poliubiquitinato viene poi riconosciuto e degradato dal

proteasoma.

L’attività dell’ubiquitina ligasi SCF dipende dalle subunità che legano il substrato chiamate proteine

F-box, di cui esistono diversi tipi. La fosforilazione di una proteina bersaglio, come la CKI,

permette al bersaglio di essere riconosciuto da una specifica subunità F-box.

GENI CRITICI PER IL CANCRO

Il cancro dipende dall’accumulo di modificazioni ereditabili nelle cellule somatiche. I geni che sono

ripetutamente mutati nei cancri umani sono chiamati geni critici per il cancro. Essi si classificano in

due grandi classi che si distinguono in base al fatto che il rischio di cancro deriva da un attività

eccessiva oppure scarsa del prodotto genico. I geni della prima classe, i cui la mutazione con

guadagno di funzione può dirigere la cellula verso il cancro, sono chiamati protooncogeni e le loro

forme mutanti, iperespresse, sono chiamate oncogeni. I geni della seconda classe, in cui una

mutazione con perdita di funzione può contribuire al cancro, sono chiamati geni oncosoppressori.

La mutazione di una singola copia di un protooncogene che lo converte in un oncogene ha su una

cellula un effetto dominante di promozione della crescita. Quindi, gli oncogeni agiscono in maniera

dominante: una mutazione che porta al guadagno di funzione in una singola copia del gene critico

può spingere la cellula verso il cancro.

Nel caso del gene soppressore dei tumori, gli alleli che causano il cancro, prodotti dal cambiamento,

sono recessivi: entrambe le copie del gene devono essere mutate. Quindi, le mutazioni dei geni

soppressori agiscono in modo recessivo.

Un esempio di oncogene è il gene Ras. Le proteine Ras normali sono GTPasi monomeriche che

aiutano a trasmettere segnali da recettori della superficie cellulare all’interno della cellula. Gli

oncogeni Ras contengono mutazioni puntiformi che creano una proteina Ras iperattiva che non può

spegnersi idrolizzando GTP in GDP. Dal momento che ciò rende la proteina iperattiva, il suo effetto

è dominante, cioè solo una delle due copie del gene deve subire una mutazione per avere un effetto.

Il gene Rb, invece, è un oncosoppressore. Una delezione o una mutazione che provoca perdita di

funzione in una copia del gene Rb in ogni cellula somatica, causa la forma ereditaria dei

retinoblastoma. Queste cellule sono predisposte a diventare cancerose, ma ciò non avviene se

mantengono una copia funzionale del gene. Le cellule cancerose retiniche sono difettivi in entrambe

le copie del gene Rb a causa di un evento somatico che ha eliminato la funzione della copia buona.

Nei pazienti con la forma non ereditaria della malattia, invece, le cellule non cancerose non

mostrano difetti nelle copie diRb, mentre quelle cancerose sono diventate difettive di entrambe le

copie.

È l’inattivazione dei geni soppressori dei tumori, che può avvenire in molti modi, con combinazioni

diverse di errori convergenti che eliminano o danneggiano entrambe le copie del gene, ad essere

pericolosa. La prima copia del gene, per es, può essere persa per una piccola delezione

cromosomica o inattivata da una mutazione puntiforme. La seconda copia è generalmente eliminata

da un meccanismo meno specifico e più probabile: il cromosoma con la rimanente copia normale

può essere perso dalla cellula per errori nella segregazione dei cromosomi oppure il gene normale

può essere sostituito da una versione mutante per ricombinazione mitotica o un evento di

conversione genica.

In una cellula con una sola copia normale del gene Rb, si può eliminare il gene Rb normale in sei

modi diversi:

>non disgiunzione che provoca la perdita del cromosoma

>perdita del cromosoma, dopo duplicazione del cromosoma

>ricombinazione mitotica

>conversione genica

>delezione

>mutazione puntiforme

Nel caso di un protooncogene è l’attivazione genica che porta al cancro. Ci sono diversi modi per

convertire un protooncogene in oncogene :

>Un piccolo cambiamento nella sequenza di DNA come una mutazione puntiforme o una delezione,

può produrre una proteina iperattiva (quando si verifica all’interno di una sequenza che codifica per

una proteina) o può portare ad una sovrapproduzione della proteina (quando si verifica in una

regione regolatrice del gene). Ad esempio, il recettore per la proteina segnale extracellulare EGF

può essere attivato da una delezione che rimuove parte del suo dominio extracellulare. Questi

recettori mutanti sono capaci di formare dimeri attivi anche in assenza di EGF e perciò producono

un segnale stimolatore inappropriato.

>eventi di amplificazione genica, come quelli causati da errori nella replicazione del DNA, possono

produrre copie in più del gene e ciò può portare alla sovrapproduzione della proteina. Questo evento

è molto comune nei carcinomi ed è visibile come un cambiamento nel cariotipo: la cellula contiene

copie addizionali di cromosomi in miniatura, i così detti cromosomi double minute, o ha una

regione che si colora omogeneamente intercalata nel normale schema di bande di uno dei suoi

cromosomi regolari. Ciò succede ad esempio per il gene Myc. La proteina Myc contribuisce al

cancro essendo sovraprodotta. Essa agisce nel nucleo per stimolare la crescita e la divisione

cellulare; perciò quantità eccessive di Myc portano le cellule a proliferare in circostanze in cui le

altre si fermerebbero. Oltre all’amplificazione, Myc può essere sovraprodotta attraverso un

cambiamento in un elemento regolatore che agisce sul gene. Ad esempio una traslocazione

cromosomica può portare sequenze regolatrici di geni vicino alla sequenza che codifica per Myc,

producendo grandi quantità di mRNA Myc. Nel linfoma di Burkitt, una traslocazione cromosomica

porta il gene Myc sotto il controllo delle sequenze che normalmente guidano l’espressione dei geni

per gli Ab nei linfociti B. come risultato, le cellule B mutanti tendono a proliferare in modo

eccessivo e a formare un tumore.

>un riarrangiamento cromosomico può cambiare la regione che codifica per la proteina, producendo

una proteina di fusione iperattiva, o alterare le regione di controllo di un gene cosicchè una proteina

normale viene prodotta in eccesso.

Molti geni critici per il cancro codificano componenti delle vie di segnalazione. Le mutazioni

cancerose alterano questi componenti in modo da creare segnali proliferativi anche quando non

sono necessari. Ad esempio le mutazioni che portano ad un guadagno di funzione che attivano

inappropriatamente il recettore dell’EGF e la proteina Ras.

I componenti delle vie che agiscono per inibire la proliferazione spesso appaiono come soppressori

dei tumori. Ad esempio la via di segnalazione del TGFβ. Mutazioni che portano ad una perdita di

funzione di questa via contribuiscono allo sviluppo di numerosi tipi di cancro, per esempio il

recettore TGFβRII è mutato in alcuni cancri del colon, come lo è Smad4.

La proteina che sopprime i tumori Rb controlla un punto chiave in cui le cellule decidono se entrare

nel ciclo cellulare e replicare il loro DNA. Rb serve da freno per limitare l’ingresso in S legando e

inibendo proteina regolatrici di geni della famiglia E2F, che sono necessarie per trascrivere geni che

codificano altre proteina per l’ingresso in fase S. questa inibizione da parte di Rb è rimossa nel

momento giuste dalla fosforilazione di Rb da parte di varie Cdk che portano Rb a rilasciare la sua

presa inibitrice sulle proteine E2F.

Molte cellule cancerose proliferano eliminando completamente Rb o acquisendo mutazioni che

alterano altri componenti della via regolatrice di Rb. Nelle cellule normali, un complesso di ciclina

D e ella G1-Cdk è responsabile della fosforilazione di Rb per permettere il progresso nel ciclo. La

proteina p16 (INK4) inibisce la progressione del ciclo impedendo la formazione del complesso

ciclina D-Cdk4 attivo. Alcuni glioblastomi e cancri della mammella hanno amplificato i geni che

codificano Cdk4 o ciclina D, favorendo la proliferazione cellulare. La delezione o l’inattivazione

del gene p16 è comune in molte forme. Nei cancri in cui la mutazione non inattiva il gene p16, una

mutazione del DNA della sua regione regolatrice spesso silenzia il gene; questo è un esempio di

cambiamento epigenetico che contribuisce allo sviluppo del cancro.

Per potersi moltiplicare con successo, la maggior parte delle cellule richiede sia segnali che guidano

la progressione del ciclo cellulare, che segnali extracellulari che dirigono la crescita cellulare. La

via di segnalazione intracellulare fosfoinositide 3-chinasi (PI 3-chinasi)/Akt è cruciale per il

controllo della crescita cellulare. Varie proteine extracellulari, compresa l’insulina e i fattori di

crescita insulinosimili, stimolano questa via. Nelle cellule cancerose la via è attivata da una

mutazione cosicchè la cellula può crescere anche in assenza di questi segnali. L’attivazione anomala

risultante della proteina chinasi Akt è centrale per questo processo, dal momento che l’attivazione

stimola la sintesi proteica, aumenta l’assorbimento di glucosio (tramite l’attivazione di mTOR) e

aumenta la produzione di acetil CoA nel citosol necessario per la sintesi di lipidi (tramite

attivazione di ACL). Perciò una comune mutazione di geni soppressori dei tumori, in molti cancri

diversi, è la perdita della fosfatasi PTEN, la cui funzione è limitare l’attivazione di Akt

defosforilando le molecole che la PI 3-chinasi fosforila.

Le cellule cancerose sono abbastanza resistenti all’apoptosi, il che permette loro di aumentare di

numero e sopravvivere. Una proteina che normalmente inibisce l’apoptosi, detta Bcl2, è attivata da

una traslocazione cromosomica nel linfoma in cellule B. la traslocazione pone il gene Bcl2 sotto il

controllo di una sequenza di DNA regolatore che provoca la sovraespressione di Bcl2. Ciò permette

la sopravvivenza dei linfociti B che normalmente morirebbero.

Uno dei geni coinvolti nel controllo dell’apoptosi è mutato in una vasta gamma di tumori. Questo

gene soppressore dei tumori codifica una proteina che si trova in una intersezione cruciale di vie di

controllo intracellulari. Essa è la proteina tumorale p53. Quando il gene p53 è difettoso, le cellule in

divisione danneggiate geneticamente non riescono a morire, continuando a proliferare,

accumulando altri danni genetici.

La proteina p53 è coinvolta nel controllo del ciclo cellulare, nell’apoptosi e nel mantenimento della

stabilità genetica. In condizioni normali il corpo contiene pochissima p53, inoltre essa non è

essenziale per lo sviluppo normale. Ha una funzione necessaria solo in determinati casi, come

privazione di ossigeno, esposizione alla luce UV o raggi gamma che danneggiano il DNA; in questi

casi le cellule aumentano la loro concentrazione di p53 bloccando la degradazione della molecola.

L’accumulo di p53 avviene anche nelle cellule in cui gli oncogeni Ras e Myc sono insolitamente

attivi, generando uno stimolo anormale per la divisione cellulare.

In questi casi, l’alto livello di p53 agisce per limitare il danno arrecato. A seconda delle circostanze,

p53 può indurre la cellula danneggiata o la cellula che prolifera in modo anormale a suicidarsi,

oppure scatenare un meccanismo che impedisca alla cellula di dividersi fino a quando il danno non

è stato riparato. In modo simile, quando i telomeri diventano troppo corti, p53 viene attivata e

inibisce un ulteriore divisione cellulare. La protezione che p53 conferisce è parte della ragione per

cui mutazioni che attivano gli oncogeni come Ras e Myc non sono sufficienti per produrre un

tumore.

La p53 agisce come proteina regolatrice dei geni. Le mutazioni più comuni di p53 avvengono sul

dominio che lega il DNA, rendendo la p53 incapace di legarsi alle sequenze bersaglio sul DNA. La

p53 esercita i suoi effetti inibitori sul ciclo cellulare legandosi al DNA per indurre la trascrizione di

p21 che codifica una proteina che si lega ai complessi Cdk necessari per la progressione nel ciclo

cellulare i li inibisce. Bloccando l’attività delle chinasi di questi complessi Cdk, la proteina p21

impedisce alla cellula di entrare in fase S e di replicare il DNA.

P53 induce l’apoptosi stimolando l’espressione di molti geni proapoptotici, ma può anche legarsi

alle proteine Bcl2 sulla superficie dei mitocondri ed inattivarle, promuovendo così l’apoptosi.

Le cellule prive di p53 non riescono a mostrare queste risposte. Tendono ad evitare l’apoptosi e, se

il loro DNA è danneggiato, possono continuare a dividersi, affrettandosi nella replicazione del DNA

senza fermarsi a riparare il danno. Come risultato, le cellule possono sopravvivere e proliferare con

un genoma danneggiato.

I virus tumorali a DNA causano il cancro soprattutto interferendo con i controlli del ciclo cellulare e

dell’apoptosi, compresi quelli che dipendono da p53.

I papillomavirus hanno cromosomi circolari di DNA a doppio filamento. Essi sono mantenuti

stabilmente nelle cellule basali dell’epitelio come plasmidi la cui replicazione è regolata in modo da

tenere il passo con quella dei cromosomi della cellula ospite. Eventi rari possono causare

l’integrazione di un frammento di questo plasmide in un cromosoma dell’ospite, alterando

l’ambiente dei geni virali nelle cellule basali. Questa integrazione interrompe il normale controllo

dell’espressione genica virale. La produzione non regolata delle proteine virali interferisce con il

controllo della divisione cellulare aiutando così a generare il cancro.

TUMORE AL SENSO

Il più grande fattore di rischio per il tumore al seno e ovarico è la possibilità di ereditare mutazioni

nei geni per la predisposizione al tumore al seno, BRCA1 o BRCA2. Sono oncosoppressori le cui

regioni codificanti non presentano omologia per le proteine descritte prima o tra loro. Se una delle

due copie è mutata nella linea germinale, il risultato è la sindrome del cancro ereditario al senso e

ovarico(HBOC), che è ereditato in maniera autosomica-dominante. Questa sindrome aumenta anche

il rischio di cancro alle ovarie, al pancreas, stomaco, laringe, tube di falloppio.

BRCA1 è una proteina pleiotropica DDR (responsabile di danni al DNA) che funziona in entrambi

i checkpoint di attivazione e riparo del DNA, mentre BRCA2 è un mediatore del meccanismo di

ricombinazione omolaga. Non è ancora ben chiara la connessione fra queste due proteine, ma deve

per forza esistere per spiegare la marcata similarietà nella suscettibilità al cancro quando insorgono

mutazioni in questi due geni.

BRCA1: è una proteina che lega gli effettori sensibili ai danni al DNA e DDR. Interagisce con

oncosoppressori, proteine che riparano il DNA e regolano il ciclo cellulare attraverso diversi domini

funzionali. Inoltre, ha diversi ruoli nela pathway di riparazione del DNA e nei checkpoint di

regolazione.

BRCA2 media il reclitamento delle ricombinasi RAD51 per DBS. RAD51 non è solo essenziale per

HR, ma è anche responsabile per la funzione oncosoppresore di questo meccanismo. BRCA2

contiene domini di legame al DNA che legano il DNA a singolo filamento e doppio, e 8 ripetizioni

di BRC che legano RAD51.

I geni BRCA sono essenziale per preservare la struttura cromosomica, quindi svolgono il loro ruolo

di oncosoppressori comportandosi come custodi, sopprimendo l’intabilità del genoma. La rottura

del doppio filamento è un precursore per la formazione d i riarrangiamenti cromosomici totali

(GCR) e insorgno quando le rotture a doppio filamento sono riparate in modo sbagliato.

Danni al dna ttivano BRCA1 che svolge il suo ruolo in diversi ambiti; nella ricombinazione

omologa, nel silenziamento del cromosoma X, nella regolazione della trascrizione, nella

regolazione dei checkpoint, nel Non-homologous end-joning.

In assenza di BRCA1 e BRCA2, le rotture della cromatina si accumulano provocando scambii

aberrati della cromatina o altri processi che coinvolgono l’unine di estremità illegittime. Se due

cromotidi rotti sono uniti e producono un cromosoma che contiene due centromeri, si forma un

cromosoma dicentrico quadri-radiale che induce la morte cellulare. Se, invece, lo scambio avviene

fra frammenti cromatidici che non contengono centromeri, il processamento e la divisione cellulare

produce una cellula vitale con una traslocazione.

ANGIOGENESI

Come tutti i tessuti, i tumori richiedono sostanze nutritizie, ossigeno e un modo per eliminare i

prodotti di scarto. La vascolarizzazione dei tumori è generato attraverso un processo detto

angiogenesi. Durante una progressione tumorale, uno “switch angiogenetico” è sempre attivo

causando la quiescenza della normale vascolarizzazione, in modo da continuare a far crescere nuovi

vasi che aiutano a sostenere l’espansione e la crescita del tumore.


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Ile9

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Ile9 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Genetica generale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Torino - Unito o del prof Oliviero Salvatore.

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