Biologia Molecolare - Apoptosi

Apoptosi

Con il termine apoptosi si indica una forma di morte cellulare programmata, che ha come scopo l'eliminazione delle cellule indesiderate nell'organismo ed il mantenimento del numero di cellule all'interno di un sistema. Differisce dalla necrosi, ovvero la morte non programmata della cellula, caratterizzata da rigonfiamento cellulare, lisi della membrana e riversamento degli enzimi litici all'esterno, che vanno a danneggiare i tessuti circostanti provocando una reazione immunitaria dell'organismo e quindi una risposta infiammatoria. Mentre l'apoptosi fornisce spesso effetti benefici per l'organismo, la necrosi è dannosa e può anche rivelarsi fatale.

L'apoptosi è portata avanti in modo ordinato e regolato, e consiste in una iniziale perdita di acqua e quindi in un raggrinzimento della cellula, seguito da allontanamento dalle cellule adiacenti, e in una frammentazione sia del citoscheletro che del DNA (frammentato in frammenti di 200 nucleotidi circa o multipli di essi), sequestrati in invaginazioni della membrana citoplasmatica chiamate bolle, derivanti da un processo chiamato bubbling; da qui si distaccano i cosiddetti corpi apoptotici, che verranno successivamente fagocitati dai macrofagi, senza scatenare una risposta infiammatoria, o dalle stesse cellule adiacenti, nonostante queste non presentino normalmente azione fagocitaria.

È un meccanismo fisiologico, alla base del turnover dei tessuti, dello sviluppo embrionale, della risposta ad infezioni batteriche o virali e dell'eliminazione delle cellule tumorali. Quando cellule danneggiate sfuggono a tale processo, si può avere insorgenza di malattie, quali ad esempio il Morbo di Alzheimer e di Parkinson nel tessuto nervoso; un eccesso di morte per apoptosi, inoltre, può trasformarsi in un meccanismo patologico, come l'insorgenza di malattie autoimmuni.

Studi sugli stimoli apoptotici

Gli stimoli fisiologici che inducono la cellula a morte per apoptosi possono avere due origini distinte: origine interna ed origine esterna. L'apoptosi, infatti, può essere indotta sia come sistema di autodifesa da condizioni dannose presenti all'interno della cellula, che come meccanismo di autodifesa da condizioni dannose dell'ambiente circostante. Gli stimoli interni, sono rappresentati fondamentalmente da un rapporto ATP/ADP inferiore a 5 (ricordiamo infatti, che il ciclo cellulare, per poter avere inizio, deve possedere un rapporto ATP/ADP superiore a 5) e da danni a livello genetico, segnali che provocano il bloccaggio del ciclo cellulare al checkpoint G1/S e che spingono le cellule verso il processo di morte programmata; altro checkpoint del ciclo cellulare in cui la cellula può andare incontro ad apoptosi è quello che si trova a livello dell'ingresso in mitosi.

Gli stimoli esterni sono rappresentati dalla totale assenza di mitogeni (quello che avviene, ad esempio, durante lo sviluppo embrionale), dalla stimolazione di linfociti T citotossici (durante un processo di infezione batterica o virale) o dalla eccessiva presenza di glucocorticoidi.

Ruolo delle proteine nel processo apoptotico

Le proteine responsabili del processo di apoptosi fanno parte di due famiglie: la famiglia delle caspasi e la famiglia delle Bcl 2.

Le caspasi sono particolari proteasi, che clivano le proteine a livello dell'acido aspartico, clivando il legame peptidico del suo estremo carbossiterminale con l'aminoacido adiacente, solo questo è seguito da almeno altri tre aminoacidi. All'interno del sito catalitico contengono l'aminoacido cisteina, suscettibile al bilancio redox dell'organismo. Sono conosciute 14 tipologie di caspasi, numerate da 1 a 14; solo la 2, la 8, la 9, la 10, la 3, la 6 e la 7, però, sono coinvolte nel processo di morte programmata, mentre le restanti 7 sono coinvolte nel processo di attivazione delle citochine (nel processo di infiammazione). La struttura è comune a tutta la famiglia proteica, ed è rappresentata da un eterotetramero costituito, in ogni eterodimero da 6α2β2, α-β, foglietti uniti da 5β-pieghettati α-eliche; ma sotto forma inattiva, ciò per fare in modo che la cellula possa sottrarsi immediatamente.