Citologia e istologia - lezione

Istologia, lezione 204-04-12

La volta scorsa abbiamo semplicemente introdotto il fatto che la membrana cellulare può produrre processi di esocitosi e di endocitosi. Non abbiamo visto il seguito, quindi oggi dobbiamo vedere cosa succede dopo l'endocitosi e dunque quale è il destino di queste vescicole. Questo è un argomento che un tempo era semplicissimo e a cui si dedicava appena metà pagina, ma sta diventando un argomento sempre più voluminoso, infatti i testi più recenti su questo argomento sembrano confusi. Anche il testo Ross-Pawlina, per quanto ben scritto, tratta quest'argomento in modo un po' complesso.

Endocitosi

Questo schema rappresenta il cosiddetto (incomprensibile), che avviene nella periferia della cellula, nella zona immediatamente sotto la membrana cellulare. Questa vescicola si forma, porta all'interno i recettori e la sostanza legata ai recettori, il ligando. Questa è una vescicola con rivestimento di clatrina e subito sotto la membrana avviene un processo estremamente importante: i recettori si staccano dal ligando grazie a un abbassamento del pH. Il pH qui (vedi figura) è già 6.2 (qualche decimale sotto il pH del citoplasma), quindi è già un ambiente leggermente acido. Questo piccolo valore di acidità consente il distacco del ligando dai recettori, che tornano sulla superficie attraverso una porzione di membrana per poi essere riutilizzati.

Il destino del ligando in questo caso è quello di essere concentrato in alcune altre vescicole che procedono verso l'interno del citoplasma. Procedendo verso il centro della cellula queste vescicole diventano ancora più acide al loro interno grazie a delle pompe protoniche, ossia delle proteine che concentrano all'interno ioni idrogeno. Ovviamente entrano non soltanto ioni idrogeno ma possono entrare anche ioni cloro. Il cloro entra passivamente, attirato dalla carica positiva, concentrando all'interno di queste vescicole acido cloridrico. Ad ogni modo va sottolineato che il meccanismo di trasporto attivo è limitato ai protoni. Alla fine questo processo culmina con la formazione di un lisosoma.

Quello che manca in questa immagine (vedi ancora figura sopra) e che spesso nei testi non è detto è che nel lisosoma, oltre alle sostanze endocitate (palline rosse), si trovano anche le idrolasi acide, cioè quegli enzimi che riescono a degradare tutti i substrati (proteici, lipidici, acidi nucleici ecc.) una volta che sono stati attivati da livelli di pH acido (vedete nella figura in basso il valore di pH è di 4.7). Quindi in questo modo il ligando viene demolito: le proteine vengono demolite in aminoacidi, i glicosamminoglicani in oligosaccaridi e monosaccaridi. Perciò il lisosoma è il prodotto di questa linea (quella che viene dalla membrana) più enzimi che provengono in ultimo dal complesso del Golgi, in cui vengono “impacchettati”.

Dunque questo è il cosiddetto lisosoma, che “digerisce” le sostanze, in cui la concentrazione protonica (a un pH di 4.7) è circa 40/50 volte superiore. Queste vescicole che si formano subito dall'endocitosi si chiamano “endosomi precoci”, in cui avviene il distacco del recettore. Quelle successive, in cui troviamo solo il ligando, sono chiamate “corpi multivescicolari” (MVB Multi Vescicular Bodies) e rappresentano le vescicole intermedie. Poi troviamo “l'endosoma tardivo” e infine il lisosoma vero e proprio.

Nello schema che abbiamo appena descritto le sostanze internalizzate sono demolite dai lisosomi, ma in altre situazioni le sostanze internalizzate non sono destinate ai lisosomi e non vengono demolite. Ora andiamo a vedere alcune situazioni differenti tra loro.

La prima situazione è questa, a sinistra, che corrisponde a quanto abbiamo già visto: la sostanza internalizzata, i corpi multi vescicolari, l'endosoma precoce e i lisosomi. La seconda è estremamente interessante e piuttosto particolare. In questo caso la cellula importa ferro, elemento importantissimo per tantissimi enzimi (per esempio emoglobina e citocromi). In questo modello il ligando è una proteina che si chiama “transferrina” (nella figura è rappresentata da questa specie di U); quindi abbiamo il recettore e la transferrina che cattura il ferro. Quindi il ferro legato alla transferrina si stacca negli endosomi precoci, ma in questo caso la transferrina e il suo recettore ritornano. Quindi in questo secondo caso la proteina che lega il ferro non viene demolita, in quanto alla cellula interessa non la proteina, ossia il ligando legato al recettore, ma piuttosto le interessa il ferro, che verrà poi distribuito per le esigenze richieste.

Un’altra variante (terza figura da sx) è questa, in cui la cellula vuole un controllo molto accurato dell'endocitosi. In questo caso l'endocitosi porta all'interno un fattore di crescita dell'epidermide (EGF Epidermal Growth Factor). Qui la cellula distrugge anche il recettore, in modo tale da controllare meglio il processo di internalizzazione. Pertanto quando la cellula vuole importare l'EGF sintetizza il recettore, che viene poi automaticamente distrutto. Quindi negli endosomi precoci troviamo non solo il ligando ma anche il recettore, i quali verranno entrambi indirizzati ai lisosomi.

Anche la successiva è una situazione abbastanza particolare (quarta figura da sx) in quanto abbiamo una endocitosi alla base della cellula, che porta all'interno il recettore con delle immunoglobuline di tipo A. Le immunoglobuline di tipo A le troviamo nei secreti salivari; questo può apparire strano se si pensa che queste immunoglobuline non sono prodotte dalle cellule delle ghiandole salivari. Infatti esse vengono riconosciute da dei recettori ed endocitate dalle cellule delle ghiandole salivari, ma poi questa endocitosi passa attraverso un sistema di vescicole che le trasporta sulla superficie opposta, nella quale avviene la secrezione delle sostanze delle ghiandole salivari insieme all’esocitosi delle immunoglobuline.

Quindi, ricapitolando: vengono endocitate alla base ed esocitate all’apice della cellula, andando così a finire nel secreto. In questo caso dunque i lisosomi non intervengono e queste vescicole non vengono demolite. Insomma si hanno delle modalità differenti, fra le quali la più comune è quella in cui il ligando viene indirizzato ai lisosomi. C’è molto da leggere nel testo su questo argomento, ma in sintesi le cose da sapere sono queste.

Lisosomi

Si tratta di un organello prodotto dal complesso del Golgi, al cui interno si trovano enzimi idrolitici attivi a pH acido. La membrana del lisosoma è un importante elemento di protezione dall’azione degli enzimi e presenta delle proteine di membrana e dei fosfolipidi particolari che proteggono la membrana stessa dall’azione idrolitica dei contenuti. Queste proteine di membrana si definiscono LIMPs (Lisosomial Integral Membrane Protein) e sono dei marcatori specifici dei lisosomi. Se si vuole andare a vedere con esattezza dove si trovano i lisosomi con il microscopio ottico, si possono utilizzare degli anticorpi anti-LIMPs (che sono proteine presenti soltanto nei lisosomi e negli endosomi tardivi).

Il seguente è uno schema molto generico di un lisosoma. È un organello che può avere un diametro da 0,2 a 0,5 micron. Al suo interno troviamo svariate idrolasi, come le lipasi, glicosidasi, nucleasi, proteasi, fosfatasi e le aril-solfatasi (che intervengono sui gruppi solfato dei glicosamminoglicani); l’elenco di tutti gli enzimi presenti all’interno dei lisosomi occuperebbe anche più di una pagina. Quindi tutti i substrati organici in teoria dovrebbero essere demoliti da questa batteria di enzimi, ma in effetti non è sempre così a causa di problemi in parte genetici e in parte ambientali. Gli oggetti rappresentati in rosso sono le pompe protoniche che creano l’ambiente acido all’interno. Poi si hanno anche altre proteine di trasporto che portano all’interno acidi nucleici, polisaccaridi ecc.

Attraverso queste proteine di trasporto, singole molecole possono essere portate all’interno dei lisosomi, ma il meccanismo più comune utilizzato dai lisosomi è quello di fondersi con membrane, per esempio con quelle degli endosomi tardivi; per cui la fusione del lisosoma e dell’endosoma tardivo determina la digestione delle sostanze contenute. Vediamo anche un altro meccanismo utilizzato dai lisosomi.

I lisosomi intervengono non soltanto sulle sostanze endocitate, ma anche contro organelli e particelle del citoplasma che sono alterate o invecchiate. Questo tipo di digestione di organelli e particelle cellulari è chiamata “auto-fagocitosi”, un fenomeno comunissimo. Organelli come i mitocondri invecchiano molto rapidamente laddove c’è un metabolismo ossidativo elevato, perché i processi ossidativi in parte colpiscono le strutture dello stesso mitocondrio che quindi diventa oggetto di un auto-fagocitosi. In questa immagine vediamo un mitocondrio invecchiato che viene avvolto da membrane del reticolo liscio e questo grosso oggetto, che si chiama autofagosoma, si fonde con il lisosoma e quindi tutte queste macromolecole vengono demolite e riciclate (ovviamente gli aminoacidi, i saccaridi e i lipidi vengono riutilizzati). Infatti il lisosoma è in grado di restituire al citoplasma queste unità fondamentali delle macromolecole.

Quindi in tutta questa attività la cellula distrugge e riutilizza i componenti dei propri organelli. Questo è vero in teoria, anche se in pratica non è sempre così. Infatti tutti gli enzimi necessitano di avere un substrato accessibile e quando proteine, lipidi ecc. sono fortemente ossidati o irregolarmente glicosilati, le porzioni di attacco degli enzimi non sono più accessibili, ossia non vengono più riconosciute. Allora nella cellula si crea un accumulo di sostanze non digerite dai lisosomi e questo inizia ad essere un sintomo di invecchiamento.

L’effetto di quest’accumulo nella cellula dell’individuo giovane è trascurabile, mentre diventa più dannoso quando la cellula non si divide più e quindi le sostanze non possono essere più suddivise tra le cellule figlie. Così la cellula durante tutta la sua vita accumula sostanze non digerite che pian piano interferiscono con i processi cellulari e con il traffico di sostanze in circolo. Quest’accumulo di sostanze dunque è maggiormente visibile nelle cellule che non si dividono, che sono per eccellenza i neuroni e in parte le cellule cardiache, in cui si nota un accumulo di una sostanza che ha anche un colore spontaneo, che viene definita “pigmento”. Di fatto questa sostanza non è propriamente un pigmento bensì un prodotto dell’ossidazione dei lipidi cui è dato il nome di “lipofuscina” o “lipofucsina”, visibile anche al microscopio ottico. I neuroni dei soggetti anziani sono molto più ricchi di lipofuscina che non di neuroni; quindi la quantità di lipofucsina può essere un indicatore dell’età del soggetto in quanto dalla nascita in poi questi neuroni non si dividono (alcuni di essi di fatto anche già dapprima della nascita). Questi sono problemi dovuti ai processi ossidativi, ma vi sono problemi anche correlati a difetti genetici.