Corso avanzato di biologia cellulare

UNA TERZA VIA DI MORTE

Una ulteriore situazione, che può portare a morte cellulare, è una condizione di stress sul RE. Il RE è diviso in rugoso e liscio ed è il principale sito per la biosintesi delle proteine (nel RER), steroidi, colesterolo ed altri lipidi (nel REL). Non tutte le proteine sono sintetizzate nel RER, solo quelle che vengono mandate verso l'esterno della cellula. In particolare prende il nome di via secretoria (poi verso il GOLGI e verso l'esterno o per esempio formano gli enzimi lisosomiali). Al RE in media (dipende anche dalla cellula che si considera) vanno il 30% delle proteine che vengono prodotte. All'interno del RER c'è un ambiente ossidante che serve per favorire il folding e la formazione di ponti disolfuro nella proteina nascente. Inoltre è il sito di "storage" del calcio e svolge importanti funzioni: modificazioni post traduzionali, "folding" e assemblaggio di proteine.

Il processo di folding non va a buon fine, intervengono una serie di chaperon che interagiscono e la proteina misfolded viene inviata al proteasoma per essere degradata. Può accadere, anche con l'età, che questi processi non funzionino bene e si accumulano così proteine misfolded nel RER (è stato visto che in questi casi possono aumentare le proteine ribosomiali perché la cellula potrebbe tentare di riparare al danno pensando che il problema sia a livello dei ribosomi). L'accumulo di proteine "unfolded" o "misfolded" causa uno "stress" che causa rilascio di Ca che attiva il pathway apoptotico. Tutto ciò influisce anche sulla normale funzione del RER di produrre le proteine.

Il calcio raggiunge una proteina nel citosol chiamata calpaina (enzima citoplasmatico), che interagisce con essa e attiva la caspasi-12 (che si trova in forma di procaspasi e quindi la cliva). Non si sa bene se la attivi in maniera

Il processo di morte cellulare può avvenire in diversi modi. La morte cellulare programmata, chiamata apoptosi, è un processo controllato che avviene normalmente nel corpo per eliminare le cellule danneggiate o non necessarie. Tuttavia, ci sono anche altre forme di morte cellulare che possono verificarsi in determinate condizioni.

Una di queste forme è la necrosi, che si verifica quando una cellula subisce danni irreversibili e muore in modo non programmato. La necrosi può essere causata da diversi fattori, come l'infiammazione, l'ipossia (mancanza di ossigeno) o l'infezione.

Recentemente sono state identificate altre tipologie di morte cellulare. Una di queste è l'alterazione della permeabilità del mitocondrio, che porta alla morte cellulare. Un'altra tipologia peculiare del sistema nervoso è chiamata ferroptosi, mentre una molto specifica e particolare è chiamata parthanatos. In tutti questi casi, la cellula muore per necrosi e scatena una risposta infiammatoria.

La prima osservazione di queste diverse forme di morte cellulare è stata fatta durante la ricerca di molecole in grado di indurre la via apoptotica dipendente dal TNF. I ricercatori hanno notato che in alcuni casi si instaurava l'apoptosi, mentre in altri si verificava la necrosi. Successivamente, è stato scoperto che questo processo non era casuale, ma era dovuto al TNF, che in determinate condizioni poteva attivare una via di necrosi. In particolare, è stato osservato che esistevano molecole in grado di inibire la necrosi, chiamate necrostatine. È stato successivamente scoperto che queste molecole interferivano con la chinasi Rip1, coinvolta nella morte cellulare per necrosi causata da ischemia.

Il reclutamento delle procaspasi e l'induzione dell'apoptosi avviene quando Rip1 si associa al TNF. In questo caso, Rip1 può fosforilare la proteina Rip3, con cui forma un complesso. Questo complesso agisce come una chinasi che guida la via verso la necrosi. Tuttavia, normalmente Rip1 viene ubiquitinato e degradato. In alcuni casi, l'ubiquitinizzazione di Rip1 viene inibita, formando un complesso stabile con Rip3 che può attivarlo. Rip1 è anche conosciuto come Ripk1. Rip1 e Rip3 si fosforilano reciprocamente e formano un complesso chiamato necrosoma. Questo complesso fosforila MLKL, una proteina effettore del sistema, che si inserisce nelle membrane degli organelli e della cellula stessa, alterandone la permeabilità e avviando il processo di necrosi. Se Rip1 rimane inattivo, ubiquitinato e degradato, il processo di necrosi non viene attivato.

alcuni virus specifici. È una viacaspasi indipendente e che sembra avere come molecola chiave Rip1 (è stato visto che in alcuni casi dove non c'è Rip3 il sistema riesce a funzionare comunque). La formazione del necrosoma porta a una serie di eventi intracellulari che sono mediati da MLKL. Questa può dare danni ai mitocondri con perdita di ATP e rilascio di ROS, permeabilizzazione a livello delle membrane lisosomiali e rottura della membrana cellulare. Si ha anche l'innesco di processi infiammatori come nella necrosi. Sono stati descritti diversi tipi di necrosi regolata. Per necroptosi si intende quella che coinvolge Rip1. Un altro tipo di una morte per necrosi è innescata da alterazioni della permeabilità di membrana mitocondriale. Se l'alterazione della membrana è eccessiva non si ha la fuoriuscita solo delle molecole necessarie per attivare la via intrinseca ma anche di quelle molecole che partecipavano alla sintesi di ATP.

(deplezioneproduzione ATP) e questo porta inevitabilmente a una necrosi.Fisiologicamente i mitocondri hanno vita breve e dopo un po' vengono eliminati, grazie al fatto che sono organelli indipendenti e in grado di replicarsi in maniera indipendente. Il modo con cui vengono eliminati i mitocondri "invecchiati" prende il nome di mitofagia (immagine sotto).Normalmente tutto il sistema è regolato. A cose normali c'è un complesso che forma un poro (poro della permeabilità mitocondriale o mPTP) nella membrana mitocondriale. Quando l'omeostasi della cellula è alterata (alti livelli di fosfati inorganici, pochi nucleotidi adenilici, stress ossidativo o [Ca] elevata) si può avere l'apertura di questi pori che riversano molte delle molecole mitocondriali nel citosol.Esempio classico di ciò che può avvenire in una condizione di infarto miocardico. Normalmente i mitocondri vecchi possono essere eliminati per autofagia.

Si può avere un'alterazione della permeabilità mitocondriale data da un'apertura dei complessi localizzati sulla membrana mitocondriale. Se l'alterazione è controllata si può avere l'attivazione della normale via apoptotica. A seguito di una situazione più stressante e repentina come nel caso dell'aumento di Ca intracellulare, si possono invece aprire gli mPTP che fanno uscire tutto in maniera indiscriminata e portano così all'attivazione della necrosi. Questo avviene in seguito a danno ischemico: a un certo punto non arriva ossigeno alle cellule del miocardio (trombosi, problema periferico o altri), l'omeostasi cellulare si altera e si ha la necrosi. Quelle cellule sono perse per sempre.

L'interesse in questo campo è dovuto al fatto che esiste una molecola, la ciclofilina D, che si associa ai canali mPTP quando si aprono. Essa può essere inibita da un farmaco che è la ciclosporina A.

Questa è importante perché così può essere possibile bloccare il danno di necrosi (per esempio quando un individuo ha un principio di infarto e si somministrano nel tragitto fino verso l'ospedale). Quindi più si conosce quando sono attivati questi meccanismi più si può intervenire. Quello descritto fino a qui è specifico per le cellule cardiache.

La ciclosporina è usata per tutt'altro, è infatti un immunosoppressore. Si parla di necrosi regolata perché c'è un meccanismo molecolare su cui si può intervenire in qualche modo.

Per capire come hanno tentato di applicare queste conoscenze: In uno studio hanno cercato altri inibitori dei canali mPTP. Hanno visto anche la correlazione eventuale nel caso della sclerosi multipla dove agiscono questi canali (non è andata molto nel dettaglio).

Ferroptosi: è un altro tipo di necrosi regolata ed è dipendente dal ferro.