Oncologia generale

24 aprile

La morte della cellula

La morte cellulare è un aspetto fisiologico dell'organismo che lo utilizza per la salvaguardia del benessere comune. Esistono due tipi di morte cellulare:

• Necrosi → Morte a seguito di un evento inaspettato, è una morte non desiderata e determinata da un danno cellulare causato da agenti esogeni e quindi determina infiammazione. Il danno causa una perdita dell'equilibrio elettrochimico, la cellula si gonfia e perde poi la continuità di membrana rilasciando il contenuto all'esterno.

La necrosi prevede anche una degradazione delle proteine e modificazioni nucleari che vengono distinte in:

• Picnosi → Condensazione della cromatina
• Cariolisi → Dissolvimento della cromatina nel citoplasma
• Carioressi → Il nucleo si frammenta

• Apoptosi → È una morte lenta (2-4h) e non violenta, è gestita all'interno della singola cellula ed è utilizzata dal nostro organismo per gestirne la vita. Questo tipo di morte non innesca una risposta infiammatoria e può essere innescata sia da agenti esogeni che endogeni ma è una morte programmata, avviata mediante l'attivazione di una cascata di reazioni: la cellula si rimpicciolisce, si frammenta in vari corpi apoptotici con dispendio energetico; il contenuto cellulare non viene rilasciato all'esterno poiché è una cellula ben compatta, ed i corpi apoptotici vengono fagocitati dai macrofagi.

Apoptosi

È una morte programmata, un processo attivo diretto dalla cellula in modo coordinato e stereotipato mediante specifiche proteine. Le proteine coinvolte sono state scoperte nel nematode C. elegans in quanto esso è composto da 1090 cellule durante il suo sviluppo ma una volta maturo ne presenta 955 ed in momenti specifici dello sviluppo sempre le stesse cellule muoiono.

Il nostro organismo deve controllare l'equilibrio tra cellule che devono proliferare e cellule che devono andare incontro a morte; quando questo equilibrio non sussiste più si ha uno squilibrio che può portare a:

• Infertilità, neurodegenerazione, immunodeficienza → Se l'equilibrio è a favore della morte cellulare
• Cancro, formazione di cloni autoimmuni → L'equilibrio è a favore della proliferazione cellulare.

L'apoptosi viene attivata in condizioni fisiologiche in diversi processi:

1. Embriogenesi
   Durante l'embriogenesi si formano una serie di strutture specifiche per un certo ambito di sviluppo che devono poi essere eliminate: un esempio sono le cellule delle pliche interdigitali (una colorazione con annessina V permette di identificare le cellule che vanno incontro ad apoptosi e sono proprio quelle delle pliche).
2. Funzionamento del sistema immunitario
   Durante il processo di maturazione di affinità dei linfociti B; le cellule B che escono dal centro germinativo ed incontrano una cellula dendritica e vi interagiscono ricevono messaggi di salvataggio da un processo di apoptosi che in realtà è già innescato. Un altro processo in cui subentra apoptosi è l'induzione della tolleranza: in caso di bassa/alta avidità quindi in mancanza di selezione o per selezione negativa, queste cellule vanno incontro ad apoptosi, quindi una mancanza di apoptosi può determinare l'innescarsi di patologie autoimmuni. Anche a livello dei siti immunoprivilegiati si ha apoptosi: ad esempio quando nei testicoli un linfocita T citotossico riconosce un antigene a livello delle cellule epiteliali, le cellule epiteliali mandano il linfocita T incontro ad apoptosi.
3. Omeostasi dei tessuti
   In un organismo c'è anche la necessità di eliminare le cellule vecchie di quelle popolazioni cellulari labili (es. epiteli); anche i neutrofili (che vivono per poche ore) devono però essere eliminati una volta che sono invecchiati; un altro effetto è l'eliminazione delle cellule che hanno svolto il loro compito (es. linfociti T) mediante una deplezione delle citochine necessarie alla proliferazione.
4. Forme di atrofia o involuzione cellulare da carenza ormonale
   Esempi di meccanismi di involuzione cellulare dipendente da ormoni sono:
   • Degenerazione dell'endometrio durante il ciclo mestruale
   • Regressione dell'endometrio dopo la gravidanza e dell'apparato ghiandolare mammario dopo l'allattamento
   • Atrofia prostatica in seguito a castrazione
   • Atrofia dei follicoli ovarici in menopausa

L'apoptosi può anche essere uno strumento di difesa con cui l'organismo si attrezza e che subentra in due situazioni:

1. Attività del sistema immunitario → È utilizzato principalmente quando una cellula NK ed un linfocita T citotossico innescano un processo di apoptosi nelle cellule target: è un meccanismo di uccisione di una cellula specifica.
2. Sistema di controllo della salute della cellula → Se la cellula indesiderata non viene eliminata ma continua a proliferare si ha la formazione di cancro. L'apoptosi è un meccanismo di salvaguardia dal danno al DNA (danno genotossico) che può essere dovuto sia a cause endogene (errori di replicazione) o metabolismo cellulare (radicali liberi) sia esogene (infezioni virali, radiazioni, danni chimici) o all'ereditarietà.

In un organismo normale il danno genotossico ha come conseguenza apoptosi; la condensazione della cromatina è un evento tipico dell'apoptosi (che ricorda la carioressi della necrosi): la cromatina si può condensare a livello perinucleare oppure si può formare un unico nucleo denso; si formano poi dalla cellula delle bolle e corpi apoptotici che contengono parte del contenuto cellulare oppure la cellula può condensare e rimpicciolirsi ulteriormente. I corpi apoptotici o la cellula condensata emettono dei segnali esponendo sulla superficie cellulare elementi che normalmente non sono presenti e che permettono il riconoscimento da parte dei macrofagi, e rilasciano anche sostanze chemiotattiche in grado di richiamare i macrofagi.

Vie di innesco dell'apoptosi

A seguito di segnali di innesco dell'apoptosi, all'interno della cellula si ha una fase di integrazione della segnalazione: in base al suo stato di salute e all'integrazione dei segnali che riceve, la cellula può avviare o meno l'apoptosi. Se viene individuato un segnale apoptotico vengono attivate le caspasi di inizio ovvero gli elementi esecutivi del processo apoptotico: esse attivano le caspasi esecutrici che vanno a svolgere diversi compiti:

• Frammentazione del DNA
• Degradazione delle proteine del citoscheletro con la formazione di strutture che rendono la cellula apoptotica molto resistente

A questi processi segue poi la presentazione di segnali di fagocitosi.

I segnali che possono innescare apoptosi possono essere:

• Estrinseci → Sono segnali che interagiscono con recettori di membrana, ad esempio TNF, Fas. L'apoptosi può anche essere innescata dai linfociti T mediante l'ingresso del granzima, il quale bypassa le caspasi iniziatrici e va direttamente ad agire sulle caspasi esecutrici, poiché di per sé il granzima funziona come una capsasi iniziatrice.
• Intrinseci → Possono essere ad esempio radicali liberi che si formano durante la respirazione; possono anche essere segnali esterni che vanno a colpire i mitocondri da cui parte l'apoptosi: i segnali esterni possono essere agenti che danneggiano il DNA; anche la carenza di nutrienti è un segnale intrinseco di apoptosi. Anche la famiglia di Bcl-2 ha un ruolo pro-apoptotico.

27 aprile

I tumori

Neoplasia

Con il termine neoplasia si intende una massa abnorme di tessuto che cresce in modo incontrollato e progredisce; questo fenomeno non si ferma nemmeno eliminando la causa che lo ha innescato. Ad esempio quando cellule epiteliali diventano cellule cancerose, la massa cresce e si infiltra nel tessuto sottostante penetrando nei vasi linfatici ed ematici e causando la formazione di metastasi; un tumore può percorrere questo tragitto anche se non tutti tendono a metastatizzare, alcuni si fermano a stadi precoci.

Le cause di cancro possono essere:

• Esogene → Agenti chimici, fisici, virus e batteri
• Endogene → Fattori legati all'ereditarietà, dieta, fattori di crescita

Il processo di cancerogenesi è un processo multi-step:

1. Agente causa di cancro → Es. raggi UV colpiscono una cellula sana che acquista delle mutazioni in geni specifici e che vengono fissate nelle cellule figlie: questa mutazione non può essere riparata.
2. La cellula mutata si definisce cellula iniziata → Non è ancora una cellula tumorale ma ha una differenza rispetto alle altre che le può conferire un vantaggio in termini di crescita rispetto alle altre.
3. Promozione → Avviene ad opera di sostanze o situazioni che promuovono la proliferazione cellulare (es. sostanze mitogene ma anche danni al tessuto che inducono una proliferazione cellulare necessaria a riparare il tessuto); questo evento di proliferazione collega il tumore anche ad infiammazione che può essere a sua volta causa di danno. La proliferazione determina la formazione di una cellula trasformata perché la prima mutazione acquisita è una mutazione che altera la capacità della cellula di mantenere la capacità genomica a livello del DNA: il mantenimento della stabilità genetica è necessario alla cellula e se la mutazione avviene a livello di checkpoint del ciclo cellulare le impedisce di controllare efficacemente quanto il DNA è sano. Con i passaggi di proliferazione indotti la cellula può acquisire ulteriori mutazioni perché incapace di verificare se il suo DNA è sano e si ha quindi la formazione di una cellula tumorale.
4. Progressione → È una fase in cui dalla cellula trasformata ha origine una progenie di cellule tumorali che continuano ad acquisire mutazioni: se inizialmente si parla di un clone tumorale poiché deriva tutto da un'unica cellula trasformata, nei passaggi di progressione si formano altri cloni in cui le cellule figlie acquisiscono nuove mutazioni.

Le mutazioni sono alterazioni permanenti del DNA che vengono fissate nel genoma. La mutazione diventa rilevante in ambito tumorale quando viene colpito un gene che ha un effetto nell'alterazione della proliferazione cellulare. Le mutazioni possono essere di diverso tipo e causare quindi effetti differenti:

• Puntiformi → Possono essere silenti, missenso, non senso
• Frameshift → Cambiamento frame di lettura
• Aberranti → Possono essere di diverso tipo:
  • Duplicazione → Causa un incremento dell'informazione portata dalla regione genica e quindi aumento della produzione di proteine
  • Riarrangiamento cromosomico → Causa un'alterazione dell'espressione di un gene a causa della presenza di enhancer diversi
  • Traslocazione → Determina la formazione di una proteina di fusione e quindi si può avere un'espressione molto elevata della proteina o la formazione di una proteina chimerica che ha più funzioni di quelle che normalmente ha.

Le mutazioni inoltre possono anche essere distinte in:

• Ereditarie → Danno origine a tumori ereditari, non sono la causa stessa di tumore bensì sono un fattore predisponente: devono poi essere acquisite successive mutazioni perché la cellula diventi una cellula trasformata
• Somatiche → Vengono acquisite con la vita adulta.

Una cellula sana ha come elemento regolativo principale il controllo dei danni al DNA, quindi in presenza di un danno genotossico una cellula reagisce in diversi modi:

1. Blocco della proliferazione cellulare che si ferma a livello dei vari checkpoint;
2. Attivazione dei sistemi di riparazione del DNA (in alcune situazioni questo non è possibile poiché la quantità di DNA danneggiata è troppo elevata oppure la spinta proliferativa può essere talmente forte che qualche riparo del DNA viene bypassato);
3. Se viene percepito ancora del DNA alterato la cellula va incontro ad apoptosi.

Geni deregolati nel cancro

I geni coinvolti nei processi di tumorigenesi sono di due tipi:

• Oncogeni
• Oncosoppressori

Questi geni sono molto regolati e regolano a loro volta la proliferazione cellulare: nel momento in cui sono mutati perdono la loro funzione specifica determinando quindi una proliferazione incontrollata. Il secondo effetto che ne deriva è l'instabilità genetica, in parte legata alla proliferazione incontrollata che non permette di controllare i danni al DNA e quindi determina l'acquisizione di nuove mutazioni. Questi geni regolano anche i processi legati all'apoptosi: mutazioni a loro carico determinano una resistenza ad apoptosi, che rappresenta l'ultimo elemento di controllo di una cellula trasformata.

Prima di diventare oncogeni in grado di indurre tumore, questi geni vengono detti proto-oncogeni, ovvero geni che regolano positivamente la proliferazione: essi comprendono quindi tutti i geni che codificano per proteine che sentono o passano lo stimolo proliferativo dall'esterno della cellula al nucleo e che permettono di passare le fasi del checkpoint G0-G1. I proto-oncogeni quindi codificano per: fattori di crescita, recettori per i fattori di crescita, proteine della cascata di trasduzione del segnale, fattori di trascrizione. A livello di uno di questi passaggi si ha un gain-of-function che determina l'espressione in quantità eccessive di un oncogene oppure l'espressione di un gene che non dovrebbe essere prodotto.

Gli oncosoppressori sono invece quei geni che inibiscono la proliferazione cellulare e quindi comprendono tutti quei geni che tendono ad inibire la funzione dei recettori, dei fattori trascrizionali. Un'altra funzione degli oncosoppressori è il fatto che essi sono anche geni che riparano il DNA: nel momento in cui vengono mutati e perdono funzione, non sono più in grado di effettuare una riparazione quindi la cellula ha più probabilità di acquisire mutazioni.

L'alterazione a carico di oncogeni/oncosoppressori causa una mutazione a livello del ciclo cellulare: le cellule tumorali infatti effettuano un ciclo cellulare diviso in fasi come le altre cellule ma queste vengono percorse con tempi differenti, ovvero è differente il tempo in cui la cellula si ferma a livello del checkpoint a causa della mutazione di geni, e questo rende la cellula incapace di fermare il ciclo anche in presenza di danni al DNA. Questo processo è parzialmente deregolato poiché la regolazione avviene comunque sempre ad opera di molti geni ma l'accumularsi di mutazioni determina una perdita del controllo.

Riparazione del DNA

I sistemi di riparazione utilizzati per i danni al DNA sono 5:

• Riparo della singola elica
• Mismatch repair → Incrementa l'attività proofreading della polimerasi
• BER → Base-Excision Repair
• NER → Nucleotide-Excision Repair
• Riparo della doppia elica
  • HR → La cellula si trova tra la fase di sintesi tardiva e la G2 poiché il DNA replicato viene utilizzato come stampo
  • EJ → Nella prima fase S e nella fase G1, i filamenti vengono tagliati a caso e può causare traslocazioni o cicli di rottura-fusione.

L'apoptosi è l'ultimo elemento di salvaguardia della cellula e deve essere molto controllata: gli oncogeni e oncosoppressori intervengono anche su questo controllo e la gestiscono in due modi:

• Oncosoppressori → Favoriscono apoptosi quando la cellula percepisce la presenza di danni al DNA, inviando segnali pro-apoptotici: la proteina principale coinvolta è p53
• Oncogeni → Conferiscono resistenza agli stimoli apoptotici per la cellula, un esempio è il gene Bcl-2

Le cellule tumorali hanno in genere mutazioni anche a carico dei geni apoptotici che quindi ne favoriscono la sopravvivenza con un conseguente effetto a carico dell'instabilità genetica. Gli elementi che determinano instabilità genetica sono quindi:

• Acquisita capacità proliferativa
• Incapacità di riparare il DNA
• Ridotta capacità apoptotica.

Poiché gli oncogeni sono geni che hanno una funzione proliferativa e antiapoptotica in genere essi acquisiscono funzioni: è sufficiente che ci sia una sola copia del gene mutato su uno solo dei due alleli per favorire la cancerogenesi. Gli oncosoppressori invece hanno una funzione di regolazione negativa quindi affinché questa venga persa la mutazione deve essere a carico di entrambe le copie degli alleli: sono in questo modo infatti viene totalmente persa la funzione di controllo.

Biologia della cellula tumorale

In una prima fase il tumore non è ancora clinicamente detectabile poiché è più piccolo di qualche mm, anche se in realtà ha già compiuto circa 30 duplicazioni. Il grosso della vita del tumore è nella fase pre-clinica poiché da quando diventa clinicamente detectabile a quando metastatizza il numero di duplicazioni è molto più ridotto; questa fase è anche quella che determina l'acquisizione di tutte le caratteristiche che ne determinano il passaggio alle fase terminali.

Durante le 30 replicazioni si ha l'acquisizione di molte varianti a livello della massa tumorale, di nuovi cloni di cellule con caratteristiche comuni e differenti l'uno dall'altro che permettono al tumore di instaurare le fasi terminali, ad esempio: capacità di causare metastasi, non necessità di avere fattori di crescita, di sfuggire al SI. A seconda delle caratteristiche funzionali acquisite il tumore poi può essere più o meno aggressivo e determinare la fase di metastasi. A seguito della trasformazione maligna del tumore si ha una poi fase di crescita fino ad arrivare alla fase di metastasi. Un tumore benigno si differenzia da uno maligno per le fasi terminali: un tumore benigno non invade e non metastatizza, uno maligno invece sì. Il decorso clinico è prevedibile mediante una prognosi effettuata in base al comportamento biologico del tumore.