Patologia, apoptosi

Il segnale apoptotico arriva al bersaglio mitocondriale causando la variazione della

permabealità della membrana mitocondriale ,in questo modo il citocromo C può fuoriuscire

all’ esterno, trasloca nel citoplasma in una regione in cui si trova la proteina Apaf-1, che

lega una pro-caspasi 9. Il legame citocromo C- Apaf-1 determina il clivaggio o taglio di una

porzione delle pro-caspasi che viene così attivata in caspasi 9, la quale determina a sua

volta l’attivazione o clivaggio delle caspasi esecutrici (3). L’insieme dell’ Apaf-1 e pro-

caspasi-citocromo C prende il nome di apoptosoma, un complesso multi proteico,

responsabile dell’attivazione della pro-caspasi 9 a caspasi 9. Contemporaneamente al

citocromo C vengono rilasciati anche altri fattori pro-apoptotici AIF e la proteina

smac/diablo, con le quali la cellula garantisce il riuscimento del processo apoptotico, le

quali si legano alla famiglia delle proteine IAPS (inibitori dell’apoptosi) , che contrastano

segnali apoptotici casuali che possono pervenire alla cellula. Smac/diablo e le proteine

pro-apoptotiche inibiscono gli inibitori dell’apoptosi (IAPS) sono quindi promotori

dell’apoptosi.

Proteine che possono collegare la via estrinseca alla via intrinseca,la bid è attivata dalla

pro-caspasi 8 che opera il clivaggio del bid il quale così migra dal citosol al mitocondrio, in

cui causa aumento della permeabilità mitocondriale consentendo la fuoriuscita del

mitocondrio C, quindi l’attivazione della caspasi 9 e della caspasi 3 (via intrinseca).

La convergenza delle due vie garantisce alla cellula l’esecuzione del processo.

Acronimo caspasi : Cystenyl aspartate proteinases.

La cistein-proteasi possiede un sito attivo cisteinico ed operano il taglio proteolitico dei loro

substrati specifici a livello di residui di acido aspartico (se ne conoscono circa 15).

Sono presenti in tutte le cellule animali in forma inattiva, come zimogeni inerti, pronte

all’uso, composti da 3 domini, un dominio N-terminale e 2 domini di PM p10 e p20.

In relazione alla loro funzione e ai tempi di attivazione, le caspasi vengono distinte

in 2 gruppi principali:

-caspasi 8 e 9, pro-caspasi di inizio;

-caspasi3, 6 e 7 caspasi esecutrici.

Le proteine esecutrici sono coinvolte nella degradazione del citoscheletro, attivano

endoribonucleasi responsabili della frammentazione del DNA, attivano proteine deputate

alla trascrizione, alla duplicazione e alla riparazione del DNA.

Le caspasi esecutrici sono in grado di indurre l’attivazione di enzimi che sono responsabili

delle modificazioni morfologiche a carico delle cellule.

Il processo apoptotico è strettamente regolato da 2 classi di proteine:

-IAPS, inibitory apoptosi proteins;

-proteine della famiglia della Bcl-2.

Svolgono un’azione inibitoria sulle caspasi. Vengono indicati come HIAP1, HIAP2, XIAP,

NIAP, Survivin e livin 01.08

Tra queste le XIAP, legandosi alla caspasi-3 inibisce entrambe le vie apoptotiche,

intrinseca ed estrinseca.

L’azione della proteina XIAP può essere inibita mediante legame con la proteina

mitocondriale SMAC/DIABLO.

La famiglia delle Bcl2 include le proteine pro-apoptotiche e anti-apoptotiche, che svolgono

azioni opposte.

Si dividono in tre gruppi, in base a criteri di omologia di sequenza e funzione:

-proteine anti-apoptotiche (Bcl-2, Bcl-xl) presentano 4 brevi domini (BH1, BH2, BH3,

BH4) e un dominio C-terminale idrofobico che costituisce il sito di ancoraggio al

mitocondrio. Esse prevengono l’apoptosi.

-proteine pro-apoptotiche (Bax, BAD, BEL-XS) mancano del dominio BH4.

-proteine pro-apoptotiche (BID e BIK) conservano inalterata una sequenza di 12-16 Aa

del dominio BH3. Inducono l’apoptosi.

La famiglia delle proteine Bcl-2 possono formare eterodomini (diverso tipo di proteine, che

possono neutralizzarsi) o omodimeri (stesso tipo di proteine), che svolgeranno un’azione

anti o pro-apoptotica a seconda che prevalgano le proteine anti- o pro-apoptotiche.

La regolazione ad opera delle proteine Blc-2 è strettamente correlata alla quantità di

proteine pro- o anti- apoptotiche presenti.

La famiglia delle proteine Bcl-2 regola l’apertura o la chiusura dei pori sulla membrana

mitocondriale, in base alla loro organizzazione strutturale, le proteine pro-apoptotiche Bax

si organizzano a formare un poro attraverso il quale fuoriesce il citocromo C. Al contrario,

la presenza della Bcl-2 sulla membrana mitocondriale determina la chiusura del poro,

contrastando l’azione della proteina Bax. In prevalenza di proteine Bax, che viene

maggiormente sintetizzata in caso di stimolo apoptotico, e che sono localizzate di solito

nel citosol, migrano nel mitocondrio, inducendo l’apoptosi, mentre in presenza di una

maggiore quantità di Bcl-2, che consente di mantenere inalterata la permeabilità

mitocondriale, l’apoptosi viene fermata.

La proteina Bcl-2, a sua volta ha una funzione strettamente correlata alla proteina p-53

legata alle proteine pro-apoptotiche. La p-53 (oncosoppressore) ha le seguenti funzioni:

-regolazione ciclo cellulare

-induce l’apoptosi

-prevenzione di mutazioni al DNA

-interviene in caso di stress ossidativo.

La p53, anche conosciuta come proteina tumorale 53 (gene TP53), è un fattore di

trascrizione che regola il ciclo cellulare e ricopre la funzione di soppressore tumorale.

La sua funzione è particolarmente importante negli organismi pluricellulari per sopprimere i

tumori nascenti.

La p53 è ha un ruolo di preservazione della stabilità attraverso la prevenzione delle

mutazioni. Deve il suo nome alla semplice massa molecolare: pesa infatti 53 kDa.

La p53 interviene in molti meccanismi anti-tumorali:

-attiva la riparazione del DNA danneggiato.

-può mantenere il ciclo cellulare fermo nel punto di regolazione G1/S (controllo dei danni

sul DNA).

-può dare inizio all’apoptosi, la morte cellulare programmata, nel caso il danno al DNA sia

irreparabile.

-Altra importante funzione di soppressione tumorale di p53 è l’inibizione dell’angiogenesi

(sviluppo di nuovi vasi sanguigni a partire da altri già esistenti).

Nelle cellule normali p53 è solitamente inattiva, legata alla proteina MDM2 che inibisce la

proteina e ne promuove la degradazione funzionando come una ligasi dell’ubiquitina.

La p-53 è regolata negativamente dalla MDM2.

L’attivazione di p53 (che avviene mediante una fosforilazione) è indotta in seguito al danno

al DNA, dovuto a vari agenti cancerogeni come i raggi UV, oncogeni attivati, e farmaci o

altre sostanze che danneggiano il DNA.

Una volta attivata, p53 causa l’arresto del ciclo cellulare, con il fine di evitare la

proliferazione della cellula mutata e per preservare la propagazione del danno al DNA, in

modo che non diventi una MUTAZIONE, comportandosi da FATTORE DI

TRASCRIZIONE, e attiva la trascrizione di molti geni, legandosi a livello del DNA, nella

regione promotrice dei geni che codificano per proteine coinvolte nel riparo del DNA. Nel

caso in cui il danno venga riparato la p-53, dopo aver svolto la sua funzione di attivazione

dei geni e quindi degli enzimi di riparo, viene degradata in seguito all’attività della proteina

MDM2, ed il ciclo cellulare prosegue normalmente. In caso in cui, invece, il danno al DNA

non possa essere riparato, poiché irreversibile, la p-53 determina l’attivazione del gene

che codifica per la proteina Bax, quindi attiva la trascrizione della proteina pro-apoptotica

Bax, la quale aumenta la sua concentrazione a livello citosolico e andrà ad attivare la via

apoptotica intrinseca mitocondriale, aggregandosi in dimeri a livello della membrana

mitocondriale, determinerà la formazione di pori attraverso i quali i citocromi C potranno

fuoriuscire. Il citocromo C si lega all’Apaf il quale attiva la procaspasi-9 in caspasi 9, la

quale a sua volta attiva la caspasi 3.

Per poter essere facilmente riconosciute, si ha la traslocazione della fosfatidilserina verso

la superficie del corpo apoptotico, e si lega a particolari recettori che riconoscono il corpo

apoptotico e che sono legati a dei fagociti. Il corpo apoptotico viene inglobato dal fagocita,

si forma un fagolisosoma il quale si fonderà con un lisosoma il quale libera così gli enzimi

idrolitici che catalizzano la degradazione dei corpi apoptotici, in questo modo si evita la

liberazione nell’ambiente esterno del materiale da digerire e questo impedisce l’instaurarsi

del processo infiammatorio che, invece, caratterizza la necrosi.

La fagocitosi avviene per opera dei macrofagi o nel fegato da parte di epatociti con

capacità fagocitarie.

...Riassumendo...

Via estrinseca

↓

Ligando

↓

Attivazione recettore e dominio di morte (Fas)

↓

Legame con proteine adattatrici (Fadd)

↓

Attivazione pro-caspasi 8

↓

Attivazione pro-caspasi 3

↓

APOPTOSI

Via intrinseca

↓

stimolo dannoso (danni al DNA causati da U.V.)

↓

Attivazione p-53

↓

Trascrizione geni pro-apoptotici

↓

Rilascio citocromo c

↓

Attivazione procaspasi 9, proteine Bax della famiglia Bcl-2

↓

Attivazione delle procaspasi 3

↓

APOPTOSI.

L’attivazione della via estrinseca, dopo attivazione caspasica, può determinare

l’attivazione della via intrinseca, mediante la proteina Bid, che attiva quindi la via

mitocondriale, favorendo la riuscita del processo apoptotico.

La caspasi che si attiva varia a seconda del tipo cellulare, esistono anche processi

apoptotici caspasi-indipendenti.

Gli epatociti sono cellule stabili che possono andare incontro a proliferazione in seguito a

vari tipi di stimoli, o stress, con lo scopo di ripristinare la massa cellulare originaria.

Il citocromo si lega all’apoptosoma costituito da una struttura complessa, tra cui caspasi

12.

La membrana cellulare, nell’apoptosi appare integra, fino al momento in cui la cellula

muore mentre appare distrutta nella necrosi.

La frammentazione del DNA nella necrosi è casuale mentre nell’apoptosi è catalizzata da

endonucleasi, e si ha la formazione di multipli di 180 paia di basi.

Modificazioni nucleari nella necrosi: cariolisi, picnosi e cario lessi.

La necrosi coagulativa si ha quando prevale la denaturazione proteica.

La caspasi 3 è comune alla via intrinseca ed estrinseca.

Il substrato delle caspasi di inizio sono le caspasi esecutrici, le quail attivano gli enzimi

responsabili delle modificazioni morfologiche.

- Alterazioni lisosomiali (catabolismo lisosomiale, autofagia, eterofagia), R.E.liscio

+

(serbatoio Ca2 → ipertrofia → aumentata richiesta metabolica. NEL R.E. SONO

LOCALIZZATE LE P450 OSSIDASI), alterazioni mitocondriali, alterazioni del citoscheletro.

- Accumuli intracellulari: steatos