Patologia generale

15 ottobre patologia generale

La patologia generale

La patologia generale è la disciplina che ci dice perché ci ammaliamo e come lo facciamo. Il perché è studiato dalla eziologia mentre il come ci ammaliamo è la patogenesi. La malattia insorge in seguito alla perturbazione della condizione di salute e di fatto la salute si ha in una condizione di continua relazione con l’ambiente esterno. Noi ci adattiamo alle condizioni nelle quali ci troviamo e questo permette di avere un equilibrio nel nostro organismo attraverso le funzioni cellulari, dei tessuti, degli organi e degli apparati. Tali meccanismi sono detti omeostatici. Quando la malattia compare è perché tale condizione omeostatica è perturbata e dunque compromette lo stato di salute. La malattia spesso, ma non sempre, può dare dei sintomi. Ovviamente, parecchie malattie possono dare uno stesso sintomo, dunque da questi è fondamentale risalire alla causa. Altre malattie non danno sintomi, quindi è fondamentale fare screening o esami di routine per tali malattie asintomatiche. La malattia, se provoca dei sintomi, permette di fare una diagnosi e di poter proporre una prognosi (ossia come si può evolvere la malattia in termini di tempo e di esito). Sulla base della diagnosi, sintomatologia e prognosi si effettua una terapia.

Omeostasi

Omeostasi è l'insieme dei meccanismi che permettono di mantenere a livello ottimale le funzioni cellulari, dei tessuti, degli organi e degli apparati. Importante la fisiologia e anatomia. La malattia può presentarsi a diversi livelli e in questi può essere studiata la patologia:

• Epidemiologia studiata dunque a livello ambientale
• Medicina clinica la malattia applicata e inserita nell’organismo e dunque studiata a livello dell’individuo, importante il medico generale
• Fisiopatologia, lo studio della patologia a livello di organi e sistema
• Istopatologia, è la diagnosi istologica e dunque lo studio a livello del laboratorio
• Citopatologia, a livello delle cellule
• Biochimica, a livello di organello
• Biologia molecolare, a livello genetico

Controllo della proliferazione cellulare

La proliferazione cellulare è dettata da alcuni segnali che permettono il rinnovo di un tessuto o meno, e dunque che regolano la normale crescita delle cellule. Il signor Bizzozzero ha classificato le cellule in:

• Labili – cellule vegetative, intemritotiche sono cellule che hanno frequenti mitosi e dunque che continuamente hanno necessità di rinnovarsi, ossia quei tessuti a rapido rinnovamento a causa della continua perdita di cellule (ematico, epitelio mucosale, epidermide) e nel quale si deve aggiungere un compartimento staminale
• Stabili – post-mitotiche revertanti, ossia sono cellule che sono uscite dal ciclo ma capaci di rientrare all’interno del ciclo cellulare in seguito a una stimolazione (epatocita – in seguito al danno epatico si rinnova, fibroblasti, renali)
• Perenni – post-mitotiche fisse, dove non osserviamo mai la mitosi (neuronali, muscolari striate, cheratinociti)

Le fasi del ciclo cellulare - biologia

Controllo della crescita cellulare

Tale divisione è legata a sistemi molecolari che permettono il passaggio tra le varie fasi cellulari, questi complessi sono le cicline, ossia proteine e gli enzimi quali CDK (chinasi ciclina dipendente), le chinasi sono delle fosforilasi e queste si legano alla sola ciclina e dunque dipendono da questa. Tali complessi sono molto numerosi e questo dipende dal fatto che ci sono più cicline e più CDK. Le cicline sono delle molecole che compaiono ciclicamente e poi scompaiono, dunque ciclicamente sintetizzate e poi degradate e sono determinate dalle lettere:

• Ciclina D – la prima che compare in fase G0/G1
• Ciclina E – durante transizione G1/S
• Ciclina A – fase S ma rimane anche in fase G2/M
• Ciclina B – compare tardivamente in fase G2/M

Tali cicline sono delle proteine regolatrici delle CDK dove, ovviamente, ogni complesso di ciclina ha il suo enzima CDK, questo dipende anche dalla fase in cui ci troviamo. Ogni fase del ciclo cellulare è strettamente regolata da tali complessi. Molti tumori iper-trascrivono tali complessi e di fatto molto spesso hanno le cicline sempre disponibili e questo porta alla loro continua proliferazione. Quando non servono più, allora sono degradati dal proteasoma (biochimica). Questo proteasoma è un sistema enzimatico di digestione di quelle proteine che sono state marcate con ubiquitina, ossia le proteine ubiquinate (che hanno una coda di ubiquitina) dalle proteine ubiquitina-ligasi allora sono indirizzate al proteasoma ossia alla loro degradazione. Gli amminoacidi sono poi riutilizzati in seguito alla degradazione. Oltre al legame tra ciclina e CDK adatte si hanno altri meccanismi molecolari che regolano il complesso CDK-ciclina: per attivare il complesso abbiamo la necessità di fosforilare dei residui (chinasi che attiva CDK), rimuovere gruppi fosfato da altri residui (fosfatasi) e necessità di rimuovere degli inibitori del complesso stesso. La regolazione del ciclo cellulare è qualcosa di fine perché la cellula si deve dividere solo se ne ha bisogno. Gli inibitori delle CDK appartengono a due famiglie, tra questi uno è importante quale:

• P21 inibitore importante – si ritrova molto spesso come inibitore dei complessi e inoltre è associato ad un gene oncosoppressore quale P53

All’interno del ciclo cellulare è importante la transizione della fase G1 e S del ciclo e il suo controllo, con i complessi CDK4-ciclina D e CDK2-ciclina E. In tale fase è importante una proteina detta RB del retinoblastoma. La cellula in queste condizioni ha ricevuto uno stimolo che induce la divisione della stessa, dunque si produce la ciclina D grazie alla produzione del fattore di crescita prodotto dalla cellula che induce la produzione della ciclina. La ciclina D si lega alla CDK4 e il sistema va a fosforilare la proteina RB, questa rilascia un fattore di trascrizione E2F il quale va nel nucleo e inizia a trascrivere tutti i geni necessari per la divisione cellulare, ossia va a trascrivere i geni che alla cellula che entrando nella fase S ha bisogno di duplicare il DNA. Un ciclo cellulare ha una tempistica di circa (mitosi 1 ora, fase s 7/8 ore) 24 ore ma può scendere a 12 ore o aumentare 72 ore. Quando i geni per la duplicazione del DNA sono tradotti allora la cellula duplica il DNA. Meccanismo di controllo di trascrizione genica dipende anche dall’epigenetica ossia tutti quei meccanismi non genetici che controllano l’espressione genica (acetilazione e deacetilazione degli istoni che determina lo stato della cromatina aperta o chiusa relativamente), metilazione del DNA e di fatto la metilazione porta alla sua compattazione ma la sua demetilazione allora apre il DNA e lo rende trascrivibile. Dunque tali condizioni epigenetiche sono dei fattori di controllo. Quando RB è fosforilato dai complessi CDK-ciclina oltre a rilasciare E2F va anche a modificare l’aspetto epigenetico, ossia rende la cromatina aperta se prima era di fatto deacetilata e metilata (chiusa), o viceversa. Di fatto lo stato della cromatina è fondamentale per la trascrizione. Di fianco al controllo genetico ci deve essere quello epigenetico ossia stato della cromatina. Quando la cromatina è aperta allora il fattore E2F si lega al promotore e i geni che hanno un sito di legame del promotore per E2F allora sono sottoposti alla trascrizione, se E2F si lega allora si lega anche RB e questo induce la trascrizione. E2F è inattivo quando RB si lega ad esso e dunque trascrizione spenta, ma se E2f è slegato da RB allora si attiva. Dunque l’acetilazione e la deacetilazione regolano strettamente l’espressione genica a livello epigenetico, di fatto:

• L’acetilazione – è aumentata nelle zone che contengono geni attivi
• La deacetilazione – è un prerequisito per una struttura condensata e inattiva

Il meccanismo di regolazione epigenetico non prevede la trascrizione diretta dei geni ma porta alla trascrizione dei geni come conseguenza influenzando lo stato della cromatina, rendendo possibile o meno la trascrizione, mentre quello genetico prevede di fatto dei geni che vengono trascritti grazie alla presenza del promotore in maniera diretta. In seguito a tali condizioni ed eventi la cellula è divisa.

Eventi molecolari della moltiplicazione cellulare

Perché la cellula si divide? Questo avviene in seguito ad una segnalazione. I segnali tra le cellule si hanno perché di fatto queste vivono a contatto tra loro e mandano dunque più o meno segnali per comunicare. Tali segnalazioni possono essere trasmesse dal contatto cellula-cellula oppure secreti e dunque liberati nell’ambiente con un’azione a lungo/corto raggio. Questi ultimi possono essere:

• Ormoni - presenti in circolo e dunque una segnalazione endocrina che permette anche il funzionamento a grande distanza
• Paracrino - il segnale è liberato in loco, dunque recepito a breve distanza
• Autocrino - ossia un segnale che è prodotto dalla cellula per sé stessa

Ogni sorta di segnale si lega ad un recettore e dunque è una segnalazione specifica basata sulla specificità tra la molecola segnale e il recettore. Tali recettori si possono trovare in più luoghi:

• Segnali idrofili – recettori sulla membrana. La trasduzione del segnale è quella fase che segue la formazione del complesso mol.segnale – recettore e porta dunque l’informazione dal recettore al nucleo. Nei tumori molte alterazioni derivano da comunicazioni errate e in base all’alterazione possiamo identificare una tipologia di tumore e la scelta del relativo farmaco utile.
  • Legati alla proteina G – sono i primi recettori scoperti, tali recettori mobilizzano il Ca⁺ e questo induce dunque la risposta. Tale calcio è dunque un secondo messaggero utile al movimento, alla secrezione e alla mobilizzazione degli enzimi (dunque fondamentale per un sacco di conseguenze). Solitamente il Ca⁺ nella cellula si trova nel reticolo endoplasmatico e nei mitocondri. La proteina G si attiva legando il GTP e una volta legato allora attiva la fosfolipasi C-gamma e questa idrolizza un fosfolipide di membrana PIP2 in diacilglicerolo e inositolo-3-fosfato. Il diacilglicerolo attiva la PKA mentre l’altro mobilizza il calcio dalle sedi cellulari. Tali proteine G sono generalmente trimeriche, quando il C⁺ si libera si ha l’esocitosi di granuli e il citoscheletro viene modificato così che le cellule possano muoversi.
  • Tirosinchinasici – sono i più importanti i quali hanno un’attività enzimatica e fosforilano la tirosina. Identificati più di recente e la loro azione è stata ampiamente caratterizzata e molti sono bersagli farmacologici (EGFR – recettore per il fattore di crescita epiteliale). Tali recettori sono enzimi ossia hanno un dominio extracellulare per il ligando (variabile e specifico), dominio citosolico costante caratterizzato da attività enzimatica. La loro attività è legata alla capacità di fosforilare l’amminoacido tirosina. Tali recettori sono monomerici a stato inattivo ossia sulla membrana, quando arriva la molecola segnale (GF) allora si ha la dimerizzazione, questa attiva il recettore e la sua capacità tirosinchinasica fosforilando prima sé stesso e poi altre proteine vicine e questa fosforilazione fa partire la segnalazione citosolica. Dunque dalla fosforilazione dipende l’attivazione del recettore e attiva poi tutte le altre vie. Attivazione importante di tale tipo è quella delle MAP chinasi (Mitogen Activated Proteins) ossia proteine che attivano proteine per la mitosi cellulare. In tale via viene attivata una proteina come molecola segnale in seguito alla fosforilazione del recettore stesso quale RAS la quale è mutata nel 60% dei tumori umani, fino a 5/6 mesi fa non si aveva nessun farmaco che potesse targettare tale proteina ma ora si ha in fase clinica una sua molecola utile per la proteina RAS. Tale RAS è una proteina G monomerica e si attiva quando lega il GTP e si inattiva al legame del GDP. Quindi il recettore lega la proteina RAS e questa controlla la cascata delle risposte successive ossia quella delle MAP chinasi che si fosforilano tutte una dopo l’altra una catena di fosforilazione. Nella via delle MAP chinasi è importante RAF che è mutata nel 50% dei melanomi e si ha un farmaco quale VERUMAFENIB che targetta tale proteina RAF mutata. Alla fine della cascata si ha un fattore trascrizionale attivo quale AP1 la quale è formata da due proteine singole quali FOS e JUNE. Tale fattore di trascrizione AP1 permette di indurre la fase G1 facendo avanzare la cellula verso la divisione cellulare. → fattore Recettore RAF cascata di fosforilazione delle MAP chinasi (RAF) trascrizionale attivo AP1
• Altra via di recente scoperta è quella chiamata PI3K/AKT/mTOR la quale permette alla cellula di ingrandirsi e quindi di acquisire tutte quelle sostanze necessarie alla sua divisione in seguito appunto all’arricchimento della cellula madre e di tutte quelle strutture che permettono alle cellule figlie di essere autonome, induce una importante sintesi proteica. Al centro si ha la proteina mTOR, prende il nome dal farmaco ossia la RAPAMICINA che la inibisce. Da questa via tirosinchinasica si può attivare anche la via del Ca⁺ e dunque questo vuol dire che le vie di trasduzione sono vie standard ma attivate dalla trasduzione specifica di un recettore attivato.
• Sprovvisti di attività catalitica intrinseca – non sono dunque degli enzimi loro stessi ma sono accoppiati ad enzimi e sono tipici della difesa immunitaria dell’organismo.
• Segnali idrofobi (ormoni steroidei) come recettori intracellulari – allora il recettore si trova nell’ambiente intracellulare. Recettori intracellulari sono quei recettori che legano ormoni (tiroidei e steroidei) ossia segnali che sono liberamente permeabili della membrana plasmatica, ma è una trasduzione elementare e questo perché il recettore nel citosol una volta legato all’ormone allora va nel nucleo e funge da fattore di trascrizione. Via di segnalazione semplice dato il fatto che è il recettore stesso a fungere da fattore trascrizionale. In seguito al legame tra molecola segnale e recettore porta alla via di trasduzione che permette di avere la risposta, le informazioni devono arrivare nel nucleo ossia l’elaboratore di tali informazioni e la trasduzione si occupa proprio di questo.

EGFR sono i fattori di crescita. L’origine di tutto dunque è il fattore di crescita. I tumori sono autonomi ossia indipendenti dal segnale esterno che induce la divisione e questo perché in tali cellule tali segnali di induzione sono continuamente attivi. Nelle cellule in situazioni fisiologiche invece la cellula si divide se ha il segnale che lo induce. Tali segnali possono agire su una sola cellula o su più cellule le quali condividono i recettori, ma solitamente sono segnali paracrini. Questi sono tanti diversi. Nella normalità le cellule si possono dividere se hanno spazio, altrimenti si ha inibizione da contatto e di fatto questo è un segnale di inibizione. Le cellule tumorali invece, anche se nutrite di fattori di crescita, ne producono in maniera indipendente, ma queste non hanno invece tale inibizione ma anzi crescono in maniera incontrollata e dunque crescono una su l’altra. Dunque la crescita delle cellule dipende dall’interazione con i componenti della matrice extracellulare (sangue, osso, altro), ma tali segnali che arrivano alla cellula sono fondamentali.

Es: matrice extracellulare epiteliale, quale la membrana basale, la quale separa dal connettivo e solitamente le cellule non vanno al di sotto dell’epitelio ma se questo succede allora si ha un tessuto metastatico. Le molecole di adesione sono le caderine che formano le giunzioni strette, le immunoglobuline, le selectine, le integrine le quali sono alcuni bersagli di farmaci i quali dunque vanno ad agire su tale giunzione. Alcune molecole di adesione tengono unite le cellule tra loro ma altre con la matrice invece.

Il nucleo dunque acquisisce informazioni dai recettori che lega la molecola bersaglio, dunque ha la possibilità di divisione ma deve questo prima integrare altre informazioni ossia nozioni che arrivano dalla cellula che lega la matrice. Queste informazioni sono: ho perso delle cellule e le devo riprodurre? Ho spazio? Si ha una grande interazione di segnali.

Differenziamento cellulare

Il nostro organismo è fatto di cellule differenziate e di fatto il differenziamento cellulare è un importante obiettivo per ogni cellula. Ogni cellula infatti ha un indirizzamento genetico e sa in cosa evolvere, ma spesso nei tumori maligni si ha una perdita di differenziamento e dunque perdita del differenziamento dei meccanismi che lo controllano. Il differenziamento è un processo che dà origine a cellule diverse dal punto di vista fenotipico. Geneticamente hanno lo stesso patrimonio ma la differenza è che le varie cellule esprimono dati geni e altri no, specifici per tale differenziamento. I fenotipi acquisiti sono trasmessi poi immodificati alle cellule successive mediante una sorta di memoria che opera dunque mediante:

• Repressione e derepressione genica
• Metilazione del DNA
• Deacetilazione degli istoni
• Differente tipo di conformazione della cromatina

Trasmettere il patrimonio allora vuol dire trasmettere anche tale informazione epigenetica, dunque l’alterazione di un patrimonio cellulare può essere fatto sia a livello genico sia epigenetico.

Esperimento della rana di Gurdon

Tale esperimento è alla base dello studio di clonazione. Tale studio voleva capire se una cellula differenziata dell’epitelio intestinale di una rana si riprogrammata poteva dare origine ad un girino e dunque se l’informazione di una cellula differenziata era tale da consentire la generazione di un organismo ex-novo completo o se questo fosse impossibile. Prese il nucleo di una cellula differenzia...