Patologia generale - le malattie

FAGOCITOSI DELLE CELLULE O DEI CORPI APOPTOTICI

da parte delle cellule sane adiacenti, sia parenchimali sia macrofagiche: i corpi apoptotici vengono rapidamente degradati al livello dei lisosomi e le cellule adiacenti migrano o proliferano per rimpiazzare lo spazio precedentemente occupato dalla cellula apoptotica ora eliminata.

L'evento principale è l'attivazione di certe proteasi che scindono i legami proteici: le CASPASI (proteasi cisteiniche in numero di 14), tagliano un sito a valle dell'acido aspartico; in seguito entrano in gioco altre proteine: le TRANSGLUTAMINASI, determinano l'addensamento che si ripercuote nel fenotipo cellulare: si ha la formazione di legami fra proteine diverse che normalmente non si legano (LEGAMI CROCIATI). Si attivano, dopo le CASPASI, le ENDONUCLEASI che tagliano il DNA in modo caratteristico a livello delle zone internucleosomiche, creando frammenti di 180-200 coppie di basi e/o multipli di esse, visualizzabili e caratterizzanti.

Nell'elettroforesi il profilo caratteristico e non specifico delle cellule in apoptosi è detto LADDER: questo profilo non è esclusivo delle cellule apoptotiche, in quanto è possibile ritrovarlo anche nella necrosi, anche se risulta 10 più frammentato. Apoptosi è visibile mediante un diagramma citoflorimetrico.

Alcuni stimoli sono diretti altri meno.

INNESCO: dovuto a vari stimoli fra cui le radiazioni o la mancanza dei fattori di crescita, la presenza di cellule nocive. Sulla cellula sono stati individuati i recettori di morte: FAS e TNF.

CONTROLLO (integrazione) E REGOLAZIONE

Coinvolge proteine inducenti o inibenti.

FASE EFFETTRICE: porta alla formazione dei corpi apoptotici, in cui alcuni stimoli innescano subito questa fase. Se il danno è massivo p53 innesca l'apoptosi. Nel caso della morte dei linfociti T citotossici: l'enzima interagisce subito nella fase effettore, con opportuni meccanismi di regolazione.

BIOCHIMICHE

Le cellule apoptotiche solitamente mostrano una serie di particolari modificazioni biochimiche che sono alla base delle alterazioni strutturali descritte. Alcune di queste caratteristiche si possono osservare anche nelle cellule necrotiche, ma altre sono più specifiche.

TAGLIO DELLE PROTEINE

1. Una caratteristica specifica dell'apoptosi è l'idrolisi proteica che coinvolge l'attivazione di alcuni membri della famiglia delle proteasi cisteiniche recentemente scoperti e chiamati CASPASI. Il taglio della matrice nucleare e delle proteine del citoscheletro da parte delle caspasi è alla base delle caratteristiche alterazioni strutturali del nucleo e del citoplasma che si osservano nelle cellule apoptotiche. L'attività delle caspasi innesca anche le ENDONUCLEASI.

FORMAZIONE DI LEGAMI CROCIATI TRA LE PROTEINE

2. La formazione di un grande numero di legami crociati mediante attivazione delle TRANSGLUTAMINASI converte le proteine citoplasmatiche.

ROTTURA DEL DNA

Le cellule apoptotiche mostrano una modalità caratteristica di rottura del DNA in frammenti di 50-300 kb. A ciò segue il taglio del DNA a livello intenucleosomiale in frammenti multipli di 180-200 paia di basi ad opera di ENDONUCLEASI Ca e Mg++ dipendenti. I frammenti sono visibili in elettroforesi su gel di agarosio come una scala (ladder) di DNA. Inoltre, l'attività endonucleasica costituisce la base per identificare la morte cellulare mediante metodiche citochimiche che riconoscono la rottura a doppia elica del DNA.

Comunque, la rottura del DNA a livello intenucleosomiale non è specifica dell'apoptosi. Soprattutto la striscia visibile sul gel dovuta a frammentazione del DNA e ritenuta indicativa di necrosi, può semplicemente essere la fase finale di un processo autolitico, mentre tipici aspetti a scala possono essere anche osservati in cellule

necrotiche.

RICOGNIZIONE FAGOCITARIA

4. Le cellule apoptotiche esprimono FOSFATIDILSERINA a livello dello strato esterno della membrana plasmatica, poiché questo fosfolipide è scivolato al di fuori dello strato interno. In alcuni tipi di apoptosi viene espressa anche la TROMBOSPONDINA, una glicoproteina adesiva. Queste alterazioni permettono il riconoscimento precoce delle cellule morte da parte dei macrofagi e delle cellule vicine e consentono la fagocitosi, senza il rilascio di componenti cellulari ad azione pro infiammatoria. In questa maniera la risposta apoptotica elimina le cellule con compromissione minima del tessuto circostante.

MECCANISMI

Considerando le condizioni in cui si verifica apoptosi elencate sopra, si può dedurre che l’apoptosi può essere attivata da una mancanza di un ormone o di serie di segnali. Questi vanno dalla crescita, all’interazione di un ligando col rispettivo recettore, fino a specifici agenti lesivi.

Inoltre, esiste una relazione coordinata,

ma spesso inversa, fracrescita cellulare ed apoptosi. Infatti essa è importante nelregolare la densità di una popolazione cellulare normale, e lasoppressione della morte cellulare apoptotica è determinate nellacrescita neoplastica. Per questi motivi, i meccanismo che stannoalla base sono soggetti di intensi studi. Osservazioni sul nematodecenorarhabditis elegans, il cui sviluppo evolve secondo modalitàmolto riproducibili di crescita cellulare seguita da morte cellulare,hanno enormemente aumentato la conoscenza dei meccanismocoinvolti. Hanno permesso l'identificazione di geni specifici e deiloro omologhi nei mammiferi che possono sia iniziare sia inibire lamorte cellulare.

L'apoptosi è l'evento finale di una cascata di eventi molecolaridipendenti da energia, iniziata da stimoli specifici. L'apoptosiconsiste di quattro componenti distinte ma sovrapposte.

SEGNALI DI INIZIO che attivano l'apoptosi

• CONTROLLO ED INTEGRAZIONE

in cui molecole regolatrici•ad attività positiva e negativa, inibiscono, stimolano o prevengonol'apoptosi e quindi ne determinano l'esito

13 FASE EFFETTRICE COMUNE che consiste nell'attuarsi della•morte programmata, ed è effettuata in larga misura dalla famigliadelle proteasi caspasiche

RIMOZIONE DELLE CELLULE MORTE mediante fagocitosi•SEGNALI

I stimoli apoptotici generano segnali che sono trasmessiattraverso la membrana cellulare a molecole regolatriciintracellulare o sono direttamente indirizzati a molecole bersagliopresenti all'interno della cellula.transmembrana

I segnali possono essere determinanti negativi opositivi di apoptosi. Per esempio, alcuni ormoni, fattori di crescita o citochine generano cascate di trasduzione del segnale chesopprimono i programmi di morte preesistenti e sono quindi normalistimoli di sopravvivenza. Al contrario, l'assenza di alcuni di questifattori elimina la soppressione di programmi di morte e

Quindi innesca l'apoptosi. Altri regolatori positivi di apoptosi a livello della membrana plasmatica sono le interazioni ligando-recettore i cui segnali attirano la morte programmata. I più importanti esempi di questo gruppo sono rappresentati dalle "vie della morte". Tali vie sono attivate dal legame dei ligandi appropriati con i recettori di membrana appartenenti alla superfamiglia del recettore del fattore di necrosi tumorale (TNFR). Fattori morfogenetici, fattori di crescita e di differenziamento coinvolti nello sviluppo dell'embrione possono agire sia come regolatori positivi che negativi. Anche segnali intracellulari possono causare apoptosi. Esempi di questo genere comprendono il legame di glucocorticoidi ai loro recettori nucleari, agenti chimico fisici come il calore, le radiazioni xenobiotici, l'ipossia e le infezioni virali.

FASE DI CONTROLLO E INTEGRAZIONE

Questa fase è attenuata da specifiche proteine che collegano i segnali di morte al programma esecutivo.

Queste proteine sono importanti perché la loro azione può indurre la cellula ad intraprendere irreversibilmente il programma apoptotico o l'aborto14 dei segnali potenzialmente letali. Le proteine coinvolte in questa regolazione hanno significato clinico: determinano la vita o la morte delle popolazioni cellulari coinvolte in importanti processi biologici e possono quindi influenzare le fasi del processo patologico.

Questa fase si attua comunemente secondo due schemi non mutuamente esclusivi. Il primo coinvolge la trasmissione diretta del segnale al meccanismo di esecuzione attraverso specifiche PROTEINE ADATTATRICI, come nel modello Fas-ligando del Fas o nell'uccisione dei linfociti T citotossici. Il secondo coinvolge i membri della famiglia delle proteine Bcl-2 che giocano un ruolo fondamentale nella regolazione dell'apoptosi, modulando la funzione mitocondriale. Come detto in precedenza gli agonisti della morte cellulare possono generare segnali che colpiscono i

mitocondri indue maniere:
I segnali apoptotici determinano transizione di permeabilità mitocondriale. La formazione di pori nella membrana mitocondriale interna provoca riduzione del potenziale di membrana e rigonfiamento mitocondriale.
I segnali possono anche causare aumento della permeabilità mitocondriale esterna, rilasciando un fattore di innescodell'apoptosi, il citocromo c, che passa dai mitocondri al citosol. Il citocromo c è localizzato tra la membrana mitocondriale interna e quella esterna ed è una componente integrale ma solubile della catena respiratoria.
Il rilascio del citocromo c precede le modificazioni morfologiche dell'apoptosi, a dimostrazione del fatto che si verifica precocemente, in accordo con l'ipotesi di una sua funzione regolatoria.
Diverse proteine regolano questi eventi di permeabilità mitocondriale, ma le più importanti sono i membri della famiglia Bcl-2, coinvolte in un importante modalità di

insorgenza del cancro. Bcl-2, omologo del gene antiapoptotico Ced-9 del C. elegans nei mammiferi, è situato nella membrana mitocondriale esterna, nel reticolo endoplasmatico e nella membrana nucleare. La sua funzione è regolata da altri membri della famiglia. Mediante legame selettivo a Bcl-2 questi possono alterare l'attività di Bcl-2 e promuovere l'apoptosi o inibire il processo. Bcl-2 sopprime l'apoptosi in due modi: direttamente, agendo sui mitocondri per prevenire l'aumento di permeabilità e indirettamente mediante l'interazione con altre proteine. Si ritiene che