Patologia I

Patologia generale: studio di modificazioni molecolari, strutturali e funzionali di cellule, tessuti e

organi.

Tutte queste modificazioni sono alla base di una malattia.

4 aspetti di una malattia:

- Eziologia: causa. Si identificano due classi principali di fattori eziologici:

- Di natura genetica

- Acquisiti

- Patogenesi: meccanismi di evoluzione, la sequenza di eventi che si verificano in risposta

all’agente eziologico a livello cellulare o tissutale, dallo stimolo iniziale all’espressione ultima

della malattia

- Alterazioni molecolari e morfologiche: cambiamenti strutturali indotti in cellule o tessuti,

caratteristici di una patologia o diagnostici di un processo eziologico.

- Alterazioni funzionali e manifestazioni cliniche: le alterazioni genetiche, biochimiche e

strutturali determinano come risultato ultimo lo sviluppo di anomalie funzionali responsabili

delle manifestazioni cliniche della malattia e della sua progressione.

Concetto di malattia

La malattia è un’alterazione strutturale e funzionale di una cellula, di un tessuto o di un organo,

capace di ripercuotersi sull’economia generale dell’organismo.

Essa viene distinta dallo stato morboso, che esprime un’alterazione locale incapace di far risentire i

suoi effetti sull’economia generale dell’organismo.

La differenza concettuale fra malattia e stato morboso può essere meglio chiarita attraverso esempi:

Malattia: una cancrena o un processo infiammatorio a carico di un arto; in tal caso l’evento non

• passa inosservato dal resto dell’organismo, il quale partecipa al determinismo e all’evoluzione del

processo.

Stato morboso: un’alterazione congenita a carico dello stesso arto.

•

Lo stato di malattia

La malattia è il turbamento della funzione di uno o più organi che si riflette in una modificazione

della condizione omeostatica originaria ed induce contemporaneamente uno stato di reattività

dell’organismo con la conseguenza che anche essa, così come lo stato di salute, non ha le

caratteristiche di una condizione statica ma si presenta come una condizione dinamica, cioè in

evoluzione.

Se l’agente patogeno non viene sufficientemente combattuto o eliminato la malattia può culminare

nella morte; in caso contrario si ha la guarigione che, quando è completa, comporta la cosiddetta

“restitutio ad integrum” .

Un’alternativa alle suddette possibilità è l’instaurarsi di una nuova condizione di equilibrio che

rende la malattia persistente (es: infiammazioni croniche).

Molti autori introducono nel concetto di malattia il fattore “sofferenza” che dovrebbe a loro parere

costantemente associarsi allo stato di malattia. 2

Patologia:

- Genetica

- Cellulare

- Extracellulare

- Infiammazione

- Patologia vascolare

- Crescita

Storia della patologia

È possibile un’interpretazione:

Preistorica e protostorica della malattia, concepita come un influsso magico esterno e che ancora

• sopravvive nelle culture animistiche dell’Africa

Storica

•

Nella prima concezione storica la malattia è interpretata come un disturbo globale dell’organismo

(concezione olistica): questo consiste in una rottura dell’equilibrio, che oggi chiameremmo

omeostasi, e che corrisponde grossomodo al concetto di Ippocrate.

Con la scienza sperimentale si è incominciato a vedere che le alterazioni dell’omeostasi

dipendevano da alterazioni di organi. Morgagni iniziò a correlare i sintomi con le alterazioni

patologiche rilevate nell’autopsia.

Un esempio tipico è quello delle lesioni nella cirrosi epatica, che sono descritte insieme ad altre

lesioni patologiche nel trattato “De sedibus et causis morborum per anatomen indagatis”.

In realtà l’osservazione riguarda la sede, cioè la lesione prevalente che si verifica in un organo, ma

non le cause, cioè i fattori che provocano questa lesione.

Un passo ulteriore nell’analisi dei processi morbosi lo dobbiamo al francese Bichat. Anche in

questo caso alcune osservazioni sono state fatte su patologie epatiche. In un esperimento Bichat

fece bollire in acqua alcalinizzata con soda un fegato normale e il fegato di un cirrotico; dopo un

certo tempo il tessuto epiteliale del fegato, cioè il parenchima, si consuma lasciando un residuo

molto piccolo nel caso del fegato normale e un residuo molto più grosso nel caso del fegato

cirrotico, costituito essenzialmente di connettivo. L’organismo non è in grado di recuperare le

cellule morte, la rigenerazione dei tessuti umani è molto ridotta → le cellule danneggiate vengono

sostituite da tessuto connettivo.

L’analisi si era così portata dal livello d’organo al livello del tessuto.

Nel frattempo c’è stata l’invenzione del microscopio composto (Schleiden e Schwann). Virchow ha

⇒

descritto una serie di alterazioni cellulari in diversi tipi di malattie patologia cellulare.

L’uso del microscopio elettronico ha rivelato tutta una serie di ultrastrutture all’interno delle cellule.

Le alterazioni di tali ultrastrutture possono essere presenti in alcuni processi patologici: mitocondri

che si rigonfiano, membrane del reticolo endoplasmico che si frammentano, lisosomi che si

riempiono di sostanze non digerite, ecc…

Questi organuli possono essere isolati e studiati con tecniche biochimiche o con tecniche di biologia

molecolare. 3

La correlazione struttura-funzione nasce dalla divisione del lavoro che si attua nella cellula. Tuttavia

l’attività cellulare complessiva (la vita della cellula) nasce dall’integrazione di tutte le funzioni.

L’integrazione delle funzioni cellulari avviene per mezzo di una serie di segnali intracellulari, che

possono presentare alterazioni intrinseche qualitative e quantitative come pure difetti di

accoppiamento con componenti della rete.

La patologia della comunicazione intracellulare si innesta, così, sulla patologia dei meccanismi di

comunicazione fra le cellule che coinvolgono giunzioni, per quanto riguarda i messaggi tra cellule

contigue, o i recettori e i loro ligandi, per quanto riguarda i messaggi tra cellule lontane.

Quest’aspetto delle vie di segnale, delle giunzioni e dei complessi recettore-ligando, con le

principali patologie che li coinvolgono, rappresentano uno degli aspetti principali nelle ricerche di

patologia molecolare e cellulare: verranno trattati via via che si parlerà delle diverse patologie, per

non rompere il quadro di riferimento interpretativo della lesione elementare della malattia, che si

manifesta nel modo completo solo a livello cellulare.

Il nostro riferimento è la cellula, che è la più piccola unità organizzata vivente: la cellula infatti è

il primo paziente che incontrate nella vostro carriera di studenti di medicina.

Le malattie umane si suddividono in:

1. Malattie determinate dall’ambiente: cause ambientali, es: malattie infettive

2. Malattie genetiche

3. Malattie causate da un’interazione fra cause ambientali e predisposizione genetica. Es:

aterosclerosi, diabete, ipertensione, tumori…

Malattie genetiche

Quelle che si riscontrano nella pratica medica sono la “punta di un iceberg” → il 50% degli aborti

spontanei sono dovute ad anomalie cromosomiche.

L’1% dei neonati ha malattie genetiche e nel 5% degli individui compaiono entro i 25 anni di età.

Difetti:

Ereditari

• Congeniti: presenti alla nascita, non necessariamente ereditari (es: malformazione cardiaca

• presente alla nascita), difetti nello sviluppo di embrione/feto.

Malattia di Huntington

È una malattia autosomica dominante.

È una malattia neurodegenerativa su base genetica: atrofia dello

striato e dilatazione ventricolare. Atrofia significa una diminuzione

del volume per via della perdita dei neuroni per neurodegenerazione.

Questo provoca la dilatazione del ventricolo. 4

Base genetica

La proteina huntingtina è mutata per ripetizione della tripletta CAG che codifica per la glutamina.

Normalmente la proteina codificata da un gene sul cromosoma 4 ha le triplette nella sequenza N-

terminale ripetute da 11 a 30 volte. Quando superano le 39 triplette, è patologico. L’amplificazione

delle triplette avviene durante la spermatogenesi e durante la trasmissione del corredo cromosomico

dal padre ai figli.

La ripetizione espansa delle triplette per poliglutamina fa sì che si formino degli aggregati proteici,

che formano inclusi intracellulari. Questi diventano substrato della caspasi 3, la cellula va in

⇒

apoptosi morte dei neuroni.

Si perdono efferenze inibitorie GABAergiche sul nucleo pallido.

Segni clinici

:

- Modificazioni del movimento: la corea è un movimento disordinato, a scosse, non regolato, che

può diventare anche parkinsoniano con una bradichinesia (rallentato) e una rigidità muscolare.

- ⇒

Difetti cognitivi: affettività, concentrazione, apprendimento demenza

- Difetti psichici: irritabilità, stato di ansietà…

Normalmente l’organismo ha meccanismi per eliminare le proteine alterate (misfolded):

1. Ubiquitinazione, le proteine si legano all’ubiquitina, una piccola proteina di 23 kDa, e possono

venire degradate nel proteasoma. Hanno una vita media molto breve (< 5h)

2. Autofagia, sistema più diffuso,

molto complesso. Le proteine

ubiquinate vengono legate a 2

proteine del complesso autofagico

(p62), poi vengono circondate da

complessi a doppia membrana dal

RE o dal Golgi. p62 ha una sequenza

per riconoscere l’ubiquitina e una

per riconoscere LC3 sulla

membrana. Il fagoforo è la struttura

a doppia membrana che si forma

grazie all’interazione mediata da

p62. L’autofagosoma poi si fonde

con i lisosomi → autofagolisosoma.

Nella corea di Huntington l’autofagia Figure 3. Involvement of p62/SQSTM1 and NBR1 in the degradation of

funziona male (o per una mancanza o ubiquitinated and misfolded proteins through selective autophagy. The

⇒ p62/SQSTM1

p Q and NBR1 p

proteins contain a ubiquitin-binding

q g domain (UBA

(

per un’alterazione di p62) le proteine domain), a LC3-interacting region (LIR domain) and two domains for

oligomerization and polymerization (CC and PB1 domains, respectively).

non vengono rimosse, permangono nella Using the UBA domain to interact with misfolded and ubiquitinated proteins

cellula, vengono attaccate dalle caspasi e and the LIR domain to bind to the LC3 protein, these two proteins act as

adaptors between the autophagic machinery and the ubiquitinated

i neuroni vanno incontro ad apoptosi. substrates, which will be selectively

y eliminated by

y aggrephagy.

gg p gy

This process is largely used to eliminate Tau protein aggregates that

5

accumulate during Alzheimer’s disease. Casein kinase 2 (CK2) phosphorylates

p62 to increase the affinity of the UBA-binding domain for ubiquitinated

lysines.

Am J Cancer Res 2, 397,2012

Come si può intervenire terapeuticamente: per le neurodegenerazioni si potrebbe intervenire

sostituendo le cellule striatali che muoiono (non hanno capacità rigenerativa). Le cellule del

donatore derivano (nell’animale) dallo striato fetale e si integrano nell’area riformando le

connessioni.

Le cellule del cervello embrionale sono pluripotenti, si mettono in vitro con dei mitogeni,

differenziano in varie linee nervose.

Nel cervello dell’adulto ci sono cellule staminali adulte → potrebbero essere indirizzate a

differenziare verso le cellule delle aree che vengono perse.

Ci sono cellule embrionali a livello della blastocisti.

Le cellule più usate sono cellule staminali non neurali dell’adulto (midollo, cordone ombelicale).

Trasferimento nucleare → trasferire il nucleo della cellula in un altra cellula rendendola un fenotipo

embrionale.

Studio delle basi genetiche delle malattie

La patologia genetica è iniziata verso gli anni 80 con l’inizio

della genetica molecolare, soprattutto col DNA

ricombinante.

I primi studi sono iniziati con le emoglobinopatie.

DNA ricombinante: frammenti di DNA introdotti in un

vettore di clonazione per permettere la trasformazione di

batteri, che proliferavano in un clone cellulare con il

frammento → sonda di DNA per l’ibridizzazione.

In queste malattie si conosceva la proteina alterata quindi era

più facile conoscere il gene normale, che veniva inserito nel

vettore e permetteva di trovare per ibridazione l’alterazione

del gene coinvolta nella malattia.

Non tutte le malattie genetiche potevano essere studiate in

CLONAGGIO DEL DNA

questo modo: per molte (distrofia muscolare, corea di

Huntington, fibrosi cistica) non si sapeva quale fosse la proteina

Inserimento in una cellula BATTERICA ⇒

alterata genetica inversa.

di un FRAMMENTO di DNA ETEROLOGO

legato in maniera covalente con un Per queste malattie si inizia con la clonazione posizionale: era più

“replicon”(PLASMIDE, FAGO)

Replicazione facile sequenziare il DNA piuttosto che la proteina alterata. Sapendo

la posizione del gene alterato in relazione a dei marker genici era

CLONE possibile fare vari frammenti di DNA e clonarli.

I vari frammenti del DNA della zona col gene alterato sono stati

inseriti in una cellula batterica, si formavano con la replicazione dei

cloni con all’interno le varie sequenze. A questo punto si poteva capire

in vitro

ESPRESSIONE DEL DNA CLONATO

E IDENTIFICAZIONE del PRODOTTO quale fosse la proteina alterata nelle varie malattie genetiche.

PROTEICO Siamo nell’era della post-genomica, per molte patologie non si

conosce l’esatta corrispondenza fra fenotipo e danno genico (ad esempio per la trisomia 21). 6

Categorie dei disordini genetici

1. Gene mutato (disordini mendeliani), con un difetto che viene trasmesso alla progenie

2. Malattie poligeniche: ipertensione, aterosclerosi, diabete, tumori. Hanno una causa esogena a

cui si associa una predisposizione genetica individuale o familiare.

3. Disordini cromosomici

4. Un solo gene, ma con eredità non classica (es: disordini mitocondriali)

Una mutazione è qualcosa che cambia permanentemente il DNA.

- Cellule germinali → malattie genetiche

- Cellule somatiche → tumori

Circa l’1% dei tumori sono malattie genetiche.

Le mutazioni possono essere:

Genomiche: numero di cromosomi

• Cromosomiche: assetto dei cromosomi

• Geniche: submicroscopiche

• - Sostituzione di una base

- Inserzione o delezione

Mutazioni puntiformi in sequenze codificanti:

- Missense (senza senso). Es: anemia falciforme, sostituzione glu→ val (da carico a neutro),

alterazione nella catena β che provoca un’alterazione a livello di tutto l’organismo.

- 0

Codone di stop. Es: talassemia β , manca la catena globinica. GAG → UAG.

- Delezioni o inserzioni. es: malattia di Tay-Sachs da accumulo di materiale nei lisosomi, si

accumula un ganglioside GM2 per un difetto a livello della catena α di un enzima. La mutazione

vede l’inserimento di 4 basi nella sequenza dell’esosaminidasi A → altera la struttura di lettura

dell’mRNA.

- Delezione di 3 basi: fibrosi cistica. Non c’è cambiamento strutturale del DNA, si perde una

tripletta che corrisponde alla fenilalanina e la proteina è un canale del cloro. Basta la mutazione a

far perdere la funzione del canale.

Mutazioni in sequenze non codificanti:

1. Sequenze promotrici e amplificatrici. Es: anemie emolitiche ereditarie, riduzione o mancanza

completa della trascrizione

2. Introni: difetto di inizio trascrizione, difetti nell’mRNA maturo

Mutazioni autosomiche: parziale espressione nell’eterozigote, totale nell’omozigote (molto più

grave).

Anemia falciforme: mutazione GLU → VAL, proteina S. Nell’eterozigote c’è solo una parte di

HbS, nell’omozigote c’è il 100% di HbS e quindi c’è la malattia.

Pleiotropismo: una mutazione puntiforme dà una serie di alterazioni a livello dell’organismo, con

effetti fenotipici multipli che possono sembrare non correlati. 7

L’espressione del gene può essere:

- Dominante

- Recessiva

- Codominante

Malattie autosomiche dominanti

! Si manifestano allo stato eterozigote, uno dei genitori porta la malattia

- 50% dei figli malati

- Penetranza ridotta: percentuale di insorgenza pur avendo ereditato l’allele mutato

- Espressività variabile: individui che ereditano l’allele alterato possono avere patologie di gravità

diversa.

Molte volte, anche se uno dei genitori dovrebbe avere la malattia, può succedere che nessuno dei

due sia malato per una mutazione o nella gametogenesi o durante la trasmissione del materiale

genetico.

poliposi familiare del colon

La è una dei pochi tumori in cui, nonostante i tumori siano

benigni (polipi, solitamente asportabili), si formano migliaia di polipi nel colon e questo rende

impossibile l’asportazione. I polipi possono diventare anche maligni, nel tratto intestinale, per il

passaggio delle feci → rottura e nuova formazione dei polipi, nella riformazione si può inserire una

mutazione che ne determina la trasformazione in tumore maligno.

Ipercolesterolemia familiare

Nel sangue c’è un aumento dei livelli di colesterolo.

Incidenza 1:500 individui, una delle patologie genetiche più diffuse. Difetto: recettore dell’LDL.

- Perdita del controllo a feedback della biosintesi

- Aumento del colesterolo in circolo (2 volte nell’eterozigote, 5/6 volte nell’omozigote)

⇒ aterosclerosi.

La captazione avviene a livello delle fossette rivestite di clatrina, tipicamente a livello degli

epatociti, grazie ai recettori delle LDL. Negli endosomi con i lisosomi viene degradata la parte 8

proteica e liberato il colesterolo, che a

feedback inibisce sia la sua sintesi (HMG-

CoA reduttasi) sia ne