Patologia I

Patologia generale

Patologia generale: studio di modificazioni molecolari, strutturali e funzionali di cellule, tessuti e organi. Tutte queste modificazioni sono alla base di una malattia.

Quattro 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.

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.

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

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.

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 ubiquitinate 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 funziona male (o per una mancanza o per un’alterazione di p62) le proteine non vengono rimosse, permangono nella cellula, vengono attaccate dalle caspasi e i neuroni vanno incontro ad apoptosi.

Figure 3. Involvement of p62/SQSTM1 and NBR1 in the degradation of ubiquitinated and misfolded proteins through selective autophagy. The p62/SQSTM1 and NBR1 proteins contain a ubiquitin-binding domain (UBA domain), a LC3-interacting region (LIR domain) and two domains for oligomerization and polymerization (CC and PB1 domains, respectively). Using the UBA domain to interact with misfolded and ubiquitinated proteins and the LIR domain to bind to the LC3 protein, these two proteins act as adaptors between the autophagic machinery and the ubiquitinated substrates, which will be selectively eliminated by aggrephagy. This process is largely used to eliminate Tau protein aggregates that 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 questo modo: per molte (distrofia muscolare, corea di Huntington, fibrosi cistica) non si sapeva quale fosse la proteina alterata → genetica inversa.

Clonaggio del DNA.

Inserimento in una cellula batterica → di un frammento di DNA eterologo legato in maniera covalente con un “replicon” (plasmide, fago).

Replicazione.

Clone.

Espressione del DNA clonato e identificazione del prodotto proteico.

Per queste malattie si inizia con la clonazione posizionale: era più facile sequenziare il DNA piuttosto che la proteina alterata. Sapendo la posizione del gene alterato in relazione a dei marker genici era 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 quale fosse la proteina alterata nelle varie malattie genetiche.

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).

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 β⁰, 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.

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 poliposi familiare del colon 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 proteica e liberato il colesterolo, che a feedback inibisce sia la sua sintesi (HMG-CoA reduttasi) sia ne