Patologia Molecolare

PATOLOGIA

12/02/2019

1. MANIFESTAZIONI PATOLOGICHE O MORBOSE (MALATTIA)

Il fenomeno morboso e la deviazione della norma di un carattere

• morfologico biochimico, cioè la deviazione di un corretto funzionamento

di un tessuto o di un organo.

Può essere presente seza provocare sintomatologia. Ad esempio un

abrasione (perdita degli strati più superficiali dell'epidermide) che non lesiona i

vasi; l'arrossamento della cute in seguito alla dilatazione della parete dei vasi

superficiali del derma è dovuta all'esposizioe ai raggi solari, e solo ciò causa

una successiva febbre;

Il processo morboso è la conseguenza di più fenomeni morbosi ed è

• indice di una maggiore gravità. Ad esempio l'infiammazione;

Lo stato morboso è la manifestazione patologica stazionaria nel quale

• possono subentrare fenomeni di adattamento che possono rendere un

individuo più suscettibile alla compara si manifestazioni patologiche. Ad

esempio la mancanza congenita di un rene che causa l'ipertrofia del rene

supersteite, che a sua volta può provoca la malattia (miopia);

La malattia è l'apice delle manifestazioni patologiche. E' una condizione

• dinamica che si manifesta con alterazioni anatomiche e della dunzione di

uno o più organi, turbando l'omeostasi origniale ed inducendo l'intero

organismo ad uno stato di reattività.

2. EVOLUZIONE DELLA MALATTIA

Le malattie possono evolvere (o devolvere) in diversi stadi:

Guarigione: eliminazione o neutrailizzazione dello stimolo lesivo;

• Cronicizazione: si fverifica quando la causa non è eliminata o lo è solo

• parzialmente. Comoporta un nuovo rapporto tra capacità reattivita

dell'organismo e aggresività dell'agente patogeno. Si modificano i

sintomi. E' come un equilibrio tra malattia ed organismo;

Morte: la reazione dell'organismo diventa insufficiente a controbattere

• gli stimoli lesivi dell'agente eziologico;

La malattia provoca quasi sempre fenomeni soggettivi (sentiti dal

• paziente) ed oggetivi (indivudiati dal medico attraverso esami fisici o

esami di laboratorio, con prelievi) - Sintomi

3. EZIOLOGIA E PATOGENESI

L'eziologia è la causa unica (ad esempio una malattia genetica,

• intossicazione o un trauma) o multipla (la combinazione di due o più

fattori, per esempio una predisposizione genetica più un infezione

batterica) di una manifestazione patologica;

La causa unica è l'elemento necessario ed indispensabile affincheé si

• sviluppi la malattia, è un determinante sufficiente;

Le cause che possono essere endogene od esogene;

• Gli agneti eziologici possono essere determinanti, quando sono

• direttamente responsabili della comparsa delle manifestazioni

patologiche;

4. LE MALATTIE

Malattie acute: malattie in cui il processo patologico o in cui la

• sintomatologie appare improvvisamente. Hanno un' evoluzione rapida;

Malattie croncihe: sono malattie lente e portano ad un progressivo

• declino delle funzioni fisiologiche. Si alternano fasi di remissione e di

riacutizzazione;

Malattie idiopatiche: anche definite malattie primitive. Non sono legate

• a cuase esterne. Cioè non sono determinate da cause apparenti;

Malattie iatrogene: sono malattie che si sviluppano in conseguenza ad

• un trattamento farmacologico;

Malattie congenite: sono malattie che si manifestano sin dalla

• nascinta. Genetiche o acquisite

4.1 AGENTI FISICI COME CAUSA DI MALATTIA

Traferimento di energia meccanica. Ciò avviene quando una forza

• viene applicata ad un organismo da una massa in movimento (abrasioni,

feritem rotture, contusioni, fratture etc.)

Corrente elettrica: trasferimento di cariche elettriche attraverso un

• conduttore.;

Calaore e basse temperature: trasferimento per conduzione,

• convenzione o irraggiamento; Risulta in ustioni di 1,2,3 e 4 grado;

Radiazioni ionizzanti: sorgenti radioattive naturali, radiazioni cosmiche

• fonti artificiali usate anche nella medicina nucleare. Causano dalli al DNA,

RNA, proteine e formazioni di radicali (danni indiretti);

Radiazioni ultraviolette: UV-C (non penetrano l'ozono), UV-A (totale) e

• UV-B (parziale).

4.2 AGNETI CHIMICI COME CAUSA DI MALATTIA

L’effetto biologico è strettamente dipendente dalla natura e dalle

• cartteristiche di reazione dei diversi agenti chimici;

Tra le molecole piu’ inquinanti figurano: la formaldeide, benzene,

• biossido di azoto, asbesto, fumo di tabacco;

Anche i farmaci sono agenti chimici; essi sono in grado di agire su uno

• o piu’ target specifici per indurre una risposta biologica;

L’assorbimento degli agenti chimici avviene per inalazione, ingestione

• o contatto.

Il livello di tossicità di una sostanza viene espresso come dose minima

• letale, che rappresenta la quantità minima utile ad uccidere tutti gli

animali di una specie, di un certo peso, in un certo tempo;

Dal punto di vista statistico è piu’ attendibile esprimere la tossicità come

• la dose letal al 50%, che indica la quantità minima di sostanza in grado di

uccidere il 50% di animali di una specie, di un certo peso, in un certo

period di tempo.

4.3 ALIMENTAZIONE COME CAUSA DI MALATTIA

La sovra-alimentazione e la sotto-alimentazione sono delle cause di malattie

(obesità, mancanza di leptina, grelina, anoressia, ecc.). Ci sono anche dei

sindromi metabolici – diabete.

Le intolleranze alimentari insorgono dopo l'ingestione di un specifico

alimento, e non sono mediate dal sistema immunitario. Possono essere

causate dal mancato metabolismo del prodotto ingerito perché un enzima è

assente o addirittura mutato.

La malattia celiaca è una malattia genetica con poatogenesi

autoimmunitaria, dovuta alla produzione di anticorpi IgA (anti-gliadina,

un componente del glutine). La produzione de questi anticorpi causa un quadro

infiammatorio cronico nei villi intestinali e innescano una sindrome da

malassorbimento. Esitono anche malattie alimenari autoimmune: come ad

esempio la Sindrome di Chron che colpisce l'intestino.

5. ESEMPIO DEL CORNYEBACTERIUM DIPHTERIA

Le manifestazioni patologiche non sono direttamente dovute dalla presenza del

battere, ma dalla potente tossina che essi producono.

La tossina penetra all'interno delle cellule dove blocca la sintesi proteica e

causa la morte della cellula. La prevenzione (profilassi) si effettua con la

vaccinazione. Gli Ab nautralizzano la tossina.

In una persona non vaccinata si può inoculare in un malato il siero di un

animale precedentemente vaccinato.

6. CONCETTI DI PATOLOGIA MOLECOLARE: PRIMO – TERMINOLOGIA

Locus genetico --> posizione di un gene sul cromosoma.

• Mutazioni --> cambiamenti nella sequenza di DNA (non

• necessariamente con cambiamenti che hanno un effetto deleterio

sull'organismo;

Polimorfismo --> cambiamento in una sequenza del DNA presente in

• almeno 1% delle popolazione;

DNA --> nucleare o mitocondriale (più o meno 16.5 kb);

• I geni costituiscono circa il 5% del DNA nucleare totale.

• Ci sono circa 26.000 geni nel genoma umano ma attraverso meccansimi

• di splicing alternativo vengono tradotti in 60.000 proteine

6.1 CONCETTI DI PATOLOGIA MOLECOLARE: SECONDO – DNA, RNA ED

ALTRI ELEMENTI

Pseudogeni- contengono sequenze derivanti da geni funzionanti ma

• contengono mutazioni che li rendono non-funzionanti. Si trovano in

regioni genomiche che sono state duplicate: es. cluster dei geni alfa e ß-

globina, regioni codificanti HLA classe I e II.

Simple sequence repeats (SSR) sequenze corte di DNA, ripetute testa-

• coda; la loro lunghezza puo’ variare e si possono trovare all’interno di

geni o in sequenze non codificanti. Sono importanti dal punto di vista

medico --> malattie causate da sequenze ripetute instabili di tre

nucleotidi.

SSR sono anche usate nei test di paternita’ o nella medicina forensica.

• Micropeptidi contenuti in RNA non codificante – solo una piccola

• porzione del genoma dei mammiferi è destinato ad essere tradotto in

mRNA; si assume che gli introni o l'RNA classificato come non codificante

(nc) non produce peptidi. Recentemente con la scoperta della

MIOREGULINA ciò si è dimostrato vero.

Telomeri: sono le punte dei cromosomi. I telomeri contengono sequenze

• ripetute di basi TTAGGG. La replicazione della punta del DNA lineare

porta alla perdita di alcune di queste sequenze. I telomeri s'accorciano ad

ogni replicazione cellulare.

La telomerasi è un enzima che può aggiungere le sequenze

• telometriche ai cromosomi: questo enzima viene riattivato in alcune

trasformazioni maligne.

7. STRUTTURA DI BASE E FUNZIONE DEI GENI

Regione 5' genica contiene promotori e lega i fattori di trascrizione.

• mRNA e microRNA sono sintetizzati dall'RNA polimerasi II.

• RRNA sono sintetizzadi dall'RNA polimerasi I.

• tRNA sono sintetizzati dall'RNA polimerasi III.

• Alcuni elementi nei promotori sono comuni a più geni, altri elementi sono

• unici.

Enhancers aumentano la velocità di trascrizione genica e possono essere

• localizzati a monte, a valle, o all'interno dei geni, in 5'--> 3' o 3' --> 5';

TATA box: elemento all'interno del promotore, serve per l'identificazione

• dell'inizio del trascritto, lega TBP – uno dei componenti del complesso

proteico TFIIHD.

8. MICRO-RNA E COME ESPLETANO LE LORO FUNZIONI

I microRNA sono un gruppo di piccoli RNA non codificanti a singolo filamento

(ss) che sono stati identificati in molti organismi Sono formati da 18-22

nucleotidi. Sono originati da un precursore a stem-loop. Il loro ruolo

fondamentale è quello di regolare negativamente l’espressione genica a

livello post-trascrizionale (post-transcriptional gene silencing, PTGS). I

miRNA agiscono mediante il riconoscimento di specifici mRNA targets al fine di

determinarne la degradazione o la repressione della traduzione.

La funzione di molti miRNA non è nota, ma per alcuni è stata provata la

• partecipazione a processi fisiologici e patologici

Hanno un ruolo in proliferazione, apoptosi e differenziazione cellulare.

• Possono essere deregolati in malattie umane

• Possono essere coinvolti nella tumorigenesi.

•

8.1 RUOLO FISIOLOGICO DEI MIRNA IN CONDIZIONI NORMALI E

PATOLOGICHE

I miRNA giocano un ruolo in molti processi biologici, incluso la crescita

• cellulare, differenziamento, proliferazione, sviluppo embrionale e

apoptosi.

La disregolazione dei miRNA é stata correlata all’insorgenza di

• tumori, alle malattie cardiovascolari, alla schizofrenia, alle

malattie renali, malattie neuromuscolari, alla sindrome Tourett’s

etc (Lu M, Zhang Q, Deng M, Miao J, Guo Y, et al. (2008)

An Analysis of Human MicroRNA and Disease Associations. PLoS ONE

• ''It has been reported

3(10): e3420. doi:10.1371/journal.pone.0003420.):

that increasingly microRNAs are associated with diseases. However, the

patterns among the microRNA-disease associations remain largely

unclear. ''

Una lista dei miRNA compilata nel 2013, ha dimostrato che vi sono 617

• miRNA nel genoma umano e la loro espressione é stata correlata in

qualche modo a 438 malattie risultando in 3266 pubblicazioni!

9. MECCANISMI DI CONTROLLO DELL'ESPRESSIONE GENICA: EFFETTI

EPIGENETICI

Epigenetica: cambiamenti ereditari nell’espressione di geni che

• avvengono senza cambiamenti nella sequenza del DNA.

Esempi: inattivazione del cromosoma X nelle donne ed imprinting

• genetico (es Sindromi di Prader-Willi-materno silente e Angelman-paterno

silente. Ch 15).

Effetti epigenetici che portano al silenziamento di geni tumor suppressori

• giocano un ruolo importante nello sviluppo di alcuni tumori.

Le basi molecolari degli effetti epigenetici che regolano

• l’espressione di geni includono metilazione del DNA, alterazioni

strutturali della cromatina e alterazioni degli istoni.

9.1 METILAZIONE DEL DNA

La modificazione del DNA piu’ comune e’ la metilazione della citosina.

• In molte specie, metilazione in C rappresenta uno dei meccanismi di

• regolazione della trascrizione.

Molti geni contengono “isole CpG” nella regione 5’ del promotore;

• metilazione delle isole CpG diminuisce il livello di trascrizione del gene.

De-aminazione spontanea di 5-metilcitosina porta alla formazione della

• timina (frequente causa di mutazione C>T)

10. ISTONI

Componenti principali degli istoni sono H1, H2A, H2B, H3 e H4; formano

• un ottamero che si lega al DNA;

DNA in contatto con l’ottamero --> core DNA;DNA tra nucleosomi

• adiacenti --> DNA linker. H1 si lega al DNA linker;

Gli istoni sono composti da un dominio globulare e una coda contenente

• lisina e arginina.

Questi residui possono essere modificati covalentemente via

• fosforilazione, metilazione e acetilazione;

Acetilazione e’ catalizzata da HAT (histone acetyl transferase); de-

• acetilazione e’ catalizzata da HDAC;

Acetilazione degli istoni e’ associata all’attivazione della trascrizione

• genica; de-acetilazione degli istoni ha l’effetto opposto.

11. INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X

Nelle cellule femminili uno dei due cromosomi X e’ inattivato; la scelta

• del cromosoma da inattivare avviene precocemente a livello embrionale

ed e’ mantenuto nelle divisoni cellulari.

Se piu’ di un cromosoma X e’ attivato --> ritardo mentale.

• I meccanismi che portano all’inattivazione del cromosoma X non sono

• Xic (X inactivation center)

chiari, ma richiedono la partecipazione di geni

nella zona cromosomica Xq13.

XIST (X inactive specific transcript),

Uno di questi geni, viene trascritto

• dall’X inattivo e viene processato per formare un RNA di circa 17 kp che

cis).

ricopre il cromosoma X inattivo (funziona in

Il trascritto XIST non e’ utilizzato per la trascrizione ma e’ necessario per

• l’inattivazione.

Il cromosoma X inattivo e’ anche caratterizzato da metilazione dei residui

• citosinici e ipoacetilazione degli istoni, e l’accumulo dell’istone

macroH2A.

Inattivazione anormale in favore di uno dei due X puo’ avvenire,

• soprattutto se vi sono anormalità in uno degli X.

Questo porta a sintomi meno gravi e potrebbe essere un meccanismo di

• protezione da un fenotipo deleterio.

Inattivazione anormale (skewed) avviene nei leucociti nel 20-30% delle

• donne e aumenta di frequenza >50 anni di età.

Questa inattivazione puo’ anche smascherare un tratto genetico X-

• recessivo in una donna eterozigote. Per esempio l’inattivazione di un X

contenente un gene codificante il Fattore VIII normale, puo’ causare

emofilia se l’ X attivo contiene una mutazione.

Non tutti i geni contenuti nel cromosoma X vengono inattivati; circa il

• 10% dei geni che si trovano nella zona Xp non sono inattivati.

Grazie al fatto che il pattern di inattivazione del cromosoma X si

• trasmette alle cellule “figlie”, e’ stata dimostrata la clonalita’ di alcuni

tumori femminili.

1. DEFINIZIONE DI INFIAMMAZIONE

L'infiammazione è una risposta di un tessuto ad uno stimolo lesivo. E' una

risposta protettiva il cui scopo è eliminare:

1. (eliminare) la causa iniziale del danno cellulare;

2. (eliminare) la necrosi cellulare causata dal danno

L'infiammazione è intimamente associata al processo di riparazione, ed include

la rigenerazione delle cellule parenchimale e formazione di una cicatrice.

Nell’immagine sottostante possiamo osservare lo schema del processo

infiammatorio:

2. DANNI O ALTERAZIONI CHE POSSONO CAUSARE L'INFIAMMAZIONE

Agenti chimici, agenti fisici e nutrizionali, mancanza di ossigeno (ipossia o

ischemia), agenti infettivi, reazioni immunologiche e alterazioni genetiche sono

tutti danni che possno causare l'infiammazione.

3. DIVERSE TIPOLOGIE DI INFIAMMAZIONE

Acuta – minuti a giorni (aspecifica): caratterizzata da accumulo di fluido e

• proteine. Vi sono 3 tipi di proteine: opsonine, anticorpi e complemento,

neutrofili polimorfonucleati (PMN – polymorphunuclear

neutrophil, semplicemente detti leucociti);

Cronica – settimane ad anni (specifica): caratterizzata da accumulo di

• linfociti ed essudato (acqua lucida – è un liquido infiammatorio extra

vascolare con elevata concentrazione proteica);

3.1 INFIAMMAZIONE ACUTA: CONCETTI GENERALI

L'infiammazione acuta da una risposta immediata e precoce al danno. Le cause

del danno possono essere: fisiche, biologiche o chimiche.

Come prima risposta c'è l'attivazione delle cellule di difesa: i PRR

• (patogen recognition receptors - ad esempio i TollLikeReceptors TLR)

riconoscono le PAMPs (pathogen associated molecular patterns) e le

DAMPs (damage associated molecular patterns).

Le PAMPs possono essere dei peptidoglicani, degli acidi nucleici, flagellina

• o LPS, mentre le DAMPS possono essere ATP extracellulare o acido urico;

Lo scopo di queste molecole PAMPs o DAMPs è quello di far arrivare i PMN

• al sito danneggiato il più velocemente possibile.

L'evento dell'infiammazione e un evento vasale (angioflogosi),

• caratterizzato da vasodilatazione; dunque c'è un aumento di permeabilità

delle cellule endoteliali;

C'è dunque una migrazione extravascolare dei leucociti (PMN).

•

3.2 CINQUE SEGNI TIPICI CHE CARATTERIZZANO L'INFIAMMAZIONE

ACUTA

biancore – vas