Riassunto completo patologia Generale Bernardi

DEREGOLAZIONE DEL CALCIO: il Ca è lo ione con l’equilibrio fra ambiente intra ed

extracellulare più lontano e quindi l’entrata massiva nell’ambiente intracellulare causa eventi

importanti. La concentrazione tollerata è di 0,5-1 microM (1000 volte minore di quella

extracellulare). Se si ha un’aumento eccessivo di Ca questo entrerà nei mitocondri causando una

lesione con conseguente mancata produzione di ATP, inoltre possono essere lesi i lisosomi con

conseguente rilascio di enzimi nel citoplasma con lesioni inizialmente reversibili ma che sfociano

necrosi.

nella La cellula necrotica inizialmente tipicamente si gonfia per alterazione dell’equilibrio

osmotico dovuto a enzimi che agendo su altre proteine aumentano l’osmolarità intracellulare

scindendole in più proteine. Il rigonfiamento infine rompe la membrana cellulare.

Il riversamento nell’ambiente extracellulare di costituenti intracellulari stimola l’innesco della

flogosi.

NECROSI: morte cellulare accidentale dovuta ad eventi lesivi di vario genere. Essendo una morte

accidentale causa l’innesco flogistico. In una cellula che va incontro a necrosi sono osservabili

caratteristiche modificazioni:

- Il citoplasma diventa fortemente eosinofilo in conseguenza all’aumento dei gruppi legati dal

colorante per la massiccia idrolisi;

- Rigonfiamento degli organuli;

- picnosi è la prima lesione morfologicamente significativa ed è caratterizzata dal nucleo che

diventa piccolo e compatto;

- carioressi in cui il nucleo è compatto ma frammentato;

- cariolisi ossia la digestione da parte degli enzimi del nucleo stesso.

La lesione nucleare è di fondamentale importanza perché fa da spartiacque fra lesione cellulare

reversibile e irreversibile. Infatti quando il nucleo viene lesionato vengono meno tutti i processi di

trascrizione e si può considerare la lesione irreversibile.

BIOCHIMICA DELLA NECROSI:

- crisi bioenergetica

Il danno mitocondriale dovuto all’evento lesivo iniziale causa una che se

prolungata diventa irreversibile. Questa soglia omeostatica è diversa da tessuto a tessuto in

base al tipo di metabolismo che quest’ultimo utilizza, ossia un metabolismo aerobio o

danneggiamento mitocondriale calcio dipendente.

anaerobio. SI parla di

- La carenza di ATP determina un mancato funzionamento della pompa Na/K con conseguente

accumulo intracellulare di Na con conseguente aumento osmotico che causa il rigonfiamento

cellulare;

- La carenza di ATP dovuta al danno calcio dipendente ha come conseguenza anche l’attivazione

fosfolipasi intracellulari

delle che attaccano i fosfolipidi di membrana causando la

disorganizzazione della membrana e il rilascio di acidi grassi liberi che sono agenti

impermeabilizzanti per i protoni (aumentano l’osmolarità intracellulare).

- Il danno di membrana causa un ulteriore aumento del Ca citosolico che raggiunge la soglia di

proteasi calcio dipendenti

attivazione delle (calpaina ed endonucleasi) che nel momento in cui

lisano il nucleo rendono la lesione irreversibile.

- Un meccanismo di compenso che la cellula mette in atto è l’attivazione delle heat shock

proteins che se la lesione è di bassa intensità e di durata breve permettono il recupero delle

funzioni grazie al compenso degli equilibri energetici, ionici e osmotici.

TIPI DI NECROSI:

- Necrosi coagulativa tipica degli infarti, l’evento iniziale è il mancato apporto di ossigeno con

conseguente crisi bioenergetica ed eventi conseguenti. Questo tipo di necrosi si presenta come

una zona opaca e densa. Microscopicamente è iper-eosinofila per l’aumento dei gruppi legati

dall’eosina in seguito a idrolisi.

- Necrosi colliquativa è una necrosi caratterizzata dal rammolimento della zona necrotica

dovuto all’azione dei neutrofili che vengono richiamati in loco per la rimozione dell’agente

lesivo. Può formarsi anche un ascesso ossia una raccolta semiliquida di detriti cellulari e

derivati da neutrofili. Questo tipo di necrosi è tipica di Streptococcus Pyogenes.

- Necrosi caseosa è caratterizzata da consistenza di formaggio fresco ossia un materiale fresco,

noduloso e friabile. È tipica del Mycobatterium Tubercolosis.

- Necrosi grassa avviene tipicamente nel pancreas in quanto un evento necrotico in questo

organo causa il rilascio di fosfolipasi, idrolasi acide e proteasi che portano all’alterazione lipidica

con formazione di materiale opaco e untuoso.

APOPTOSI: tipo di morte cellulare programmata, viene attivata quando una cellula ha finito il suo

compito o viene infettata da agenti patogeni. Essendo programmata la cellula mette in atto una

serie di eventi che permettono la rimozione della cellula stessa senza innesco della flogosi. Ciò è

possibile grazie all’espressione sulla porzione esterna della membrana di fosfatidilserine che

vengono riconosciute dal sistema macrofagico che rimuove i residui cellulari. La cellula prima di

essere fagocitata va incontro a processi di autodigestione mediati da enzimi chiamati caspasi

(cysteinyl aspartate-specific proteinase). Esistono molti tipi di caspasi (alcune coinvolte nel

caspasi

sistema immunitario) ma quelle coinvolte nell’apoptosi possono essere divise in

iniziatrici (caspasi 8 e 9) e caspasi effettrici (caspasi 3).

L’apoptosi può avvenire tramite due vie:

- via estrinseca

La che viene attivata dai segnali extracellulari che agiscono su recettori di morte

TNF e Fas. DD

trimerici i cui ligandi sono Il recettore una volta legato il ligando libera il (death

FADD DED;

domain) che tramite la proteina adattatrice lega questo complesso è in grado di

caspasi 8

attivare la procaspasi 8 a che a sua volta porterà all’attivazione della caspasi

effettrice 3.

- via intrinseca citocromo c

La che viene attivata dal rilascio di da parte dei mitocondri,

quest’ultimo è solubile nella zona intermembrana e in caso di danno alla membrana esterna

caspasi 9

viene rilasciato e determina l’attivazione della che a sua volta attiva la caspasi 3.

Le due vie comunicano e vengono regolate da:

- proteina BID

Comunicano tramite la che viene proteolizzata dalla caspasi 8 con formazione di

t-BID che agisce a livello della membrana esterna mitocondriale facilitando il passaggio del

cytC.

- Bax e Bad sono due proteine che stimolano il rilascio del cytC;

- Bcl-2 inibisce il rilascio di cytC ed è per questo che mutazioni in cui si ha una sua

overespressione portano a fenotipo tumorale.

- IAP (inhibitors of apoptosys proteins)

Le legano il sito attivo delle procaspasi 9 e 3 inibendo

quindi la loro attivazione e lo stimolo apoptotico.

- cFLIP

Le proteine sono proteine che possiedono un dominio DD e fanno da specchietto per le

allodole per FADD in quanto non possedendo un dominio catalitico non attivano la procaspasi 8

e portano alla morte del segnale.

CASPASI: le caspasi vengono divise in caspasi apicali e in caspasi effettrici:

- caspasi apicali

Le vengono attivate dal legame con una piattaforma di ancoraggio in quanto

quest’ultima lega due procaspasi che per prossimità diventano una il substrato dell’altra con

conseguente liberazione della caspasi attiva. La procaspasi 9 si attiva attraverso un enzima

Apaf-1,

convertasi specifica che prende il nome di che in condizioni basali è ripiegata su se

HUB

stessa. Quando viene legata dal cytC si libera il suo dominio che si irrigidisce in presenza

WD domain)

di ATP e permette l’autoassemblaggio di 7 Apaf con i rispettivi cytC (legati al a

formare una struttura circolare. La zona centrale di questa struttura circolare è la sede di

ancoraggio di 2 procaspasi 9 (apoptosoma) che per prossimità si autoattivano con liberazione

delle caspasi attive (perché ci sia l’attivazione è necessaria ATP).

- caspasi effettrici

Le vengono attivate dalle caspasi apicali attive e agiscono direttamente sui

loro bersagli che porteranno all’attivazione del processo apoptotico. Una caspasi effettrice

inoltre non può attivare una caspasi apicale e ciò comporta che la cascata delle caspasi sia

lineare e non esplosiva.

MITOCONDRI E APOPTOSI: i mitocondri oltre al cytC (contenuti nei sacculi) contengono:

- SMAC/DIABLO che sono inibitori delle IAP e quindi una loro liberazione nel citoplasma

permette al processo apoptotico di procedere.

- ENDONUCLEASI G che sono caratteristiche perché una volta rilasciate tagliano la cromatina in

un processo caspasi-indipendente e rappresentano quindi una via diretta per il taglio della

cromatina.

Quando arriva un segnale di morte extracellulare si ha l’attivazione della caspasi 8 che porta alla

formazione di tBID che insieme a BAX o BAD porta alla formazione sulla membrana esterna di un

canale che permette la fuoriuscita del cytC, quest’ultimo però essendo contenuto nei sacculi esce

di

in modo quantico. Se a ciò si aggiunge il rimodellamento della membrana interna (transizione

permeabilità) permette un massiccio rilascio di cytC, questo rimodellamento se eccessivo può

portare ad una rottura della membrana esterna con conseguente rilascio di CytC, SMAC/DIABLO

e Endonucleasi G. L’apoptosi può procedere perché l’ATP necessaria viene fornita da mitocondri

che rimangono funzionanti. In caso in cui però manchi ATP un evento inizialmente apoptotico può

trasformarsi in necrosi con conseguente flogosi.

MORFOLOGIA APOPTOSI:

- Il volume cellulare tende a contrarsi (contrario della necrosi) a causa della proteolisi dei filamenti

actinici;

- transglutaminasica

L’aumento dell’attività porta alla formazione di cross-link fra proteine

diminuendo il potere osmotico e favorendo l’ulteriore perdita d’acqua;

- laddering

Si ha la degradazione regolata della cromatina nel processo che prende il nome di

con conseguente contrazione nucleare;

- BLEBS

La cellula continua la sua fase di contrazione formando che permettono la facile

corpi

eliminazione dei residui da parte del sistema macrofagico che rimuove i cosiddetti

apoptotici.

Per quanto riguarda la membrana l’evento tipico dell’apoptosi è l’esposizione sulla membrana

esterna delle fosfatidilserine (tipicamente sulla membrana interna) grazie all’inibizione della flippasi

che viene inattivata dalla caspasi 3. Quest’ultima inoltre stimola il rilascio di citochine che portano

i macrofagi in loco per la rimozione dei corpi apoptotici.

A livello nucleare avviene:

- lamina

La caspasi 3 taglia la che è una componente della membrana nucleare e quindi la sua

rimozione facilita l’accesso agli acidi nucleici.

- ICAD CAD (caspase activated DNAse)

La caspasi 3 taglia le che quindi non inibiscono più le

che tagliano il DNA in unità nucleosomiali precise.

- PARP

La caspasi 3 infine taglia l’enzima che ha la funzione di riparare il DNA e viene inibita

anche la topoisomerasi.

DNA MITOCONDRIALE: il DNA mitocondriale è un doppio filamento circolare di circa 17000 basi

che codifica per 37 geni fra cui quelli che codificano per la NADH deidrogenasi, per la citocromo

ossidasi e per il citocromo b. In tutto sono codificate 13 proteine di cui 11 sono della catena

respiratoria e 2 dell’ATP sintetasi.

EFFETTO SOGLIA MITOCONDRIALE: il DNA mitocondriale si replica tramite la DNA polimerasi

gamma che nonostante abbia un sistema di riparazione integrato commette una quantità di errori

maggiore rispetto alla replicazione nucleare e questo porta il DNA mitocondriale ad avere un

numero di mutazioni maggiori. Nel caso le mutazioni coinvolgano geni si avranno dei mitocondri

con fenotipo malato e visto che, nella replicazione cellulare i mitocondri segregano in modo

casuale, in cellule diverse possono esserci in proporzioni variabili mitocondri sani e altri malati.

Con effetto soglia si intende quel fenomeno per cui finché la popolazione di mitocondri sani riesce

a sopperire alle mancanze di quelli malati il fenotipo è normale mentre quando questa soglia viene

superata prevale il fenotipo malato.

REVERSIBILITÀ FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA: quando si ha un calo di ossigeno (ipossia)

manca l’accettore finale di elettroni e quindi si ha un blocco della catena respiratoria e di

conseguenza della produzione di ATP, si arriva alla situazione in cui la concentrazione di ATP

citoplasmatico è maggiore di quello mitocondriale e si ha quindi che invece di avere un flusso in

uscita dal mitocondrio si avrà un flusso in entrata (il mitocondrio diventa ladro di ATP). L’ATp

sintetasi funziona in entrambi i sensi e quindi si avrà il consumo di ATP con pompaggio dei

protoni verso l’esterno.

La cellula però continua nella sua produzione di specie ridotte e si ha quindi un’eccesso di

elettroni che cominciano a sfuggire dalla catena respiratoria con conseguente formazione di ROS.

DANNO DA RIPERFUSIONE: si è osservato che dopo un evento ischemico la riperfusione porta

ad un danno maggiore così tramite l’esperimento di Kaltenbach si è scoperto essere la catena

respiratoria mitocondriale la causa del danno. L’esperimento infatti

prevedeva di utilizzare il cianuro che legando l’eme blocca la

citocromo ossidasi e si è visto che non si veniva a creare danno da

riperfusione.

ACCUMULO DI SUCCINATO NELL’IPOSSIA: durante l’ipossia si è

notato che si ha un accumulo di succinato, tramite esperimenti con

glucosio marcato si è appurato che il succinato non deriva dal ciclo

di Krebs ma bensì dall’accumulo di substrati, in particolare

l’accumulo di aspartato-ossalacetato che visti gli elevati livelli di

NADH invece di procedere nell’ossidazione viene convertito in

malato che a sua volta forma fumarato, inoltre durante l’ischemia

per il calo dell’ATP si ha l’inversione del ciclo dell’urea con

formazione di fumarato a partire dall’aspartato.

RET (REVERSE ELECTRON TRANSFER): meccanismo che avviene al momento della

riperfusione dopo un evento ipossico che ha causato l’accumulo di succinato. Quando l’ossigeno

torna disponibile la quantità di succinato è tale da causare l’inversione del flusso di elettroni nella

catena respiratoria attraverso la succinico deidrogenasi ed il complesso I. Questo causa la

formazione di anione superossido O2- che tramite reazione di Haber-Weiss (di cui la seconda

parte è la reazione di Fenton che avviene con perossido di idrogeno) porta alla formazione di

radicale idrossile OH- che essendo molto reattivo porta a danni cellulari.

TRANSIZIONE DI PERMEABILITÀ: nella cellula quando l’ATP cala le pompe sodio potassio non

possono più funzionare e nemmeno l’uptake del calcio da parte del reticolo sarcoplasmatico e

quindi il calcio citoplasmatico viene preso dai mitocondri dove però insieme alla produzione dei

Poro di transizione di permeabilità

ROS per la RET causa l’apertura del che si trova sulla

membrana interna che indirettamente danneggia quella esterna per via del rigonfiamento

mitocondriale. Questo fenomeno è reversibile se si utilizza un chelante del calcio e se si fornisce il

citocromo c che nel frattempo è uscito. Questo poro si mantiene chiuso quando è in presenza di

un potenziale elevato, di magnesio e nucleotidi, con solfidrili ridotti e se è presente ciclosporina A

e protoni.

NECROPTOSI: la necroptosi è un tipo di morte cellulare necrotica programmata ed è

morfologicamente identica alla necrosi. Avviene in seguito al blocco della morte apoptotica

tramite meccanismi di deubiquitinazione a livello recettoriale. I protagonisti di questa via sono:

- TNF che lega il suo recettore;

- TNFR1;

Il recettore

- RIPK1 che è un partner che forma il recettore trimerico e che normalmente in seguito al legame

di TNF viene ubiquinato (questa ubiquitinazione porta all’attivazione della via di sopravvivenza

cellulare tramite assemblaggio del complesso IKK formato da IKK-alpha, IKK_beta e NEMO che

deubiquitinazione

portano all’attivazione della via di NfKb). La sua invece funge da segnale per

l’attivazione della via apoptotica in quanto si ha la formazione del complesso II (formato da

TRADD, FADD, CYLd uno deubiquitinasi e caspasi 8) che viene avvicinato dalla seconda

caspasi che media la rimozione di CYLD, RIPK1 e l’attivazione della caspasi che porterà

all’innesco della via apoptotica.

- Se manca l’attivazione della caspasi 8 perché questa viene inibita dalle IAP e quindi non si ha

l’inattivazione di RIPK1 che, essendo una chinasi, media la fosforilazione di RIPK3 e innesca un

processo a cascata di auto e etero fosforilazioni che portano alla formazione di una catena di

RIPK3 a formare microfilamenti, si ha attivazione tramite fosforilazione anche di MLKL

dopodiché i filamenti si allungano fino a raggiungere la membrana plasmatica e ciò funge da

innesco della necroptosi. Si ha infatti il rilascio di ROS e l’aumento della concentrazione di

calcio citosolico che portano alla morte cellulare e al rilascio di DAMPS che attiveranno una

risposta infiammatoria.

- Nel caso in cui venga attivato il programma della necroptosi ma ci sia inibizione delle IAP (per

esempio da parte di Smac/DIABLO) si avrà la formazione di un complesso anomale che prende

il nome di IIb e che contiene oltre a RIPK1, TRADD, FADD e la caspasi 8 anche RIPK3. Questa

via porta all’apoptosi nonostante sia partita come necroptosi.

I possibili meccanismi che possono portare all’innesco della necroptosi sono:

- PTP ossia il poro di transizione di permeabilità (attivato da aumento del Ca e ROS) causato

dalla sua eccessiva apertura che porta a deplezione di ATP e NAD+.

- Ferroptosi in cui l’innesco è dato dalla disregolazione dello scambiatore cistina/glutatione che

ha la funzione di aumentare i livelli citoplasmatici di glutatione. Il meccanismo è ferro

dipendente e tram,ite chelanti può essere inibito. Il danno deriva dalla mancan