La morte cellulare: necrosi e apoptosi

La morte cellulare: necrosi e apoptosi
MENTRE LA CELLULA NECROTICA (cellula in necrosi) RILASCIA I SUOI COSTITUENTI ALL’ESTERNO, LA CELLULA
APOPTOTICA (cellula in apoptosi) SI FRAMMENTA E I FRAMMENTI VENGONO RIMOSSI DA CELLULE MACROFAGICHE
La necrosi è causata da danni alla cellula irreparabili, repentini
La sequenza degli eventi che si susseguono in una cellula che sta morendo per
necrosi possono variare a seconda del tessuto e del tipo di danno; tuttavia,
indipendentemente dall’ordine questo è quello che accade in una cellula che
va incontro a necrosi:
•
La produzione di ATP nei mitocondri si arresta.
•
Le pompe ioniche di membrana, che funzionano con l’ATP, si
bloccano.
•
Nella cellula entrano sodio e acqua.
•
La cellula e gli organuli interni si rigonfiano.
•
La cellula avvia la risposta allo shock termico (allo stress) con
aumento della sintesi di alcune proteine (chaperonine) che
tentano di contrastare la denaturazione delle proteine e della
ubiquitina (proteina che lega in maniera covalente le proteine
denaturate e le indirizza alla distruzione).
•
Il pH scende.
•
Nella cellula entra il calcio.
•
-Il calcio attiva le fosfolipasi che provocano la perdita di
fosfolipidi dalle membrane e la formazione di lisofosfolipidi ed
acidi grassi che inducono un ulteriore danneggiamento delle
membrane.
-Il calcio attiva le CALPAINE, proteasi che danneggiano le
strutture citoscheletriche e le proteine della membrana con
conseguente vescicolazione.
-Il calcio attiva le ATPasi provocando un’ulteriore perdita di ATP.
-Il calcio attiva le endonucleasi.
•
La risposta allo shock termico non riesce più a contrastare la
denaturazione proteica che si fa massiccia.
•
Il RE e gli altri organuli si rigonfiano
•
Ad un certo punto la cellula muore.
Cellula normale
Cellula in vescicolazione
APOPTOSI
L’apoptosi o morte cellulare programmata è una varietà specifica di morte cellulare caratterizzata
dalla sua morfologia e dalle modalità di degradazione del DNA.
L’APOPTOSI E’ UNA FORMA DI MORTE CELLULARE CHE
HA LO SCOPO DI ELIMINARE CELLULE NON DESIDERATE
ATTRAVERSO L’ATTIVAZIONE DI UNA SERIE DI EVENTI
COORDINATI E INTERNAMENTE PROGRAMMATI PORTATI
AVANTI DA UN INSIEME SPECIFICO DI PRODOTTI GENICI.
L’apoptosi è responsabile di numerosi eventi fisiologici, adattativi e patologici, fra i quali:
- La distruzione programmata di cellule durante l’embriogenesi.
- L’involuzione ormono-dipendente nell’adulto (es. distruzione dell’endometrio nel ciclo
mestruale / atrofia dei follicoli ovarici in menopausa / regressione della ghiandola
mammaria dopo lo svezzamento / atrofia della prostata dopo castrazione).
- La deplezione di cellule in popolazioni cellulari proliferanti (es. epitelio delle cripte intestinali).
- La morte di cellule nei tumori.
- La morte dei neutrofili in corso di infiammazione acuta.
- La morte di cellule immunitarie (es. linfociti T e B dopo deplezione di linfochine / deplezione
cellule T autoreattive durante lo sviluppo del timo).
di
- La morte cellulare indotta da cellule citotossiche (es. rigetto dei trapianti).
- Atrofia da ostruzione duttale.
- Danno cellulare in alcune malattie virali (es. epatite virale).
- La morte cellulare indotta da diversi stimoli lesivi se somministrati a basse dosi (calore /
radiazioni / farmaci antineoplastici / ipossia).
Apoptosi
Morte programmata, richiede:
- energia, sintesi di RNA e di proteine
- una ordinata sequenza di eventi
- coinvolge cellule sia malate che sane
- riguarda cellule sparse
- non comporta una risposta infiammatoria
PERCHE’ UNA CELLULA VA IN APOPTOSI
la morte cellulare programmata è necessaria nel modellare l’organismo
durante l’embriogenesi o, più in generale, per un appropriato sviluppo:
-
la formazione delle dita del feto richiede la rimozione del tessuto che le unisce
- lo sfaldamento dell’endometrio che dà inizio alle mestruazioni avviene per apoptosi.
- la formazione di opportune connessioni fra i neuroni (sinapsi) richiede che le cellule in
eccesso siano eliminate per apoptosi.
la morte cellulare programmata è necessaria per distruggere cellule che
costituiscono un pericolo per l’integrità dell’organismo:
cellule infettate da virus
(Uno dei metodi attraverso cui i linfociti T citotossici uccidono le cellule infettate è
inducendo l’apoptosi)
cellule del sistema immunitario auto-responsive ( difetti nel macchinario apoptotico si
accompagnano alla comparsa di malattie autoimmunitarie)
cellule con DNA danneggiato (improprio sviluppo embrionale, trasformazione
neoplastica). Le cellule rispondono ad un danno al DNA aumentando la produzione di p53,
un potente induttore dell’apoptosi.
cellule tumorali (radiazioni e chemioterapici inducono apoptosi in alcuni tipi di tumore).
EVENTI CARATTERISTICI DELL’APOPTOSI
1. Il citoplasma inizia a contrarsi in seguito alla proteolisi di filamenti
di
actina.
Perdita
d’acqua,
insolubilizzazione
proteine
citoplasmatiche..
2. La cromatina viene degradata in modo regolare (laddering) e così
pure le proteine nucleari; il nucleo si condensa.
3. La cellula continua a contrarsi riducendosi ad una forma che
permetta la facile eliminazione da parte dei macrofagi. Si verificano
cambiamenti della plasma membrana favorenti la fagocitosi
(traslocazione della fosfatidilserina dal foglietto interno
all’esterno). Modificazioni della membrana si accompagnano alla
comparsa dei cosiddetti BLEBS.
4. Formazione dei corpi apoptotici.
Corpi apoptotici
Apoptosi = dal greco, caduta delle foglie da una pianta
Caratteristiche dell'apoptosi
Sono coinvolte molecole:
- Recettori di membrana
- Le caspasi, enzimi proteolitici aventi una cisteina nel sito attivo
- Proteine liberate dai mitocondri, tra cui alcune endonucleasi
- Proteine pro e antiapoptotiche
Si distinguono:
- una via estrinseca indotta da molecole extracellulari da una via intrinseca, indotta
da eventi intracellulari
- tre fasi: una di induzione, una di esecuzione e una di disgregazione
Fase di induzione
- Via estrinseca: interazione tra citochine pro-apoptotiche (TNF-, TNF-, Fas-L)
espresse sulla superficie di alcune cellule (MF o sulle cellule dei testicoli e
dell'apparato oculare) e recettori sulla superficie della cellula bersaglio (TNF-R, Fas)
- Via intrinseca: mancanza di fattori di crescita, danni cellulari al DNA o ai
mitocondri per es.
Fase di esecuzione
Propagazione della cascata delle caspasi e di altre proteine proapopoptotiche
(Bid, Bad, p53)
Rilascio dai mitocondri dell'APOPTOSOMA (citocromo c e Apaf 1), AIF, DNAsi
Fase di degradazione
Frammentazione del DNA da parte di endonucleasi attivate da caspasi e da ioni calcio a
livello delle regioni tra due nucleosomi, in frammenti da 180-200 pb
-Quando i CTL si legano al loro target, aumentano la quantità di FasL esposto sulla loro
superficie.
-Il legame di FasL a Fas, fa trimerizzare il recettore.
-I meccanismi a valle sono simili a quelli attraverso TNFR1.
LE PROTEINE Bcl-2
Sono una famiglia di proteine che comprende alcune ad
attività ANTI-APOPTOTICA (bcl-2 e bcl-XL) e altre
ad attività PRO-APOPTOTICA (Bad o Bax).
-Le proteine pro-apoptotiche si trovano nel citosol
dove agiscono da sensori di danno cellulare.
-In seguito ad un danno, esse migrano alla superficie
dei mitocondri dove si trovano le proteine antiapoptotiche Bcl-2.
-L’interazione fra questi due gruppi di proteine porta
alla perdita della normale funzione delle proteine ad
attività anti-apoptotica e alla formazione di pori sulla
membrana mitocondriale, con rilascio di citocromo c e
altre
molecole
pro-apoptotiche
dallo
intermembrana.
-Formazione dell’APOPTOSOMA  APOPTOSI.
spazio
APOPTOSOMA
E’ un complesso multiproteico
formato dal citocromo C, da
una proteina citosolica, Apaf1, dalla pro-caspasi 9 e
dall’ATP.
LE CASPASI
Sono delle Cisteina Proteasi che tagliano proteine a livello di residui di acido aspartico
(da cui C-ASP-asi). Per la maggioranza delle caspasi i loro substrati sono altre caspasi.
La cascata di attivazione delle caspasi culmina nell’attivazione delle caspasi effettrici,
quali la caspasi 3 e 6.
Queste sono responsabili della proteolisi di proteine cellulari chiavecambiamenti
morfologici tipici di una cellula che va in apoptosi.
CAD: Caspase Activated DNAse (frammenta il DNA in unità nucleosomali, ben visibili
nel DNA laddering assay)
ICAD: Inhibitor of CAD, attivata dalla caspasi 3
PARP: Poly-ADP-ribosio-polimerasi. E’ coinvolta nel riparo del DNA danneggiato; il
taglio da parte della caspasi 3 ne previene l’attività. Anche la topoisomerasi
(replicazione e riparo del DNA) viene inattivata dalle casp3.
Le differenze fra necrosi ed apoptosi
Durante l’apoptosi si possono distinguere quattro fasi, distinte ma parzialmente sovrapposte:
- FASE DI INNESCO durante la quale la cellula riceve i segnali che scatenano
l’apoptosi.
- CONTROLLO E INTEGRAZIONE: i segnali di morte applicati nella fase
precedente vengono connessi da una serie di proteine specifiche (con ruolo sia
positivo che negativo) al programma esecutivo comune-
- FASE COMUNE DI ESECUZIONE: consiste nell’attivazione di una cascata di
proteasi specifiche, le caspasi, a loro volta distinte in iniziatrici ed esecutrici in
base all’ordine con il quale vengono attivate.
- RIMOZIONE DELLE CELLULE MORTE: le cellule apoptotiche e i loro frammenti
esprimono dei marcatori di membrana che facilitano il loro precoce riconoscimento
da parte di
cellule adiacenti o di fagociti. Le cellule morte vengono così
completamente
distrutte senza indurre una reazione infiammatoria.
L’apoptosi può essere innescata da una serie di fattori scatenanti, fra i quali:
- ASSENZA DI UN FATTORE DI CRESCITA O DI UN ORMONE
- INTERAZIONE POSITIVA LIGANDO-RECETTORE
- AGENTI LESIVI SPECIFICI
Inoltre, esiste una correlazione (spesso inversa) fra crescita cellulare e apoptosi (infatti l’apoptosi
gioca un ruolo importante nella regolazione della normale densità di popolazione cellulare nei
tessuti e la soppressione dell’apoptosi è uno dei fattori determinanti i l’accrescimento delle
neoplasie).
L’APOPTOSI RAPPRESENTA IL PUNTO FINALE DI
UNA CASCATA DI EVENTI MOLECOLARI
ENERGIA-DIPENDENTI, CHE VIENE INNESCATA
DA STIMOLI SPECIFICI.
UNA DELLE CARATTERISTICHE DISTINTIVE DELL’APOPTOSI CONSISTE NEL FATTO CHE ESSA, OLTRE CHE
DA STIMOLI LESIVI O DALLA DEPRIVAZIONE DI FATTORI DI CRESCITA, PUO’ ESSERE INNESCATA DA
SEGNALI PARTICOLARI CHE AGISCONO LEGANDOSI A SPECIFICI RECETTORI DI MEMBRANA.
NELL’AMBITO DEI PROCESSI DI CONTROLLO E INTEGRAZIONE DELL’APOPTOSI UN PUNTO CRITICO SI REALIZZA A
LIVELLO DEI MITOCONDRI, A LIVELLO DEI QUALI NASCE IL SEGNALE DEFINITIVO CHE INNESCA LA FASE DI
ESECUZIONE.
La funzione mitocondriale può essere influenzata in due modi:
- Provocando una transizione di permeabilità mitocondriale (MPT): apertura di pori nella membrana interna 
riduzione potenziale di membrana  arresto fosforilazioni osidative  rigonfiamento.
- Provocando un aumento della permeabilità della membrana esterna e il rilascio del citocromo C nel citosol.
La via finale di tutti i tipi di apoptosi consiste nell’attivazione di una cascata proteolitica. Le relative proteasi sono
proteine altamente conservate e appartengono alla famiglia delle caspasi (che comprende più di 10 membri).
C  cisteino-proteasi
CASPASI
Asp  taglia dopo un residuo di ac. aspartico
Le caspasi, oltre a degradare direttamente le proteine del citoscheletro, attivano una DNasi
citoplasmatica che produce una caratteristica frammentazione del DNA:
PROFILO A SCALETTA