Patologia generale
Prof.ssa Batetta
Lezione n. 13 (2° parte)
06-11-2012
Paola Soddu
CELLULE STAMINALI.
Le cellule staminali sono cellule con la capacità di autorinnovarsi. Abbiamo due tipi di autorinnovamento:
-divisione asimmetrica obbligata: ad ogni ciclo replicativo si ha la formazione di una cellula che continuerà
a mantenere la capacità di autorinnovarsi e un’altra che intraprenderà il percorso della differenziazione.
Quando abbiamo fatto di radiazioni, chemioterapia ecc. abbiamo anche parlato di danno a carico delle
cellule staminali che sono più suscettibili agli agenti chimici e fisici per la loro proprietà di proliferare
continuamente. Le radiazioni possono causare una aplasìa midollare totale, ma anche il benzolo –che può
causare tumore- può causare danno irreversibile al midollo proprio perché vengono danneggiate le
staminali. Addirittura, in seguito all’azione di radiazioni o di sostanze chimiche, il problema intestinale si
verifica qualche giorno dopo perché i primi giorni sono sempre presenti le cellule differenziate; dopo
qualche giorno le cellule differenziate dovrebbero essere sostituite dalle cellule provenienti dalla
replicazione delle cellule staminali, che non ci sono perché sono state danneggiate. Per cui certi problemi si
verificano nel momento in cui ci dovrebbe essere il rinnovamento che non c’è stato.
-Differenziamento stocastico: consiste nella generazione di due cellule, entrambe staminali totipotenti, o
di due cellule che si avviano verso il differenziamento.
(differenziamento stocastico: la popolazione staminale si conserva grazie al bilanciamento tra due tipi di
divisioni cellulari simmetriche: divisioni che generano due staminali figlie che si replicano e divisioni che
generano due cellule figlie non staminali che si differenziano. Dal Robbins)
Le cellule staminali sono soprattutto embrionali, si trovano nella prima fase della vita embrionale. Oggi si sa
che le cellule staminali ci sono anche nei tessuti adulti, ad esempio nel fegato, ma anche nel tessuto
emopoietico, nella cute, nella cornea e vi posso indicare anche il tessuto adiposo viscerale. Le cellule
staminali hanno aperto una strada, soprattutto riguardo alla rigenerazione; pensate a traumi che causano
perdita del tessuto osseo: adesso ci sono molti studi che vogliono produrre tessuto osseo da cellule
staminali; l’ultimo approccio è quello dell’uso delle cellule staminali provenienti dal tessuto adiposo
viscerale. Tali cellule staminali per “diventare ossa” devono essere sistemate in un’impalcatura adeguata e
stimolate con i fattori di crescita dell’osso. Si tratta di studi super finanziati che avrebbero vantaggi enormi
anche perché in alcuni Paesi, come l’Italia, per problemi etici, la ricerca relativa alle cellule staminali
embrionali, che sono le più promettenti poiché possono essere orientate, non va avanti. Queste ricerche
invece mirano a cercare di ottenere cellule finalizzate a produrre un tessuto da cellule staminali somatiche,
presenti nei tessuti adulti.
In questa slide vedete un possibile uso di cellule staminali, ossia l’utilizzo per correzione di malattie
genetiche.
I procedimenti sono molto complessi. Uno di questi
consiste nel mettere il nucleo del paziente in un
uovo a cui è stato espulso il suo nucleo (non in
Italia). In questo caso c’è bisogno di un ospite che
riceva il nucleo del paziente e lo faccia crescere.
L’altra possibilità invece è molto più comoda: si
tratta di mettere in coltura le cellule del paziente e
“sdifferenziarle”, cioè renderle totipotenti. Si è scoperto che la pluripotenzialità dipende da quattro fattori
di trascrizione ( Oct3/4, Sox2, c-myc e Klf4) più una proteina homebox (Nanog).
Un’altra possibilità è l’inserimento dei geni che codificano per questi fattori di trascrizione e fanno
“sdifferenziare” la cellula. Per quanto riguarda questo ultimo aspetto, i problemi sono molti perché
l’espressione genica è controllata anche dallo stato di acetilazione e metilazione del DNA e dalla presenza di
introni. Di questo si occupa il nuovo settore della biologia molecolare che si chiama epigenetica: i geni sono
sempre quelli, ma la loro espressione dipende dallo stato di acetilazione e metilazione che a sua volta
dipende da fattori esterni. Uno stesso gene può avere espressioni diverse. (Spero di trovare il tempo di
parlarvi di questo aspetto molto importante, che è responsabile di numerose malattie dell’adulto,
comprese quelle metaboliche). Questo è un esempio: la metilazione e l’acetilazione non vanno come
dovrebbero e quindi questo nuovo approccio, ossia la produzione di cellule staminali a partire da cellule
differenziate che sdifferenziamo, è fermo in alto mare, proprio perché, pur avendo trovato i fattori di
trascrizione, la trascrizione non avviene correttamente.
Le cellule staminali nell’adulto si trovano in quei tessuti –precedentemente nominati- in continuo rinnovo e
sono molto importanti nel processo di rigenerazione del tessuto stesso.
Abbiamo anche la possibilità di cambiamento del programma differenziativo. In questo caso parliamo di
transdifferenziamento.
Plasticità di sviluppo è la capacità che può avere una cellula di differenziarsi in diverse linee cellulari.
Classico esempio è rappresentato da numerose cellule del midollo.
In questa immagine (tratta dal Robbins) vediamo
indicata la posizione della cellula staminale a
livello del bulbo pilifero (a). Le stem cells a livello
delle cripte intestinali (b). Il canale di Hering nelle
vicinanze del quale sono situate le cellule ovali (le
hanno cercate disperatamente per decine di anni
prima di trovarle) (c). Infine, cellule staminali
trovate tra la congiuntiva e la cornea (d).
A) Cellule staminali nel follicolo pilifero, B) Cellule staminali localizzate alla base
delle cripte intestinali sopra le cellule del Paneth, C) Cellule staminali epatiche
(cellule ovali) localizzate nel canale di Herigs (strutture che connettono i duttuli
biliari con gli epatoci D) Le cellule staminali stanno tra la congiuntiva e la cornea.
Ora, con questa diapositiva, vi voglio ricordare qualcosa di cui abbiamo già parlato abbondantemente:
perché ci sia qualsiasi risposta da parte di una cellula, è necessario che ci sia lo stimolo esterno.
L’attivazione della proliferazione inizia in seguito al legame del fattore
di crescita o della citochina col suo recettore.
Il meccanismo si indica come trasduzione del segnale proliferativo. di
attivazione
Deve essere attivata la trasduzione del segnale o
per la presenza di fattori di crescita o citochine ecc.
Prima, parlando di cellule staminali o di cellula
sdifferenziata, abbiamo detto che per poter avviare
il programma differenziativo ci deve essere un
“cocktail” di fattori stimolanti che indirizzino quella
cellula verso quel programma. Un fattore di crescita
fibroblastico chiaramente indirizzerà la cellula verso
il differenziamento in fibroblasto. Il fattore di
crescita epidermico (EGF) sarà preferenzialmente
utilizzato dall’epidermide e così via.
Tra i vari fattori che avviano la cellula verso un
programma di differenziamento abbiamo: fattori di
crescita, fattori che attivano le proteine G e anche le citochine che attivano delle trasduzioni del segnale
differenti (queste vie di trasduzione dovrebbero essere trattate dal prof. Laconi. La Batetta si informerà a
riguardo). In generale possiamo dire che un segnale esterno per arrivare sino al nucleo della cellula
necessita di una trasduzione del segnale citoplasmatica e dell’attivazione di fattori di trascrizione che vanno
nel nucleo e stimolano l’espressione di alcuni geni.
Qui abbiamo diversi fattori, tra
cui:
- PDGF: fattore di crescita derivato
dalle piastrine, senza il quale i
fibroblasti in vitro non proliferano.
- Angiopoietine: necessarie per
bloccare la neoangiogenesi (?)
Ecc.
Alcuni li vedremo gradualmente.
Come dicevamo prima, dopo la trasduzione del segnale, vi è la necessità di liberare dei fattori di
trascrizione: alcuni vengono sintetizzati, altri invece vengono liberati. Abbiamo parlato di fattore nucleare
delle catene leggere (NF-kB), costituito da due subunità di peso molecolare differente (55 e 65 kDa); esso è
tenuto nel citoplasma e affinchè venga liberato è necessario che si stacchino gli inibitori di questo fattore
(IKK)
è in uno stato inattivato, l'NF-κB si trova nel citosol complesso, legato ad una proteina inibitoria IκB (in questo caso IκBα). Attraverso
l'intermediazione dei recettori integrali della membrana, una varietà di segnali extracellulari può attivare l'enzima IκB kinase (IKK). L'IKK a sua volta fosforila
la proteina IκBα portando alla sua ubiquitinazione e degradazione nelproteasoma. In questo modo NF-κB viene reso disponibile. L' NF-κB attivato è in
seguito traslocato nel nucleo dove si lega a specifiche sequenze del DNA denominate response elements (RE). Il complesso DNA/NF-κB poi richiama altre
proteine quali i coattivatori e l'RNA polimerasi che trascrive il DNA in mRNA, il quale, infine, è esportato nel citosol e tradotto in proteina. Da Wikipedia).
(Quando
Se delle citochine, dei fattori di crescita, delle lesioni causano il distacco dei due inibitori, il fattore delle
catene leggere si porta a livello nucleare e, dopo essersi legato ad un fattore ….binding (?), attiva
l’espressione di geni che codificano per tutta quella serie di molecole che abbiamo indicato (citochine, altri
fattori di crescita, fattori tessutali, fattori angiogenetici ecc.)
Di tutto questo abbiamo parlato bene trattando l’infiammazione, qui vengono citate anche altre molecole
che vedrete più avanti: proteine G, le ERK ecc.
GUARIGIONE DELLE FERITE.
Abbiamo parlato della capacità proliferativa delle cellule e su questo si basa la possibilità di un tessuto di
rigenerarsi a seguito di una lesione. Un tessuto danneggiato si ricostituirà se le sue cellule lo consentono.
Prima di parlare di guarigione vera e propria bisogna considerare alcuni aspetti fondamentali: la presenza di
una ferita implica che ci sia stato un danno e la prima risposta al danno è l’infiammazione, che interviene
proprio per eliminare l’agente lesivo e le cellule morte (granulociti e le stesse cellule tessutali). In seguito si
ha la necessità di rigenerare le cellule parenchimali. La rigenerazione inizia dalla periferia della lesione,
dove ci sono le cellule sane che devono migrare per ricoprire la parte danneggiata. Altro evento
fondamentale è la sintesi della matrice extracellulare (ECM) che deve essere anche rimodellata. (Es. ferita
chirugica: è molto diversa dopo alcuni mesi rispetto ai primi giorni, proprio perché il connettivo è cambiato,
ha riacquistato resistenza anche se difficilmente può tornare come quello originario). Si avrà quindi
riorganizzazione del collagene e acquisizione della resistenza. Considerando tutti questi stadi è chiaro che le
cellule che intervengono sono molteplici; alcune le abbiamo già analizzate (granulociti, macrofagi ecc.),
perciò ci soffermiamo su altre cellule:
-i FIBROBLASTI che sintetizzano le proteine della matrice extracellulare e vengono attivati perché c’è stata
l’infiammazione, la quale getta le basi per il riparo del tessuto (l’attivazione dei due processi, infiammazione
e riparo, avviene quasi contemporaneamente).
-le CELLULE ENDOTELIALI perché una ferita implica un danno anche a livello di microcircolo. Alcuni tessuti,
oltre a essere rigenerati devono anche essere rinutriti, perciò è necessario che si rigenerino i capillari.
Affinchè una ferita guarisca è fondamentale che tutti questi processi avvengano correttamente.
( legge la slide che riporto direttamente in quanto la ritengo più schematica e aggiungo quanto detto in più)
Le cellule del tessuto danneggiato, basofili e piastrine
rilasciano citochine, molecole chemiotattiche, proteasi e
cellule (leucociti) e mediatori dell’infiammazione.
Obiettivi
Il PDGF, fattore di crescita derivante dalle
piastrine, agisce sui fibroblasti attivando la
proliferazione e la produzione, da parte dei
fibroblasti stessi, delle proteine della matrice.
Tutti questi aspetti sono da ricordare.
Modificazione del compartimento vascolare
Degradazione del tessuto danneggiato
Inizio della riparazione
L’esposizione del collagene, nella sede del danno endoteliale,
attiva le piastrine che si aggregano e aderiscono limitando la
perdita ematica
Le piastrine attivate rilasciano PDGF e altre molecole che
facilitano l’adesione, la coagulazione, la vasocostrizione, la
riparazione e il riassorbimento del coagulo.
MATRICE EXTRACELLULARE.
Ne esistono di vari tipi.
RUOLO:
-Rappresenta un’impalcatura per le cellule
-Forma anche la membrana basale, separando alcuni tipi cellulari dal connettivo sottostante ecc.
-È indispensabile per garantire la migrazione delle cellule, dando loro sostegno e indirizzandole come se
fosse “una strada” per le cellule stesse.
-Controlla la proliferazione cellulare: alcuni fattori di crescita, come ad esempio il fattore di crescita
fibroblastico, viene trattenuto tra le fibre di collagene ed è inerte. A seguito di una lesione, che causa
alterazione del collagene, l’FGF viene liberato e si lega al recettore specifico dei fibroblasti attivando la
proliferazione e la produzione di fibre collagene. Perciò le fibre collagene sono importanti nella regolazione
del rilascio di molti fattori di crescita.
-Mantenimento della differenziazione
-Determinazione del microambiente tessutale
Abbiamo due tipi di ECM che differiscono per struttura:
-MATRICE INTERSTIZIALE: è lo spazio compreso tra le cellule epiteliali, endoteliali e tessuto connettivo.
Nell’interstizio c’è anche la componente idrica molto importante. Si possono avere fibre collagene di tipo
fibrillare e non fibrillare, ma anche elastina, fibronectina, proteoglicani e acido ialuronico che viene ben
conservato e non esposto.
-MEMBRANE BASALI: le troviamo soprattutto a separare gli epiteli dal sottostante connettivo e sono quindi
associate a superfici cellulari. Costituite da collagene non fibrillare, soprattutto di tipo IV, laminina
eparansolfato e proteoglicani.
In questa immagine vediamo la membrana basale
tra epitelio e derma e tra endotelio dei vasi più
grossi e intima e fascia sottointimale .
Nell’interstizio è presente invece la matrice
interstiziale . Importante è considerare la presenza
di recettori per diversi componenti della ECM su
fibroblasti e altre cellule. I fibroblasti, senza una
adesione connettivale, in coltura non possono
crescere!
Le molecole che costituiscono l’ECM quindi sono:
-proteine fibrose strutturali: collagene, elastina
-glicoproteine di adesione: fibronectina e laminina (che aderiscono alle piastrine e non solo)
-gel di proteoglicani e acido ialuronico
