18.10.2012 (1a ora)
Mattia Piredda
PATOLOGIA GENERALE (Prof.ssa Batetta)
Continuiamo la nostra conversazione sull’apoptosi. Abbiamo già segnalato degli aspetti importanti relativi a
questo tipo di morte cellulare, in alcuni casi programmata (perché serve all’economia dell’organismo,
dall’embriogenesi fino alla morte), che in certe circostanze viene indotta da situazioni di danno a livello
cellulare; queste non sono tali da provocare morte da necrosi ma sono tali da suggerire di far sparire quella
cellula perché potrebbe essere potenzialmente dannosa.
Esistono due modi per innescare l’apoptosi, uno è attraverso il mitocondrio, organulo che se non è integro
può avviare l’apoptosi. Questa viene attivata attraverso un’alterazione della membrana mitocondriale
esterna, è come se quest’ultima aprisse delle porte per far uscire il citocromo C. La cellula si protegge da
qualsiasi variazione, da qualsiasi molecola tossica, per esempio radicali liberi ecc., grazie alla presenza nel
mitocondrio e nel citoplasma di una serie notevole di molecole che o attivano l’apoptosi o la limitano. La
cellula va in apoptosi quando le molecole proapoptotiche sono di più rispetto a quelle antiapoptotiche.
Per consentire un intervento veloce, molte molecole, per esempio le caspasi, sono già presenti nel
citoplasma, però allo stato inattivo in condizioni fisiologiche.
Abbiamo già detto come funziona la via
mitocondriale: nel momento in cui si verifica
un’alterazione della permeabilità sia dentro il
mitocondrio, producendo per esempio specie
reattive dell’ossigeno (es. riperfusione), sia
all’esterno del mitocondrio (es. radiolisi), il
citocromo C esce, va a far parte di un complesso,
l’apoptosoma, contenente a sua volta l’Apaf-1, che
attiva la caspasi-9 la quale attiverà la caspasi-3.
L’altra via agisce sempre sulla caspasi-3, che attiva
tutti gli enzimi che tagliuzzeranno il DNA,
tagliuzzeranno i tubuli e i filamenti della cellula
dandole quell’aspetto raggrinzito.
La possibilità che la cellula si salvi dipende sempre
dal rapporto tra questi fattori. Questo è un meccanismo intrinseco, perché dipende dal danno
mitocondriale, ma molto spesso gli insulti vengono dall’esterno, anche se ci possono essere delle condizioni
cellulari che possono mandare la cellula in apoptosi. Se un soggetto ha una carenza ad esempio di un
enzima che scinde un mucopolisaccaride che viene solitamente demolito dentro i lisosomi, questo si
accumula e quest’accumulo, per quanto sia endogeno, può portare la cellula in apoptosi. Però la via
intrinseca solitamente riconosce fattori esterni.
La via estrinseca è puramente immunologica. Il TNF (Tumor Necrosis Factor) alfa è una citochina. Tumor
Necrosis Factor, perché fu individuato per la prima volta nel siero di pazienti con tumore, soprattutto
pazienti cachettici, ed era correlato col disfacimento, con la cachessia, cioè l’espoliazione dell’ospite, di tutti
i costituenti dell’ospite, proteine, zuccheri e lipidi (per esempio trigliceridi in circolo perché non vengono
demoliti e messi dentro il tessuto adiposo) e si è visto che questa citochina è responsabile di questo; poi si è
visto che anche negli obesi è molto aumentata. Il recettore per il TNF alfa soprattutto il recettore 1 è
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collegato con dei domini di morte che stanno a livello di membrana. Domini di morte perché in seguito al
legame con TNF alfa attivano tutta una serie di meccanismi che portano a morte la cellula.
Abbiamo poi il recettore di morte Fas o CD95, presente in tutti i tipi cellulari che viene riconosciuto da un
ligando presente in alcuni linfociti, in conseguenza
del legame abbiamo l’attivazione della morte
cellulare.
Il ligando Fas è presente non solo nei linfociti, ma
anche in molti tipi cellulari, per esempio in molte
cellule di tessuti ghiandolari, per esempio a livello di
cellula tiroidea ma anche a livello di beta cellula,
tant’è vero che questo tipo di morte cellulare è stato
riconosciuto in molte patologie autoimmunitarie.
Però in seguito all’attivazione dei domini di morte,
abbiamo l’attivazione della procaspasi-8 che
attivando la procaspasi-3 avvia l’apoptosi. Però non
sempre il legame ligando e Fas induce un’attivazione
della procaspasi-8 in caspasi-8 sufficiente ad attivare
la 3. Questo è il momento in cui c’è una sorta di
collaborazione tra via estrinseca e via intrinseca,
perché sarà anche vero che la caspasi-8 non è stata
sufficiente quantitativamente ad attivare la caspasi3, però può agire attraverso un altro fattore
citoplasmatico, il Bid, che è in grado di alterare la
membrana mitocondriale. Quindi se non ce la fa
attraverso la via estrinseca ce la farà sempre con
l’intermediazione del Bid attraverso l’alterazione a
livello mitocondriale. Per cui questo è un caso dove lo scatenamento è immunologico però il danno
mitocondriale contribuisce a mandare quella cellula in apoptosi.
Questo meccanismo è importante per due motivi: è in grado sia di riconoscere gli antigeni self, permette al
linfocita di riconoscere antigeni autoreattivi, sia di riconoscere delle cellule che hanno un’alterazione della
membrana cellulare. Nel nostro organismo queste cellule sono le cellule tumorali e le cellule infettate da
virus che subiscono una modificazione tale che praticamente le fa riconoscere come estranee. Anche se il
legame del Fas sul ligando non è in grado di attivare la caspasi in maniera tale da indurre l’attivazione
diretta della caspasi-3 è in grado di farlo attraverso la Bid che agisce a livello di membrana cellulare.
Abbiamo parlato anche di p53, essa inizialmente blocca la fase G del ciclo, prima della fase S, perché la
cellula non si deve replicare ma deve essere riparata, se non ci riesce si avvia l’apoptosi. La p53 è la prima
proteina mutata trovata nei tumori. Le cellule tumorali hanno la caratteristica di saper riparare il loro DNA
in maniera molto carente, perché gli stessi enzimi deputati a farlo possono essere mutati, per cui c’è una
notevole variabilità che viene fissata e prosegue e questo è responsabile dell’evoluzione del tumore, della
sua trasformazione e della sua malignità che può peggiorare. p53 dal punto di vista diagnostico non ci dice
niente, è un importante soppressore tumorale ed è un controllore molto importante delle cellule
danneggiate o infettate, agisce sia attraverso la via estrinseca che attraverso la via intrinseca con una
proteina molto importante che è l’Mdm2. Tutto ciò che provoca danno o lesione è visibile anche a livello
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sperimentale se vogliamo vedere. Abbiamo addirittura l’induzione del Fas da parte della p53.Abbiamo già
parlato dell’induzione del Bax che è una proteina proapoptotica che pare sia attivata dalla p53.
Un eccesso di apoptosi può essere accompagnato da un danno a carico dell’organismo. Se c’è una quantità
di apoptosi superiore al necessario, ovviamente si avrà una riduzione del numero di cellule in un
compartimento, tessuto ecc. Molte patologie di tipo neurodegenerativo vengono attribuite a un eccesso di
apoptosi. Però l’apoptosi si ritrova anche in cellule che si trovano intorno a una zona ischemica, intorno a
un’ischemia c’è una necrosi però le cellule periferiche a quella necrosi per sofferenze trasmesse possono
essere apoptotiche. Se invece c’è un difetto di apoptosi le conseguenze sono sempre tumori e patologie
autoimmunitarie.
Qui abbiamo anche un elenco di
molecole
che
inducono
l’apoptosi. Ci sono alcuni
farmaci chemioterapici che
possono indurre, oltre che
necrosi, apoptosi; l'etanolo può
indurre l'apoptosi ma anche il
peptide beta-amiloide. Poi
naturalmente
abbiamo
gli
inibitori dell'apoptosi (qui ce n'è
tutta una serie).
Quando abbiamo parlato di
morte cellulare vi ho introdotto
un altro tipo di morte la
piroptosi; questa è determinata
oltre che dall'attivazione di una
caspasi
particolare
anche
dall'attivazione dell'interleuchina
1-beta. È una morte cellulare che
ancora viene trascurata e
nonostante la sua importanza è
comunque poco considerata;
essa è tuttavia importante
perché noi fino ad adesso
abbiamo sempre visto fattori
esterni, mentre, in questo caso
l'attivazione è spesso dovuta ad un sensore (se così possiamo chiamarlo) citoplasmatico, il NOD. Abbiamo i
recettori che riconoscono il danno (e che vedremo velocemente) e avremo tutte quelle alterazioni che
portano ad un aumento dei radicali liberi ma possono anche essere fattori nutrienti ecc. attivanti un
complesso (diverso da quello che abbiamo visto sia facendo la necrosi che facendo l'apoptosi) che si chiama
NOD-LRP3 costituito da una serie di fattori citoplasmatici in grado di attivare la caspasi-1. Ci sono vari
fattori in grado di azionare questo sistema, questo sensore citoplasmatico, che se attivato attiva la caspasi1. Viene attivato da patogeni diversi che sono a volte funghi ma anche alcuni virus e batteri; quindi è una
risposta che, per quanto venga mediata da sensori interni al citoplasma, è attivata da batteri e inoltre
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sempre dai soliti agenti esterni. Tra gli attivatori mettiamo anche il glucosio, infatti un'iper-glicemia è in
grado di attivarlo. Inseriamo dunque nell'infiammazione anche molecole metaboliche normalmente
presenti nel nostro organismo. Comunque, come potete vedere, la caspasi-1, oltre che agire a livello della
membrana, attiva un'interleuchina 1-beta che è una potentissima molecola pro-infiammatoria; quindi
ricapitolando vediamo l'attivazione della caspasi-1, la quale ha un'azione litica come quella di altre caspasi
(come la caspasi-3), provoca danni a livello del DNA, danni a livello della membrana plasmatica, e
attivazione dell'interleuchina 1-beta, con tutto ciò che ne consegue a livello cellulare. Questo meccanismo è
stato individuato responsabile di diverse malattie infiammatorie e della gotta, malattia dovuta a un eccesso
di acido urico; quando l'acido urico precipita crea delle crisi dolorosissime tipiche appunto della gotta,
caratterizzata quindi da un rigonfiamento, da un'infiammazione a livello articolare. Quando viene colpito
l'alluce, per esempio, il soggetto “muore” di dolore. Essendo causata la gotta da iperuricemia (data a sua
volta da un vasto consumo di carni rosse), un tempo andava a colpire soprattutto le persone ricche visto
che erano le uniche a potersi permettere un'alimentazione ricca appunto di carne; andava a colpire anche
le persone obese. Adesso questi fattori non sono così correlati forse perché le persone obese vanno
incontro a un sacco di altre malattie.
Abbiamo anche parlato di autofagia. Autofagia che è molto simile alla fagocitosi messa in atto dai fagociti
professionali che introducono delle sostanze estranee attraverso la plasmamemabrana; la
plasmamembrana abbraccia la sostanza da inglobare e poi c'è il passaggio, la migrazione attraverso il
citoplasma cellulare, la fusione con il lisosoma, la formazione del fagolisosoma, la distruzione ad opera degli
enzimi litici presenti nel lisosoma e praticamente la digestione. Stesso sistema viene applicato, anche se
sono poco noti i geni e le proteine che sono implicate, anche nell'auto-fagolisosoma; anche qui il tutto
avviene attraverso un sistema di pulizia generale. Quindi attraverso l'apparato digestivo cellulare questi
organuli vengono digeriti. Su questo meccanismo si
basa l'immunità aspecifica, uno dei sistemi più
vecchi degli organismi viventi. Il controllo genico e
proteico è presente ed è stato identificato in
malattie degenerative a carico del sistema nervoso
e dell'apparato muscolare.
Siamo stati molto drastici nel parlare di danni ed è
giusto che sappiate che il danno cellulare può
essere determinato anche da altre cose, per
esempio da accumuli di materiale fisiologico.
Vedete qui abbiamo un epatocita, cosa vi colpisce
di queste cellule? Beh sono diverse! A sinistra c’è
una cellula sana, a destra una cellula meno sana. Si
possono osservare lipidi citoplasmatici conservati
in gocciole lipidiche; i lipidi citoplasmatici possono
aumentare soprattutto se si tratta di trigliceridi.
Una patologia collegata all'aumento dei lipidi
epatici è la steatosi. Ma la steatosi può colpire
solamente il fegato? Assolutamente no, infatti si
arricchisce di lipidi anche il tessuto muscolare di
persone obese (per esempio) ma anche il tessuto
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muscolare di una persona che non fa attività fisica. A meno che non abbiamo un apparato muscolare simile
a quello dei cavalli con cellule adipose interposte tra le fibre muscolari. Questo però si ha nel cavallo perché
è un animale da lavoro e quindi un animale che ha bisogno di energia (c'è da precisare che in questo caso
non si trovano dentro le cellule muscolari ma si trovano dentro cellule adipose che stanno nel tessuto
muscolare per rifornirlo). Invece il tessuto muscolare del soggetto che non fa attività fisica, oltre che essere
considerato equivalente alla carne bianca, può anche arricchirsi di lipidi. Quindi non è che dobbiamo
incontrare un fascio di radiazioni ultraviolette, ionizzanti per essere danneggiati, ma altri danni possono
essere determinati da altri fattori che sono dipendenti da noi. La steatosi non colpisce solamente gli obesi
ma colpisce anche i soggetti che ingeriscono eccessi di zucchero semplice. Pensate che è stato dimostrato
che con l'eliminazione dalla dieta di zuccheri semplici, parlo del saccarosio, si può avere la riduzione, in un
soggetto con steatosi epatica, del 30% di contenuto in grasso; questo perché lo zucchero che non viene
utilizzato viene trasformato in grasso. Un'altra cosa che può provocare steatosi è l'etanolo (l'alcool etilico),
quindi nei bevitori incalliti si può spesso riscontrare una steatosi. Poi ci sono quelli "innocenti" che hanno
problemi di metabolismo che hanno la steatosi metabolica.
Quindi da un po' di tempo è
stato scoperto che un
eccessivo accumulo di lipidi
a livello epatico o a livello
muscolare
può
essere
dovuto
a
diverse
circostanze. Guardate qui.
Abbiamo la mutazione delle
proteine. Questo fenomeno
poteva essere associato a
stress
nel
reticolo
ergastoplamastico
con
conseguente misfolding e
dunque alterazione del
corretto avvolgimento delle
proteine. Nel caso in cui si
verifichi quest'alterazione si
ha l'eliminazione della
proteina attraverso il sistema del proteasoma. Ma se queste proteine sono troppe possono precipitare e
indurre danno; abbiamo già fatto un esempio di malattie dovuta a precipitazione dell'amiloide, l'Alzheimer.
Però anche il diabete di tipo 2 a volte viene causato dalla precipitazione del livello cellulare di un'amilina.
Un'altra situazione è data dalla mancanza di enzimi; pensate per esempio alla mancanza di un enzima che
scinde il mucopolissaccaride, si avrebbe un accumulo di quest’ultimo a livello cellulare e l'accumulo provoca
danno. Le malattie lisosomiali, malattie genetiche, riconoscono tutto questo meccanismo. Ma abbiamo
anche delle glicogenosi cioè malattie implicate nella sintesi e nella demolizione del glicogeno che non
essendo ben demolito si accumula e provoca danno. E poi l'ultimo caso è dovuto all'assunzione di molecole
indigeribili per esempio la silice.
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