Seconda Università di Napoli
II° Anno II° Semestre A.A. 2012/2013 Sbobinatura Patologia Generale Prof. Castoria
Gruppo di studio “La Sbobba”
A cura di dodo e Ely24e
1) Aspetti Molecolari della Cellula Neoplastica Pag. 2
2) Regolazione e Deregolazione del Ciclo Cellulare Oncogeni e Oncosoppressori Pag. 20
3) Oncogeni e Oncosoppressori Invasività e Metastasi Pag. 33
4) Metastasi Risposta al Danno Pag. 49
5) Risposta al Danno Necrosi Pag. 63
6) Infiammazione Acuta e Cronica Pag. 80
7) Chemiotassi Fagocitosi e Degranulazione Mediatori Chimici dell'Infiammazione Pag. 97
8) Mediatori Chimici Infiammazione Cronica Pag. 112
9) Infiammazione Cronica Aspetti Caratteristici ella Guarigione di una Ferita Pag. 128
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Castoria 1.1 (Giovedì 11 Aprile 2013)
Aspetti Molecolari della Cellula Neoplastica
Il termine neoplasia significa nuova crescita, nuova formazione, il
termine tumore deriva dal latino tumor che significa tumefazione,
esistono dei tumori maligni e dei tumori benigni e che questi tumori
hanno delle caratteristiche fenotipiche diverse perché i tumori
benigni hanno una crescita espansiva i tumori maligni hanno una
crescita infiltrativa e quindi tendono ad invadere i tessuti circostanti
e a dare delle metastasi. Dal punto di vista più specifico quali sono
le caratteristiche di una cellula neoplastica? Poi vedremo
successivamente quali sono i meccanismi molecolari che sono alla
base di queste caratteristiche, l‘autosufficienza rispetto ai segnali di
crescita e cosa significa questo? Che alcune cellule neoplastiche
secernano esse stesse dei fattori di crescita per es. fattori di
crescita che sono simili a Tgf e uno di questo è proprio un
oncogene che si chiama Sis, un’altra caratteristica è l’insensibilità di
queste cellule a dei segnali che si oppongono alla crescita quindi a
dei segnali antiproliferativi ancora l’evasione rispetto all’apoptosi
infatti le cellule neoplastiche non crescono illimitatamente ma
sopravvivono in condizioni ambientali sfavorevoli quindi quello che
è forzato nella cellula neoplastica è il fenotipo della sopravvivenza.
Altra caratteristica è che queste cellule riescono ad invadere i
tessuti circostanti e dare metastasi a distanza, un’altra caratteristica
è l’angiogenesi sostenuta di queste formazioni neoplastiche quindi
si hanno dei processi di neoangiogenesi e poi ancora un potenziale
replicativo che non ha limite per questo si parla molto spesso
dell’immortalità della cellula neoplastica. Quando si parla
dell’immortalità di una cellula il primo concetto che questa cosa
rinvia è il concetto del tempo della cellula ovviamente non si può
fare altro che parlare della regolazione del ciclo cellulare in una
cellula neoplastica. Nella maggior parte della cellule neoplastiche
cambia completamente il ciclo cellulare quindi si ha una
deregolazione del ciclo e generalmente quello che cambia è la
durata quindi il tempo che questa cellula impiega per poter
duplicare, la maggior parte delle fasi del ciclo nelle cellule
neoplastiche sono accorciate e soprattutto quello che risulta
accorciata è la fase più importante del ciclo che è la fase G1, S.
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Vediamo come viene deregolato il ciclo e come viene deregolato il
tempo della cellula neoplastica. Il ciclo cellulare è caratterizzato da
una serie di fasi in cui le cellule duplicano in due cellule figlie che
sono perfettamente uguali alla cellula progenitrice durante il ciclo
cellulare si ha una fase G1, una fase S di duplicazione del DNA,
una fase G2 che è una fase di preparazione alla mitosi e quindi alla
duplicazione vera e propria della cellula. Come viene controllato
questo ciclo cellulare? La parola stessa Ciclo fa pensare a qualcosa
che oscilla nel tempo e queste oscillazioni sono dovute ad alcune
proteine chiave che sono le Cicline, le cicline sono degli oloenzimi
costituiti da una parte regolatoria che sono le cicline D , E , A, B e
una porzione catalitica che è formata dalle chinasi associate a
queste cicline.
Quali possono essere queste associazioni e quali sono le cicline
che caratterizzano le varie fasi del ciclo? La fase G1 è
caratterizzata prevalentemente dalla presenza di questi complessi
ciclina D/cdk4 o 6, la fase G1/S è caratterizzata nella fase tardiva
G1 fino alla fase S trovate il complesso ciclina E/cdk2, durante la
fase S avete il complesso ciclina A/cdk2 e durante la fase M il
complesso ciclina B/cdk1. Come cambia questo ciclo? Il ciclo
cambia a seconda del tipo della cellula, generalmente la fase G1 ha
una durata di 10h, la fase S di 7.30h, la fase G2 di 3h, la più breve
è la fase M di 1h, che cosa è cambia nei tumori? Cambia proprio la
fase G1. Da che cosa è caratterizzata da questa fase G1 e come
viene regolato il ciclo? Il ciclo viene regolato non solo da marcatori
positivi che sono le cicline e le chinasi ad esse associate ma viene
regolato anche da inibitori del ciclo che sono di due classi
fondamentali cioè gli inibitori della famiglia Ink che vanno a inibire
direttamente l’attività catalitica delle chinasi associate alle cicline e
vanno a inibire i complessi cdk4, cdk6, cicline D1, ciclina D2, ciclina
D3, che sono di varie isoforme di cicline che potete trovare e che
vengono espresse differenzialmente nei vari tessuti cellulari e nei
vari tumori. Esiste un’altra famiglia di inibitori che non sono inibitori
puri perché non vanno a legarsi alle chinasi associate alle cicline
ma si vanno a legare al complesso quindi si vanno a legare alle
chinasi associate alle cicline e questi sono P21, P27, P57 che
inibiscono i complessi ciclina E/cdk2 o ciclina A/cdk2. Nei tumori
umani possono essere alterati sia i marcatori positivi del ciclo
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cellulare che gli inibitori del ciclo quindi alla fine si ha una
deregolazione del ciclo. Quale è la fase più importante del ciclo? E’
la fase G1 e nelle cellule tumorali i cambiamenti avvengono proprio
in questa fase, la fase G1 è l'intervallo in cui le cellule rispondono ai
stimoli extracellulari e decidono se duplicare il DNA e dividersi o se
entrare in uno stato di quiescenza, quindi se voi avete una cellula
arrestata e somministrate un fattore di crescita, un mitogeno, un
ormone questa cellula incomincia a intraprendere questa fase del
ciclo e decide se essere commissionata o meno verso la
duplicazione cellulare, questa decisione come viene chiamata?
Viene chiamata PUNTO DI RESTRIZIONE, il punto di restrizione è
quel momento in cui la cellula che è sottoposta a uno stimolo
mitogeno decide di duplicarsi, questo vuol dire che quando la
cellula ha superato questo punto di restrizione si possono togliere
anche tutti i nutrienti dall’ambiente cellulare ma la cellula è
commissionata verso la duplicazione, più o meno la stessa cosa
avviene durante l’apoptosi quando la cellula decide di ingaggiare il
programma di suicidio. Quando la cellula viene stimolata con un
fattore di crescita si ha una fase G1 precoce in cui comincia ad
aumentare il citoplasma, i mitocondri incominciano a dividersi, si ha
un elevato metabolismo cellulare fino a che la cellula raggiunge
questo punto di restrizione, in genere verso la 6-7 ora dalla
stimolazione con un fattore di crescita, poi superato questo punto di
restrizione si ha una fase tardiva di G1 in cui il citoplasma aumenta
ancora, i mitocondri ancora si dividono e la cellula è commissionata
alla divisione e comincia la fase di duplicazione del DNA, la cellula
si prepara durante questa fase alla duplicazione del DNA fino ad
avere la fase S. Questo punto di restrizione è importante perché i
farmaci antitumorali che si usano in medicina molto spesso
falliscono perché la cellula neoplastica ha alterato proprio questo
punto di restrizione, la cellula neoplastica decide molto più
facilmente rispetto alle cellule normale se raggiungere questo punto
di restrizione e se si somministra un farmaco antineoplastico
mentre la cellula ha già passato questo punto di restrizione il
farmaco non funziona, questo è il motivo perchè molte terapie
antineoplastiche non riescono a funzionare sulle cellule. Da chi
viene controllato questo punto di restrizione? Il punto di restrizione
viene controllato dalla ciclina D, da un esperimento fatto anni fa fu
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dimostrato attraverso la micro inezione delle cellule di anticorpi
anticiclina D che quando la cellule venivano stimolate con un fattore
di crescita e veniva micro iniettato un anticorpo che blocca la ciclina
Dl e cellule non riuscivano ad arrivare al punto di restrizione e
quindi non potevano duplicare il DNA e non potevano entrare nella
nella fase S. Quindi fu dimostrato che la ciclina D è indispensabile
perchè la cellula raggiunga il punto di restrizione, quindi nei tumori
umani se è alterato la ciclina D, come spesso accade, si ha come
effetto finale il fatto che la cellula riesce a duplicarsi molto più
facilmente rispetto a una cellula normale. Che cosa succede
quando si ha un segnale mitogeno? Succede che aumentano i
livelli di ciclina D e delle chinasi associate alla ciclina D come
conseguenza nella fase successiva si ha l’elevazione del
complesso ciclina E/cdk2 e il substrato di questo complesso è una
proteina importantissima che è RB o proteina del retinoblastoma, e
quando questa proteina RB che è un antioncogene viene fosforilata
da parte delle chinasi ciclino dipendenti e soprattutto dal complesso
ciclina E/cdk2 succede che Rb rilascia un fattore di trascrizione E2F
che è libero di funzionare e va ad attivare a livello trascrizionale la
sintesi di geni coinvolti nella duplicazione del DNA e attiva
l’espressione di altre cicline come la ciclina A e di altri geni coinvolti
nel controllo della fase S. Quindi questa è la cascata di eventi:
segnale mitogeno, stimolazione del complesso ciclina D/cdk4,
incremento del complesso ciclina di E/cdk2, questi complessi
fosforilano Rb che quando è fosforilato si stacca da E2F (fattore di
trascrizione) il quale viene liberato che va ad agire sulla sintesi di
geni che controllano la duplicazione del DNA o anche di altri geni
come ad es. la ciclina quindi in questa maniera avviene il controllo
del punto di restrizione. Come viene modulato questo ciclo
cellulare? Come fanno i segnali esterni a modulare positivamente il
ciclo cellulare? I segnali esterni sono segnali solubili cioè fattori di
crescita o ormoni ma possono essere anche i segnali insolubili della
matrice extracellulare, le proteine della matrice collagene, laminina,
fibronectina sono in grado di dare alla cellula dei segnali che
agiscono positivamente sul ciclo cellulare. Che cosa fanno in
definitiva tutti e due questi tipi di segnali? Sia i segnali solubili che i
segnali insolubili della matrice controllano il ciclo attraverso
l’attivazione di vie che sono chiamate vie di trasduzione del
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segnale. Un fattore di crescita è un fattore solubile, peptidico quindi
idrofilico e non può attraversare la membrana plasmatica, (invece
gli ormoni steroidei lo possono fare perchè solo liposolubili) quindi
questo segnale ha bisogno di un recettore di membrana la maggior
parte dei recettori per i fattori di crescita attivano delle cascate di
trasduzione del segnale intracellulare e come lo fa? Il fattore di
crescita si lega al dominio extracitoplasmatico di questi recettori con
alta affinità, questi recettori sono costituiti da una porzione
extracitoplasmatica destinata al legame con il rispettivo ligando, da
uno stretch di amminoacidi idrofobici che consentono a questi
recettori di ancorarsi alla membrana plasmatica, da una porzione
intracitoplasmatica che è caratterizzata da un’attività tirosinicokinasica, generalmente questi recettori per i fattori di crescita
posseggono un’intrinseca attività di tirosina-kinasi e che cosa sono?
La fosforilazione di una proteina può avvenire in serina, treonina e
in tirosina, fino a qualche decennio fa si conoscevano la
fosforilazione in serina e treonina, (la fosforilazione in tirosina era
rarissima, per un errore di laboratorio fu scoperta questa
fosforilazione in tirosina ma fu data una grossa importanza quando
si vide che le cellula cancerose sottoposte ad analisi biochimiche
mostrano elevati livelli di proteine fosforilate in tirosina quindi
questo processo biochimico di fosforilazione in tirosina venne
messo in relazione con il processo di trasformazione neoplastico).
Quindi un fattore di crescita si lega a questo recettore, il recettore,
che è presente sotto forma monomerica, dimerizza quindi si ha la
formazione di un dimero, quando un recettore dimerizza sulla
membrana plasmatica si ha un cambiamento conformazionale del
recettore ed attraverso questo cambiamento conformazionale si
autofosforila il recettore e si autofosforilano i residui di tirosina
intracitoplasmatici, quindi il recettore risulta fosforilato in tirosina e
perchè si autofosforila? Perchè possiede esso stesso un’intrinseca
attività tirosino-kinasica, quindi questi sono recettori di membrana
ad attività tirosino-kinasica che possono essere degli oncogeni.
Questo recettore che si è autofosforilato in tirosina recluta
attraverso queste tirosine fosforilate delle proteine che hanno dei
domini SH2, SH sta per Sarc homology, Src è una tirosina chinasi è
un proto-oncogene coinvolta nei processi di crescita normale e
neoplastica delle cellule, questa tirosina chinasi che non è una
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tirosina chinasi di membrana ma è una tirosina chinasi solubile (fu
identificata per la prima volta questo dominio SH e si vide che in un
grosso numero di molecole che intervengono nella trasduzione del
segnale sono presenti questi domini SH e questi domini servono a
riconoscere le tirosine fosforilate di un’altra molecola). Quindi
accade che si ha un’interazione tra una proteina a monte che si
autofosforila in tirosina, in questo caso il recettore, con un’altra
proteina che contiene dei domini SH2 che può essere essa stessa
un’altra chinasi in tirosina oppure può essere una proteina che
viene detta scaffold, una proteina di ancoraggio, che fa da
interfaccia perché magari con un dominio SH2 interagisce con la
tirosina fosforilata di un recettore in questo caso il recettore
dell’EGF e con un altro dominio diverso per es. SH3 interagisce con
altre proteine che sono per es. ricche di prolina che consente
queste interazioni, quindi queste molecole scaffold fanno da
interfaccia per poter reclutare altre molecole della trasduzione del
segnale sulle membrane plasmatiche. Quando il recettore per il
fattore di crescita si autofosforila in tirosina questi siti di
fosforilazione in tirosina vanno a interagire con i domini Sh2 di
molecole scaffold o adattatori come Garb2, e succede che come
conseguenza di queste interazioni queste molecole scaffold
avvicinano una piccola proteina legante il GDP che è la proteina
Ras a una membrana plasmatica e accade che Ras in presenza di
scambiatori guaninici detti anche Gef viene attivata e quindi si ha la
conversione di Ras-gdp che è inattivo in Ras-gtp che è attivo.
Immediatamente dopo questo segnale si spegne e Ras cicla nella
sua forma inattiva e idrolizza il gtp in gdp e ritorna alla condizione di
base, tutto questo può essere alterato nei tumori umani e quando
Ras si attiva incomincia a sua volta ad attivare una serie di chinasi
che stanno a valle di Ras e queste sono Raft che è coinvolta nei
melanomi, Mek che è coinvolta in moltissimi tumori umani, e infine
le Map kinasi.
Per Map kinasi si intende mitogen activated kinase, kinase perché
sono diverse è una famiglia di chinasi Erk1, Erk2, Erk3, Erk4, Erk5
ma a queste famiglia di kinasi appartengono anche delle altre
chinasi attivate dallo stress come per es. la P38 che è una chinasi
che non fa proliferare la cellula ma la fa rispondere allo stress
oppure una Jun kinasi. Queste chinasi cosa fanno? Soprattutto le
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chinasi Erk1 e Erk2 una volta fosforilate traslocano nel
compartimento nucleare dal citoplasma e nel compartimento
nucleare vanno a funzionare sulla ciclina, ciclina D, ciclina E,
attivando queste cicline oppure vanno ad inibire gli inibitori del ciclo
cellulare naturalmente l’inibizione può essere a livello trascrizionale
oppure può essere a livello di degradazione e sono molteplici i
meccanismi con cui queste Map kinasi controllano il ciclo cellulare.
Contemporaneamente accade che una volta il recettore si è
autofosforilato in tirosina viene reclutata una fosfolipasi C gamma e
quando viene reclutata la fosfolipasi C gamma viene rilasciato
inositolotrifosfato (IP3) e DAG, il IP3 va a stimolare il rilascio del
calcio da parte dei calcisomi, di queste strutture che servono ad
immagazzinare il Ca per cui aumentano i livelli intracellulari di Ca,
vengono attivati tutte le chinasi calcio dipendenti nella cellula, il
DAG va ad attivare le protein chinasi C e quindi si vede come si
amplifica questo segnale nella cellula, inoltre accade che questi
eventi fosforilativi vanno ad agire sui fattori di trascrizione nucleari,
e quali sono? Sono dei geni precoci Jun, FOS, Myc sono fattori
trascrizione perché agiscono direttamente o indirettamente
regolando positivamente o negativamente l’espressione genica. E
che cosa fanno questi eventi di fosforilazione? Vanno ad agire
positivamente sul ciclo cellulare. Ricordiamoci le tappe: 1) Fattore
di crescita 2) Legame ai recettori dei fattori di crescita 3) Attivazione
delle vie di traduzione del segnale, quindi attivazioni o di chinasi
intracellulari o attivazione di piccole proteine leganti il GTP della
famiglia RAS 4) Attivazione della cascata di chinasi dipendente da
RAS 5) Infine il segnale arriva al nucleo, questa che abbiamo
descritta, quindi, è la classificazione degli oncogeni, tutte queste
proteine Fattori di crescita, Recettori, Molecole adattatrici, Chinasi
in tirosina, Piccole proteine leganti il GTP, MAP chinasi, Raf, Mek e
tutte queste vie di traduzione del segnale e i fattori di trascrizione
nucleari possono essere alterati nei tumori umani e quando una di
queste molecole viene alterata significa che la cellula tumorale si
sgancia dal controllo esterno perché si può avere un attivazione
costitutiva di un recettore e quindi il recettore può funzionare
indipendentemente dal ligando, si può avere un attivazione
costitutiva di RAS per cui RAS lega sempre GTP e quindi agisce
sempre positivamente sul ciclo cellulare e lo forza oppure si può
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avere alterazione delle MAP chinasi o di altre molecole che
intervengono in questa trasduzione del segnale.
Ma quali sono i meccanismi che regolano l’attività delle proteine
della famiglia RAS? Prima di tutto sono tutte delle piccole proteine
(piccole perché sono in opposizione alle proteine G eterotrimeriche
che sono di membrana, presentano un elevato peso molecolare e
che oscillano in forma attiva quando legano GTP o dalla forma
attiva alla forma inattiva quando idrolizzano il GTP) che legano GTP
e quasi tutte hanno un peso sui 21 mila, esistono vari membri di
questa famiglia RAS quindi è un capostipite di una famiglia di
piccole proteine che legano il GTP, queste proteine non sono solo
coinvolte nei meccanismi di proliferazione e sopravvivenza delle
cellule ma sono coinvolte anche nei processi di motilità cellulare
quindi sono coinvolte nei processi di invasività e di metastasi,
perché queste piccole proteine leganti il GTP regolano i
cambiamenti citoscheletrici indispensabili per la migrazione delle
cellule. Ma quali sono queste proteine? Sono la proteina RAS
(mutata in molti tumori umani) la proteina RHO (Ras Homology) la
proteina RAC di cui esistono varie isoforme differenzialmente
espresse nei vari tessuti e la proteina CDC-42, queste sono le
proteine più importanti di questa famiglia. Mutazioni di queste
proteine sono state rinvenute nei tumori umani e soprattutto
mutazioni di RAS e prevalentemente nei Tumori del Polmone,
Tumori del Pancreas, Tumori dell’ovaio, ma moltissimo tumori
umani presentano alterazioni o della proteina RAS o delle proteine
che regolano l’attività di RAS e come viene regolata l’attività di
queste piccole proteine leganti il GTP? Queste proteine sono
generalmente associate nel citoplasma a degli inibitori e quando
sono associate a questi inibitori non funzionano all’interno della
cellula quindi sono in uno stato di quiescenza e quando arriva il
segnale, che può essere un segnale di crescita o un ormone, anche
l’insulina, oppure un segnale dalla matrice extra cellulare come la
fibronectina e cosa accade? Accade che questi segnali vanno ad
attivare degli scambiatori guaninici che si chiamano GEF (Guanine
Exchange Factor) e che cosa fanno questi scambiatori guaninici?
Favoriscono positivamente la formazione del GTP per cui quando
arriva un segnale dalla cellula questi scambiatori (i più importanti
VAV, TIAM-1) vengono attivati, e come vengono attivati? Vengono
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generalmente fosforilati in tirosina e una volta attivati facilitano la
formazione dei complessi leganti il GTP. Quindi si ha l’attivazione di
queste piccole molecole. Cosa importante è che in molti tumori
umani non è alterata l’attività di RAS ma sono alterati gli
scambiatori guaninici per cui non è la mutazione delle piccole
proteine leganti il GTP che induce l’eccessiva proliferazione
cellulare ma una mutazione di questi scambiatori guaninici
favorendo l’attivazione di queste piccole proteine leganti il GTP
però questo nei tumori! In condizioni normali il segnale si spegne
perché contemporaneamente vengono anche attivate dalla cellula
delle “GTPasi activities protein” che vanno a favorire la conversione
del GTP in GDP quindi del GTP in GDP per cui il ciclo si chiude e
queste piccole proteine leganti il GTP si inattivano ritornando allo
stato basale, per cui in condizioni normali si ha: segnale, dopo
pochi minuti dal segnale ormonale (che può essere anche
insulinico) si ha l’attivazione di queste piccole proteine leganti il
GTP rapida transiente dopodichè si ha l’inattivazione e la
conversione verso le forme inattive quindi forme leganti GDP
avendo l’idrolisi del GTP e quindi il ritorno di queste molecole alla
condizione basale però quando queste molecole sono attivate
vanno ad attivare nella cellula una serie di chinasi che stanno a
valle, attivando queste chinasi tra cui le map chinasi si ha la
regolazione positiva del ciclo cellulare ma si possono avere anche
altri tipi di risposta cellulare.
Che cosa può succedere nei tumori ? Vi sono dei segnali
extracellulari viene attivata Ras che a sua volta recluta Raf che è
una serin treonin- kinasi che a sua volta recluta queste altre kinasi
Mec1 Mec2 che attivano Erk1 e Erk2, Erk1 e Erk2 non solo vanno a
controllare i fattori di trascrizione (myc, jun, fos) ma controllano
positivamente il complesso ciclina D/cdk4 e controllano
negativamente la p27. Come fanno queste due map chinasi a
controllare positivamente la ciclina D? Perchè o ne inducono la
fosforilazione e la stabilizzano (regolazione post trascrizionale) o
perchè agiscono sull’rna messaggero perchè stabilizzano il
messaggero o perchè agiscono sulla trascrizione della ciclina D a
livello genico modulando positivamente la trascrizione del gene che
codifica per la ciclina D, sono questi i meccanismi con cui le map
chinasi controllano l’espressione di ciclina D quindi l’entrata in una
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cellula in ciclo. Erk1 Erk2 controllano negativamente p27, che è un
inibitore del ciclo, quindi lo inibiscono per cui il ciclo viene forzato e
come fanno ad inibirlo? O perché ne inducono una fosforilazione
che delocalizza p27 e lo porta dal compartimento nucleare a quello
citoplasmatico per cui p27 non può esercitare più la sua funzione
perché è delocalizzato in un altro compartimento o perché nel
reprimere la trascrizione genica si ha una diminuzione della
trascrizione di p27 o perchè si hanno delle fosforilazione di p27 che
ne favoriscono la degradazione quindi i meccanismi possono
essere molteplici ma l’effetto finale è quello di forzare il ciclo
cellulare. Se avete delle mutazioni di Ras attivanti si ha che questa
mutazione conferisce a Ras l’acquisizione di una funzione in più,
Ras attivato in un singolo amminoacido può legare il Gtp e questo
significa che quella via che dipende da Ras è costitutivamente
attivata per cui avete una forzature continua del ciclo cellulare, dove
si trovano le mutazioni che attivano Ras? Adenocarcinomi del
pancreas, del colon, del polmone, leucemia mieloidi acute e questi
sono alcuni dei tumori umani in cui si hanno delle mutazioni attivanti
di Ras quindi per la sostituzione di un singolo amminoacido si
hanno delle forme di Ras che negano il Gtp che non può essere
idrolizzato per cui quella cellula si sgancia dai segnali esterni e non
può essere controllata.
Un’altra strada implicata nel controllo del ciclo cellulare è quella
fosfatidilinositolo-3-chinasi (Pi3-chinasi) che sono degli enzimi
coinvolti non solo nel controllo della proliferazione e della
grandezza della cellula, il volume, quindi proprio la crescita cellulare
che è una cosa diversa dalla proliferazione, è sintesi proteica, e
quando si parla di crescita della cellula si parla di sintesi proteica e
se la cellula non ha una certa grandezza non può dividersi non può
andare incontro alla mitosi vera e propria; questi enzimi
intervengono anche durante il differenziamento e controllano il
processo della migrazione cellulare e i cambiamenti del
citoscheletro associati alla migrazione cellulare, i processi
differenziativi sono dovuti a dei processi di migrazione delle cellule
che si muovono durante l’embriogenesi sotto forma di foglietti.
Questi enzimi sono importanti anche nella risposta infiammatoria
perchè nella risposta infiammatoria vi sono dei fenomeni di
reclutamento cellulare di cellule infiammatorie
quindi globuli
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bianchi, neutrofili che vengono reclutati sul sito del danno perché si
attivano questi enzimi; questi enzimi sono importanti anche nel
diabete perchè la fosfatidilinositolo-3-chinasi viene attivata quando
arriva l’insulina ai tessuti bersaglio e la deregolazione di questa via
è implicata in alcune forme di diabete di tipo 2, quindi controllano
processi metabolici, proliferazione, sopravvivenza, apoptosi,
differenziamento migrazione e cambiamento del citoscheletro
quindi per questa miriade di funzioni che svolgono questi enzimi
costituiscono una attrazione da parte dei farmacologi perchè
andare a costruire delle molecole che inibiscono questi enzimi
significa avere delle terapie più mirate non solo nei tumori ma
anche nei processi infiammatori.
Esistono diverse classi di fosfatidilinositolo-3-chinasi e sono la
classe 1, 2 , 3 e la classe 1 è la più rappresentativa ed è formata da
due tipi da classe 1a e classe 1b e questi enzimi la classe 1a sono
espressi in tutti i tessuti mentre quelli di classe 1b sono
predominanti negli omociti e infatti questi ultimi sono importanti
nella risposta infiammatoria. Le fosfatidilinositolo-3-chinasi di classe
2 sono espresse ubiquitariamente insieme a quelle di classe 3,
queste fosfatidilinositolo-3-chinasi di classe 2 e 3 intervengono nel
fenomeno di traffico vescicolare o di altofagia un tipo di morte
cellulare. Come sono formate e come vengono attivate queste
fosfatidilinositolo-3-chinasi? Le più importanti sono quelle di classe
1a e 1b. Le fosfatidilinositolo-3-chinasi sono formate da una
porzione regolatoria e una porzione catalitica fatta eccezione per la
fosfatidilinositolo-3-chinasi di classe 1b che è formata sono da una
porzione catalitica ha una porzione adattatrice, ma sul ruolo di
questa porzione adattatrice se ne discute ancora oggi, e come
viene attivata questa forma gamma della fosfatidilinositolo-3chinasi? Viene attivata dalle proteine G eterotrimeriche e queste a
loro volta vengono attivate dalle interleuchine, dalle citochine
(quindi quando parliamo di questa isoforma fosfatidilinositolo-3chinasi parliamo della risposta immunitaria e infiammatoria).
Quando una chemiochina arriva alla cellula riconosce il suo
recettore e questo recettore è accoppiato a delle preteine G
eterotrimeriche le quali si attivano e le due subunità beta e gamma
vengono rilasciate dalla subunità alfa, le due subunità beta e
gamma vanno a reclutare questa fosfatidilinositolo-3-chinasi di
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isoforma gamma la quale viene portata vicino alle membrane
plasmatiche dove catalizza la conversione del Pip2 in Pip3, quindi
queste chinasi servono a catalizzare la conversione della
fosfatidilinositolotrisfosfato a partire dal fosfatidilinositolo-3-chinasi
quindi questi enzimi catalizzano alla formazione di Pip3. Pip3 va a
reclutare delle molecole che contengono dei domini Ph (Pleckstrin
homology) queste proteine vengono reclutate vicino alle membrane
plasmatiche vengono a loro volta attivate e attivano una serie di
chinasi la cui attività dipende dai Pip3 che sono stati rilasciati per
l’azione della fosfatidilinositolo-3-chinasi e questo è quello che
accade nella risposta infiammatoria soprattutto nei leucociti, nei
neutrofili quando debbono devono fare chemiotassi si debbono
portare sul luogo del danno per poterlo rimuovere.
Esistono invece delle PI3-chinasi RAS-1A che vengono attivate dai
fattori di crescita per poter controllare la sopravvivenza,
proliferazione delle cellule, e come vengono attivate? Quando
arriva il fattore di crescita induce la dimerizzazione del proprio
recettore quindi dimerizza e si autofosforila in tirosina, questi residui
di tirosina vanno al legare dei domini SH-2 contenuti in altre
proteine. Le fosfatidilinositolo-3-chinasi di classe 1A da che cosa
sono formate? Da una porzione catalitica di 110 mila dalton, che è
quella che presenta l’attività enzimatica, ed una porzione regolatrice
che generalmente pesa 85 mila dalton, questa porzione regolatrice
che funge da adattatore presenta 2 domini SH-2 uno di questi due
domini serve a riconoscere le tirosine fosforilate delle altre proteine,
con l’altro dominio SH-2 possono o legare altre tirosine fosforilate di
altre molecole all’interno della cellula o a stabilizzare il legame con
la 110. In ogni caso quando la fosfatidilinositolo-3-chinasi viene
reclutata da questo recettore dove forma questo legame tra
fosfotirosina e domini SH-2 della porzione adattatrice della
fosfatidilinositolo-3-chinasi quindi cosa succede? Che l’enzima
viene portato vicino alle membrane plasmatiche dove catalizza la
conversione del Pip2 in Pip3, il Pip3 che viene rilasciato recluta le
molecole che contengono domini PH (pleckstrin homology) i quali a
loro volta attivano una serie di chinasi che sono coinvolte nel
controllo del ciclo. Quindi anche in questo caso, come nel caso di
RAS, questo enzima in seguito alla stimolazione di una cellula
come un fattore di crescita viene avvicinato alle membrane
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plasmatiche, rilascia un mediatore intra cellulare Pip3 che a sua
volta è responsabile dell’attivazione di una serie di eventi a valle e
che sono anche in questo caso degli eventi di fosforilazione, anche
in questo caso, come RAS, questo processo in una cellula normale
è rapido, transiente ed è reversibile, il segnale che viene acceso dal
fattore di crescita viene immediatamente spento, e come viene
spento questo segnale? Viene spento perché nelle cellule in
condizioni normali esistono almeno 2 fosfatasi una è una fosfatasi
detta PTEN e l’altra è la fosfatasi SHIP che catalizzano la
conversione di Pip3 in Pip2 quindi il segnale si spegne. E che cosa
significa tutto questo? Significa che quando si ha l’attivazione di
questa strada e si ha la formazione di Pip3 vengono attivate una
serie di eventi a valle che consistono nell’attivazione di una serintreonin-chinasi che si chiama AKT e questa che effetti ha sul ciclo
cellulare? Attiva la formazione di ciclina D attraverso i tre
meccanismi di cui abbiamo parlato prima, azione trascrizionale,
fosforilazione oppure stabilizzazione del messaggero, inibisce P21
che è un inibitore del ciclo cellulare ed inibisce P27 o con
meccanismi di fosforilazione o con meccanismi di tipo
trascrizionale, quindi AKT non fa altro che quello che fanno le
chinasi ERK1-ERK2. Ora tutto questo cosa significa? Che se si ha
una mutazione di questa chinasi si ha un’attivazione del ciclo
cellulare quindi una proliferazione continua e in quali tumori umani
si trovano mutazioni di AKT? Tumori del pancreas, Tumori
dell’ovaio, Tumori della mammella, Tumori della prostata, e ancora
in altri tumori si può avere delle mutazioni puntiformi che
conferiscono questa chinasi un’attività catalitica Costitutiva cioè la
chinasi è sempre attiva e quindi è attiva indipendentemente dal
segnale esterno per cui la cellula si sgancia da questo segnale
esterno. Ma queste sono acquisizioni di funzione da parte della
cellula, sia che si ha una mutazione di RAS, sia che si ha una
mutazione di AKT la cellula acquisisce una funzione in più. Ma che
cosa può succedere in una cellula neoplastica, oltre che acquisire
questa funzione? La cellula si può trasformare anche perché ha
una sottrazione della funzione, e un questo caso quale sottrazione
si può avere? Si può avere la mutazione di questa fosfatasi, se in
un tumore si ha la delezione o la mutazione di questa fosfatasi
PTEN, cosa succederà? Che il segnale mediato dal
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fosfatidilinositolo-3-chinasi non può essere spento per cui rimane
sempre acceso, per cui si ha Costitutivamente la formazione di Pip3
e i Pip3 non possono essere convertiti in Pip2. PTEN è considerato
uno degli oncosoppressori più importante e maggiormente studiato
oltre a P53 e mutazioni di PTEN si trovano in molti tumori umani
come tumori del sistema nervoso, tumori della prostata in tutti i
tumori della prostata si trovano delle mutazioni o delle piccole
delezioni di PTEN per cui questa fosfatasi perde la sua funzione e
in quei tumori si ha l’attivazione costitutiva della via Pi3-chinasi
perché viene spento un oncosoppressore quindi una funzione di un
oncosoppressre quindi una trasformazione si può avere o perché
vengono attivati gli oncogeni o perché vengono inattivati gli
oncosoppressopri in questo caso PTEN, ma Pi3-chinasi è
importante non solo perché controlla la proliferazione della cellula e
il ciclo cellulare ma controlla, come gia detto, anche la crescita di
una cellula, come? Attraverso il controllo della sintesi proteica, la
pathway, il circuito trasduzione Pi3-chinasi AKT va a controllare
un'altra serin-treonin-chinasi che si chiama TOR (o mTOR che
significa mammalian Target Of Rapamycin, ed è stata identificata
alcuni anni fa perché fu identificato un anti fungino in alcune cellule
di cultura e questo antifungino che è la Rapamicina inibiva la sintesi
proteica di queste cellule e non si capiva perché si inibivano, ma
successivamente si vide che questa sostanza che viene usata
anche in medicina in alcune forme di tumori ma anche nelle
dermatiti atopiche, questa Rapamicina inibiva l’attività di questa
serin-treonin-chinasi a cui venne dato il nome di Target della
Rapamicina). Ma cosa va a fare questa chinasi? Va a regolare la
sintesi proteica attraverso l’attivazione di questa chinasi 6s che
fosforila la subunità 40s favorendo la sintesi di nuovi RNA
messaggeri e quindi la sintesi proteica. I fattori di crescita attivano
la Pi3-chinasi, vengono rilasciati i Pip3 i quali attivano la serin
chinasi AKT la quale va a fosforilare questo complesso TSC-1-2
(Tuberous sclerosis complex) questo complesso è formato da 2
proteine che sono la Tuberina TSC-1 e Ha-martina TSC-2 queste
due proteine, questo complesso quando è fosforilato da parte di
AKT, o altre chinasi, va ad inibire l’attività di Rab (GTP binding
protein) che è una GTPa, quando l’attività di Rab è inibita mTOR
viene attivato. Quindi quando AKT viene attivata viene attivata
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questa mTOR perché viene fosforilato questo complesso della
tuberosclerosi di due proteine Tuberina e Ha-martina e quindi la
fosforilazione di questo complesso cosa fa? Inibisce l’attività di Rab
e quando è inattivo succede che mTOR vene attivata che a sua
volta attiva la chinasi 6s e quindi di ha la sintesi proteica, la
deregolazione di questa strada, ovviamente, può portare ad una
sintesi proteica eccessiva e alla crescita eccessiva quindi la
deregolazione di questa pathway può essere coinvolta nei tumori
umani. Ma che cosa è questo complesso della Tuberosclerosi? È
una malattia genetica abbastanza rara che prende o il nome di
Tuberosclerosi o Complesso della Tuberosclerosi ed è stata
identificata per la prima volta nell’800 da un clinico e
successivamente si è visto che è una malattia genetica che
coinvolge numerosi organi e tessuti ed è caratterizzata da
tumefazioni che vengono dette impropriamente “tumori” nel senso
di tumefazioni, non sono maligne ma benigne e queste tumefazioni
dove si vanno a localizzare? Nel cervello, reni, cuore, negli occhi a
livello della retina, polmone, cute, ma la malattia è caratterizzato
anche da un quadro dove si manifestano altri segni dove include
ritardo della crescita e dello sviluppo, problemi di comportamento
con autismo, anormalità della pelle, rene e polmone. Ma a che cosa
è dovuta questa mutazione? È dovuta a mutazioni del complesso
TSC, per ciò si chiama complesso della tuberosclerosi dove quelle
proteine sono responsabili di questa malattia dov’è stato dato il
nome di Tuberosclerosi, ma perché è stato dato il nome di
tuberosclerosi? Osservando degli angiofibromi sul volto di un
bambino si notano delle escrescenze le quali sono delle
tumefazioni non maligne, in pratica il tessuto non riesce ad
organizzare la sua architettura normale. Ma il fatto però quel è? È
che molto spesso questa malattia si associa con una suscettibilità
ai tumori anche se durante la malattia, che è geneticamente
trasmessa dovuta a delle mutazioni di TSC-1-2 ma non si
correvano dei tumori veri e propri, però in questi pazienti si ha una
suscettibilità al tumore, il che non significa che il tumore si trasmette
in maniera ereditaria ma significa che se si hanno delle mutazioni
della linea germinale di quei geni si ha una predisposizione o una
suscettibilità a sviluppare dei tumori se a quelle mutazioni di quella
linea germinale si sommano successivamente delle mutazioni
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somatiche e questo è quello che avviene per oncosoppressori, nella
maggiori parte dei casi si può avere delle mutazioni della linea
germinale degli oncosoppressori, queste mutazioni non fanno
sviluppare il tumore ma fanno avere una suscettibilità verso la
neoplasia. Mutazioni di PTEN, che è un oncosoppressore si
ritrovano nella sindrome di Cowden nei tumori della prostata, del
enometro, tiroide, ovaio, glioblastomi e nei linfomi umani. La
Sindrome di Cowden è anch’essa una malattia geneticamente
trasmessa in cui il bambino presenta la suscettibilità al tumore ma
di per se questa sindrome non è una neoplasia maligna in senso
stretto. In oltre mutazioni del complesso TSC-1-2, che può essere
considerato come un oncosoppressore, si ha nell’Amartoma nel
complesso della tuberosclerosi, nei tumori della mammella, nei
tumori del rene, negli angiofibromi e ancora, in alcuni tumori umani
si può avere alterazioni di questa chinasi mammalian target of
rapamycin che ovviamente non è un oncosoppressore ma può
essere considerato un vero e proprio oncogene.
Quindi per ricapitolare, nei tumori umani si può avere regolazione
della Pi3-chinasi attivandolo quindi si ha la produzione costitutiva o
eccessiva di Pip3 o si possono avere mutazioni inattivanti della
fosfatasi PTEN, oppure si possono avere mutazioni del complesso
TSC-1-2, oppure si possono avere delle alterazioni delle
espressioni o mutazioni che attivano la chinasi TOR ed avere quindi
dei tumori umani.
Quali sono le alterazioni del controllo del punto di restrizione? A che
cosa possono essere dovute? Attivazione costitutiva degli effettori
dei segnali mitotici quindi mutazioni che rendono costitutivamente
attiva RAS o la chinasi AKT o la chinasi RAF o la chinasi NET
oppure possono essere dovute all’inattivazione dei regolatori delle
vie del segnale quindi all’inattivazione di geni oncosoppressori che
sono, in questo caso, PTEN e il complesso TSC-1-2. A che cosa
portano questi due eventi? Sia se si ha l’attivazione di un oncogene
sia se si ha l’inattivazione di un oncosoppressore come viene
deregolato il ciclo? Perché si ha un aumento della sintesi proteica
quindi del volume della crescita cellulare, iper espressione della
ciclica D, riduzione di P21, riduzione o assenza di P27 quindi il ciclo
cellulare è forzato e soprattutto quello che è forzato è il
raggiungimento del punto di restrizione, una cellula in queste
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condizioni riesce a raggiungere il punto di restrizione molto più
facilmente rispetto ad un'altra.
Esistono anche delle alterazioni dei geni che codificano per le
cicline in alcuni tumori, quindi non esistono solo alterazioni delle vie
che controllano le cicline o le chinasi associate alle cicline. Vi sono
dei tumori umani in cui si ha l’amplificazione genica del gene che
codifica per la ciclina D e questo significa che la ciclina viene
tradotta e sintetizzata in maniera abnorme, viene iper espressa in
alcuni tumori come alcuni tumori mammari, o della prostata, così
come, sempre per amplificazione genica si può avere un iper
espressione della ciclina E come accade nei tumori dell’ovaio o
della mammella, quindi anche in questo caso si può avere
l’alterazione del punto di restrizione che viene diversamente
controllato non perché sono alterate le vie a monte ma perché sono
alterate questi marcatori del ciclo cellulare.
Altro ruolo importante nel controllo del ciclo cellulare ma soprattutto
il controllo dei checkpoint del ciclo cellulare, infatti noi sappiamo
che durante il ciclo un'altra proteina gioca un ruolo importante nel
controllo del ciclo cellulare, abbiamo visto fin ora come viene
regolato il punto di restrizione e come può essere deregolato
questo punto di restrizione, ma la cellula non si trasforma solo
perché cambia il punto di restrizione del ciclo si può trasformare
anche perché salta i checkpoint del ciclo cellulare perché si ha una
deregolazione dei checkpoint, quanti sono i checkpoint? Almeno 4
uno in G1 un altro in fase S, G2 e un altro in M, probabilmente ce
ne un quinto. Il primo nella fase G1 a che cosa serve questo
checkpoint? Serve alla cellula per vedere se è danneggiata, se ha
subito un danno; quello in fase S serve a vedere se tutto il DNA che
sta per essere duplicato è corretto o se ci sono delle alterazioni del
DNA; poi ne abbiano un altro immediatamente dopo la duplicazione
del DNA e che la cellula lo fa per vedere se è stato duplicato tutto il
DNA che poteva essere duplicato; un altro in G2; in fase M in
questa fase se la cellula si accorge di non poter fare la mitosi va
incontro ad un tipo di morte cellulare detta Catastrofe Mitotica (si
chiama così perché si ha proprio un esplosine della cellula) quindi
qual è la proteina che regola questi checkpoint? Una delle proteine
chiave è p53 un fattore di trascrizione con un peso di 53 mila dalton
ed è uno degli antioncogeni o oncosoppresori più studiati, com’è
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regolata? È regolata da una proteina che è un Ubiquitina ligasi e
che si chiama Mdm2 (Mouse double minute) e che qual è il suo
ruolo? Blocca l’attività trascrizionale di p53 è ubiquitina ligasi per cui
ubiquitina p53 e quindi la rende accessibile al proteasoma e quindi
ne favorisce la degradazione è coinvolta nel export nucleare di p53
quindi nel meccanismo che trasporta p53 dal nucleo al citoplasma.
Quindi p53 quando è legata a Mdm2 è inattiva, quando viene
rilasciata Mdm2 invece diventa “cattiva” per cui il rilascio di p53 che
cosa induce nella cellula? Induce l’arresto del ciclo cellulare e/o
apoptosi.
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Castoria 1.2 (Venerdì 12 Aprile 2013)
Regolazione e Deregolazione del ciclo cellulare
Oncogeni e Oncosoppressori
I tumori possono insorgere perché si hanno delle alterazioni del
punto di restrizione, queste alterazioni si hanno perché si possono
avere delle mutazioni a carico dei recettori per fattori di crescita o di
trasduttori delle vie del segnale o di marcatori positivi del ciclo
cellulare o inibitori del ciclo cellulare quindi partendo dalla
membrana cellulare al nucleo si possono avere una miriade di
mutazioni che sganciano la cellula dai segnali esterni, dai controlli,
quindi la cellula riesce più facilmente ad essere commissionata in
ciclo. Ma i tumori possono insorgere perché si hanno alterazioni dei
punti di controllo checkpoint, di cui si conoscono due
importantissimi il checkpointi in G1 e il checkpoint in G2 ma ce ne
sono anche degli altri, e questi checkpoint vengono regolati da
proteine che vengono considerate come degli antioncogeni o
oncosoppressori e sono le proteine che regolano la risposta al
danno soprattutto al danno genotossico cioè al DNA e tra queste la
p53 che è un fattore di trascrizione che viene regolato in una serie
innumerevoli di modi, negli ultimi anni si è rafforzato il concetto che
questa p53 è regolata da una ubiquitino ligasi la mdm2, p53 è un
antioncogene un guardiano del genoma, e mdm2 attacca delle
ubiquitine a p53 e quindi p53 è suscettibile a degradazione da parte
del proteosoma, quindi in questa maniera mdm2 inibirebbe l’azione
di p53. Quando si ha una mutazione di Ras la cellula
necessariamente si trasforma? O quando si ha una mutazione di
un’altra proteina coinvolta nella trasduzione del segnale la cellula si
trasforma? No, perché entra in gioco questo p53-mdm2 che
protegge le cellule diploidi da stimoli proliferativi eccessivi o dalla
mutazione o trasformazione di un oncogene, quindi quando p53 è
complessata alla ubiquitino-ligasi non può funzionare a livello
trascrizionale mentre quando è libera da questa mdm2 viene
rilasciata nel compartimento nucleare o viene stabilizzata perché si
formano dei tetrameri perché p53 funziona come tetramero e va ad
attivare o a reprimere la trascrizione di alcuni geni importanti che
sono coinvolti nell’arresto del ciclo cellulare e nel processo
apoptotico. Perchè mdm2 è importante? Come avviene la
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regolazione di p53 da parte di mdm2? Quando si ha una
stimolazione inappropriata delle cellule cioè quando la cellula è
sottoposta a degli stimoli eccessivi e stimolate continuamente la
cellula con un fattore di crescita oppure se avete una mutazione di
un oncogene per es Myc oppure se si ha la mutazione di Ras
oppure se ha un infezione virale da parte di alcuni virus che
codificano per delle proteine trasformanti per es. adenovirus
succede che la cellula si arresta in ciclo, e in quale maniera?
Quando si ha una stimolazione inappropriata da un lato si ha
l’attivazione di un inibitore pure del ciclo cellulare, un inibitore della
famiglia Ink che è p16, il quale inibitore va ad inattivare le chinasi
associate alle cicline, alla ciclina D, quindi la fosforilazione di Rb è
inibita e per cui la cellula non può entrare in fase S quindi non può
duplicare il suo DNA e questa è una maniera con la quale la cellula
bilancia e controlla le eventuali modificazioni che si possono avere
nelle vie di trasduzioni del segnale; oppure ancora, in risposta a
degli stimoli inappropriati non solo viene stimolata l’attività di questo
inibitore del ciclo ma viene stimolata anche l’attività di un altro
inibitore del ciclo che appartiene sempre alla famiglia Ink e viene
chiamata p14arf (alternative reading frame) è un prodotto di lettura
alternativa che deriva dalla p16 per una lettura alternativa del DNA,
che cosa fa p14? p14 lega mdm2 e la stacca da p53 e la sequestra
nel compartimento nucleolare delle cellule quindi attraverso questo
sequestro di mdm2 p53 viene liberata nel nucleo quindi viene
attivata e promuove la trascrizione del gene p21 che è un altro
inibitore del ciclo cellulare, questo inibitore blocca il complesso
Ciclina E/cdk2 e a sua volta anch’esso contribuisce
all’iperfosforilazione di Rb; esistono due ondate di fosforilazione di
Rb una prima fatta dal complesso Ciclina D/cdk4 e una successiva
fatta dal complesso Ciclina E/cdk2 e queste, in maniera
orchestrata, vanno a bloccare il ciclo cellulare. Quindi quando si
legge sui testi e leggete che è presente una mutazione di un
oncogene e la cellula va incontro a trasformazione neoplastica, non
è vero perché quando si ha una mutazione di un oncogene ad
esempio RAS la cellula è sottoposta ad uno stimolo appropriato e
se p53 funziona in quella cellula e se Rb funziona in quella cellula si
ha come risposta l’arresto del ciclo. Alcuni anni fa fu pubblicata la
prima osservazione di ricercatori inglesi i quali scrissero questo
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lavoro “La stimolazione eccessiva di RAS arresta il ciclo cellulare”
questo lavoro fece molto scalpore perché allora si pensava che
l’oncogene, una singola dose di mutazione di un oncogene potesse
dare la trasformazione neoplastica. Questo è un concetto che
bisogna puntualizzare in quanto nei testi si trova questa cosa, basta
una singola dose di mutazione di un oncogene per dare la
trasformazione neoplastica in una cellula normale con corredo
diploide, non è vero questo! Ci vogliono più mutazioni di un
oncogene per poter dare una trasformazione e dall’altra parte
questo è intuitivo perché quando si pensa ad un tumore lo si pensa
come incidenza dell'ambito degli individui e non bisogna pensare in
questi termini ma in termini più biologici perché il tumore ha un
origine monoclonale quindi quando si parla di tumore si parla di
un'unica cellula che si trasforma e se si pensa a questo l’incidenza
dei tumori è veramente bassa perché noi abbiamo un numero di
cellule enormi nel nostro organismo, questo perché ci sono dei
meccanismi che controbilanciano gli effetti trasformanti delle
proteine mutate oppure controbilanciano la stimolazione eccessiva
che la cellula può ricevere.
Ora, che cosa può succedere nei tumori umani? Può succedere
che si può avere alterazione di quelle due proteine che orchestrano
la risposta agli stimoli inappropriati e quindi sono le proteine p53 ed
Rb ma si possono avere anche mutazioni a carico di questi inibitori
del ciclo. Quindi quando la cellula viene sottoposta alla stimolazione
eccessiva se presenta intatte Rb, p53 e gli inibitori della famiglia
Ink, risponde nella maniera che abbiamo descritto prima quindi il
ciclo cellulare si arresta, quindi questa regolazione avviene a livello
nucleare. Ora cosa può succedere che se si hanno mutazioni di
p53 o di Rb o di Ink4 o di p14 o di Mdm2 e che cosa succede in
questo caso? Succede che la cellula non può rispondere alla
stimolazione eccessiva e quindi che cosa fa? Va incontro a
trasformazione neoplastica. Si conoscono delle mutazioni della
linea germinale di p53 e di Rb e che cosa portano queste mutazioni
della linea germinale di p53? Portano ad una sindrome familiare
detta Li-Fraumeni (deriva dal clinico americano che fece questa
osservazione e notò che nell’ambito delle stesse famiglie vi era un
elevata incidenza di tumori e soprattutto tra le donne di quelle
famiglie un elevata incidenza dei tumori del seno). Avere mutazioni
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della linea germinale di p53 quindi mutazioni germinali di p53 cioè
nascere con queste mutazioni non significa necessariamente avere
dei tumori ma significa avere una suscettibilità ai tumori per cui se
alle mutazioni della linea germinale si aggiungono mutazioni
somatiche spontanee si ha molto verosimilmente l’insorgenza di
tumori. Quindi mutazioni del gene p53 sono associato con dei
tumori familiari (sindrome Li-Fraumeni) ma mutazioni spontanee di
p53 si trovano almeno nel 50% dei tumori umani quindi queste
mutazioni sono molto frequenti. Mutazioni della linea germinali dei
Rb danno origine o sono associati ad un tumore che si manifesta
sin dall’infanzia che è il Retinoblastoma che è un tumore del età
pediatrica, che colpisce la retina, perché la mutazione di Rb poi
vada a dare questo tumore in quello specifico tessuto è ancora
oggetto di controversie. Mutazioni spontanee di Rb sono presenti in
diversi tumori umani. La stessa cosa accade in un inibitore p16 Ink4
dove mutazioni di questi inibitori sono associati ai melanomi e lo
stesso vale per p14, ma mutazioni spontanee di questi due inibitori
si rinvengono in diversi tumori umani. Ovviamente queste quattro
molecole possono essere considerati degli oncosoppressori o degli
antioncogeni perché inibiscono le risposte proliferative della cellula
mentre l’ubiquitina ligasi Mdm2 può essere considerato un vero e
proprio oncogene perché blocca l’attività di p53 quindi la sua
funzione è di bloccare un oncosoppressore, quindi viene
considerato un vero e proprio oncogene. Non si conoscono
associazioni di mutazioni Mdm2 con tumori familiari umani ma
mutazioni spontanee di Mdm2 si rinvengono in diversi tumori
umani.
Mutazioni del controllo del punto di restrizione della cellula si
possono avere perché si possono avere delle mutazioni germinali o
somatiche di oncosoppressori, quali sono? Rb, p53, p16 e p14,
ovviamente quando si hanno mutazioni di Rb e p53 si ha
un’alterazione delle pathway di sopravvivenza cellulare e quindi
alterazione dei checkpoint cellulari.
Come detto in precedenza esistono almeno 4 checkpoint di risposta
al danno, quello in G1, in fase S, in G2 e quello in fase M e
probabilmente ce ne è un quinto. Ma questi checkpoint come sono
regolati? Sono regolati da sensori del danno! quando p53 si attiva
perché la cellula ha subito un danno genotossico quindi un danno al
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DNA questo danno deve essere avvertito dalla cellula, e come
viene avvertito questo danno? perché nella cellula esistono delle
molecole, delle proteine, delle chinasi che sono considerate dei
sensori del danno e quindi “sentono” questa interruzione della
doppia elica del DNA. Uno dei sensori del danno più importante è
una chinasi che si chiama ATM, questa chinasi è stata scoperta a
partire da una malattia umana, che compare in età infantile
chiamata Atassia Teleangectasia e da cosa era caratterizzata
questa malattia? Angiectasia al volto, neurodegenerazione con
deficit soprattutto cerebellari, difetti immunitari, suscettibilità a
sviluppare tumori, radiosensibilità cioè se questi bambini sono
sottoposti a UV (raggi solari) possono sviluppare frequentemente
tumori della pelle quindi sono particolarmente radiosensibili,
sterilità. Quindi è una malattia che è caratterizzata da una serie
molteplice dei sintomi. Successivamente si scopri che questa
malattie era dovuta alla mutazione di una chinasi a cui è stato dato
il nome di ATM (Atassia Teleangectasia Mutata) questa chinasi
risultava mutata in questi bambini, per cui in questi bambini cosa
era deficitario??? Era deficitaria la risposta al danno genotossico,
perché? Il danno non poteva esser “sentito” da questo sensore
ATM. ATM appartiene ad una famiglia di chinasi, se ne conoscono
almeno 3, che sono simili alla Pi3-chinasi presentano qualche
dominio simile alla Pi3-chinasi, le 3 chinasi sono ATM mutata nella
malattia Atassia Teleangectasia, ATR (Atassia Teleangectasia
Related) e una DNA protein chinasi. Quindi sono queste 3 chinasi
che appartengono a questa famiglia, ma come fa a funzionare
ATM? Quando il DNA si rompe si ha una interruzione della doppia
elica, e che cosa succede? Come fa ATM a “sentire” questo
danno? “Sente” il danno perché vengono modificati anche gli istoni
H2a ed è proprio la modificazione di questi istoni che fa avvicinare
ATM al DNA danneggiato sta vicina al DNA e quindi subisce una
modificazione conformazionale e cosa fa? Dimerizza e questa
dimerizzazione la fa fosforilare. Una volta che ATM si è fosforilata
recluta un complesso di proteine sul DNA danneggiato e questo
complesso si va a posare intorno a ad uno scaffold Rad50, ma
soprattutto qual è la proteina che viene reclutata? BRCA-1 (Breast
Cancer Related) e serve a riparare il DNA, quindi questo complesso
multiproteico che è formato da Rad50, BRCA-1 e ATM cosa fa? Si
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fosforila e quindi il DNA viene riparato, sempre se il danno può
essere riparato. Quindi rottura della doppia elica, ATM subisce una
modificazione conformazionale e si auto fosforila questa auto
fosforilazione di ATM porta al reclutamento della proteina BRCA-1
che è la proteina riparatrice del danno al DNA sul DNA, si assembla
il complesso multiproteico formato da Rad50 da ATM e BRCA-1
queste vengono fosforilate e quando BRCA-1 viene fosforilata
agisce andando a riparare il DNA. Quindi quando si hanno
mutazioni di questa chinasi il DNA non può essere riparato ma
soprattutto il danno non può essere “sentito” e quindi riparato. Il
checkpoint G1 S come viene regolato però? Viene solo regolato da
questo meccanismo? Cioè il danno viene “sentito” solo da queste
proteine? Tutto questo processo è molto lungo, ci vuole del tempo
perché si verifichi. La stessa attivazione di p53 che risponde al
danno è un attivazione che richiede una certa quantità di tempo.
Invece la regolazione del checkpoint G1 S avviene in tempi più
rapidi e come fa a avvenire in tempi più rapidi? Probabilmente
sempre attraverso dei meccanismi di fosforilazione che sono un pò
diversi rispetto a quelli che abbiamo parlato fin ora, cioè quando la
cellula “sente” il danno vendono attivate le due chinasi ATM e ATR
le quali una volta che si sono attivate vanno a loro volta ad attivare
due chinasi che sono CHK-1 e CHK-2, CHK-1 significa checkpoint
chinasi quindi sono 2 chinasi checkpoint, e che cosa fanno queste
due chinasi? Vanno, secondo un modello che prevede un
meccanismo molto più rapido d’azione, queste due chinasi vanno a
fosforilare p53 ed Mdm2 inducendo il distacco di p53 da Mdm2
quindi la liberazione di p53 nel nucleo e l’azione sulla trascrizione
della p21. Oltre al meccanismo, di cui abbiamo parlato prima, che
recluta BRCA-1 e fa riparare il danno, oltre al meccanismo
trascrizionale con cui p53 agirebbe nel riparare il danno, esistono
meccanismi molto più rapidi che intervengono e che sono dei
meccanismi di fosforilazione e secondo questi meccanismi, quindi,
la cellula subisce il danno attiva ATM e ATR le quali a loro volta
fosforilano queste altre due chinasi e queste altre due chinasi
andrebbero a fosforilare p53 Mdm2, p53 viene rilasciata e va ad
agire su p21. p53 interviene solo nella regolazione del checkpoint
G1 S? No! Interviene anche nel checkpoint G2 M per cui quando si
ha danno del DNA il danno viene “avvertito” alle due chinasi ATM e
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ATR e queste due chinasi che cosa fanno? O possono fosforilare la
chinasi CHK-1 forforilando una fosforilasi Cdc-25 e questa fosfato
cosa fa? Defosforila i complessi ciclina cdk che sono responsabili
della transizione G2 M e questa fosfatasi funziona quando è
defosforilata questa tirosin-fosfatasi e cosa succede? Quando ATM
e ATR attivano questa checkpoint questa fosfatasi si fosforila e che
cosa succede? Esce dal nucleo e va nel citoplasma dove viene
intrappolata da un'altra proteina che si chiama 14.3.3-σ e che
proteina è? È una proteina che serve a far trasportare le proteine
dal nucleo verso il citoplasma. Ma come avviene questo trasporto
nucleo-citoplasimatico delle proteine? Avviene attraverso dei
segnali specifici dette sequenze NES le quali sono riconosciute da
un recettore a livello della membrana nucleare e queste sequenze
NES vengono riconosciute da un recettore specifico presente sulla
membrana nucleare che viene detto CRM-1. Molto spesso però le
proteine nucleari, compresa p53, presentano queste sequenze NES
però non sono forti non hanno grossa affinità per questo recettore
CRM-1 per cui che cosa fanno per poter uscire dal compartimento
nucleare? Sono accompagnate da altre proteine che invece
presentano delle forti sequenze NES per cui si hanno dei complessi
bi molecolari come ad es. p53 esce insieme a Mdm2 dal
compartimento nucleare ma anche la Cdc-25 riesce ad essere
trattenuta nel citoplasma attraverso l’azione di questa proteina la
cui sintesi è controllata da p53. Quindi la regolazione in G2 M la si
ha non solo perché si ha la fosforilazione e quindi l’inattivazione di
Cdc-25 ma anche perché p53 che cosa fa? Stimola la trascrizione
di questa proteina 14.3.3-σ che trattiene nel compartimento
citoplasmatico Cdc-25, ovviamente quando si delocalizza una
proteina non si ha più la possibilità di funzionare, quindi questo è un
altro meccanismo con cui possono esser inattivate. Infatti in molti
tumori umani gli oncosoppressori non funzionano più perché
vengono delocalizzati da un compartimento all’altro della cellula.
Questo è una altro meccanismo con cui p53 può essere inattivata
non perché presenta delle mutazioni o delle delezioni ma perché si
trova sempre nel compartimento citoplasmatico ad es. c’è un
sottogruppo di tumori umani del colon che sono basati sulla
rilocalizzazione nucleare di p53 cioè ci sono farmaci, che vengono
somministrati a questi pazienti, che rilocalizzano p53 nel
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compartimento nucleare quindi conferiscono a p53 quella giusta
localizzazione per poter funzionare. Questa è un'altra regolazione,
quindi molto spesso la genetica non ci aiuta a capire le basi della
trasformazione neoplastica perché esistono una serie di
modificazioni che non sono genetiche infatti basta che una proteina
è presente in un compartimento piuttosto che in un altro e cambia
completamente lo scenario della risposta biologica della cellula.
Rifacendoci al discorso sull’Atm chiariamo un punto: in
conseguenza alla mutazione si induce l’atassia teleangectasica non
il tumore, il tumore può comparire successivamente, se compare,
come gli amartomi di cui già abbiamo parlato che sono dovuti alla
mutazione del complesso Tsc1-2, il tumore può comparire ma non
è detto che compaia cioè quell’individuo se avrà delle mutazioni
successive a carico di altri oncogeni o oncosoppressori avrà una
suscettibilità a sviluppare tumori sicuramente maggiore ma non è
detto che compaiono questi tumori. Quali sono le alterazioni di
questi due checkpoint nei tumori umani? Sono: alterazioni di cdc25
non se ne conoscono ma in molti tumori mammari può essere
alterata questa fosfatasi, mutazioni di ATM sono associate con
l’atassia teleangectasica però mutazioni spontanee di ATM si
trovano nei tumori mammari e nei linfomi, la checkpoint chinasi 2 e
p53 possono avere delle mutazioni germinali che sono associate
alla sindrome di Li-Fraumeni, esistono due forme di questa
sindrome una dovuta alla mutazione germinale di p53 e una dovuta
a mutazioni germinali della checkpoint chinasi2 e come abbiamo
visto prima mutazioni somatiche di p53 sono presenti nel 50% circa
dei tumori umani.
Ma che cos’è la sindrome di Li-Fraumeni? Grazie ad un lavoro del
69 negli USA da due medici Li e Fraumeni i quali notavano
l’incidenza di sarcomi dei tessuti molli dei tumori mammari ed altre
neoplasie nell’ambito delle stesse famiglie e si chiedevano se fosse
una sindrome familiare. Successivamente si vide che questa
sindrome era dovuta a delle mutazioni della linea germinale di p53.
ma come viene diagnosticata questa sindrome? Se il paziente ha
un sarcoma al di sotto dei 45 anni, e già questo è un sospetto che
ci possa essere una mutazione germinale di p53; se un parente di
primo grado ha avuto una diagnosi di tumore al disotto dei 45 anni
e se un altro parente di primo o di secondo grado ha ricevuto una
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diagnosi di tumore al disotto di 45 anni oppure una diagnosi di
sarcoma in qualsiasi momento della vita, quindi loro notavano
questa incidenza di tumori nell’ambito della stessa famiglia e
soprattutto in sarcomi, tumori della ghiandola mammaria nella
popolazione femminile.
In conclusione i tumori umani possono insorgere come
conseguenza di alterazioni del controllo del punto di restrizione
oppure alterazioni dei checkpoint del ciclo cellulare. Le alterazioni
del controllo del punto di restrizione conferiscono alla cellula la
capacità di potersi moltiplicare questi illimitatamente per cui la
cellula diventa “immortale” ma non solo perché cambia
completamente il tempo di quella cellula ma non solo diventa
immortale perché si ha un alterazione dei checkpoint che sono quei
punti in cui la cellula dovrebbe andare incontro ad apoptosi per
delle mutazioni degli oncosoppressori tende a sopravvivere
accumulando una serie di mutazioni.
Ora, tutto questo che abbiamo visto viene orchestrato dagli
oncogeni e dagli oncosoppressori. Ma che cosa sono, in specifico
questi Oncogeni ed Oncosoppressori?
Gli Oncogeni sono dei geni che codificano delle proteine che
controllano la crescita, la proliferazione, il differenziamento dei
tessuti. Sono delle proteine che sono normalmente espresse nelle
nostre cellule e che controllano tutta questa serie di funzioni (anche
gli effetti metabolici). Queste proteine vengono anche dette Proto
oncogeni che sono proprio i nostri oncogeni cellulari contenuti nelle
nostre cellule, esistono anche oncogeni virali, infatti i primi oncogeni
che sono stati scoperti erano proprio quelli virali, e sono stati
scoperti partendo dall’osservazione di alcuni virus che erano
trasformanti per le cellule eucariotiche e quindi si pensò che questi
virus contenessero del materiale che era capaci di trasformare le
cellule, e tutti gli studiosi a quel tempo pensarono di aver risolto il
problema di tumori perché avevano scoperto le proteine che erano
responsabili delle neoplasie, ma successivamente si vide che i virus
contenevano questi oncogeni perché li avevano presi dalle nostre
cellule infettando le nostre cellule avevano preso dai nostri geni
questi pezzi di DNA, li avevano modificati per poterli integrare nel
proprio materiale genetico e che quindi non esisteva nessuna
capacità trasformante da parte dei virus ma che gli oncogeni erano
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dentro le nostre cellule e che noi li avevamo dati ai virus i quali a
loro volta li avevano trasformati, per cui ai nostri oncogeni fu dato il
nome di Proto oncogeni o oncogeni cellulari per cui si troverà il
suffisso C-onc quando si parla degli oncogeni cellulari e V-onc
quando si parla quando si parla di oncogeni virali. Il punto è capire
come vengono attivati questi oncogeni nelle nostre cellule dal
momento che essi funzionano normalmente nelle nostre cellule e
consentono alle nostre cellule di eseguire delle risposte biologiche
importanti. Ma in quale maniera possono essere attivati questi proto
oncogeni (ma si possono chiamare anche solo oncogeni), si dice
che le mutazioni di un oncogene conferiscono un’acquisizione di
funzione e come è stato detto prima la teoria più in voga è che
basta la mutazione di una singola copia del oncogene per poter
dare la trasformazione, ma abbiamo visto che questo non è vero
perché negli ultimi anni questo concetto è completamente
cambiato. Come si può attivare un oncogene cellulare? Si può
attivare perché la proteina è normale ma si ha un aumento
quantitativo dell’oncogene, e a che cosa può essere dovuto
l’aumento quantitativo quindi la iper espressione di questo
oncogene? Può essere dovuta ad un amplificazione genica.
Oppure, ancora, la normalità della proteina è dovuta ad una singola
mutazione che cambia completamente la funzione di quella
proteina ad esempio nel caso di una chinasi in tirosina si può avere
una mutazione attivante per cui quella chinasi è costitutivamente
attiva nel caso di una piccola proteina legante il GTP come RAS si
può avere la sostituzione di un singolo aminoacido che fa perdere a
quella proteina l’attività GTPasica intrinseca e quindi quella proteina
lega sempre il GTP e questo è molto più intuitivo nel caso degli
enzimi in quanto basta una mutazione per poter alterarla.
Nel caso degli oncosoppressori si ha la perdita della funzione quindi
il tumore può insorgere o perché l’oncogene è mutato quindi si ha
l’acquisizione della funzione o perché viene mutato un
oncosoppressore e quindi si ha la perdita di una funzione, ma come
può avvenire questa perdita di funzione? Perché l’antioncogene si
lega ad un inibitore oppure perché l’oncogene viene fosforilato e
quindi perde la sua funzione di controllo oppure perché si hanno
delle mutazioni quindi gli antioncogeni si possono attivare anch’essi
o perchè si hanno delle mutazioni come p53 nella maggior parte dei
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casi è mutato nei tumori umani, però p53 può essere anche
fosforilato ad es. quando viene fosforilato in alcuni residui lascia il
compartimento nucleare e va nel citoplasma quindi può funzionare?
No! E quindi può essere attivato un antioncogene perché fosforilato
o perché sta in complesso con una proteina che lo attiva e quindi se
si ha la perdita di questo legame si ha la perdita della funzione,
quindi questi sono i modi in cui gli antioncogeni possono perdere la
loro funzione.
Questi sono gli acronimi con cui vengono identificati gli oncogeni:
Myc (mielocitomatosi); SIS (sarcome delle scimmie); ErbB
(oncogene associato all'eritroblastosi aviaria B) è uno degli
oncogeni più frequenti che si possono trovare infatti ora si fanno
anche i dosaggi di questo oncogene nei tumori mammari, tumori
della prostata, abbiamo anche ErbB2 che è un marcatore dei tumori
del seno della ghiandola mammaria molto aggressivo e in genere
quando si ha l’espressione di ErbB2 questi tumori della ghiandola
mammaria non sono più responsivi alle terapie con gli
antiestrogeni; RAS (Sarcoma del ratto); Abl (leucemia murina di
aebersold).
Classifichiamo gli oncogeni: Fattori di crescita, possono essere
degli oncogeni? Si! Perché se la cellula tumorale produce un fattore
di crescita per autocrinia (Produzione da parte di cellule, anche
neoplastiche, dei fattori di crescita necessari per l’attivazione e la
replicazione delle cellule medesime) questo fattore di crescita può
andare ad agire sulla cellula tumorale stessa e quindi favorire la
proliferazione di questa cellula. Schematicamente possiamo dire,
partendo dall’esterno della cellula all’interno del nucleo cosa
troviamo: Fattori di crescita tirosin chinasi e come possono essere
queste tirosina-chinasi? Possono essere associate ai recettori
oppure non associati ai recettori e quindi sono solubili e tra queste
tirosin chinasi solubili che possono però essere associate alle
membrane abbiamo soprattutto le chinasi della famiglia src, poi
esistono altre tirosin chinasi che non si trovano neanche nella
membrana non vengono neanche reclutate sulla membrana
citoplasmatica; Proteine leganti il GTP e quali possono essere? Sia
proteine eterotrimeriche, che si trovano sulla membrana plasmatica
attivate della citochine, linfochine, che le proteine monomeriche che
sono quelle della famigli RAS; Serin chinasi citoplasmatiche; Serin
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treonin chinasi come AKT che è un substrato della Pi3-chinasi la
quale l’attiva; Regolatori del ciclo cellulare Ciclina D, E, Cdc25;
Fattori di trascrizione come Myc JUN FOS che sono considerati tra
gli oncogeni nucleari più importanti. Quindi quando si parla di
classificazione di questi oncogeni si va dall’esterno della cellula:
fattori di crescita poi sulla membrana recettori per i fattori di crescita
che generalmente hanno un attività tirosina chinasica poi tirosina
chinasica, legate alle membrane citoplasmatiche, solubili poi serin
treonin chinasi poi proteine leganti il GTP eterotrimeriche e
monomeriche poi proteine che controllano il ciclo cellulare Ciclina
D, E ed in fine i fattori di trascrizione Myc JUN FOS e questa è la
classificazione più essenziale di questi oncogeni.
Ma come fanno questi oncogeni a funzionare? Il fattore di crescita.
Come gia detto, regola la proliferazione cellulare perché si lega al
recettore, viene attivata la via di trasduzione del segnale e questo
segnale favorisce il controllo del ciclo cellulare. Ora, come fanno le
cellule neoplastiche ad avere autonomia ad esempio nella crescita?
Lo possono fare o perché viene alterato il fattore di crescita o
perché viene alterato il recettore o perché viene alterato questi
trasduttori o perché viene alterata la proliferazione della cellula, ad
es. quando dicemmo che nella classificazione degli oncogeni
rientrano i fattori di crescita quale può essere un fattore di crescita?
Il PDGF (Platelet-Derived Growth Factor) è un fattore di crescita di
derivazione piastrinica, e come funziona questo fattore? Funziona
riconoscendo un recettore che presenta un intrinseca attività
tirosina chinasica ed il PDGF è uno dei mitogeni più potenti che si
conoscono ed è importante perché non controlla solo la
proliferazione ma controlla anche la risposta infiammatoria e la
guarigione delle ferite. Questo PDGF stimola la proliferazione delle
cellule. L’oncogene SIS, che è un oncogene cellulare umano,
codifica un fattore di crescita che è appunto il PDGF di tipo β. La
forma virale di SIS è un oncogene codificato dai virus, le cellule che
sono infettate con questa forma virale di SIS, quindi il β-SIS
iperproducono il PDGF e quindi queste cellule vanno incontro ad
una proliferazione massiva. Ma la cosa importante quel è? È che
questo oncogene può essere iperprodotto anche senza un
infezione virale. La controparte virale è stata studiata infettando le
cellule normali ed è stato visto che queste cellule incominciavano
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ad iperprodurre questo PDGF, però l’iperproduzione di PDGF può
essere dovuto anche ad una iperattività di SIS in assenza di
infezioni virali. Quando si ha l’over espressione di questo SIS? Nei
sarcomi e negli astrocitomi, quindi cosa succede in questi tumori?
Che la cellula tumorale si mette a iperprodurre il PDGF-β perché si
ha un attivazione di questo gene che codifica per il PDGF-β che è
SIS e per autocrinia quelle cellule incominciano a proliferare cioè la
cellula tumorale iperproduce un fattore di crescita che agisce sulla
cellula stessa quindi si ha una sorta di Loop di autocrinia.
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Castoria 1.3 (Lunedì 15 Aprile 2013)
Oncogeni e Oncosoppressori
Invasività e metastasi
A partire dall’esterno della cellula possiamo avere delle alterazioni,
quindi alterazioni che riguardano i fattori di crescita. L’oncogene cSis quindi il protoncogene o oncogene cellulare codifica per un
fattore di crescita che è il PDGF e che cosa significa Pdgf? Significa
fattore di crescita di derivazione piastrinica, questo fattore di
crescita è uno dei mitogeni più potenti promuove la crescita dei
fibroblasti e quindi è coinvolto non solo nei meccanismi di
trasformazione ma anche nei meccanismi di risposta infiammatoria,
risposta immunitaria e guarigione delle ferite, questo sis codificando
per un fattore di crescita potente può andare incontro a delle
modificazioni per cui la cellula iper produrrà questo fattore di
crescita e per autocrinia questo fattore di crescita agisce sulla
cellule stesse inducendone la proliferazione massiva quindi una
delle prima modificazioni che potete avere è proprio nei fattori di
crescita l’oncogene sis infatti può essere iper espresso nei sarcomi
e astrocitomi. La controparte virale a cui diamo il nome di v-Sis che
sarebbe l’oncogene virale, quando si infettano le cellule con questo
oncogene virale le cellule iper producono il Pdgf beta e quindi
questa iper produzione causa la trasformazione neoplastica cioè
l’eccessiva stimolazione della crescita, la controparte virale
codificano per delle proteine che sono mutate quindi acquisiscono
una funzione in più, se voi infettate delle cellule normali
eucariotiche con quell’oncogene virale le cellule normali
eucariotiche vanno incontro a trasformazione neoplastica. Questo
non vuol dire che i tumori insorgono perchè le cellule vengono
infettate con quegli oncogeni virali ma semplicemente i virus
infettando le nostre cellule hanno acquisito i nostri oncogeni nel loro
materiale genetico l’hanno modificato e modificandolo succede che
questo materiale esprime delle proteine mutate. Altra maniera con
la quale la cellula tumorale può acquisire l’autonomia nella crescita
riguarda le alterazioni di recettori per questi fattori di crescita, per
es. il recettore dell’egf, quando il segnale arriva alla cellula il
recettore dimerizza e si autofosforila in tirosina e una volta
autofosforilato in tirosina dà luogo all’attivazione di una serie di
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segnali intracellulari, vi sono dei tumori umani in cui si possono
avere alterazioni di questi recettori? Si, e le mutazioni che si
possono avere in questi recettori possono portare o ad un aumento
della densità del recettore quindi ad una over espressione e
generalmente un over espressione per i fattori di crescita è dovuta
ad amplificazione genica oppure ancora ad un’attivazione dei
segnali che è ligando indipendente perchè si hanno dei
cambiamenti nel sito legante il fattore di crescita quindi nella
porzione extracellulare, se si hanno delle mutazioni di un recettore
in questo sito legante il fattore di crescita succede che quel
recettore non può più legare i fattori di crescita e diventa
indipendente dal segnale esterno e questa è un’altra maniera con la
quale la cellula neoplastica si sgancia dal segnale esterno. Un altro
fenomeno è lo Switching del recettore significa che il segnale
passa da un recettore ad un’altra molecola di membrana molto
spesso nelle cellule tumorali il segnale passa dai recettori per i
fattori di crescita ad altri tipi di recettori che sono le integrine.
Quando si hanno queste alterazioni nei tumori umani? Aumento
nella densità dei recettori quindi over espressione della proteina
quindi amplificazione genica del recettore dell’egf o dei recettori per
altri fattori di crescita ma soprattutto del recettore dell’egf si ha nei
tumori mammari metaplastici, il 70-80% di questi tumori over
esprimono il recettore dell’epidermal growth factor che può essere
considerato un marcatore di malignità tumorale quando si ha un
tumore mammario generalmente il tumore viene asportato
chirurgicamente e viene mandato in anatomia patologica e vengono
dosati almeno tre marcatori e sono: recettore degli estrogeni,
recettore del progesterone per vedere se quel tumore è ancora
differenziato e il recettore dell’efg e l’iper espressione del recettore
dell’egf è indice di una prognosi maligna di questi tumori e
soprattutto di ormono-indipendenza cioè l’iper espressione di questi
recettori si accompagna alla negatività di questi tumori per il
recettore degli estrogeni e per il recettore del progesterone e vuol
dire che quel tessuto mammario non è più responsivo agli ormoni
steroidei ma passa sotto il controllo dell’egf cioè un potente
mitogeno. Questo recettore dell’egf è considerato un marcatore
prognostico e diagnostico molto importante per i tumori mammari,
molte terapie di questi tumori mammari sono basati sull’uso di
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anticorpi che bloccano il recettore dell’efg, ci sono dei farmaci che
vengono assunti per via orale e che bloccano specificamente il
recettore dell’egf o qualche altro membro della stessa famiglia
perchè il recettore dell’egf appartiene a una super famiglia genica i
cui i membri sono tutte molecole di membrane. Si può avere una
mutazione che rende questo recettore indipendente dal ligando,
normalmente il fattore di crescita arriva e attiva la tirosina chinasi
intracellulare e avete l’accensione del segnale che è ligandodipendente e da che cosa è caratterizzata questa attivazione
ligando-dipendente? E’ caratterizzata dalla rapidità dell’esecuzione
perchè l’affinità per il recettore per il fattore di crescita è
elevatissimo, poi è caratterizzato dal fatto che è un segnale
transiente e dalla specificità perchè si tratta di un legame tra un
recettore e un ligando quindi si ha rapidità, specificità e soprattutto
la reversibilità del fenomeno, dopo che si ha un attivazione delle vie
intracellulari il recettore viene degradato attraverso un processi di
endocitosi, e si chiama endocitosi mediato dal ligando e non
avviene continuamente nella cellula perchè questo processo di
endocitosi per il recettore per un fattore di crescita, ma anche per
un fattore dell’insulina che è un ormone, si accende quando arriva il
segnale e serve alla degradazione del recettore, serve allo
spegnimento del segnale, se avete delle alterazioni nei meccanismi
di formazione degli endosomi o nei processi di endocitosi si può
avere l’inibizione della degradazione di questi recettori e il segnale
persiste nelle cellule ad es. alcune malattie come la celiachia ha
una patogenesi di questa genesi è dovuta ad un ritardo nella
degradazione del recettore dell’egf quindi viene alterata la risposta
delle cellule intestinali alla gliadina che è contenuta nella pasta, nel
pane e tutti quegli alimenti a cui il celiaco è sensibile. Che cosa può
succedere nei tumori umani? In alcuni tumori umani si possono
avere delle mutazioni del dominio intracitoplasmatico che codifica
per la tirosina chinasi accoppiata al recettore e questa mutazione
all’interno del recettore della parte citoplasmatica lo rende
indipendente dal ligando e questa mutazione cosa fa? Questa
mutazione può o indurre una dimerizzazione costitutiva del
recettore e quindi avete la formazione dei dimeri, degli omodimeri
anche in assenza di ligandi quindi l’attivazione della tirosino chinasi
oppure si possono avere mutazioni che tagliano il dominio
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extracitoplasmatico per cui il recettore è costituito solo dalla
porzione di membrana e dalla porzione intracitoplasmatica quindi è
sganciata dal ligando o perchè perde il dominio legante l’ormone o
perchè acquisisce la capacità di dimerizzare in maniera costitutiva
quindi in assenza di ligando; infine queste mutazioni per es. si
ritrovano in alcuni tumori umani e sono delle mutazioni per delezioni
che rimuovono gli esoni 2-7 nel dominio extracellulare e portano a
un’attività legante che è del tutto indipendente dalla presenza
dell’egf. Esiste una terza maniera con la quale questo segnale si
può amplificare ed è lo switching recettoriale, le cellule tumorali
esprimono preferenzialmente dei recettori per la matrice
extracellulare le integrine che favoriscono la crescita di questi
tumori quindi in conclusione si può avere l’attivazione dei recettori
perchè i recettori vengono over espressi quindi questa è una
maniera con la quale viene attivato un oncogene cellulare, iper
espressione dovuta ad amplificazione oppure si possono avere
mutazioni che fanno dimerizzare i recettori in maniera costitutiva o
mutazioni, delezioni, che tagliano la porzione extracitoplasmatica
del recettore e in questo caso stiamo parlando del recettore dell’egf,
ma nelle cellule tumorale si ha anche l’iperespressione delle
integrine e quindi in questo caso si ha un cross talk tra recettori per
i fattori di crescita e integrine e come avviene questo cross talk?
Avviene dalla parte interna della cellula e succede che il segnale
arriva alla cellula neoplastica attiva il recettore per il fattore di
crescita il recettore dell’egf si autofosforila in tirosina recluta delle
proteine
che
dall’interno
inducono
un
cambiamento
conformazionale della coda intracitoplasmatica delle integrine che
vengono attivate
poichè nei tumori umani si ha spesso
l’iperespressione delle integrine si può avere la forzatura di questi
meccanismi di cross talk e quando arriva il segnale alla cellula non
solo viene attivato il recettore per i fattori di crescita ma viene
attivato tutto il signalling delle integrine quindi avete
necessariamente in quella cellula delle modificazioni nel
riconoscimento tra la cellula e la matrice extracellulare e questa è la
prima tappa di metastasi e di invasività tumorale, quindi la perdita
da inibizione da contatto che è tipica delle cellule tumorali, che cosa
significa? Che in genere in due cellule normali quando si toccano il
contatto tra queste cellule le fa inibire, la crescita si inibisce mentre
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nelle cellule tumorali si ha la perdita dell’inibizione da contatto, che
infatti nei laboratori viene dosata per vedere se nelle cellule si sono
trasformate o meno e come si fa a fare questa caratterizzazione? Si
va a fare il focus end serity è un dosaggio attraverso il quale si
possono vedere del Foci di trasformazione neoplastica nella piastra
cellulare e questi foci sono dei gruppetti di cellule trasformate che
hanno perso l’inibizione da contatto e che cominciano a crescere
l’una sul altra e quando si colorano queste mono layer di cellule in
coltura con cristal violetto questi foci appaiono come dei puntini
viola in questa piastra ma tutto questo è dovuto da questo crosstalk
forzato che c’è per i recettori per i fattori di crescita e le integrine ma
soprattutto alla ridistribuzione delle integrine nella cellule
neoplastica. Poi ancora, cambiamenti nei messaggeri intracellulari,
e questi cambiamenti che cosa riguardano? Riguardano soprattutto
degli effettori del segnale e quali sono questi effettori del segnale?
Possono essere delle tirosin chinasi che sono intracellulari come la
Crk oppure un onco proteina che è il prodotto di due geni ma
soprattutto si può avere l’attivazione di una famiglia di tirosin chinasi
che possono essere di membrana che sono le chinasi della famiglia
Sarc (Src). La tirosin chinasi Src è stato uno dei primi oncogeni ad
essere identificato dove è stato studiato moltissimo la maniera
come questa tirosin chinasi viene regolata, e a che cosa serve
normalmente
questa
Src?
Serve
alla
proliferazione,
differenziamento dei tessuti, ma quando viene attivata da luogo
all’attivazione di una serie di eventi che portano a differenziamento,
motilità cellulare, invasività, proliferazione e l’attivazione di questa
chinasi è stata studiata soprattutto in relazione al Signality attivato
dal PDGF perché sicuramente in vivo il PDGF funziona attraverso
l’attivazione di questa Src. In quali tumori umani Src può essere
deregolata (diciamo deregolata perché in realtà non si conoscono
dei tumori umani in cui questa chinasi è mutata, si sa che in alcuni
tumori del colon iperesprimono questa chinasi ma nella maggior
parte dei tumori umani in realtà questa Src è semplicemente
deregolata) è una chinasi importante perché è capostipite di una
famiglia di tirosin chinasi il cui membro più studiato è appunto Src
con un peso di 60mila mentre gli altri membri sono Yes, Fyn, Lyn,
che si presentano differenzialmente distribuite nei vari tessuti e
alcune di queste chinasi sono distribuite soprattutto nel tessuto
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ematopoietico altre nell’intestino come Yes, Fyn mentre Src è
pressoché ubiquitariamente espressa e svolge le sue funzioni
differenziative soprattutto nel sistema nervoso centrale. Ma com’è
fatta questa chinasi e perché è molto importante? Questa chinasi è
importante perché attraverso lo studio molecolare di questa chinasi
furono identificati i domini SH2 SH3 (SH significa Src Homology)
che sono responsabili del riconoscimento tra le molecole che attiva
il flusso di segnale intracellulare, in condizione di base cellulare (in
condizione di riposo) è avvolta su se stessa quindi si trova in una
conformazione che viene detta chiusa, e da cosa è formata Src? Da
un dominio catalitico in cui si trova la tirosina 416 che è il sito di
auto fosforilazione della chinasi, e da domini SH2 SH3 che sono
uniti da un linker e in condizioni di base è completamente avvolta
su se stessa perché all’estremità carbossi-terminale di Src si trova
una tirosina 527 che è la tirosina regolatoria della chinasi e non
quella catalitica questa tirosina è normalmente fosforilata quindi
essendo fosforilata in condizioni di base che cosa consente?
Consente il legame tra la tirosina fosforilata e il dominio SH2 di Src
per curi risulta ripiegata su se stessa. In tutte le situazioni in cui la
tirosina 527 viene defosforilata che cosa succede? Succede che il
dominio SH2 viene rilasciato dalla tirosina 527 e la chinasi (Src) si
apre e si ha un’attivazione parziale di questa chinasi. Poi, quando la
chinasi, attraverso il dominio SH3 interagisce con altre proteine
contenenti proline (molte proteine del citoscheletro contengono
proline) e in questo caso la chinasi viene completamente aperta e
la porzione catalitica (enzimatica) della chinasi è libera di
funzionare e quindi si ha la completa attivazione della tirosin chinasi
Src. Esiste una controparte virale di questo oncogene? Si! È la
chinasi V-src che è stato uno dei primi oncogeni virali studiati e
questa controparte virale cosa fa? Presenta una mutazione nella
porzione carbossi-terminale e questa mutazione cosa fa? Stacca la
porzione carbossi-terminale per cui in questa controparte virale non
si ha la tirosina in posizione 527 e come conseguenza di questa
delezione la chinasi sempre aperta quindi è sempre attiva per cui
studiando la controparte virale di questa chinasi si arrivò all’ipotesi
che basta avere la mutazione di una piccolissima regione che taglia
la tirosina regolatoria per poter attivare un oncogene e da qui sono
partiti gli studi di Src sulle cellule eucariotiche. Che cosa fa questa
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chinasi Src? Viene attivata da recettori a tirosin chinasi di
membrana soprattutto il recettore del PDGF che recluta in vivo Src,
quindi PDGF si serve di Src per fare che cosa? Per attivare almeno
4 processi che sono coinvolti nella progressione tumorale che sono:
la Sopravvivenza, Angiogenesi, Proliferazione cellulare, Motilità,
Invasività e Migrazione cellulare, quindi l’attività di questa chinasi,
attraverso questa rete intricata di network intracellulare controlla
questi 4 processi che sono coinvolti nella progressione di un
tumore.
Al momento si conoscono 4 inibitori di Sarc incluso il Dasatinib che
vengono usati in pazienti con i tumori alla prostata in cui l’attività di
questa tirosina chinasi sembra deregolata ma questi inibitori
vengono utilizzati in altri tumori umani.
Si possono avere alterazioni delle piccole proteine leganti il Gtp, le
cellule tumorali contengono varie forme di Ras che sono delle
forme attive e che sono delle forme attraverso una mutazione
puntiforme queste piccole proteine legano costitutivamente il Gtp
quindi sono sempre attive oppure perdono l’intrinseca attività
gtpiasica quindi non sono capaci di idrolizzare efficientemente il Gtp
in gdp per cui rimangono sempre attive nella cellula e queste sono
ki-ras e h-ras, la cancerogenesi chimica risulta in mutazioni di ras
nei residui in 12, 13, 59, 61, sono quasi tutte delle mutazioni attivati
questa piccola proteina leganti il gtp; ancora ci sono i fattori di
trascrizione e quali sono le mutazioni più importanti di questi fattori
di trascizione? Sono c-myc, è una proteina che in alcune condizioni
cellulare media la proliferazione cellulare quindi spinge la cellula in
ciclo in altre condizioni invece fa la cosa opposta cioè induce
l’apoptosi della cellula infatti è un oncogene che ha una doppia
funzione si può comportare in alcune situazioni come un oncogene
e in altre situazioni si comporta come un oncosoppressore, se si ha
una coltura di cellule in basso siero, quindi con scarsa disponibilità
di nutrienti e si iper esprime questo fattore di trascrizione myc in
queste cellule, queste cellule non vanno in proliferazione non vanno
in ciclo ma vanno incontro ad apoptosi. Le proteine virali associate
al virus Epstein-Barr attivano costitutivamente myc perchè fanno
diminuire la proteolisi di myc ubiquitino-dipendente e questo è un
meccanismo di attivazione e questa attivazione di myc si trova nel
linfoma di Burkitt, myc è iper espresso nel linfoma di Burkitt perchè?
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Perchè non va incontro a dei processi di proteolisi ubiquitinodipendenti e perchè non va incontro a questi processi? Perchè in
questi tumori sono queste proteine del virus di Epstein-Barr, Ebna1
Lmp1 e la proteina 2A, che fanno dimunuire la proteolisi di Myc e
questo è un altro meccanismo con cui gli oncogeni possono essere
attivati. Si possono avere delle modificazioni dei cromosomi, dei
riarrangiamenti e succede che la parte per una traslocazione dei
cromosomi succede che myc si mette sotto il controllo delle IgG
quindi delle catene pesante delle Ig e si ha un iper espressione
dell’oncogene quindi per una traslocazione cromosomica la
porzione del gene che codifica per un oncogene cellulare viene
messa sotto il controllo di un promotore forte per es. promotore per
le Ig. Le Ig vengono codificate continuamente nelle nostre cellule e
insieme alle Ig viene codificato anche l’oncogene Myc quindi questo
è un altro meccanismo con cui possono essere attivati questi
oncogeni. Sempre per una traslocazione di cromosomi si possono
avere l’attivazione di oncogeni perchè si hanno la formazione di
proteine chimeriche, proteine di fusione, e questo è il caso della
leucemia mieloide cronica in cui avete un gene di fusione che è
formata da una tirosina chinasi Abl la quale quando è fusa con la
proteina Bcr diventa costitutivamente attiva quindi nelle leucemie
mieloidi croniche per una traslocazione tra i cromosomi 9 e 22 si ha
fusione di due geni che danno luogo a una proteina di fusione AblBcr che è tipica di queste leucemie. Quali sono gli inibitori che
vengono utilizzati nelle terapie? Ad es il Gleevec è uno degli inibitori
che inibisce l’attività di questa tirosina chinasi Abl perchè compete
con il sito catalitico, il sito di legame all’atp e se la chinasi non lega
l’atp non può attivarsi dal punto di vista catalitico; il Gleevec è infatti
un farmaco usato nelle leucemie mieloidi croniche con effetti
collaterali perchè la maggior parte di questi farmaci mancano di
specificità, soprattutto gli inibitori di tirosino-chinasi perchè
funzionano sulle chinasi Abl ma possono funzionare anche sulle
altre chinasi intracellulari e questo è il motivo per cui oggi si tende
ad arrivare a una terapia quanto più mirata che colpisca soprattutto
le interazioni tra le proteine perchè sono quelle che sono specifiche
nella cellula. Quindi in conclusione quali sono i principali
meccanismi di attivazione degli oncogeni intracellulari? Iper
espressione dovuta ad amplificazione genica e questo riguarda
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l’oncogene Myc, recettore dell’Egf, Erb-2 che è un’altra tirosinochinasi simile al recettore dell’egf oppure ancora per delle mutazioni
puntiformi, mutazioni per delezioni o inserzioni e queste sono a
carico di Ras, riarrangiamento dei cromosomi per traslocazione,
inversione, e si può avere attivazione di Bcl2 o di Myc oppure per
fusione di geni che codificano per proteine di fusione come con Ablbcr.
Quali sono le principali modificazioni che si hanno negli
oncosoppressori? Come vengono perse le funzioni degli
oncosoppressori? Le funzioni degli oncosoppressori possono
essere persi o perchè vengono inibiti da un’altra proteina ad es è il
caso di P53 che viene inibita da mdm2 o perchè questi
oncosoppressori vengono fosforilati quindi vengono degradati o
delocalizzati o perchè avete la formazioni di mutanti di questi
antioncogeni, generalmente è luogo comune il concetto che ci
basta la singola dose di mutazione di un oncogene per dare la una
trasformazione invece ci vuole una doppia dose di mutazione di un
antioncogene per dare la trasformazione, concetto che non è vero
perchè la cellula normale diploide adotta dei meccanismi che si
oppongono alla mutazione di un oncogene quindi alla mutazione di
Ras o di uno stimolo eccessivo. Quindi il concetto che oggi è
sempre più accreditato è che occorrono in una cellula mutazioni di
oncogeni e di antioncogeni quindi ci vuole una cooperazione per
avere la trasformazione neoplastica, a che cosa servono questi
antioncogeni? Gli antioncogeni sono degli oncosoppressori, delle
proteine che servono a monitorare il microambiente cellulare e se è
richiesto forzano la cellula in uno stato di quiescenza quindi
possono mantenere lo stato post-mitotico ed eventualmente il
differenziamento della cellula quindi sono considerate proteine
antiproliferative tra queste una delle più importanti è p53 che è
coinvolta nel segnale indotto dal danno genotossico. Il 50% dei
tumori umane mostra mutazioni somatiche non della linea
germinale di p53, il 90% delle mutazioni le trovate nei carcinomi a
cellule squamose, l’80% di point-mutation sono delle mutazioni
puntiformi il 20% sono delle mutazioni per delezione quindi avete
una proteina troncata come prodotto finale. Le mutazioni di p53
cosa causano? Causano perdita della funzione di P53 quindi
portano a una continua proliferazione cellulare nonostante la cellula
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venga danneggiata nel sua Dna quindi la cellula accumula
mutazioni nel suo Dna e questo è il meccanismo con cui le
mutazioni di p53 inducono il danno tumorale. Questa proteina dal
punto di vista molecolare viene attivata con un meccanismo di
regolazione di p53 da parte di mdm2 che è un ubiquitino-ligasi che
favorisce la degradazione della p53 l’export nucleare e quindi
l’inattivazione di p53. La p53 è un fattore di trascrizione che dal
punto vista molecolare è costituito da una regione centrale
destinata al legame con il dna, da una regione aminoterminale in
cui trovate il dominio di transattivazione, in questo dominio di
transattivazioni ci sono diversi siti aminoacidici che possono essere
fosforilati e queste fosforilazioni regolano l’attività della proteina, si
ha una porzione carbossiterminale una regione destinata alla
formazione del tetramero e una regione carbossiterminale in cui
avete un dominio regolatorio e in questo dominio regolatorio si
possono avere modificazioni post-trascrizionali della proteina quindi
questa proteina può essere fosforilata, acetilata, sumoilata quindi
può essere regolata a livello post-trascrizionale oltre a essere
regolata da mdm2 ovviamente la perdita di questi siti di regolazione
della proteina può portare a una modificazione della funzione.
Questa proteina funziona come tetramero quindi il dominio di
tetramerizzazione della proteina che si trova nella porzione
carbossiterminale è molto importante per questo processo di
tetramerizzazione quindi quando si ha uno stress cellulare succede
che p53 o può subire delle modificazioni post-trascrizionali o si può
assemblare sotto forma di tetramero, funziona come tetramero e il
tetramero può essere anche indotto dalle modificazioni che p53
subisce quindi quando la cellula viene danneggiata le 4 molecole di
p53 tetramerizzano direttamente e p53 può dare l’arresto del ciclo,
può stimolare la riparazione del dna o preparare la cellula
all’apoptosi oppure può subire delle modificazioni sumoilazioni,
fosforilazioni o altre modificazioni che inducono indirettamente la
stabilizzazione e la formazione di questo tetramero. La regolazione
di p53 da parte di mdm2 quindi i meccanismi sono: o modificazioni
post-trascrizionali o legame con mdm2 che sequestra la p14
all’interno dei nucleoli e lascia libera p53 nel compartimento
nucleare e lì p53 può funzionare. Mdm2 può essere considerato un
vero e proprio oncogene perchè legando il dominio di
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transattivazione di p53 ne blocca l’attività trascrizionale, mdm2 è
iperespresso nel glioblastoma multiforme. L’esposizione allo stress
induce modificazioni di p53, altra cosa importante è il dominio di
tetramerizzazione di p53 perchè p53 si lega al dna sotto forma di
tetramero ed esistono delle mutazioni in questo dominio di
tetramerizzazione, esistono delle mutazioni in alcune popolazioni
infantili del Brasile con tumori adrenocorticali sono state identificate
mutazioni di questo dominio e queste mutazioni non consentono a
p53 di funzionare a livello trascrizionale. Quindi come avviene in
definitiva questa regolazione di p53? Una prima fase si attivazione
di p53, una seconda fase in cui avete l’attivazione degli effettori e
una terza fase in cui avete gli effetti biologici indotti da p53.
Quali sono gli altri tumor-suppressor importanti? RB, BRCA1, Apc
che coinvolto nella ricognizione cellula-cellula. Una delle
modificazioni che avete nella trasformazione neoplastica è
l’alterazione del punto di restrizione, l’alterazione del punto di
restrizione può portare ad una deregolazione della proteina Rb e
Rb significa retinoblastoma e questa proteina serve a tenere legata
nella condizione di base, quindi nella condizione di
ipofosforilazione, questa proteina tiene legato un fattore di
trascrizione che è E2F e quando questa proteina viene fosforilata
dalle chinasi associate alle cicline le quali a loro volta vengono
attivate in risposta ad uno stimolo proliferativo quindi ad un
mitogeno, quindi quando questa proteina viene iper fosforilata
permette il passaggio della cellula in fase S quindi il raggiungimento
del punto di restrizione e accade questo perchè E2F viene rilasciato
e come fattore di trascrizione va a stimolare la trascrizione di alcuni
geni che sono importanti nella duplicazione del dna; quindi stato di
quiescenza cellulare è associato a ipofosforilazione di Rb stato di
attività proliferativa è associata a fosforilazione di Rb. Questa
proteina normalmente inibisce la proliferazione cellulare, è
localizzata nel compartimento nucleare, il gene per Rb è di 300
chilobasi e mutazioni di questo gene portano ad una perdita di
funzione di questa proteina; la tumor suppressor la proteina è di
110mila dalton ed Rb ha almeno 10 siti di fosforilazione e questi 10
siti di fosforilazione servono all’interazione tra Rb e E2F, quando la
fosforilazione di questa proteina è completa cioè è iper fosforilata
rilascia completamente E2F ed è in quel momento in cui si ha
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l’iperfosforilazione della proteina che la cellula riesce a duplicare il
DNA e quindi si ha la fase S del segnale. Come si perdono le
funzioni di Rb? Le funzioni di Rb si possono perdere perché si
hanno delle mutazioni nel gene e queste mutazioni sono state
studiate in alcuni bambini, questi bambini nascevano o
sviluppavano dopo poco tempo dalla nascita un tumore alla retina
che è appunto il retinoblastoma, ma non avete solo la perdita di
funzione di Rb per mutazione di Rb ma potete avere la perdita delle
funzioni di Rb perché avete un segnale mitogeno eccessivo nella
cellula oppure perché questa proteina si lega a delle proteine virali
per es E7 dell’adenovirus che la inattivano, quindi i meccanismi di
perdita della funzione di Rb si possono avere o per fenomeni
genetici quindi mutazioni o perché avete uno stimolo mitogenico
eccessivo o perchè avete delle proteine virali che ne bloccano le
funzioni.
Ma che cosa è questo Retinoblastoma? Partendo dalle cause
genetiche, che portano alla perdita della funzione di Rb, è un
tumore raro dell’infanzia localizzato agli occhi e questo tumore si
sviluppa generalmente in questi bambini al disotto di 5 anni di età,
incidenza è del 2% nella popolazione infantile e i fattori che
influenzano questo tumore sono dei fattori ereditari nel 30/40% dei
casi e nel 60/70% dei casi questi tumori sono dovuti a delle
mutazioni sporadiche, infatti come già detto, mutazioni della linea
germinale di Rb sono associate con il retinoblastoma, ma avere la
mutazione germinale non vuol dire necessariamente la comparsa
del tumore ma significa avere una suscettibilità quindi esiste quella
teoria del “Doppio Colpo” cioè non è sufficiente una dose di
mutazione ma che occorre una seconda dose di mutazione che è
evidentemente una mutazione spontanea somatica che viene
acquisita nel corso della vita. Il trattamento di questa malattia è
chirurgico o radiante oppure vengono praticate delle chemioterapie.
Il motivo per cui la perdita di Rb da un tumore che è localizzato
soprattutto alla retina non è a tutt’oggi stato chiarito.
È stato detto che Rb può essere attivata attraverso il legame con
delle proteine virali come la proteina E7 la quale proteina si lega ad
RB e ne mima lo stato di fosforilazione e che cosa succede?
Succede che Rb rilascia E2F quindi compete con RB per E2F,
spiazza E2F da Rb quindi Rb risulta ugualmente attivato, quindi
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questa proteina virale E7 che cosa fa? Mima lo stato di
fosforilazione, quindi il distacco di Rb da E2F lo si può avere o
perché la proteina viene iperfosforilata o perché una proteina virale
compete per quel legame, spiazzandolo, lega Rb rilasciando E2F
che è libero di agire e di mandare la cellula in fase S.
In conclusione possiamo dire che la mutazione attivante di alcune
proteine oncogeniche o l’inattivazione di altre proteine
oncosoppressori possono portare ad una deregolazione delle
funzioni cellulari quindi alla trasformazione neoplastica.
Per quanto riguarda gli oncogeni, ricapitolando, quali possono
essere queste mutazioni? Mutazioni che alterano il segnale che
arriva alla cellula come ad es. il fattore di crescita come nel caso
dell’oncogene SIS; mutazioni che alterano o deregolano i recettori
per i fattori di crescita come nel caso del recettore del egf;
mutazioni che alterano la via di trasmissione dei segnali quindi che
alterano le tirosino chinasi, le serin treonin chinasi, le piccole
proteine leganti il GTP che devono portare questo segnale dalla
membrana al nucleo trasmettendo questo flusso di informazioni;
oppure si possono avere alterazioni dei fattori di trascrizione
nucleare. Questi sono i principali oncogeni che si possono trovare
alterati nei tumori umani. Ma il processo di trasformazione può
dipendere anche dalla perdita delle funzioni degli oncosoppressori i
quali servono alla risposta al danno quindi alla risposta apoptotica.
Quando si perse la funzione di questi oncosoppressori cosa si ha
nella cellula? La sopravvivenza cellulare. Tra questi i principali sono
p53 e Rb. P53 può avere delle mutazioni germinali che sono
associate a dei tumori familiari come la sindrome di Li-Fraumeni
come per la proteina del retimoblastoma quando si hanno mutazioni
germinali si ha l’associazione con il retinoblastoma che è un raro
tumore infantile. Nei tumori umani però si può avere un incidenza
elevatissima di mutazioni somatiche spontanee sia di p53 che di
Rb. Esistono però delle cose che tutt’oggi non è stata fatta
chiarezza: perché vi è la associazione tra le mutazioni degli
oncosoppressori e dei tumori familiari e invece la stessa cosa non
accade per gli oncogeni? Non esistono a tutt’oggi mutazioni della
linea germinale degli oncogeni che si conoscono; nei tumori, nel
processo di trasformazione tumorale vi sia un effetto cumulativo tra
oncogeni e oncosoppressori e che i tumori risultano da alterazioni
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di processi molto complessi che riguardano per es l’acquisizione
delle funzioni da parte delle oncoproteine e dalla perdita di funzione
dei tumor suppressor quindi si ha, come detto, una cooperazione
tra questi oncogeni e oncosoppressori nella progressione
neoplastica; perché nei pazienti bambini che hanno mutazione della
linea germinale hanno questi tumori della retina e non sviluppano
ad es tumori in altri posti così come nella sindrome di Li-Fraumeni
perché le mutazioni germinali di p53 la fanno insorgere in questi
pazienti sarcomi o tumori mammari? Queste sono domande che a
tutt’oggi non si hanno risposta.
La caratteristica molecolare di una cellula neoplastica è anche
un'altra è quella di non solo sganciarsi dalle cellule circostanti per
acquisire autonomia proliferativa ma è quella di sganciarsi anche
dalle cellule circostanti per andare ad invadere in altri tessuti
eventualmente a dare metastasi.
Nell’ultima lezione dicemmo che i vari processi che vengono alterati
in una cellula neoplastica sono: la cellula è autosufficiente nei fattori
di crescita, è insensibile ai segnali anti proliferativi, evade i
meccanismi di apoptosi ma altra caratteristica importante è che la
cellula invade generalmente tessuti a distanza e come fa a fare
questo? Le vie di Metastasi sono diverse, si possono avere
mestatasi per Diffusione Diretta o per via Endocavitaria o via
Ematica o Linfatica, e quali sono le sedi di metastasi? Polmoni,
Fegato e il Cervello, queste sono le principali sedi si metastasi
tumorale ma come avviene questo processo di Metastasi? Prima di
tutto per un certo periodo di tempo le metastasi non sono visibili
clinicamente, cominciano a diventare evidenti quando incominciano
a proliferare nel tessuto che hanno raggiunto a nutrirsi di propri vasi
per cui questo processo di metastasi è costituito da diverse fasi, e
quali sono? Si osserva una Prima fase di distacco e la cellula che
metastatizza è UNA SOLA anche in questo caso si ha un origine
monoclonale per le metastasi cioè è una sola la cellula che
acquisisce queste nuove proprietà molecolari per poter invadere e
andare a metastatizzare, quindi si osserva una prima fase di
distacco della cellula, quindi si ha una Seconda fase di invasività
cioè la cellula attraversa i vasi o i linfatici e va a localizzarsi in un
sito secondario come ad esempio il fegato. La metastasi diventa
clinicamente evidente quando quelle cellule hanno colonizzato un
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altro organo o un altro tessuto incominciano a proliferare e a fornirsi
di nuovi vasi. Ora, quel è il punto fondamentale ad esempio nel
melanoma, tumore maligno dei melanociti che viene studiato come
modello per spiegare le basi molecolari delle metastasi. I melanomi
sono dei tumori che molto spesso se aggrediti immediatamente non
danno complicanze, ma quando non vengono diagnosticati subito
sono dei tumori altamente metastatici, danno metastasi ai polmoni
soprattutto. Noi ci occuperemo delle basi molecolari attraverso le
quali queste cellule riescono innanzitutto a staccarsi dal tessuto
primario e ad andare a metastatizzare in un altro posto, è vero che
tutto questo è favorito dai vasi linfatici, ematici e dalla circolazione!
è vero che il melanoma metastatizza al polmone perché il polmone
riceve tutto il sangue della circolazione sistemica e vedremo che
questo non è vero perché vi è un riconoscimento molecolare tra la
cellula metastatica ed il microambiente tissutale che deve ricevere
questa cellula e che questo processo è regolato soprattutto dalle
chemiochine e dai recettori per le chemiochine, ma soprattutto,
com’è stato detto, anche per le metastasi c’è un origine
monoclonale cioè un'unica cellula acquisisce queste capacità e
perché parliamo di acquisizione di nuove capacità? La maggior
parte dei tumori umani sono tumori di origine epiteliale e quindi la
domanda è: com’è possibile che una cellula epiteliale acquisisca
delle nuove capacità che la rendono mobile? Come prima cosa
dobbiamo fare una suddivisione delle nostre cellule del nostro
corpo in base alla loro capacità di migrare, ma quali sono le cellule
più mobili del nostro corpo? Sono gli elementi figurati del sangue
soprattutto i Neutrofili (rimandiamo argomento alle lezioni
sull’infiammazione) come si muovono queste cellule, con quale tipo
movimento si muovono? Con un movimento che viene detto di tipo
Ameboide detto così perché è un movimento ad altissima velocità
riescono a fare 15/20mila milli micron in 24ore e si muovono anche
come cellule singole, si muovono nel sangue in soluzione quindi
sono elementi altamente mobili. Come Secondo gruppo di cellule
abbiamo le cellule Mesenchimali che per la loro costituzione
fenotipica presentano una certa motilità, ma sicuramente inferiore
come velocità alla migrazione che si ha negli elementi figurati del
sangue. Come terzo gruppo abbiamo le cellule epiteliali non si
muovono affatto. Ma la prima domanda è questa: com’è possibile
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che la maggior parte dei tumori umano sono tumori epiteliali che
danno
metastasi,
come
avviene
questo
processo
di
trasformazione? Come fa la cellula epiteliale ad acquisire questo
fenotipo migratorio, mobile?
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Castoria 1.4 (Mercoledì 17 Aprile 2013)
Metastasi
Risposta al danno
Dal punto di vista generale la metastasi è l’attecchimento del
tessuto tumorale delle cellule tumorali in un organo a distanza e
può avvenire per diverse strade: diffusione diretta, via
endocavitaria, via ematica, via linfatica e che le sedi di metastasi
dei tumore più importanti sono polmoni, fegato e cervello, fino a
poco tempo fa si era attribuito al fatto che questi organi avessero
degli scambi arteriosi ed intensi e che quindi le cellule neoplastiche
molto più facilmente potessero raggiungere queste sedi a distanza
ma in realtà la cosa non sta in questi termini. Dicemmo che la
metastasi diventa rivelabile quando le cellule che hanno attecchito
un organo a distanza incominciano a proliferare quindi da uno
strato di cellule dormienti vanno incontro ad attiva proliferazione
quindi colonizzano questo tessuto diverso rispetto al sito di origine.
La maggior parte dei tumori originano dal tessuto epiteliale, il
tessuto epiteliale è un tessuto che non è pronto all’invasività perchè
non ha nè le caratteristiche molecolari nè le caratteristiche
fenotipiche di una cellula migratoria. Perché la maggior parte dei
tumori vanno a metastatizzare in alcuni sedi come ad es. i polmoni,
o l’osso o il cervello? Ci sono dei microambienti che si creano
oppure ci sono delle nicchie metastatiche in questi tessuti che
favoriscono l’attecchimento di queste cellule, i processi a cui va
incontro una cellula metastatica sono diversi, il primo è
l’acquisizione di un fenotipo aggressivo e questa acquisizione
avviene perché avete mutazioni di oncogeni e oncosoppressori
oppure modificazioni epigenetiche nell’insieme questi meccanismi
portano ad una instabilità genetica di questa cellula. Il pre-requisito
perché questa cellula possa andare incontro dal sito primitivo alla
metastasi è la capacità di autorinnovarsi e quindi è una capacità
tipica di una staminalità cellulare le cellule staminali hanno questa
caratteristica, la motilità quindi una cellula che normalmente ha
scarsa capacità migratoria invece diventa altamente mobile e la
sopravvivenza durante il distacco cioè la cellula si distacca dal
processo primario e deve sopravvivere in questo processo di
distacco. Altro fattore importante è il microambiente che si crea
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intorno a questa cellula infatti si parla sempre di più del ruolo, della
componente stromale del tumore, e cosa fa e da cosa è formata
questa componente stromale? E’ formata da fibroblasti, da cellule
infiammatorie, da Macrofagi Associati a Tumori i cosiddetti TAM, da
adipociti, tutte queste cellule rilasciano dei mediatori chimici
dell’infiammazione e quindi creano un microambiente che favorisce
l’invasività, la migrazione di queste cellule lungo dei gradienti
chimici. Altro processo importante è che questa cellula una volta
che ha attraversato la matrice extracellulare deve entrare nei vasi
ematici e linfatici e durante questo processo deve modificare il suo
fenotipo, questa transizione viene detta Transizione Epitelio
Mesenchimale per cui la cellula va incontro a delle modificazioni
fenotipiche ma all’attivazione di una serie di pattern intracellulari,
deve vivere durante questo transito e deve trovare a distanza una
nicchia metastatica molto spesso la nicchia metastatica è formata
dal tessuto osseo oltre che dal cervello o dal polmone etc e poi
deve andare a sopravvivere e a proliferare a distanza e deve
fornirsi di nuovi vasi in un processo altamente regolato da Egf che è
il processo di neoangiogenesi. Alla base di tutte le fasi metastatiche
vi sono dei cambiamenti molecolari, quindi la cellula è trasformata
perchè ha subito dei processi di instabilità genetica o sia attivazione
di oncogeni, sia inattivazione di oncosoppressori sia processi
epigenetici per instabilità genetica tende ad acquisire delle nuove
caratteristiche ma il microambiente favorisce questo processo
metastatico? Normalmente il microambiente non favorisce questo
processo metastatico, vi sono dei segnali chimici per es. le specie
reattive dell’ossigeno, l’abbassamento del pH, l’ipossia o segnali
fisici, la membrana basale, le forze tensionali, la pressione
interstiziale o processi biologici, sorveglianza immunitaria, citochine
inibitorie, peptidi della matrice extracellulare e regolatori che si
opporrebbero a questo processo di metastatizzazione ma invece
che cosa accade in queste cellule? Il processo di metastatizzazione
dipende sempre di più dall’eterogeneità delle cellule tumorali quindi
un tessuto tumorale è eterogeneo più vi sarà la possibilità
nell’ambito di questo tessuto primario che un gruppo di cellule o
una sola cellula incominci ad acquisire delle caratteristiche che la
rendono insensibile a tutte queste barriere del microambiente, quali
sono le caratteristiche più importanti che la cellula metastatica deve
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acquisire? La prima caratteristica è quella della motilità quindi le
cellule epiteliali sono delle cellule scarsamente mobili e
generalmente si muovono sotto forma di foglietti, esistono diversi
tipi di migrazione cellulare e la migrazione può avvenire a foglietti e
questo accade per le cellule epiteliali e accade anche durante i
processi di embriogenesi quando avete il differenziamento dei
tessuti oppure le cellule si possono muovere come cellule singole e
questo accade nella risposta infiammatoria quando gli elementi
figurati del sangue devono essere reclutati sul sito del danno e in
questo caso vengono reclutati attraverso un processo migratorio a
cui viene dato il nome di Chemiotassi, chemiotassi è migrazione
lungo un gradiente chimico quindi una migrazione di tipo
direzionale. Le cellule tumorali come fanno ad acquisire queste
capacità migratorie? Lo fanno perchè in queste cellule tumorali si
costituiscono dei propulsori, degli invadopodi a cui è stato il nome di
podosomi. Ma che cosa sono questi Invadopodi? Sono delle
protrusioni del citoscheletro che sono formati prevalentemente da
fascette di actina e altre due proteine la Wasp e la Cofillina. Wasp è
il substrato più importante di tutte le piccole proteine che legano il
GTP, a queste proteine appartengono, non solo il oncogene RAS
ma anche altri 3 oncogeni che sono Rac, Rho e Cdc42. Wasp è
substrato di Rac e di Cdc42, e cosa è? È un effettore intracellulare
che quando viene attivato da queste piccole proteine legante il GTP
va ad attivare il complesso arp2/3 che è responsabile nella
modificazione dell’actina citoscheletrica quindi la modifica in
maniera tale che l’actina citoscheletrica si va a localizzare sotto
forma di fascetti verso la membrana cellulare addensandosi e a
livello della membrana cellulare va a formare, in una cellula
migrante normale detti lamellipodi cellulari che sono responsabili
dell’adesione della cellula alla matrice extracellulare oppure negli
endoteli vasali. Wasp si chiama così perché è una sindrome detta
Sindrome di Wiskott-Aldrich, questa proteina è mutata e studiando
bambini con immunodeficienza congenita fu trovato che in questi
bambini questa proteina Wasp era mutata e la mutazione di questa
proteina impediva di avere una risposta infiammatoria normale
perché era inefficace il reclutamento delle cellule infiammatorie sul
sito del danno. In oltre gli invadopodi sono formati da un'altra
proteina che è associata al citoscheletro che si chiama Cofillina, ma
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ci sono altre componenti proteiche degli invadopodi come proteine
che intervengono nella regolazione dell’actina come la Talina,
effettori del segnale o molecole adattatrici come Cdc42, la tirosin
chinasi SARC, la tirosin chinasi FAC che è la chinasi per le adesioni
focali, molecole di adesione tra cui integrine, la vinculina la
paxillina, metallo proteasi MMP2 e proteine che vi modellano le
membrane, quindi queste sono le proteine più importanti degli
invadopodi che la cellula neoplastica forma per por invadere
attraverso la matrice extracellulare.
Ripetiamo la migrazione cellulare!!! Si ha una prima tappa in cui si
ha l’estensione dei lamellipodi da parte del citoscheletro che
servono come punto di attacco della cellula sulla matrice e la
proteina che interviene in questo processo è la proteina RAC che si
attiva e induce delle modificazioni citoscheletriche che portano alla
formazione dei lamellipodi, la cellula quindi comincia a produrre
degli enzimi che degradano la matrice extracellulare per farsi
spazio tra la matrice e questi enzimi sono le metalloproteasi,
contemporaneamente si ha la formazione di nuove adesioni focali
che servono alla cellula per creare dei nuovi punti di contatto con la
matrice extracellulare perché la cellula si deve fare spazio sulla
matrice quindi si hanno delle estensioni citocheletriche che le
consentono di attaccarsi alla matrice che è responsabile la piccola
proteina RAC poi deve degradare la matrice che lo fa attraverso le
metalloproteasi, poi deve formare delle nuove adesioni perché si
deve muovere sulla matrice extracellulare, poi deve fare una
contrazione del corpo cellulare cioè sul retro della cellula che sta
migrando si formano dei fascetti di actina filamentosa che fungono
da motore per la cellula e nella formazione di questi fascetti è
responsabile la piccola proteina legante il GTP Rho ed in fine si ha
la ritrazione della parte posteriore della cellula altrimenti la cellula
non potrebbe avanzare in questo processo. Queste tappe sono
tutte alterate nei tumori umani perché nei tumori si ha l’alterazione
delle piccole proteine leganti il GTP come altrerazioni di Rac, Rho e
in che cosa consistono queste alterazioni? Consistono nel fatto che
molto spesso queste proteine sono mutate nelle cellule
metastatiche ed essendo mutate sono sempre attive quindi sono
sempre in uno stato di legame al GTP o perché perdono l’intrinseca
attività GTPasica o perché legano costitutivamente il GTP, quindi
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questo conferisce l’alterazione, queste mutazioni conferiscono alla
cellula neoplastica la capacità di migrare molto più facilmente sulla
matrice extracellulare. Un'altra cosa che avviene nelle cellule
metastatiche è che si ha l’aumento dell’attività delle proteine che si
trovano nei complessi focali e che cosa sono questi Complessi
Focali? Sono dei complessi multiproteici che si trovano localizzati
vicino le membrane cellulari, e a che cosa servono questi
complessi? Servono alla cellule per avere interazioni, scambi di
informazione con la matrice, quindi cosa ci aspettiamo di trovare in
questori complessi? In questi complessi, verosimilmente, troviamo
le integrine che sono responsabili della ricezione dei segnali da
parte della matrice, poi troviamo un altra proteina molto importante
che è la chinasi Fac che è la chinasi delle adesioni focali, è una
chinasi in tirosina che viene attivata dalle integrine quindi quando le
integrine ricevono un segnale dalle proteine della matrice
extracellulare si attivano per dei cambiamenti conformazionali
l’attivazione delle integrine, che è un attivazione conformazionale
perché le integrine non hanno attività enzimatica, porta all’auto
fosforilazione di Fac che a sua volta si autofosforila in tirosina che a
sua volta recluta altre proteine che contengono linee SH2
lasciandosi fosforilare gli altri suoi siti (Fac contiene 8 residui in
tirosina) e quindi lasciandosi fosforilare diventa una Super Fac e
con tutti questi residui fosforilati in tirosina cosa può fare? Può
attivare una serie molteplice di pathway intracellulari perché regola
tante proteine che contengono domini SH2 e quindi si ha
l’amplificazione di questo segnale. Questo segnale che cosa fa? Fa
aumentare il turnover delle adesione focali e significa che una
cellula normale, in un certo numero di tempo, si formano delle
nuove adesioni e quelle preesistenti vengono rotte perchè non
servono più, la cellula deve avanzare sulla matrice per potersi
muovere, a questo processo biologico viene dato il nome di
turnover delle adesioni focali, in una cellula neoplastica cosa avrete
mutato? Il turnover delle adesioni focali quindi è un fatto dinamico
quindi non è un fatto che aumenta l’attività di una molecola o di un
enzima, molto spesso l’aumento eccessivo di una di queste
molecole porta all’arresto delle migrazioni e quello che aumenta è il
turnover di questi processi quindi questi processi diventano
altamente dinamici in una cellula neoplastica e questo perchè avete
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alterazioni di queste piccole proteine che legano Gtp ma avete
anche alterazioni delle proteine che intervengono nella formazioni
dei complessi focali; nelle cellule neoplastiche si ha di spiccato la
secrezione delle metallo-proteasi, in alcune cellule neoplastiche il
grado di malignità della cellula lo si va a determinare facendo delle
analisi di laboratorio attraverso il dosaggio della secrezione della
metallo-proteasi, soprattutto nella cellula neoplastica aumentano le
secrezioni delle metallo-proteasi di tipo 9 di tipo 2. A che cosa
servono queste metallo-proteasi? Servono a degradare la matrice
extracellulare quindi si ha aumento del turnover delle adesioni
focali, aumento della degradazione della matrice e la cellula riesce
in maniera spiccata ad invadere e a muoversi lungo la matrice
extracellulare. Ma cosa succede in questa cellula? Perchè questa
cellula diventa migratoria? Come può una cellula epiteliale che
migra poco diventare una cellula migratoria? Lo può fare in due
modi o perchè subisce una transizione che viene detta transizione
epitelio-mesenchimale e significa che una cellula che si muove
sotto forma di cluster o di foglietto può subire una modificazione
fenotipica per cui diventano più affusolate hanno un fenotipo
mesenchimale e diventano simili a fibroblasti e diventano molto più
prone alla migrazione oppure diventano ameboidi cioè avete una
transizione epitelio-ameboide, la maggior parte di cellule
neoplastiche hanno una transizione di tipo epitelio-ameboide e
attraverso degli studi si è visto che sono proprio delle cellule che
stanno all’interno del tumore primario che riescono ad assumere
questa caratteristica e a farsi spazio e succede che in cellule
epiteliali ci sono delle giunzioni tra le cellule, si ha la normale
espressione delle caderine, delle integrine e delle proteasi e
durante questi passaggi accade che durante la transizione epiteliomesenchimale si ha la perdita delle caderine e questo significa che
le cellule non possono avere più dei normali contatti tra loro.
Quando la cellula fa questa transizione dal fenotipo mesenchimale
al fenotipo ameboide perde le integrine quindi il fenotipo ameboide
e la migrazione ameboide delle cellule neoplastiche è dovuta alla
perdita di cluster di integrina quindi transizione epiteliomesenchimale è dovuta alla perdita delle molecole responsabili
delle adesioni tra le cellule e quindi delle caderine la perdita delle
integrine porta invece a questa transizione di tipo ameboide. Dal
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punto di vista funzionale la cellula neoplastica può avere due tipi di
transizione o passare dal fenotipo epiteliale a quello mesenchimale
poi subire la perdita successiva delle integrine quindi fare la
transizione in senso ameboide, oppure si ha una transizione da
fenotipo epiteliale a fenotipo ameboide e quale è la differenza tra
una cellula epiteliale e una cellula mesenchimale e una cellula
ameboide? La cellula mesenchimale riesce a fare 500-1000
millimicron in termine di motilità di distanza nelle 24h, la cellula
ameboide riesce a raggiungere i 15.000 millimicron nelle 24h quindi
una velocità più grande rispetto a quella mesenchimale, un’altra
differenza è che la cellula ameboide si riesce a muovere come
singola cellula,
le cellule del nostro corpo che hanno una
migrazione di tipo ameboide sono gli elementi figurati del sangue.
La maggior parte della cellula neoplastica per es. nei tumori del
pancreas aggressivi o cellule che derivano dai tumori del polmone
che hanno altissima capacità di metastasi sono delle cellule che
riescono a sopravvivere in sospensione, quelle coltivate in
laboratorio vivono in un mezzo di sospensione e non hanno
bisogno dei rapporti con la matrice extracellulare per poter vivere
quindi non hanno bisogno di un supporto o di una superficie. Negli
ultimi anni è stato discusso il ruolo della transizione epiteliomesenchimale dei tumori e sicuramente questo tipo di transizione è
importante durante i processi di differenziamento per es. nella
formazione del mesoderma, della cresta neurale, durante la
formazione delle valvole cardiache o durante il differenziamento del
palato quindi il suo ruolo nel processo di metastatizzazione è
tutt’ora discusso mentre è sicuro che la transizione di tipo ameboide
è importantissimo nel processo di invasività delle cellule tumorali. A
che cosa è dovuto per es. la transizione epitelio-mesenchimale?
Oltre a fatto che vengono perse le caderine che cosa succede nella
cellula? Accadono una serie di eventi da cui sono mediati dal
signalling di Wnt che è una glicoproteina, è importantissima nei
tumori oppure dai recettori a tirosino chinasi o dal recettore Tgf
Beta, e questi segnali modulati da Wnt, dalle caderine, dal recettore
a tirosino-chinasi, dal recettore del Tgf-Beta portano alla
differenziazione mesenchimale della cellula, inibiscono i processi di
adesione e di polarità che sono tipici delle cellule epiteliali e
favoriscono i processi migratori quindi la transizione epitelioscaricato da www.sunhope.it
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mesenchimali è dovuta all’attivazione di pathway che dipendono da
recettori a tirosino-chinasi oppure dall’attivazione della pathway che
dipende da Wnt e dal signalling di (knoc ??) o dal Tgf-beta che va
ad attivare il suo proprio recettore in ultima analisi l’attivazione di
questi segnali porta al differenziamento nel senso mesenchimale,
perdita delle caratteristiche di una cellula epiteliale e migrazione.
Altra componente importante nel processo di invasività è il ruolo dei
macrofagi quindi il ruolo del microambiente: capacità migratoria
della cellula e la cellula acquisisce questa capacità perché subisce
una transizione epitelio-mesenchimale e mesenchimale-ameboide
oppure direttamente una transizione epitelio-ameboide questi due
processi sono accompagnati da perdita di molecole di adesione e di
integrine. Ma una volta che questa cellula che si è staccato dal
tessuto primario e ha acquisito questa capacità e ha invaso la
matrice extracellulare come fa a sopravvivere in questa matrice
extracellulare e a farsi spazio? Lo fa attraverso i macrofagi, due
ricercatori americani hanno studiato il ruolo di questi macrofagi
soprattutto nei tumori della ghiandola mammaria in vivo, e questi
hanno osservato che i macrofagi sono partner obbligati del
processo di metastatizzazione e significa se si abolisce il signalling
dei macrofagi come si può abolire? Ad es. si può abolire facendo il
Knokout in un topo di un gene che codifica per un fattore di
sopravvivenza dei macrofagi il Csf (Coling stimulating factor)
succede che i macrofagi di quel topo poiché il topo ha il knokout per
questo gene (il prodotto di questo gene è importante per la
sopravvivenza dei macrofagi) in quei topi non si ha lo sviluppo del
tumore della ghiandola mammaria quindi in questo esperimento
dimostrarono che questo fattore Csf che è indispensabile per la
sopravvivenza dei macrofagi ha un ruolo chiave nei tumori umani,
in quei topi in cui manca il Csf non si ha lo sviluppo dei tumori
soprattutto alla ghiandola mammaria ed è stato visto anche nei
tumori della prostata e anche per molti altri tumori. Che cosa fanno
questi macrofagi? I macrofagi hanno dei ruoli strani perché la loro
comune funzione è quella di produrre dei fattori di angiogenesi, di
provvedere al rimodellamento e alla guarigione dei tessuti, hanno
per un ruolo importantissimo nell'infiammazione cronica, nella
guarigione delle ferite, rilasciano dei fattori di crescita, dei fattori di
migrazione, e la cosa importante quale è? E’ che questi macrofagi
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regolano lo sviluppo della normale ghiandola mammaria e in questo
caso è stato preso come esempio la ghiandola mammaria se non
vengono reclutati i macrofagi non si può avere la formazione, lo
sviluppo e il differenziamento normale di una ghiandola mammaria.
Quindi i macrofagi sono dei partern importantissimi nel normale
sviluppo e nel differenziamento della ghiandola mammaria di una
persona normale. Quindi i macrofagi sono partner sia delle cellule
epiteliali normali quindi faranno differenziare bene il tessuto ma
sono anche partner del tessuto trasformato o neoplastico. Ma come
fanno i macrofagi a sostenere il processo di metastasi? In
precedenza è stato detto che la cellula tumorale ha delle
caratteristiche come l’automantenimento, la capacità di auto
rinnovarsi, di sganciarsi dai segnali proliferativi, di non rispondere
più ai segnali anticrescita a questi processi si deve aggiungere
anche altri 6 processi e sono processi che promuovono la malignità
tumorale da parte dei macrofagi e come fanno i macrofagi a
promuovere la malignità tumorale? Promuovono l’invasività delle
cellule tumorali, Promuovono i Processi infiammatori perché
rilasciano mediatori chimici dell’Infiammazione, promuovono il
Rimodellamento della Matrice Extracellulare, promuovono il
Processo di Passaggio nei Vasi, l’Attecchimento in una sede
distante e i processi di Angiogenesi, quindi sono 6 caratteristiche
della cellula metastatica che vengono favorite dai macrofagi. Come
fanno i macrofagi, con quale meccanismo? Lo fanno attraverso un
Crosstalk tra due tipi cellulari e non tra due molecole. Ma quali sono
i tipi cellulari coinvolti che sono stati studiati? Le cellule degli epiteli
di ghiandola mammaria trasformata quindi tumori della ghiandola
mammaria e macrofagi che si trovano nel microambiente
(probabilmente macrofagi residenti in quanto si trovano nella
matrice extracellulare). Che cosa accade tra questi due tipi di
cellule? Accade che le le cellule epiteliali trasformate possono
produrre dei fattori di crescita PDGF, Sis e mentre i macrofagi
possono produrre un fattore di crescita Egf che va ad agire sulle
cellule di carcinoma mammario le quali producono Csf e va ad agire
sui macrofagi che posseggono il recettore per il Csf. Quindi
attraverso questo meccanismo di Crosstalk EGF-CSF si ha la
proliferazione e la
sopravvivenza delle cellule dell’epitelio
mammario e anche la sopravvivenza di questi macrofagi associati
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ai tumori. Recentemente, da un gruppo italiano Mantovani, è stato
trovato una sostanza detta Trabectedina di origine marina è stata
trovata nei tumori umani, e che cosa fa questa sostanza? Va ad
inibire specificamente i macrofagi che sono associati ai tumori. In
pazienti in cui sono state somministrate queste sostanze si avuta
una riduzione dei processi di metastasi ed invasività. Questa
sostanza va ad agire preferenzialmente sui macrofagi perché
riconosce un recettore specifico detto TRAIL4 che è espresso
SOLO sui macrofagi. Ma come succede che questo tumore va
scegliersi una sede piuttosto che un'altra? Quando parlammo del
melanoma che è un tumore maligno dei melanociti, il quale molto
spesso viene asportato chirurgicamente quindi non da complicanze
però nel 50/60% dei casi il melanoma metastatizza e i processi di
metastasi avvolte avvengono in pochissimi mesi perché le cellule di
melanoma sono altamente invasive e una delle sedi preferenziali
per il processo di metastatizzazione è al polmone e perché si ha
questo processo di metastatizzazione al polmone, com’è che
queste cellule attecchiscono al polmone? Queste cellule esprimono
un recettore per la chemochina CCR10 i recettori per le
chemochine presentano una certa promiscuità cioè riescono a
legare diversi tipi di ligando. Il recettore CCR10 lega due tipi di
chemochine: la CCL27 nella pelle, nella pelle questo recettore che
è espresso sulle cellule di melanoma lega CCL27; nel polmone
come mai queste cellule vanno a metastatizzare? Perché a livello
polmonare il recettore CCR10 lega la chemochina CXCL12 che
viene secreta nel microambiente polmonare quindi il recettore in
ambedue i casi viene attivato, sia nella pelle sia nei polmoni e
l’attivazione di questo recettore a che cosa porta? Porta a motilità,
migrazione, invasività, formazione di pseudopodi, polimerizzazione
dell’actina intracellulare ma soprattutto all’attivazione di vie di
sopravvivenza che sono le vie mediate dall’attivazione del
oncogene RAS e delle MAP chinasi. Nella maggior parte dei
melanomi metastatici è presente una mutazione di b-RAF in
posizione 600 questa mutazione è stata trovata nel 50% di pazienti
con melanoma metastatico quindi il processo di metastatizzazione
può essere dovuto all’attivazione di un oncogene che in questo
caso la chinasi RAF che sta a valle di RAS ed è un intermedio
molecolare che viene attivato dall’oncogene RAS, viene portata
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vicino le membrane e una volta che è stata attivata va ad attivare le
chinasi a valle che sono le MAP chinasi. Per molti anni i ricercatori
hanno lavorato su di una sostanza, un farmaco che si chiama
Vemurafenib che è stato il primo farmaco approvato sia negli USA
che nell'UE per la cura dei melanomi metastatici, e che cosa fa
questo farmaco? Va ad agire sul mutante di RAF che viene
espresso nei melanomi metastatici e fino a un po’ di tempo fa tutti i
ricercatori erano contentissimi perché avevano trovato una “mano
dal cielo” per curare il melanoma metastatico ma un gruppo di
ricercatori inglesi scoprì che in questi pazienti che erano trattati con
questo farmaco dopo pochi mesi si sviluppava un effetto
Paradosso, e in che cosa consisteva? Nella comparsa nel 30% dei
pazienti di carcinomi a cellule squamose o dei cheratoacantomi
della pelle e queste recidive non si trattava di melanomi ma si
trattava di un effetto paradosso perché in questi pazienti nel giro di
90 giorni dalla somministrazione del Vemurafenib comparivano
questi altri tipi di tumori sempre della pelle. Quindi si sono chiesti a
che cosa potessero essere dovuti questi effetti paradossi e che
cosa hanno osservato? Hanno osservato che in questi pazienti
resistenti all’inibitore di RAF che cosa erano presenti? Erano
presenti delle mutazioni di RAS quindi essendo presenti delle
mutazioni di RAS queste mutazioni di RAS attivanti a che cosa
portavano? Ad un’attivazione di una via di sopravvivenza di
proliferazione delle MAP chinasi per cui quando andavano a
prendere quei pezzi da pazienti che avevano avuto questa recidiva
non melanomatosa, e andavano a vedere lo stato di fosforilazione
di Erk e quindi andavano a vedere questa iperattivazione di queste
MAP chinasi, ma in realtà questo paradosso a cosa era dovuto ad
punto di vista molecolare? In questi pazienti non solo esisteva una
mutazione di RAF ma c’era anche una preesistente mutazione di un
altro oncogene RAS, quando si inibisce clinicamente RAF con
l’inibitore si ha l’effetto paradosso perché RAS comunque attivo
induce dal punto di vista molecolare la dimerizzazione di un'altra
isoforma di b-RAF che è c-RAF e il quale dimerizza e va ad attivare
costitutivamente la MAP chinasi. Quindi anche se si va ad inibire bRAF si ha un “cortocircuito” nella cellula e quindi RAS, essendo
attivo quindi è oncogene, utilizza c-RAF lo fa dimerizzare e
consente l’attivazione di MAP chinasi, e questo significa che questi
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pazienti devono essere trattati non solo con l’inibitore di RAF ma
devono essere trattati anche con un inibitore di MAP chinasi.
Il messaggio fondamentale è che non basta una sola
trasformazione di un oncogene per poter dare il processo di
metastatizzazione ma anche in questo caso ci vogliono due tipi di
mutazioni di RAF e di RAS e quindi anche il processo di metastasi
è un processo piuttosto complesso.
Nelle altre lezioni parleremo soprattutto (la prof dice che da qui in
genere inizia il corso) della Risposta al Danno nella maniera nella
quale una cellula risponde al danno che può essere di natura fisica
come le radiazioni, di natura chimica, di natura biologica, può
essere di tipo endogeno o esogeno come le malattie autoimmuni
sono un danno di origine endogeno è un alterazione del sistema
immunitario che induce nel nostro corpo una risposta, ma queste
risposte come possono essere? Possono essere di tipo Adattativo e
di tipo Non Adattativo, ma perché c’è questa risposta da parte
dell’organismo? Perché la cellula tende all’omeostasi quindi al
bilancio, alla regolazione tra l’ambiente intracellulare e l’ambiente
extracellulare.
Le cellule sono sempre sottoposte a degli stress di varie natura e in
questo essere esposte allo stress possono essere danneggiate in
maniera reversibile oppure andare incontro ad una risposta di tipo
Adattativo oppure andare incontro alla morte cellulare e quindi ad
una risposta di tipo irreversibile.
Quali sono le risposta adattative più importanti quando una cellula
normale è sottoposta allo stress oppure ad un danno? Sono
l’atrofia, l’ipertrofia, iperplasia, e la metaplasia.
Quando il danno diventa irreversibile, tipo il rigonfiamento cellulare,
o dopo le modificazioni vacuolari cosa si può avere? Si ha un
danno di natura irreversibile che può essere la necrosi o l’apoptosi.
Ci occuperemo soprattutto della necrosi in quanto dell’apoptosi non
riusciremo a trattarla.
Vediamo come la cellula si adatta alle varie risposte.
Cosa intendiamo per Atrofia ed Ipertrofia ed Iperplasia e per
Metaplasia.
L’atrofia è la Diminuzione delle dimensioni delle funzioni di una
cellula cioè se un soggetto ha un incidente con conseguenza
ingessatura di un arto, quei muscoli che si hanno a riposo per tanto
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tempo vanno incontro ad un’atrofia e i questo caso che tipo di
risposta si ha? Una risposta Adattativa perché si può ripristinare,
dopo quella fase di stasi, la normale funzione di quel tessuto e
questa risposta è fisiologica ed adattativa.
Per Ipertrofia intendiamo l’aumento delle dimensioni cellulari, ad es
quando si fa continuamente in palestra e si fa attività fisica i muscoli
diventano ipertrofici perché hanno bisogno di una maggiore
quantità di apporto sanguino e di ossigeno, è una risposta
patologica? No! Perché è una risposta fisiologica ad uno stimolo
fisiologico quindi è un'ipertrofia.
Per Iperplasia intendiamo l’aumento del numero delle cellule, anche
qui si può avere un iperplasia che è del tutto fisiologica per esempio
l’iperplasia della ghiandola mammaria durante l’allattamento e una
cosa fisiologica che è regolata da ormoni.
La Metaplasia è un alterazione del differenziamento cellulare come
ad esempio avviene negli epiteli delle vie respiratorie dei fumatori
dove l’epitelio che normalmente è cilindrico diventa pavimentoso
per una risposta ad uno stimolo irritante esercitato dal fumo ma
questa risposta di tipo adattativo può essere contemporaneamente
vista come l’inizio di un processo di Displasia e quindi di
trasformazione neoplastica del tessuto. Esempi di atrofia fisiologica
diminuzione del utero dopo il parto, atrofia della notocorda durante
lo sviluppo fetale, atrofie patologiche sono la ridotta utilizzazione di
un tessuto ad esempio dopo un processo ipossico o ischemico in
questo caso l’atrofia non è più adattativa ma diventa patologica,
oppure perdita di innervazione, oppure inadeguata nutrizione di
apporto di sangue (ischemia o ipossia sono sinonimi) perdita della
stimolazione endocrina per una patologia oppure durante
l’invecchiamento cellulare, quindi esistono risposte di tipo adattative
e altre in cui si hanno risposte di tipo patologiche.
L’ipertrofia anch’essa può essere fisiologica o patologica, muscoli
scheletrici che lavorano molto come negli atleti che è un ipertrofia
Adattativa, muscolatura liscia dell’utero delle donne gravide,
ipertrofia del muscolo cardiaco nell’ipertensione ma questa non è
una risposta di tipo adattativa ma è una risposta patologica, il rene
che rimane dopo una nefrictomia quindi all’ablazione di un rene che
va incontro a dei processi di ipertrofia.
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Ora parliamo di questi vari tipi di ipertrofia patologica soprattutto in
relazione alla funzione del muscolo cardiaco: ipertrofia da
sopraccarico emodinamico quindi da ipertensione, ma si può avare
anche come processo opposto ischemico, è caratterizzato da un
cambiamento delle dimensioni e del fenotipo dei cardiomiociti,
osservando un cuore normale ed esattamente il setto
interventricolare presenta un suo mezzore, mentre se osserviamo
la sezione di un cuore di un atleta si nota l’aumento del setto
interventricolare e questa è una risposta di tipo adattativa è una
risposta fisiologica di un muscolo cardiaco a una maggiore richiesta
di sangue e di ossigeno, mentre se si osserva un cuore con una
lesione ischemia, dovuta all’occlusione di un vaso terminale, si
noterà anche qui un ispessimento ma in questo caso da morte
cellulare e quindi qui si parlerà di una risposta patologica, ma cosa
avviene durante l’ipertrofia cardiaca? Si ha la riespressione di geni,
l’espressione della catena pesante β della miosina, l’attivazione di
geni precoci Jun, Fos e l’attivazione di geni che codificano per i
fattori di crescita.
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Castoria 1.5 (Venerdì 19 Aprile 2013)
Risposta al danno
Necrosi
Una Risposta può essere considerata di di tipo Adattativo oppure di
tipo Patologica, adattativo quando tende a mantenere l’omeostasi e
questo accade ad es. nell’ipertrofia cardiaca in un atleta in cui
aumenta il fabbisogno di ossigeno e di apporto sanguigno; allo
stesso modo si ha ipertrofia cardiaca in un paziente che ha avuto
una necrosi ischemica del miocardio con un aria infartuale e in
questo caso si parla di una risposta a un danno ischemico quindi
patologica, mentre nel primo caso si parla di una risposta
adattativa.
L’Ipertrofia cardiaca è caratterizzata da riespressione di geni, da
espressione della catena pesante beta della miosina attivazione di
geni precoci tra cui Jun e Fos e attivazione di gene che codificano
per fattori di crescita.
L’Iperplasia è l’aumento del numero delle cellule che compongono
un tessuto quindi il temine ipertrofia si riferiscono a cellule che non
possono duplicarsi e che possono solo aumentare in volume e in
grandezza e ci riferiamo alle cellule del cuore i cardiomiociti, i
neuroni quindi a tutte le cellule perenni che vanno incontro a una
risposta di tipo ipertrofico perché quelle cellule non possono
proliferare, presentano hanno un basso potenziale proliferativo.
Quando invece le cellule hanno capacità di proliferare in risposta ad
un danno vanno incontro ad Iperplasia ovviamente risulta da un
incremento notevole di divisione cellulare e può essere un fattore
predisponente per la trasformazione neoplastica di un tessuto
quindi le cellule che maggiormente andranno incontro a processi di
iperplasia sono le cellule dell’epidermide oppure le cellule degli
epiteli intestinali, gli epatociti che sono abbastanza differenziati ma
quando il fegato subisce un danno queste cellule pur essendo ben
differenziate vanno in attiva proliferazione, i fibroblasti poi vi sono
cellule che hanno bassissima capacità replicativa e delle cellule che
non ne hanno affatto. L’iperplasia può essere compensatoria e in
questo caso non parliamo di una risposta patologica ma adattativa
oppure può essere patologica come conseguenza di un danno ad
es. l’utero che diventa iperplastico durante la gravidanza o la
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ghiandola mammaria durante la gravidanza e l’allattamento o
iperplasia compensatoria che si può avere nel fegato e soprattutto
l’allargamento dell’utero e la crescita della ghiandola mamamria
nella donna sono delle condizioni che sono sollecitate da stimoli
ormonali, gli ormoni steroidei femminili controllano questi due
processi. Diventa patologica quando invece è conseguente ad una
risposta a un danno ad es quando si ha una stimolazione ormonale
eccessiva come nell’endometriosi si ha un iperplasia
dell’endometrio oppure durante i processi di guarigione delle ferite
per effetto dei fattori di crescita oppure si ha un iperplasia che è
conseguente ad un infezione da papilloma virus e questi sono es di
risposte iperplasica patologica non adattativa.
La Metaplasia è una modificazione in cui un fenotipo ben
differenziato viene sostituito con un altro fenotipo ugualmente
differenziato, uno degli es è la sostituzione per es degli epiteli
bronchiali soprattutto nei grossi fumatori e questo tipo di
cambiamento può risultare successivamente la prima lesione di una
trasformazione in senso neoplastico del tessuto infatti se il segnale
persiste ad. es dal fumo di sigarette si ha la progressione della
metaplasia verso la displasia e possibilmente l’adenocarcinoma, la
metaplasia procede quasi sempre gli adenocarcinomi bronchiali.
La Displasia invece consiste in un cambiamento anomalo del
volume, del fenotipo e dell’organizzazione strutturale delle cellule,
molto spesso precede il processo di trasformazione neoplastica, ed
è causato da un danno persistente di tipo irritativo e può interessare
la cavità orale, la cervice uterina, la colecisti, il tratto respiratorio, le
cellule in questo tipo di lesione sono riarrangiate in maniera
anomala quindi si perde anche l’architettura normale del tessuto.
La risposta più importante che la cellula adotta in risposta al danno
è la Necrosi. Che cosa è la necrosi? Insieme all’apoptosi è un tipo
di morte cellulare, e quale è la differenza tra la necrosi e l’apoptosi,
e quanti sono i vari tipi di morte in cui la cellula può andare
incontro? La necrosi è caratterizzata da una degradazione casuale
del DNA quindi non si ha il DNA laddering nel processo di necrosi,
si ha dilatazione e rottura della membrana cellulare,
vacuolizzazione del citoplasma e rigonfiamento dei mitocondri e
non si conoscono dei processi biochimici salienti che caratterizzano
questo processo. Per cui si parla di una morte occasionale, a che
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cosa da luogo questo tipo di morte cellulare? Da luogo ad una
reazione infiammatoria dovuta al fatto che le cellule infiammatorie,
prevalentemente i fagociti cioè i macrofagi, vengono attivati durante
questo processo e si ha come conseguenza di questa attivazione
una cascata di eventi mediati dal rilascio di alcune sostanze
chimiche che sono i mediatori dell’infiammazione.
L’altro tipo di morte cellulare è l’Apoptosi, l’apoptosi è un processo
non conservato filogeneticamente si trova solo negli organismi
superiori, i processi biologici che invece sono conservati dagli
organismi più semplici a quelli più complessi sono il ciclo cellulare e
la migrazione cellulare, l’apoptosi invece non è un processo
conservato per cui negli organismi più semplici non si ha questo
tipo di morte che è un suicidio programmato della cellula controllato
da alcune proteine molte delle quali sono considerate degli
oncosoppressori, quali sono i cambiamenti morfologici che si hanno
in questo processo? La frammentazione del nucleo in tanti corpi
apoptoci, il DNA laddering e significa che il DNA laddering avviene
in questo processo perché si ha una degradazione discreta del
DNA in frammenti delle stesso peso quindi questo significa che
questo processo è regolato specificamente da endonucleasi che
non sono quelle attivate durante la necrosi ma sono delle
endonucleasi che hanno una regolazione abbastanza fine del
nucleo, una delle endonucleasi più importanti è la Cad attivata dalle
caspasi, una DNAsi attivata dalle caspasi che normalmente sta in
complesso nel compartimento nucleare con un suo inibitore. Il
segnale apoptotico che attiva le caspasi dissocia questo complesso
per cui la DNAsi è libera di funzionare mentre l’inibitore viene
portato dal nucleo al citoplasma della cellula quindi la cellula
contiene all’interno del compartimento nucleare questo complesso
DNAsi associata con il suo inibitore quando il complesso viene
attivato da uno stimolo apoptotico l’inibitore si dissocia dalla DNAsi
la DNAsi è libera di funzionare e avete questo laddering, taglio, ben
preciso del DNA in alcuni punti precisi. Quindi se voi caricate
questo DNA con il gel di agarofio si vedrà una successione di
bande di DNA ben precise, nel caso della necrosi se si va ad
analizzare il DNA non vi vedranno le bande ben precise ma si vedrà
uno “snib” di DNA dal punto in cui si è caricato il campione fino alla
fine del gel con cui si analizza il DNA. Quindi il DNA viene tagliato
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in maniera casuale nel processo di necrosi ovviamente anche in
questo caso viene tagliato da DNAsi.
Altra caratteristica del processo apoptotico è il rigonfiamento della
membrana cellulare con la formazione di tante bolle di questa
membrana e infine la frammentazione della cellula e di tutto il
citoplasma con la formazione di questi corpi apoptotici che come
vengono rimossi? Dai macrofagi, però in questo caso non si ha una
reazione infiammatoria in quanto i macrofagi rimuovono questi corpi
apoptotici senza essere attivati ad es. quando si va al mare e
prendiamo il sole, le prima volte che ci esponiamo al sole, quella
pelle che cade, quello strato superficiale che si perde, lo si perde
perché si ha apoptosi. È diverso quando ci esponiamo al sole per
un tempo prolungato dove si ha l’eritema solare che è una reazione
di tipo infiammatoria invece la perdita dello strato superficiale di
pelle è un processo apoptotico.
L’apoptosi regola una serie di processi è importanti durante il
differenziamento cioè nella vita embrionaria, e perché? Perché il
sistema immunitario viene regolato da questo processo, avviene
anche nel differenziamento del sistema nervoso centrale, ma è un
processo che regola la sopravvivenza delle nostre cellule anche
durante la vita adulta, ad es. vi sono delle cellule come quelle della
prostata che vanno incontro a dei processi di apoptosi se si
sottraggono degli stimoli ormonali come la sottrazione di
Testosterone che è importante per la sopravvivenza di quelle
cellule, quindi un processo importante durante il differenziamento,
durante la vita adulta e soprattutto nella risposta al danno
genotossico. È importante anche in alcune patologie umane che
sono i tumori, ma questo processo riguarda anche altre due
patologie importanti come quelle neurodegenerative come la
malattia di Alzheimer si ha un apoptosi spiccata delle cellule del
sistema nervoso come il ruolo della β-amiloide e soprattutto della βamiloide 42 che si va ad accumulare nei neuroni e soprattutto nella
zona dell’ippocampo ed attiva, probabilmente attraverso l’azione di
un recettore per l’acetilcolina, una serie di segnali all’interno della
cellula che poi portano a morte per apoptosi, quindi questa è una
patologia che è molto coinvolta. Altra patologia in cui questo
processo è coinvolto è la HIV, come conseguenza dell’infezione da
parte del HIV si ha la perdita per apoptosi delle cellule immuno
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competenti, quindi oltre ai tumori esistono anche altre patologie
umane che coinvolgono questo tipo di processo. Ma quel è l’aspetto
biochimico più importante di questo processo biologico? Questo
processo è dipendente dalle caspasi quindi durante il processo
apoptotico si ha l’attivazione di caspasi che vengono divise in
Caspasi Iniziatrici che sono quelle che percepiscono il segnale
apoptotico, lo trasmettono all’interno della cellula e attivano una
serie di eventi intracellulari che a loro volta culmina nell’attivazione
delle Caspasi Effettrici che sono quelle che eseguono il suicidio
della cellula, ovviamente si sta parlando di una decisione di morte
di una cellula che è caratterizzata anch’essa da un punto di non
ritorno, così come nel ciclo cellulare si ha il punto di restrizione in
cui la cellula è commissionata al ciclo così pure nell’apoptosi si ha
un punto di non ritorno cioè la cellula sottoposta ad uno stimolo
genotossico apoptotico ci mette molto tempo se eseguire o meno
questo processo di suicidio, può durare anche giorni questa
decisione. Arriva a questo punto preciso che viene detto Punto di
Non ritorno dopo il quale la cellula esegue attraverso l’attivazione
delle caspasi effettrici esegue tutto il processo di suicidio cellulare.
Esistono anche altri tipi di morte cellulare come l’autofagia che è
caratterizzato da un parziale condensamento della cromatina è
indipendente dalle caspasi ed è dovuto ad un aumento dell’attività
degli enzimi lisosomiali, in oltre l’autofagia è molto importante ad
es. in alcune cellule che sono trattate con cellule neoplastiche
trattate con delle molecole chemioterapiche oppure nei tumori
mammari che vengono trattati con gli antiestrogeni tipo Tamoxifen
le cellule possono andare incontro a dei processi di auto autofagia
ed è un processo che viene molto studiato proprio per le
implicazioni nei tumori umani.
La Catastrofe Mitotica che è un tipo di morte che avviene durante la
divisione cellulare, quando la cellula fa l’ultimo checkpoint durante
la mitosi per vedere se veramente riesce a duplicarsi perfettamente
ma se si accorge di non avere materiale a sufficienza per poter
procedere con la divisione mitotica va in contro alla catastrofe
mitotica quindi si frantuma la cellula si ha la formazione di multipli
micro nuclei e questo tipo di morte è caratterizzato da un azione
anomala dei complessi ciclinaB/CDK1. Infine l’Invecchiamento
Cellulare, che di recente è stato scoperto che in cellule in cultura è
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caratterizzato morfologicamente da granulazioni citoplasmatiche ed
è associato all’aumento di un enzima lisosomiale che è la βgalattosidasi, parleremo di questo processo perché si parla in
associazione ai tumori quindi ai processi di trasformazione
neoplastica, invece l’invecchiamento cellulare ha un ruolo ad es
nella progressione della fibrosi epatica in cirrosi, e come vedremo le
cellule stellate di ITO che sono dei lipociti che però durante il
processo cirrotico si mettono a produrre matrice extracellulare, ed è
questo il meccanismo patogenetico della cirrosi, e come
l’invecchiamento di queste cellule preserva dalla cirrosi epatica,
quindi lo si studierà in relazione a cirrosi epatica e anche nelle
complicanze del diabete mellito.
Incominciamo a parlare della Necrosi. Da che cosa può essere
causata la necrosi? Può essere causata dall’ipossia che significa
mancanza di ossigeno, da agenti fisici, da sostanze chimiche,
farmaci, agenti biologici come batteri virus parassiti, reazioni
immunitarie, difetti genetici e sbilanci nutrizionali quindi alterazioni
della nutrizione.
Che cosa significa Ipossia? Significa che i livelli di ossigeni sono
bassi o sono assenti per cui non si avrà la normale funzione
dell’emoglobina quindi non si ha ossigenazione dei tessuti si ha un
decremento dell’eritropoiesi e quand’è che si può avere questa
ipossia? Nelle malattie respiratorie, nella malattie cardiovascolari,
nelle ischemie in cui si ha riduzione dell’apporto sanguigno, qual e
la differenza tra ipossia e ischemia e quel è il danno più severo per
la cellula? L’ipossia è l’assenza o decremento dell’ossigeno,
l’ischemia è l’assenza o decremento di apporto sanguigno, la
risposta al danno da che cosa dipende? Dalla durata dello stimolo
dannoso, dipende dalla capacità di quel tessuto di allontanare tutti i
detriti cellulari o le cellule che sono andate incontro a necrosi quindi
se si ha l’ipossia si ha sono una riduzione dell’apporto di ossigeno
se si ha l’ischemia si ha anche una riduzione dell’apporto
sanguigno per cui tutte le cellule che vanno incontro a delle
modificazioni in senso necrotico cosa fanno? Lasciano li i loro
prodotti perché non potendo arrivare il sangue questi prodotti tossici
non possono essere allontanati dal sito del danno, quindi questo è il
motivo per cui il danno ischemico è più severo rispetto al danno
ipossico.
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Esiste anche un altro danno che porta a necrosi della cellula e che
è il Danno da Radicali Liberi i quali sono coinvolti nei processi di
trasformazione neoplastica, coinvolti nell’invecchiamento. Ma questi
radicali liberi cosa sono? Sono delle specie chimiche estremamente
instabili perché hanno un unico elettrone non appaiato nell’orbitale
più esterno e quindi tendono a complessarsi con altre sostanze, nel
complessarsi con queste sostanze nel tentativo di raggiungere una
stabilità, cosa fanno? Sprigionano durante queste reazioni di
accoppiamento moltissima energia all’interno della cellula ed è
questa energia che viene generata in queste modificazioni chimiche
che è responsabile del danno, e perché si ha il danno? Perché i
radicali che si formano si legano alle proteine modificandole, ai
carboidrati e ai lipidi, e in questa maniera viene prodotto il danno e
anche di questo ne parleremo quando parleremo del danno
microvascolare che si produce ad es nel diabete mellito.
Gli Aggetti Chimici ad es cosa fanno? Ad es basi forti, acidi forti,
numerosissimi farmaci possono essere tossici dando necrosi, e
come fanno ad indurre il danno alla cellula? O hanno un azione
diretta come gli acidi e cosa fanno? Vanno a distruggere tutti gli
epiteli del tratto gastrointestinale come ad es. se accidentalmente si
ingerisce una certa quantità di acido forte. Però ci sono sostanze
che producono il danno in maniera indiretta, e che significa? Che
non sono di per se direttamente dannosi ma producono dei
metaboliti tossici quando vengono elaborate dalla cellula epatica, la
maggior parte dei farmaci ad es che si assumono e
somministreremo ai pazienti possono indurre il danno perché è la
trasformazione da parte del fegato che fa produrre delle sostanze
tossiche e in genere questa trasformazione cosa coinvolge? La
formazione di radicali liberi ad es il tetracloruro di carbonio quando
viene trasformato in tricloruro di carbonio da parte della cellula
epatica produce, durante questa trasformazione, una quantità
enorme di radicali liberi, l’alcool come fa da essere tossico?
Esistono le cirrosi di tipo alcolico, questo non è tossico di per se,
ma sono tossici i prodotti che vengono liberati in seguito al
metabolismo dell’alcool da parte delle cellule epatiche e sono questi
prodotti che sono poi tossici per la cellule epatiche che danno la
statosi epatica prima che è la degenerazione dei grassi e poi la
cirrosi.
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Vi sono anche degli Agenti Fisici che sono cause di danno ad es
durante le esplosioni si ha distruzione delle cellule oppure le
radiazioni ionizzanti, oppure le temperature estreme come
ipotermia, ipertermia quindi le basse e le alte temperature, le
variazioni della pressione atmosferica possono dare danno
cellulare.
Gli Agenti Biologici sono i batteri che producono endotossine
oppure producono il rilascio di esotossine, i virus che fanno
diminuire la capacità da parte delle cellule di sintetizzare proteine
oppure cambiano le caratteristiche antigeniche delle cellule
parassitate questo per es è un meccanismo che è responsabile del
diabete di tipo uno.
Reazioni Immunitarie sono presenti come quelle che si hanno nelle
malattie autoimmuni in cui le membrane cellulari sono danneggiate
dal contatto con componenti del sistema immunitario come linfociti,
macrofagi oppure i tessuti vengono danneggiati direttamente dal
deposito di immunocomplessi, perché nelle malattie autoimmuni
abbiamo la produzione di auto anticorpi che sono diretti contro
componenti della cellula stessi incluso il DNA nativo. L’esposizione
a questi agenti causa dei cambiamenti nella permeabilità di
membrana.
Poi, Malattie Genetiche in tutte le malattie in cui si hanno deficit
enzimatici oppure malattie ad es alcune tipi di anemie che sono a
cellule falciforme e quest’anemia è dovuta alla sostituzione di un
singolo aminoacido nelle catene globiniche e anche in questi casi si
hanno modificazioni nella funzione cellulare e quindi anche nel
corso di malattie genetiche si hanno modificazioni e quindi un
danno della cellulare ovviamente induce o può indurre un processo
di necrosi cellulare.
Poi Sbilanci Nutrizionali e quali sono? I più importanti sono quelli
dovuti alla riduzione dei livelli di plasmatici delle proteine soprattutto
dell’albumina, che cosa succede quando si ha un ridotto livello di
albumina? Si ha una situazione edema perché l’albumina è
responsabile della pressione oncotica, le proteine plasmatiche sono
responsabili della pressione oncotica per cui si creano situazioni di
edema cioè liquido che fuoriesce negli spazi extravascolari. Altre
situazioni di squilibrio nutrizionale quali sono? Iperglicemia e
Ipoglicemia, l’iperglicemia è tipica del diabete mellito sia di tipo 1
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che di tipo 2, deficienze di vitamine come la V. E, D, K, A, Acido
Folico (B9) e ovviamente l’eccessiva introduzione di alimenti viene
considerata, l’obesità, viene considerato un fattore molto importante
per causare dei danni cellulari seri.
Da che cosa dipende la risposta di una cellula al danno? Dipende
dal tipo di danno, dalla sua durata e dalla sua gravità, e cosa
significa il tipo di danno? Come detto prima un danno ipossico è
sicuramente meno severo rispetto ischemico perché il danno
ischemico i prodotti tossici che vengono liberati in sito non possono
essere allontanati dal sito del danno. La risposta cellulare dipende
dalla durata del danno e cosa vuol dire questo? Se si ha un
ischemia delle cellule cardiache quindi un assenza del apporto
sanguigno e questa ischemia dura illimitata nel tempo cioè dura 20
30 secondi il cuore, la cellula cardiaca non risente di questa
diminuzione dell’apporto sanguigno, se invece questo processo di
riduzione dell’apporto sanguigno si protrae e si incomincia ad avere
in 60 120 secondi questo processo ischemico si avrà sicuramente
una conseguenza in risposta a questa ischemia e dalla sua gravità
cioè che se si ha un ischemia cardiaca si può avere un ischemia
parziale oppure un ischemia totale, se si ha un ischemia parziale
che è dovuta per esempio da un trombo che occlude parzialmente
un ramo della coronaria si ha sicuramente un danno meno grave
rispetto ad un trombo che occlude completamente il vaso e quando
si ha un occlusione completa di un arteria terminale a valle di quella
arteria si ha un area di necrosi e poi un tentativo di riparazione di
quel tessuto con la formazione di una cicatrice che viene chiamato
Infarto, quindi quando si parla di infarto si parla una di cicatrice che
rimane nel cuore a livello cardiaco in seguito ad un processo
necrotico.
Le conseguenze del danno cellulare dipendo dal tipo, stato e
adattabilità della cellula, se si ha una colite per es che è un
infiammazione dell’epitelio del colon si ha una risposta “molto facile”
da parte di quelle cellule perché hanno un elevato potenziale
proliferativo quindi si ha facilmente la guarigione di quel tessuto e la
riparazione, ma se si ha un danno a livello cardiaco, al sistema
nervoso centrale il danno non è riparabile e allora le cellule cosa
fanno come possono sopperire questo danno? Nel cuore si ha
l’ipertrofia delle aree circostanti alla zona di necrosi, come abbiamo
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visto prima, e quello è un tentativo da parte di quelle cellule di
rispondere ad un danno ischemico, nel sistema nervoso centrale
aumenta ad es il metabolismo delle cellule circostanti alla zone di
necrosi, alla zona ischemica e questo si ha nel ictus celebrale.
Ancora altro concetto importante è che il danno in una sede porta
ad un ampio spettro di effetti secondari e questo da che cosa
dipende? Dipende molto dall’organo che ha subito quel danno ad
es. se si ha un danno ai due sistemi critici del nostro organismo
come fegato che svolge le sue funzioni metaboliche oppure il rene
che controlla l’omeostasi idrosalina cosa si ha come conseguenza?
Ad es. in un epatite virale si hanno una serie di disturbi come
alimentari, anoressia, febbre, stanchezza e questa sequela di
eventi accompagna il paziente per moltissimo tempo e questo
perché? Il fegato perde le sue capacità metaboliche, nel caso ad es
di una glomerulonefrite che è l’infiammazione del glomerulo renale
cosa si osserva? Un alterazione del bilancio idrico ma soprattutto si
ha la perdita della funzione del glomerulo renale e la perdita delle
proteine attraverso l’urina quindi la proteinuria e quindi si hanno
delle alterazioni nella composizione delle proteine plasmatiche e
questo è uno delle fattori che induce l’edema renale, quindi una
serie una sequela di eventi clinici come febbre, stanchezza,
alterazioni della risposta infiammatoria che sono dovuti
dall’alterazione dell’omeostasi idrosalina che è controllata dal rene,
quindi un ampio spettro di effetti secondari. Altra cosa importante è
che le modificazioni morfologiche diventano evidenti solo dopo il
danno di alcuni sistemi critici all’interno della cellula e quali sono i
sistemi critici che quando vengono intaccati fanno comparire
morfologicamente il danno? Le membrane cellulari e il citoscheletro
quando si ha la perdita di queste due funzioni importanti i
cambiamenti morfologici che accompagnano la necrosi diventano
del tutto evidenti, prima di questi due eventi non si hanno delle
modificazioni morfologiche molto grosse nella cellula che sta
andando incontro a necrosi. Quindi abbiamo detto che meccanismi
di danno di tipo ischemico o dovuti ai radicali liberi quindi prodotti in
seguito a radiazioni, processi infiammatori dovuti alla tossicità
dell’ossigeno a sostanze chimiche e un danno molto importante è il
Danno Riperfusione, che cosa succede? Quando si ha un infarto
del miocardio, come un'ischemia totale si ha una zona di necrosi
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cellulare e intorno a questa zona di necrosi, quindi cellule che sono
morte, si ha una penombra di cellule quindi intorno alla zona
necrotica si ha un certo numero di cellule che hanno subito il danno
ma che non sono andate incontro a necrosi e cosa succede?
Succede che quel paziente lo si fa ricoverare immediatamente in un
reparto dove c’è l’unità coronaria e a questo paziente cosa vengono
somministrate? Oggi vengono somministrati dei farmaci che
servono a disgregare il trombo quindi dei trombolitici e allora cosa
succede? Succede che il vaso riesce a recuperare la sua funzione
perché si ha la dissoluzione del trombo e cosa succede? Succede
che arriva del sangue al tessuto leso e insieme al sangue cosa
arrivano? Arrivano anche il Calcio quindi si ha un effetto
Paradossale cioè si va a praticare la terapia e l’aria di necrosi si
estende e il paziente muore perché si ha la Riperfusione di quel
tessuto per un danno da riperfusione che cosa fa? Fa entrare del
calcio nelle cellule in maniera massiva e il calcio come fa ad
entrare? Perché si è disgregato il trombo liberato attraverso dei
farmaci il vaso quindi insieme al sangue al tessuto leso arriva
anche il calcio e le cellule che prima avevano subito il danno e non
erano morte e non erano andate incontro a necrosi vanno incontro
a necrosi successivamente per cui l’area di necrosi si estende e si
ha la morte, per cui la morte si ha in un secondo memento e
paradossalmente dopo la somministrazione delle terapie, quindi le
terapie non sono sempre benefiche ma danno molto spesso effetti
paradossali. Infatti oggi quando si portano i pazienti nelle unità
coronariche o quando ai pazienti vengono praticate delle indagini
strumentali a livello cardiaco tipo cateterismi etc… vengono
somministrati, oltre ai farmaci, vengono somministrate dosi massive
di antiossidanti proprio per evitare che ci possa essere il danno da
riperfusione.
Dal punto di vista grossolano che la funzione di un tessuto è persa
dopo che avvengono dei cambiamenti morfologici e i cambiamenti
come possono essere in una cellula che va incontro a necrosi?
Cambiamenti Micro o Macroscopici.
Ma qual è il meccanismo con cui si ha questo danno in un tessuto
necrotico? In un tessuto necrotico si ha delle alterazioni
biochimiche che portano alla morte della cellula e quindi quali sono
queste alterazioni? Una cellula che ha subito un danno o ipossico o
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ischemico non ha i nutrienti per poter funzionare e quindi che cosa
aumenterà in questa cellula? Aumenteranno i processi metabolici
che si svolgono in anaerobiosi punto primo, perché alla cellula che
ha subito un danno epossico ischemico è una cellula che non ha
sufficiente ossigeno per svolgere dei processi in aerobiosi per cui si
ha un aumento della glicolisi anaerobia in questa cellula; altra cosa
importante che si ha durante il processo di necrosi è l’aumento
delle fosforilazioni ossidative e soprattutto le alterazioni di che
cosa? Si hanno alterazioni nella produzione dell’ATP e si hanno
alterazioni di che cosa? Di tutte quelle attività che dipendono
dall’ATP. Tutto questo perché la cellula non é una cellula si trova in
un microambiente, non è ossigenata, non riceve nutrienti, ora la
cosa più importante che avviene in queste cellule è che si ha
l’aumento del calcio intracellulare e da che cosa deriva questo
calcio intracellulare? Vengono innanzitutto attivate a livello della
membrana plasmatica i canali che servono a veicolare il calcio
dall’esterno all’interno della cellula, ma nella cellula che ha subito il
danno ischemico ipossico viene liberato il calcio da alcune strutture
che vengono dette Calciosomi e che servono a conservare il calcio.
Una volta che il calcio si è liberato che cosa succede? Si ha un
aumento del calcio citosolico che va ad attivare alcuni enzimi e
quali? ATPasi che producono un decremento dell’ATP e quindi una
ulteriore funzioni della cellula le fosfolipasi che vanno ad attaccare i
fosfolipidi di membrana e quindi si ha il danno delle membrane
plasmatiche, le proteasi che servono a distruggere le proteine
associate al cistoscheletro e le endonucleasi che sono responsabili
del danno al DNA, quindi uno dei meccanismi con cui la cellula
risponde al danno ipossico ischemico è l’aumento della
concentrazione di calcio intracellulare e questo aumento avviene
perché? Perché vengono attivati i canali del calcio a livello della
membrana e quindi si ha il passaggio di calcio dall’esterno
all’interno ma avviene favorito dal calcio dei calciosomi come
conseguenza si ha l’attivazione di questi quattro tipi di enzimi che
sono responsabili poi dei processi morfologici che si hanno nella
necrosi cellule. In questa fase che viene detta anche fase
reversibile quali sono i cambiamenti che si hanno, cambiamenti più
evidenti dal punto di visto microscopico? Il distacco dei ribosomi
con una riduzione della sintesi proteica, alterazioni delle funzioni
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mitocondriali, aumento della permeabilità cellulare, alterazioni del
citoscheletro,
rigonfiamento
dei
mitocondri
del
reticolo
endoplasmatico e dell’intera cellula e che cosa succede in questa
cellula? La cellula che va incontro a necrosi subisce un
rigonfiamento e questa condizione veniva anche chiamata di
idropinica perché in questa cellula che va incontro a necrosi che
cosa succede? Che aumenta l’afflusso di acqua dall’esterno
all’interno per cui si ha questo Swelling o Rigonfiamento cellulare
quindi una idropinosi. Il danno diventa invece irreversibile quando si
incomincia ad avere all’interno della cellula severe vacuolizzazioni
mitocondriali con la formazione di densità amorfe che sono ricche di
calcio infatti quando si ha un danno esteso alle membrane
plasmatiche si ha un influsso massivo di calcio dall’esterno
all’interno della cellula e un rigonfiamento prominente dei lisosomi e
di tutto il corpo cellulare. Che cosa succede durante questa fase di
irreversibilità? La cellula si incomincia ad alterare talmente che
libera all’esterno alcuni enzimi che normalmente sono costipati
all’interno della cellula, ad es. quali sono questi enzimi? Nel caso
della cellula epatica gli enzimi che vengono liberati sono le
transaminasi e questo anche nel caso del danno al muscolo
cardiaco per cui quando si ha un epatite un danno epatico vengono
rilasciati dalla cellula questi enzimi che si possono andare a dosare
nel siero del paziente e sono marcatori di danno epatico oppure di
danno cardiaco, le transaminasi ad es vengono rilasciate anche
nell’infarto del miocardio. Quindi si ha un danno ipossico ischemico
ad una cellula normale, una fase reversibili di necrosi e una fase
irreversibie e la irreversibilità è dovuta al danno che subisce la
membrana plasmatica e il citoscheletro, di questo danno è
responsabile la diminuzione della disponibilità di ossigeno da parte
della cellula quindi del normale metabolismo intracellulare ma è
dovuto anche all’aumento del calcio intracitoplasmatico che va ad
attivare gli enzimi visti prima. Il danno a questa cellula diventa
evidente quando morfologicamente che man mano che passa il
tempo la membrana plasmatica risulta sempre più alterata,
aumenta ancora la concentrazione di calcio intracellulare ed si ha il
rigonfiamento di tutta la cellula, si ha irregolarità a livello delle
funzioni mitocondriali fino ad avere la lisi della cellula e la
distruzione della cellula con la risposta infiammatoria.
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La necrosi può essere mediata dai radicali liberi e come vengono
prodotti questi radicali liberi? Vengono prodotti o dalle radiazioni
oppure dalle sostanze chimiche o vengono prodotti durante
l’invecchiamento cellulare o durante il processo infiammatorio
quando si ha il processo di fagocitosi da parte dei macrofagi dei
corpi estranei oppure quando si ha la distruzione delle cellule
tumorali da parte dei macrofagi; questi radicali sono specie instabili
con un elettrone non appaiato nell’orbitale più esterno e questi
radicali liberi tendono ad accoppiarsi con delle altre sostanze nel
nostro corpo e sprigionano energia durante questo processo e
questa energia sarebbe responsabile del danno nella cellula. Questi
radicali liberi vengono prodotti dal nostro corpo durante alcune
reazioni che vengono dette reazioni di ossido-riduzione, nella
transizione dei metalli ad es. nella reazione di Fenton il passaggio
del ferro dallo stato ferrico allo stato ferroso quindi possono essere
prodotti normalmente dal nostro organismo però possono essere
prodotti perché per effetti di farmaci o di sostanze chimiche o
radiazioni ionizzanti, la cosa importante è che possono essere
generati per es. durante il processo infiammatorio oppure possono
essere generati durante i processi di respirazione mitocondriale
questo significa che sono prodotti o per delle normali funzioni della
cellula quindi sono fisiologici però possono essere sprigionati anche
durante alcuni processi patologici. Come fanno a indurre danno alla
cellula? Perché provocano la perossidazione dei lipidi oppure
possono distruggere le proteine attraverso dei meccanismi dei
cross-linking quindi attraverso la formazioni di ponti di solfuro
oppure ancora possono alterare il DNA perché producono delle
modificazioni sulla singola elica e in questa maniera vanno ad
interferire, possono indurre delle mutazioni che interferiscono con la
crescita normale della cellula. Normalmente questi radicali essendo
molto instabili tendono a decadere rapidissimamente quindi hanno
un’emivita molto rapida ma il loro decadimento viene anche
accelerato da sostanze dette antiossidanti che sono la vitamina E,
la ceruloplasmina e questi antiossidanti o bloccano la formazione di
questi radicali liberi oppure li spazzano dal nostro organismo. Il
decadimento di questi radicali è accelerato da tre complessi
enzimatici che sono: la superossido dismutasi, la glutatione
perossidasi e la catalasi e questi tre complessi agiscono a livello
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della cellula epatica quindi hanno un emivita brevissima, il loro
decadimento è accelerato da sistemi enzimatici che operano
soprattutto a livello epatico e il decadimento può essere anche
accelerato da questi antiossidanti naturali. Il danno delle sostanze
chimiche può essere diretto ad es il mercurio è tossico perché si
lega direttamente ai gruppi sulfidrilici delle membrane plasmatiche e
delle proteine, oppure il danno può essere indiretto delle sostanze
chimiche perché non è le sostanza che produce il danno ma sono i
prodotti di quella sostanza, questi prodotti delle sostanze tossiche
vengono liberate nell’organismo attraverso la funzione della cellula
epatica e attraverso la funzione del complesso p450-ossidasi e
quando le sostanze chimiche vengono modificate dalla cellula
epatica attraverso questo complesso si producono dei radicali liberi
quindi le sostanze chimiche agiscono inducendo il danno in
maniera indiretta perché durante la loro conversione vengono
rilasciati dei radicali liberi e questo radicali liberi vengono rilasciati
attraverso l’azioni di complessi enzimatici della cellula epatica. Per
es. i cianuri vanno ad agire sulla citocromo-ossidasi, il mercurio
lega direttamente delle proteine della membrana plasmatica e
quindi avete un danno alle membrane cellulari e un aumento della
permeabilità della cellula, i chemioterapici e gli antibiotici possono
agire allo stesso modo alterando la permeabilità cellulare, il
monossido di carbonio è un’altra sostanza tossica quindi ci sono
una serie di sostanze che inducono il danno cellulare ed
eventualmente la necrosi.
Gli aspetti microscopici del danno reversibile è il rigonfiamento
cellulare cioè la cellula assume acqua dall’esterno e questa
modificazione viene detta anche modificazione idropinica ma in
conseguenza del danno alcune cellule vanno incontro ad una
degenerazione grassa cioè accumulano nel loro interno grassi e
questo processo viene detto steatosi e avviene soprattutto a carico
degli epatociti e dei cardiomiociti, la necrosi invece diventa
irreversibile quindi non si ha più rigonfiamento della cellula e ne
accumulo di grasso all’interno di questa cellula ma si ha un
autodigestione ed eventualmente lisi della cellula nella fase
irreversibile e i cambiamenti morfologici che si hanno in questa fase
sono: aumento dell’eosinofilia della cellula, la picnosi dei nuclei (il
nucleo si restringe e la cromatina si condensa diventando
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omogenea), la carioressi (il nucleo viene frammentato, quindi i
frammenti son ben visibili), cariolisi (il nucleo viene appunto lisato
quindi dissolto, non si vedono i frammenti) che è la distruzione dei
nuclei da parte di enzimi idrolitici, rilascio degli enzimi catalitici da
parte dei lisosomi che può causare l’autolisi della cellula o la lisi
delle cellule vicine.
La necrosi può essere di tipo Coagulativo, Colliquativo, Necrosi
Caseosa, Necrosi Gommosa, Necrosi Fibrinoide e Necrosi Grassa
e quelle che maggiormente si riconoscono e che sono state
descritte sono la necrosi Coagulativa e la necrosi Colliquativa.
La Necrosi Coagulativa è dovuta ad una denaturazione delle
proteine del tessuto ed è tipica nell’infarto del miocardio e
nell’infarto del miocardio si ha denaturazione delle proteine nel
tessuto leso cioè necrotico ma il tessuto non perde la sua
architettura cioè la sua organizzazione.
Invece nella necrosi del sistema nervoso centrale cioè conseguente
ad un ictus cerebrale si ha generalmente la digestione enzimatica
delle cellule con la formazione di una “pappetta” che rimane al
posto delle cellule e vengono liquefatte enzimaticamente e quindi si
parla di una necrosi di tipo Colliquativa che è tipica dell’ictus
cerebrale.
Per concludere si hanno danni di origine fisica, chimica, biologica,
di natura genetica quindi una serie di danni che generalmente
provocano delle risposte patologiche nella cellula quindi non
risposte adattative ma risposte patologiche, uno degli es. di questa
risposta patologica è la Necrosi Della Cellula che è un tipo di morte
casuale dovuta ad alterazioni della membrana plasmatica della
cellula e queste alterazioni portano ad alterazioni del metabolismo
intracellulare e soprattutto alterazioni del calcio intracellulare quindi
si ha un aumento del calcio intracellulare e vengono attivati una
serie di enzimi che sono responsabili dei processi che si hanno
durante la morte della cellula quindi sono responsabili della
degradazione del DNA, dell’alterazione delle membrane
plasmatiche e alterazione delle proteine citoscheletriche e
alterazioni dei livelli di ATP questa fase è detta fase reversibile
mentre il danno viene detto irreversibile quando le alterazioni della
membrana plasmatica sono così gravi e violente da consentire
l’ulteriore afflusso di calcio all’interno della cellula per cui si ha
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rigonfiamento della cellula e degli organuli e la lisi della cellula e
come si risolve questo processo? Questi corpi litici che la cellula
produce come vengono rimossi? Vengono rimossi dalle cellule
infiammatorie quindi il processo di necrosi cellulare dà luogo ad una
risposta infiammatoria.
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Castoria 1.6 (Lunedì 22 Aprile 2013)
Infiammazione Acuta e Cronica
Quando parlammo della necrosi a differenza dell’apoptosi il
processo di necrosi da origine ad una risposta infiammatoria e che
cosa è la risposa infiammatoria? È una risposta di cui sono dotati gli
organismi superiori e serve ad evitare il danno di un organo o
tessuto, quindi il concetto di risposta infiammatoria intimamente è
legato ad un altro che è quello della rigenerazione del tessuto e
quindi della guarigione del tessuto leso. Come può essere un
processo infiammatorio? Può essere Acuta detta anche
Angioflogosi perché i fenomeni che prevalgono in questo tipo di
risposta sono dei fenomeni vascolari soprattutto del micro circolo;
una risposta Cronica che viene detta anche Istoflogosi la risposta
che prevale in questo tipo di infiammazione è di tipo tissutale e in
questo processo di infiammazione cronica si osserva un tentativo
da parte del tessuto di guarire e di riorganizzarsi
contemporaneamente quindi di ripararsi e di rigenerarsi e questo
processo da generalmente fenomeni di fibrosi.
Quindi la prima distinzione è questa: l’infiammazione Acuta eventi
vascolari, infiammazione Cronica eventi tissutali.
Altra differenza è il Tempo quindi la durata di questi due processi.
L’infiammazione acuta può evolvere anche in maniera molto rapida
e portare alla guarigione del tessuto nel giro di 6/7 giorni ma anche
meno, a volte quindi ha una durata molto limitata nel tempo.
Mentre il processo infiammatorio cronico può persistere per tutta la
vita e accompagnare quel paziente sino alla morte ad es. è il caso
delle malattie autoimmuni dell’artrite reumatoide o di un Lupus
Eritematoso Sistemico che insorgono in questi pazienti sono dei
processi di tipo cronico e che persistono per tutta la vita del
paziente, quindi l’infiammazione cronica ha una durata lunghissima.
Può insorgere l’infiammazione cronica ad inizio come tale oppure
può essere una conseguenza di un infiammazione acuta che non è
stata trattata, che non è stata curata in maniera efficiente e che
evolve verso l’infiammazione di tipo subacuta e poi infiammazione
cronica.
Ma qual'è l’altra caratteristica importante? Sono gli elementi cellulari
che caratterizzano questi processi. Nel processo infiammatorio
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acuto è caratterizzato soprattutto dalla presenza dell’intervento di
polimorfo mononucleati (neutrofili ma anche monociti), mentre
l’infiammazione cronica è caratterizzata da cosa? Dalla presenza
delle cellule mononucleate quindi soprattutto macrofagi residenti o
dei monociti che vengono reclutati dal sangue periferico e
differenzia nel senso macrofagico l’altra cellula che partecipa al
processo infiammatorio cronico come vedremo sono i linfociti e
esiste un interazione tra macrofagi linfociti che spiega anche il
persistere di questa risposta infiammatoria. Quindi tempo è la prima
delle caratteristiche che le contraddistingue, fenomeni vascolari e
tessutali e poi il tipo di cellule che vengono reclutati in questi due
tipi di infiammazione.
L’infiammazione a che cosa serve? Serve ad eliminare il danno
quindi ad eliminare il virus, batteri che hanno indotto questo danno
o un corpo estraneo e qual è il punto fondamentale? È quello di
portare nel più breve tempo possibile le cellule figurate del sangue
sul sito del danno e questo è quello che la risposta infiammatoria si
prefigge di fare. Ma come attua questo processo? Quali sono le
componenti fondamentali di una risposta infiammatoria? Abbiamo
detto che si parla di angioflogosi quindi è un processo che è
caratterizzato da alterazioni a carico del circolo ematico, e quali
sono queste alterazioni? La prima è la Vaso Dilatazione poi
Alterazioni Della Permeabilità degli epiteli vasali e poi ancora si ha il
passaggio dei polimorfi nucleati (neutrofili) dall’interno del vaso e
quindi dalla porzione intravascolare alla porzione extra vascolare,
queste caratteristiche sono responsabili dei 5 segni cardinali del
processo infiammatorio per la verità i primi 4 sono identificati dai
latini e successivamente da Mirchoff fu aggiunto questo quindi
segno e quali sono? Sono rubor, tumor, calor, dolor, functio lesa e a
che cosa sono dovuti? Il Calor è il calore che si sente, quindi
l’aumento della temperatura nel luogo del danno ma non solo
perché il processo infiammatorio in genere è accompagnato da
febbre; poi l’arrossamento del tessuto, la tumefazione e il dolore e
la perdita della funzione di quel tessuto. A che cosa sono dovuti
questi segni cardinali? Il calore è dovuto alla vasodilatazione,
l’arrossamento alla vasodilatazione, il rigonfiamento cioè la
tumefazione è dovuta all’alterazione della permeabilità vascolare, il
dolore e la perdita della funzione di quel tessuto sono dovuti al
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rilascio di mediatori chimici nell’infiammazione da parte di polimorfo
nucleati (neutrofili), quindi questi sono gli eventi più importanti che
si hanno nel processo infiammatorio acuto. Ma quali sono i punti
fondamentali? Cambiamento vascolare, e in che cosa consiste?
Consiste in questi 5 processi e che sono la vaso dilatazione,
l’essudato di un fluido ricco di proteine e quindi la formazione di un
Essudato infiammatorio, la stasi del sangue, la emarginazione degli
elementi figurati del sangue che viaggiano in sospensione cioè
viaggiamo al centro del vaso ma nel processo infiammatorio
vengono marginati quindi incominciano a spostarsi verso la
periferia del vaso per poi attaccarsi agli endoteli basali, attraversarli
e per chemiotassi raggiungono il sito del danno per andare a
fagocitare l’agente estraneo cioè l’agente che ha prodotto il danno
ed eventualmente a rimuoverlo. Quindi esistono degli eventi di tipo
vascolare, degli eventi di tipo cellulare e poi ancora esistono dei
mediatori chimici che vengono prodotti localmente e che sono
responsabili di tutti questi cambiamenti vascolo ematici e cellulare
che si hanno nella risposta infiammatoria.
Questa classificazione la si fa in maniera molto schematica ma gli
eventi non bisogna pensarli in maniera dissociata ma sono
intimamente correlati tra di loro.
Iniziamo con il processo di vasodilatazione che si ha e vediamo
perché una delle prime risposte che si hanno è la formazione di un
edema, ma che cos’è l’edema? Quando si ha un processo
infiammatorio, anche con la semplice puntura di una zanzara, si ha
una tumefazione, un rossore, è un edema molto localizzato, che
cos’è l’edema? È la fuoriuscita di liquido dai vasi verso gli spazi
extravascolari, quanti tipi di edema si conoscono? Un edema che
non è infiammatorio e un edema che è di tipo infiammatorio;
l’edema di tipo non infiammatorio lo si ha quando si hanno delle
alterazioni del nostro organismo di due tipi pressioni quella
Oncotica o la Pressione Idrostatica, ma qual è la pressione
oncotica? È quella che tende a trattenere i liquidi all’interno del
vaso e da chi è determinata questa pressione? Dalle proteine
plasmatiche prevalentemente dall’albumina plasmatica. La
pressione idrostatica è quella pressione che tende a far fuori uscire
i liquidi da un vaso quindi si oppone a quella oncotica, nel nostro
organismo quando si può avere edema, la fuoriuscita di liquidi negli
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spazi interstiziali? O perché si ha un alterazione della pressione
oncotica o perché si ha un alterazione della pressione idrostatica,
ma quando si ha un alterazione della pressione oncotica? Nelle
malattie epatiche croniche e perché? Perché nelle malattie epatiche
si ha una ridotta sintesi delle proteine legate alla disfunzione
dell’epatocita quindi nelle epatopatie croniche nella cirrosi si
osserva un edema, liquido che si versa nel peritoneo (ascite
caratterizza la cirrosi epatica) edemi agli arti inferiori, quindi come
se fosse interessato in questo processo il rene, infatti è interessato
anche il rene in questa patogenesi. Un altro es. di edema è quando
le proteine normalmente non vengono riutilizzate ma perse con le
urine, quindi tutte le patologie renali come nelle glomerulonefriti si
osserva l’alterazione della pressione oncotica per un eccessiva
perdita delle proteine. Quindi la pressione oncotica può variare o
perché si ha una ridotta sintesi epatica è per disfunzione epatica o
perché si ha un aumento della secrezione di queste proteine con le
urine quindi aumento della perdita delle proteine (proteinuria) che
avviene in alcune patologia renali soprattutto quelle che interessano
il glomerulo e in questo caso cosa si osserva? Una riduzione della
pressione oncotica quindi si ha un edema quindi si ha un passaggio
di liquidi dall’interno del vaso agli spazi extravascolari ma insieme a
questi liquidi cosa passa? Passano pochissime proteine
plasmatiche perché? Perché gli endoteli non sono lesi quindi quello
che si ha, nell’endotelio vasale, è la formazione di un Trasudato che
è un ultrafiltrato del plasma in cui si osserva una scarsissima
quantità di proteine quindi un liquido a bassa intensità che è
direttamente proporzionale alla concentrazione proteica. Nel
processo infiammatorio acuto cosa si osserva? Si osserva non solo
un alterazione di queste pressioni idrostatica e oncotica ma si ha
anche una lesione degli endoteli vasali per cui cosa succede? Che
insieme ai liquidi negli spazi extravascolari passano anche le
proteine, quindi si ha perdita di proteine quindi l’essudato
infiammatorio da che cosa è caratterizzato? Dalla presenza di una
certa quantità di proteine. Quindi Trasudato Scarsa presenza di
proteine bassa densità, l’essudato è caratterizzato da una certa
quantità di proteine quindi presenta una certa densità, per cui nel
primo caso parleremo di un edema non infiammatorio nel secondo
caso quando si osserva una reazione infiammatoria, un alterazione
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degli endoteli vasali parleremo di un edema di tipo infiammatorio.
Ma cosa succede più specificatamente nel processo infiammatorio?
Si osserva un aumento dell’afflusso di sangue nella regione
infiammata si ha un espansione della matrice extracellulare dovuta
al passaggio di liquidi perché aumentando la pressione del sangue
si ha un aumento della pressione idrostatica quindi i liquidi
incominciano a fuoriuscire dal vaso per cui si osserva un
espansione della matrice extracellulare, ma oltre a questo si
osserva una trasmigrazione degli elementi figurati del sangue,
precisamente dei Neutrofili ma a che cosa sono dovute questi
processi? Sono dovute ad una legge ben precisa che regola la
fuoriuscita dei liquidi dai vasi ed il loro riassorbimento, quindi cosa
succede? In condizioni normali di un vaso la pressione idrostatica
passa da 32mmHg sul versante arteriolare a 12mmHg sul versante
post capillare e che cosa significa questo? Significa che la
pressione colloido osmotica si mantiene costante ed è di 25mmHg
sia sul versante arteriolare che sul versante delle venule post
capillare, quindi che cosa vuol dire? Che tutti i liquidi che vengono
persi sul versante arteriolare in condizioni normali vengono
riassorbiti sul versante post capillare perché sul versante post
capillare la pressione idrostatica è inferiore a quella colloido
osmotica e questo è quello che succede quando si sta in piedi per
una giornata in piedi e che cosa succede? Si ha una
vasodilatazione periferica quindi si ha un gonfiore agli arti inferiori e
la perdita di liquidi c’è una certa quantità di liquidi che sfuggono al
circolo e quindi si perdono negli spazi extra vascolare, ma se si
mette l’arto a riposo i liquidi vengono immediatamente riassorbiti
per cui dopo il riposo si ha il riassorbimento e il gonfiore si riduce
del tutto e si ha il ritorno alla condizione normale e questo perché?
Perché in condizioni fisiologiche si hanno questi equilibri tra le due
pressioni. Ma durante il processo infiammatorio cosa succede? Si
ha un incremento della pressione idrostatica su tutti i versanti quindi
sia sul versante arteriolare sia a livello capillare sia a livello delle
venule post capillari quindi la pressione idrostatica cambia e passa
da 50mmHg sul versante arteriolare a 30mmHg sul versante delle
venule post capillare contemporaneamente poiché si ha perdita
delle proteine plasmatiche perché sono lesi gli endoteli nel
processo infiammatorio si ha anche una riduzione della pressione
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colloido osmotica che passa da 25 a 20mmHg quindi cosa significa
questo? Significa che il bilancio pressorio è spostato sempre verso
l’esterno quindi in qualsiasi punto del microcircolo i liquidi
tenderanno a fuoriuscire dal tessuto perché la pressione idrostatica
in ogni punto è superiore alla pressione colloido osmotica e questa
alterazione vaso dinamica è responsabile dell’edema che si ha nel
processo infiammatorio acuto. Ma com’è stato detto non esistono
solo queste alterazioni infatti insieme ai liquidi vengono perse delle
proteine e perché vengono perse?Perché si hanno dei danni agli
endoteli dei vasi e a che cosa è conseguente questo danno degli
endoteli? Può essere conseguenza perché le cellule endoteliali si
contraggono oppure si può una retrazione giuzionale oppure si ha
un danno diretto endoteliale o indiretto mediato dal rilascio alcuni di
mediatori chimici che vengono secreti dai leucociti quindi degli
elementi figurati del sangue. Questi due eventi sono maggiormente
coinvolti nei cambiamenti delle cellule endoteliali infatti queste
diventano più lasse tra loro, perdono le loro giunzioni e attraverso
queste finestre che si formano tra una cellula endoteliale e l’altra si
ha il passaggio delle proteine dall’interno all’esterno del vaso.
Com’è stato detto il danno può essere Diretto e questa risposta
endoteliale è detta Risposta Immediata e Sostenuta, quando
parleremo dell’aterosclerosi dell’endotelio può subire due tipi di
risposta una Rapida Transiente che però è reversibile in seguito ad
un danno se questo danno viene rimosso come il fumo di sigaretta
può esercitare un danno all’endotelio che è transiente se si rimuove
lo stimolo, ma se lo stimolo persiste il danno diventa Immediata
perché la risposta endoteliale è immediata però è anche persistente
e quando è persistente come avviene nella risposta infiammatoria
cosa si osserva? O una necrosi delle cellule endoteliali oppure un
alterazione severa delle cellule endoteliali e questa risposta da
parte degli endoteli è immediata nel tempo, rapida e persiste fino a
che non viene rimosso il danno endoteliale e in che cosa consiste
questa risposta da parte degli endoteli? Consiste nel fatto che gli
endoteli lesi incominciano a secernere mediatori chimici e queste
sono le risposte più immediate da parte delle cellule endoteliali,
oppure viene attivata la trascrizione di alcuni geni ma queste sono
delle risposte un po più tardive che si hanno nelle cellule
endoteliale e perché? La risposta trascrizionale richiede delle ore
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per potersi manifestare, una sintesi di nuove proteine richiede del
tempo per potersi attuare e quali sono queste proteine che vengono
espresse? Sono delle molecole di adesione, molecole che servono
a riconoscere, a reclutare una cellula infiammatoria per esempio nel
sito del danno oppure dei geni precoci come Myc o FOS o Jun
quindi si hanno delle risposte rapide da parte di queste cellule
attivate che consistono nel rilascio di sostanze chimiche, di
mediatori chimici oppure delle risposte tardive che consistono
nell’attivazione di nuovi geni e nella trascrizione di nuovi geni e
nella sintesi di nuove proteine.
Com’è stato detto il danno endoteliale oltre ad essere diretto può
essere anche mediato dai leucociti cioè significa che questi una
volta reclutati sul sito del danno a loro volta possono rilasciare delle
molecole, dei mediatori chimici, una batteria di mediatori chimici per
l’infiammazione che vanno ad attivare le cellule endoteliali in quanto
sono espressi dei recettori per questi mediatori chimici e quindi si
parla di una attivazione di tipo Indiretto, i lecucociti, gli elementi
figurati del sangue, quando sono attivati rilasciano enzimi
proteolitici specie reattive del l’ossigeno che possono indurre delle
risposte da parte delle cellule endoteliali.
Quindi ricapitoliamo: fenomeni vascolari, cambiamenti della
pressione idrostatica ed oncotica e quindi aumenta la pressione
idrostatica diminuisce la pressione oncotica e questo porta alla
perdita di liquidi quindi all’edema e da cosa è formato nel processo
infiammatorio? È caratterizzato dalla formazione di un Essudato
quindi è caratterizzato da una densità cioè da una quantità di
proteine, questo è l’evento più importante, ma perché fuoriescono
le proteine? Perché nel processo infiammatorio vengono
danneggiate le cellule endoteliali o perché subiscono un danno
diretto che persiste fino a che lo stimolo non viene rimosso o
perché il danno è indiretto che è causato dal rilascio da parte degli
elementi figurati del sangue di mediatori chimici dell’infiammazione
o di specie reattive dell’ossigeno o di enzimi proteolitici, ma accanto
a questi eventi vascolari però che cosa si innesca nel processo
infiammatorio? Si innescano degli eventi di tipo cellulare, come
abbiamo visto qual è lo scopo della risposta infiammatoria cioè è
quella di portare sul sito del danno quante più cellule competenti
possibili e quali sono queste cellule competenti? Sono gli elementi
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figurati del sangue e come fanno ad arrivare sul sito del danno?
Debbono modificarsi moltissimo perché questi elementi, quali
neutrofili e monociti che intervengono soprattutto nella risposta
infiammatoria acuta sono delle cellule, come già detto, viaggiano al
centro del vaso e durante il processo infiammatorio cosa debbono
avere? Delle modificazioni molecolari le quali consentono di fare la
Marginazione cioè gli elementi figurati del sangue dal centro del
vaso si spostano verso la periferia del vaso. Accanto a questo
processo di emarginazione, di spostamento verso la periferia si
osserva il Rotolamento sugli endoteli vasali quindi si ha una prima
fase di emarginazione e rotolamento. Una seconda fase in cui, una
cellula che viaggia in sospensione, deve aderire su questi endoteli
lesi quindi si osserva un'altra fase importante di Adesione agli
endoteli lesi ed è un adesione ferma in cui l’elemento figurato del
sangue decide di “azzeccarsi” o non “azzeccarsi” sugli endoteli lesi.
Poi si osserva un processo di Trasmigrazione cioè un passaggio di
questi elementi figurati attraverso l’endotelio leso cioè attraverso
queste finestre che trovano tra le cellule endoteliali e quindi gli
elementi figurati del sangue trasmigrano e questo processo lo si
trova scritto con il termine di Diapedesi o trasmigrazione, queste
cellule fanno diapedesi o trasmigrazione ed infine c'è la migrazione
nei tessuti interstiziali questo processo di migrazione si chiama
chemiotassi ed è un po' diverso della migrazione di cui abbiamo
parlato nei tumori e nel processo di invasività e di metastasi perchè
questo processo è un processo di migrazione direzionale lungo un
gradiente chimico e il gradiente chimico è fatto dai mediatori chimici
dell'infiammazione oppure ancora dai prodotti modificati dalla
parete batterica e tutte queste sostanze sono definite anche
sostanze chemiotattiche e servono a creare quel gradiente chimico
che fa spostare questi elementi figurati del sangue verso il sito del
danno quindi migrazione direzionale lungo un gradiente chimico e
questo processo serve a portare queste cellule sul sito del danno
dove poi avviene la fagocitosi quindi la distruzione del corpo
estraneo o dei batteri o dei virus a secondo dell'agente che ha
provocato il processo infiammatorio quindi questi sono gli eventi
cellulari. Come avviene il processo di rotolamento, di marginazione,
di adesione e di chemiotassi?
Si ha una marginazione cioè lo spostamento dal centro del vaso
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verso la periferia cioè verso gli elementi figurati del sangue, poi
questi elementi figurati del sangue cominciano a rotolare sugli
endoteli e le molecole responsabili di questo processo di
rotolamento sono le selectine, sono delle proteine che legano gli
zuccheri e che viene dato il nome di selectine, dopo di che avete
l'adesione di queste cellule sulla parete vasale quindi sulle cellule
degli endoteli e questa adesione ferma è mediata dalle integrine e
dalle molecole di adesione, poi si ha un processo di trasmigrazione
che è mediato da specifiche molecole di adesione che vengono
espresse sulla superficie endoteliale o sulla superficie di un
neutrofilo o dei monociti poi si ha la chemiotassi e quindi il
movimento verso il sito del danno e poi la fagocitosi con
l'eliminazione di questo danno. La marginazione rallenta il flusso del
sangue durante il processo infiammatorio per cui queste cellule dal
centro del vaso si spostano verso la periferia e questo processo è
dovuto soprattutto all'alterazione pressoria che avete durante la
risposta infiammatoria, le altre fasi invece sono dovute
all'espressione di alcune molecole specifiche e queste varie fasi del
processo infiammatorio richiedono l'interazione tra molecole che
vengono attivate ed espresse sulla superficie dei globuli bianchi e
molecole che vengono attivate ed espresse sulle cellule endoteliali,
quindi abbiamo il rotolamento, perchè? Perchè le cellule figurate del
sangue esprimono delle glicoproteine, una delle proteine è la “Sialyl
Lewis X Modified Glicoprotein” esistono delle L-selectine e ancora
succede che a livello degli endoteli avviene questo riconoscimento
perchè a livello degli endoteli avete l'espressione di selectine di tipo
E, quindi E sta per selectine degli endoteli L per le selectine
espresse dei leucociti poi ci sono delle selectine espresse dalla
piastrine e queste sono le componenti più importanti che
intervengono nella risposta infiammatoria quindi avete un
riconoscimento tra selectine espresse sui leucociti e selectine
espresse sulle cellule endoteliali attivate dal danno o in maniera
diretta o in maniera indiretta quindi avete il rotolamento di questi
polimorfo nucleari sugli endoteli vasali e dopo si ha l'adesione di
queste cellule. L'adesione è mediata dalle integrine e da due
molecole di adesione ICAM 1 e VCAM 2, quindi gli le cellule
endoteliali attivate si mettono ad esprimere delle molecole di
adesione le quali vanno a riconoscere le integrine attivate sulla
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superficie dei leucociti quindi anche in questo caso avete il
riconoscimento tra molecole di adesione espresse dalla superficie
delle cellule endoteliali e molecole di adesione che vengono
espresse dalla superficie dei leucociti quindi è un riconoscimento
specifico che avviene tra questi due tipi cellulari. Dopo di che si ha
la trasmigrazione cioè la diapedesi quindi il passaggio di queste
cellule attraverso le cellule endoteliali e questo processo di
trasmigrazione è mediato da PeCAM 1, molecole di adesione, e si
ha il passaggio di monociti o leucociti attraverso le cellule
endoteliali, nel caso che si tratti di monociti questi passano
attraverso le cellule endoteliali e una volta arrivati ai tessuti si
differenziano come macrofagi. Arrivati a questi tessuti queste
cellule devono andare a fare chemiotassi e si devono direzionare
verso il sito del danno quindi cambia in queste cellule l'espressione
di alcune molecole che sono elementi figurati, da cellule in
sospensione diventano cellule adese
ma trasmigrano quindi
attraversano le cellule endoteliali e recuperano negli spazi
extravascolari i loro fenotipi migratori e vanno sul sito del danno e
fanno la fagocitosi. Questi processi di cui si è parlato sono
importanti perchè la deficienza di molecole coinvolte nei processi di
adesione, trasmigrazione sono responsabili di alcune malattie che
sono la LAD di tipo 1 e la LAD di tipo 2, sono delle malattie dovute
alla compromissione del rotolamento della diapedesi degli elementi
figurati del sangue, queste malattie sono state studiate in topi
transgenici ma in realtà sono tipici in alcuni bambini che dopo pochi
mesi dalla nascita manifestano alcune disfunzioni e soprattutto la
compromissione consiste nel fatto che questi bambini non hanno un
efficiente risposta infiammatoria, cioè hanno infezioni ricorrenti,
perchè i neutrofili non possono fare adesione e trasmigrazione in
maniera efficace, i neutrofili di questi pazienti possono rotolare ma
non aderire agli endoteli lesi, e se si trasfonde in questi pazienti dei
neutrofili normali questi bambini recuperano a pieno la risposta
infiammatoria. A che cosa sono dovute queste malattie? Sono
dovute a delle alterazioni delle integrine, la Lad di tipo 1 è
caratterizzata dall'assenza delle integrine sui neutrofili oppure può
essere caratterizzata da mutazioni nella regione N terminale delle
Beta integrine, mutazioni in queste regione impediscono il cluster
delle integrine per cui le integrine non possono essere attivate, la
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funzione normale è recuperata in seguito alla trascrizione delle
cellule di pazienti di Cdna che codifica per la catena beta delle
integrine. Dopo di che queste cellule una volta che hanno
trasmigrato fanno questa chemiotassi, questa migrazione
direzionale. La trasmigrazione è coinvolta nella patogenesi delle
metastasi ma anche in altre malattie umane come l’aterosclerosi,
l’osteoporosi e alterazioni di questo processo sono coinvolte anche
in anomalie congenite nel differenziamento del sistema nervoso
centrale e del cuore, nel fenomeno di guarigione delle ferite
rigenerazione tissutale e il processo di migrazione cellule è
coinvolto nel modellamento dei tessuti quindi sono una miriade i
processi in è coinvolta la migrazione della cellula, è un processo
altamente conservato dalle specie più semplici alle specie più
conservate e questo processo serve ai globuli bianchi, ai neutrofili e
ai monociti perchè è un processo della migrazione che serve a
portare questi elementi figurati del sangue sul sito del danno e
come avviene questo processo durante la risposta infiammatoria?
Avviene mediante chemiotassi e cosa significa chemiotassi? La
chemiotassi è un processo di migrazione direzionale lungo un
gradiente chimico, il gradiente chimico in caso dell’infiammazione è
fatto da segnali chimici e quali sono questi segnali chimici ? Sono le
chemiochine le quali si legano a dei specifici recettori che sono i
recettori per le chemiochine, le chemiochine e i recettori per le
chemiochine costituiscono dei bersagli terapeutici importanti
soprattutto per la cura delle malattie infiammatorie non tanto a
quelle acute ma quelle croniche che oggi vengono trattate solo con
degli antiinfiammatori di tipo steroideo per es. i cortisonici ma in
realtà non esistono delle terapie specifiche per le infiammazioni
croniche e questo è uno dei motivi che ha reso sia le chemiochine
che i recettori per le chemiochine molto attraenti dal punto di vista
farmacologico, l’importanza di queste molecole risale al 1996
quando si è scoperto che un recettore delle chemiochine è il
corecettore del virus Hiv di tipo 1 questo significa che questo virus
dell’Hiv si serve di un recettore per le chemiochine per poter entrare
nelle cellule e poterle infettare quindi trovare la terapia e bloccare
questo recettore significava anche trovare una terapia per impedire
al virus dell’Hiv di infettare le cellule dell’ospite quindi dar luogo
all’AIDS con tutta la sequela di eventi che si ha in questa malattia.
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Quindi queste molecole sono coinvolte nei processi di angioflogosi,
nei tumori, nella progressione tumorale, nell’Aids, nell’asma, nei
processi di angiogenesi e neoangiogenesi quindi guarigione delle
ferite e metastasi e nelle infiammazioni croniche come per es.
l’artrite reumatoide. Di quante classi sono le chemiochine? Le
chemiochine sono innanzitutto di natura peptidica, sono divise in tre
classi: le Alfa che hanno un core costituite da due residui di cisteina
intervallati da un aminoacido che viene dato la sigla di X perchè
può essere un amminoacido a caso e vengono rilasciate dai
neutrofili; poi avete le chemiochine di classe Beta che sono
costituite da un core centrale di due cisteine e vengono rilasciate
dai monociti, dai basofili, dai linfociti, dagli eosinofili e infine dalle
chemiochine di tipo gamma che hanno un solo residuo di cisteina e
vengono rilasciate dai linfociti. Esistono altre chemiochine e chemio
attrattanti in natura, esistono oltre alle chemiochine dei fattori
chemiotattici potentissimi vengono liberati durante l’attivazione del
complemento, C5a per es che viene liberata in seguito
all’attivazione del complemento è uno dei fattori chemiotattici più
potenti dal punto di vista chimico. Altri fattori chemiotattici sono i
peptidi modificati che derivano dalla parete batterica quindi non
sono solo le chemiochine a stimolare questo processo di
migrazione direzionale ma anche molecole che derivano o da una
parete batterica oppure vengono attivate durante una risposta
infiammatoria. Le chemiochine funzionano attraverso dei recettori
specifici ma c’è una promiscuità delle chemiochine e dei recettori
per le chemiochine e significa che un recettore può legare diverse
chemiochine e può essere espresso in più tipi cellulari, una cellula
che esprime un sol tipo di recettore può legare diverse chemiochine
e questa promiscuità serve a reclutare sul sito del danno quante più
cellule infiammatorie possibili proprio perché non esiste il
meccanismo specifico che è tipico dei recettori per gli ormoni per
es. i quali legano quell’ormone e non un altro e questo non avviene
per le chemiochine quindi attraverso questa promiscuità biochimica
più tipi cellulari vengono reclutati verso il sito del danno e questo
meccanismo serve ad amplificare un reclutamento cellulare. Una
volta che queste cellule sono arrivate sul sito del danno come
avviene questa attivazione dei recettori per le chemiochine e sono
solo le chemiochine che stimolano questo processo chemiotattico?
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Esistono anche altri fattori oltre alle chemiochine e sono i fattori di
crescita e di sopravvivenza cellulare che inducono la chemiotassi
attraverso i propri recettori di membrana e uno di questi va ad agire
sui monociti e macrofagi e questo Csf 1 (coling stimulator factor) e
riconosce un recettore specifico espresso sulla superficie dei
macrofagi, questo fattore è importante perché non solo conferisce
ai macrofagi questa capacità di muoversi di fare chemiotassi ma
conferisce a queste cellule anche la sopravvivenza quindi i
macrofagi in assenza di questo fattore di Csf 1, questo Csf1 non è
coinvolto solo nei processi di invasività tumorale ma Csf1 è
importantissimo nella patogenesi dell’aterosclerosi in cui questi
processi si ripetono allo stesso modo cioè l’aterosclerosi può
essere vista una risposta infiammatoria a un danno endoteliale. Il
Csf1 è importante e topi che non producono il Csf1 hanno una
ridotta capacità di sviluppare le placche ateriose, quindi questo
fattore è un fattore chemiotattico e di sopravvivenza per i monociti
macrofagi, ma come questo segnale che viene portato dalle
chemiochine oppure dai fattori di crescita come viene trasferito
all’interno della cellula? Il cambiamento extracellulare cosa induce?
Induce un interazione tra il ligando e il recettore di membrana e
questa interazione attiva una serie di segnali biochimici della cellula
e questi segnali biochimici si modificativo in un processo biologico e
quindi di risposte biologiche e in questo caso la risposta biologica
qual è? È la migrazione della cellula, ma perché avvenga questa
risposta quali sono le modificazioni che la cellula deve subire?
Sono delle modificazioni a carico dell’organizzazione del
citoscheletro. Come fanno a funzionare le chemiochine e i recettori
per le chemiochine? Le chemiochine vengono riconosciute da
recettori per i fattori chemiotattici che sono associate a della
proteine G eterotrimeriche, sono dei recettori a sette eliche alfa
eliche trans membrana che sono associate a delle proteine G
eterotrimeriche di membrana, quando si ha il legame tra
chemiochina e recettore cosa succede? Succede che si ha
l'attivazione della proteina G eterotrimerica per cui la subunità alfa
si stacca delle belta-gamma e si ha la produzione di secondi
messaggeri intracellulare, ancora che cosa fanno questi recettori
per le chemiochine una volta che sono state attivati dalle
chemiochine? Vanno ad attivare a loro volta delle specifiche
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isoforme di fosfatidilinositolo-3-chinasi e quale in specifico? La
fosfatidilinositolo-3-chinasi di classe 1b che è la fosfatidilinositolo-3chinasi di tipo gamma quindi l’isoforma gamma. Mentre tutte le altre
isoforme alfa, beta sono coinvolte nei processi di proliferazione e
quindi nei tumori, nelle malattie metaboliche come il diabete e in
altri processi, vi è un'altra isoforma fosfatidilinositolo-3-chinasi
gamma che è predominante nei leucociti ed è attivata in seguito
all’attivazione delle proteine G eterotrimeriche che conseguono al
legame tra chemiochine e i recettori per le chemiochine quindi
questa molecola che produce anch’essa i fosfolipidi PIP3 a che
cosa serve? A mediare il segnale infiammatorio il prodotto indotto
dalle chemiochine e soprattutto quale segnale? Quello della
chemiotassi. Questa isoforma gamma funziona, in seguito
all’attivazione delle proteine G eterotrimeriche, perché viene
reclutata dalla subunità beta-gamma sulla membrana delle cellule
ad es neutrofili e monociti e quando reclutata vicina la membrana
dei neutrofili e monociti produce PIP3 che a sua volta va a reclutare
delle molecole che contengono dei domini di PH (Pleckstrin
Homology domain) quindi domini di omologia con la plecstrina, ma
quali sono queste molecole che contengono i domini PH? sono
quasi tutti substrati di questa fosfatidilinositolo-3-chinasi come la
serin-tronin-chinasi Akt è una molecola che viene reclutata in
seguito alla formazione di PIP3 perché possiede un dominio PH
quindi un dominio per l’omologia della plecstrina. Ma se si inibisce
questo enzima fosfatidilinositolo-3-chinasi si ha un inibizione della
chemiotassi per esempio e nei neutrofili si esegue un knockout
fosfatidilinositolo-3-chinasi si ha che nel 50% sono inibiti della loro
chemiotassi, la stessa cosa accade ai macrofagi che presentano un
isoforma gamma di fosfatidilinositolo-3-chinasi che non funziona,
che ha perso la parte catalitica infatti viene definita come Akd e
questi macrofagi non sono capaci di fare chemiotassi si ha il
50/70% di inibizione della chemiotassi. Se si microinietta nei
macrofagi degli anticorpi che bloccano l’isoforma beta-delta della
fosfatidilinositolo-3-chinasi si ha un inibizione della migrazione dei
macrofagi indotta da CSF1, lo stesso se si somministra a dei
neutrofili degli inibitori chimici si ha l’inibizione della migratine dei
necrofili, quindi attraverso degli esperimenti fatti o con degli inibitori
chimici o con degli anticorpi bloccanti questi enzimi oppure in
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modelli di topo che hanno il knockout delle isoforme di questi enzimi
si è visto che in vivo l’attivazione di questi enzimi è coinvolta nei
processi di chemiotassi e di migrazione cellulare. Però la cosa non
è così semplice in quanto quando si ha il processo di chemiotassi
durante la risposta infiammatoria abbiamo detto che avviene lungo
un gradiente chimico questo significa che la cellula deve sentire
questo gradiente quindi la cellula infiammatoria deve sentire una
minima variazione e quindi potrebbe far pensare che i recettori per
le chimiochine sulle cellule infiammatorie sono espresse sul
versante guida cioè dal lato in cui la cellula deve muoversi, quando
una cellula si muove questo il movimento è caratterizzato dal fatto
che la cellula ha un versante che è un versante guida di questo
movimento poi ha un fronte poi delle porzioni laterali e questo fa
pensare che il recettore per le chemiochine sono tutti localizzati
dove arriva il segnale chemiotattico, quindi si somministra una
sorgente chemiotattica alla cellula e i recettori per le chemiochine si
trovano sul fronte guida e la cellula avverte quei segnali perché i
recettori stanno disposti lì dal punto di vista spaziale invece non è
così. Nella maggior parte delle cellule infiammatorie i recettori per le
chemiochine sono distribuiti su tutta la superficie della cellula quindi
la chemiochina può andare a funzionare su qualsiasi punto della
cellula perché i recettori sono ugualmente distribuiti e cos’è che fa
la differenza? Perchè la cellula che si muove che ha questo fronte
guida e riesce a muoversi lungo quel gradiente chimico? Non
perchè il recettore per le le chemiochine sono localizzati in un certo
punto perché è sul fronte guida quindi dove la cellula sente il
segnale e attiva i suoi recettori succede che vengono reclutate le
proteine che contengono i domini PH, non sono le chemiochine che
vengono ad essere modificate spazialmente in seguito all’arrivo del
segnale chemiotattico ma quello che cambia è la distribuzione
spaziale delle molecole che devono essere reclutate quindi delle
molecole che contengono i domini PH.
C’è anche un’altra organizzazione importante quindi si ha
chemiochina, attivazione dei recettore, attivazione delle GTP
eterotrimeriche di membrana, reclutamento della fosfatidilinositolo3-chinasi isoforma gamma, liberazione di PIP3 e queste PIP3
vanno a reclutare queste proteine che contengono i domini PH, ma
c’è solo questa distribuzione? No ma esiste anche la distribuzione
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di altre molecole e quale è? Una cellula che sta migrando contiene
una fasfatasi Pten la quale si dispone ai bordi delle cellule che
stanno migrando e si depone ai bordi e non all’estremità perché
questa fosfatasi spegne il segnale della fosfatidiilinositolo-3-chinasi
e se durante il processo migratorio fosse disposto sul fronte guida
della cellula il segnale delle chemiochine non potrebbe proprio
attivarsi perché sarebbe immediatamente spento da questa
molecola quindi il processo di chemiotassi non solo richiede
l’attivazione di queste molecole ma richiede anche un esatta
distribuzione spaziale nella cellula che deve fare la chemiotassi e
questo significa che le molecole attivatorie sono tutte posizionate
sulle estremità guida della cellula e la cellula che fa migrazione è
una cellula molto polarizzata che ha questo fronte e la parte
posteriore, le cellule che spengono il segnale invece sono tutte
disposte quasi tutti ai bordi della cellula e sul retro della cellula che
è responsabile dello scollamento della cellula si ha una serie enzimi
proteolitici e delle Map chinasi che sono responsabili dello
scollamento della parte posteriore; quindi quando si somministra ad
un elemento figurato del sangue e si stimola con dei fattori
chemiotattici o alcuni fattori del complemento si ha una
ridistribuzione spaziale delle molecole che sono responsabili di
questo processo. I recettori per le chemiochine sono diffusi su tutta
la superficie cellulare. Questo processo di migrazione richiede
diverse tappe e sono: la estensione di lamellipodi, la formazione di
nuove adesioni sulla matrice extracellulare, la produzione di enzimi
che degrada la matrice extracellulare, la contrazione del corpo
cellulare e la ritrazione della parte posteriore e in questa maniera la
cellula avanza lungo questo gradiente chimico quindi bisogna
pensare a un’interazione dinamica tra matrice, gradiente chimico e
cellula che deve muoversi lungo questo gradiente, che cosa
richiede tutto questo? Richiede una riorganizzazione dell’actina
citoscheletrica e come fa la cellula a riorganizzare questa actina
citoscheletrica e quali sono le manifestazioni di questa
riorganizzione ? Sono 3: la formazioni di filopodi e questi filopodi
sono delle protrusioni della cellula, del citoscheletro e servono a
sentire lo stimolo chemiotattico quindi la cellula sente lo stimolo
chimico e si muove lungo questo gradiente perché vengono emessi
delle estroflessioni della cellula che si chiamano filopodi e sono
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formati da protrusioni di actina citoscheletrica; la riorganizzazione
del citroscheletro avviene perché nella cellula si formano degli
ispessimenti periferici e servono alla cellula per poter stabilire dei
contatti con la matrice extracellulare che prendono il nome di
lamellipodi e poi ancora la cellula si deve muovere lungo questo
gradiente chimico e il movimento lungo questo gradiente chimico e
il movimento è garantito dal fatto che si formano dei fascetti di
actina che sono chiamate stress fiber e sono fascettini dell’actina
che si avvicinano tra loro e fanno da motore dalla cellula quindi i
filopodi a servono a sentire il gradiente, i lamellipodi servono a
stabilire il contatto con la matrice e le stress fiber servono alla
contrazione del corpo cellulare. Quali sono le molecole coinvolte in
questo processo? Sono 3: una piccola proteina legante il GTP
chiamata Cdc42 responsabile invece della formazione dei
lamellipodi è la piccola proteina Rac e responsabile delle stress
fiber è la piccola proteina Rho, la prima di queste ad essere
identificate è proprio Rho che significa Ras Homology e perché fu
definita così perché assomigliava molto a ras e quindi le fu dato il
nome di ras homology poi successivamente vennero identificate le
altre due e si vide che erano coinvolte nei processi di migrazione
cellulare e anche di invasività e metastasi.
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Castoria 1.7 (Martedì 23 Aprile 2013)
Chemiotassi, Fagocitosi e Degranulazione
Mediatori Chimici Dell'Infiammazione
Il processo di chemiotassi è attivata da diversi segnali e i segnali
più importati sono quelli che arrivano dalle chemiochine che
funzionano attraverso i loro recettori di membrana a sette alfa
eliche che sono accoppiate dalle proteine G eterotrimeriche che
vengono attivate in seguito al legame della chemiochina con il
recettore queste proteine attivate GTP eterotrimeriche cosa fanno?
Dissociano le subunità alfa dalla subunità beta-gamma e la
subunità beta-gamma va a reclutare ed attivare un isoforma
specifica di fosfatidilinositolo-3-chisani che è la fosfatidilinositolo-3chisani gamma e proprio su questa isoforma si stanno studiando
degli inibitori specifici per poter intervenire sulle terapie dei processi
infiammatori cronici, inibitori specifici perché? Esistono varie forme
di fosfatidilinositolo-3-chinasi e infatti il problema è proprio di andare
ad intervenire specificamente su queste isoforme. Si è detto che
questi recettori per queste chemiochine sono disposti lungo tutta la
membrana delle cellule infiammatorie quindi non esistono delle
zone specifiche di concentrazione di questi recettori ma il punto
fondamentale è che quando a queste cellule arriva uno stimolo
chemiotattico i recettori vengono attivati, viene attivala la
fosfatidilinositolo-3-chinasi e questi fosfolipidi PIP3 reclutano delle
proteine specifiche che sono delle proteine che contengono dei
domini di plextrina o PH e sono queste proteine che poi vanno ad
attivare il processo di migrazione, ma come si svolge il processo di
migrazione, come viene trasmesso il segnale? Il segnale viene
trasmesso perché queste proteine reclutate dai fosfolipidi prodotti
dalla PI3-chinasi vanno ad attivare degli scambiatori guaninici che
sono detti anche Gef e cosa fanno questi scambiatori guaninici
all’interno della cellula? Vanno ad attivare delle piccole proteine
leganti il GTP della famiglia RAS. Il primo membro di queste
proteine che fu trovato è stato Rho (RAS homology) è una piccola
proteina legante il GTP ed è stato identificato per errore perché si
cercavano delle proteine omologhe RAS che intervenissero
prevalentemente sulla proliferazione e sulla sopravvivenza delle
cellule e in realtà da queste cellule trasformate vennero identificate
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prima il capostipite della famiglia delle piccole proteine leganti il
GTP simil RAS e a questo membro venne dato il nome di Rho.
Successivamente vennero identificate altri membri della famiglia
come Cdc42 Rac che sono espresse largamente su tutte le cellule
perché queste proteine controllano numerosi processi biologici
primo di tutti il processo di migrazione cellulare intervengono anche
in altre fai dell’infiammazione come nella fagocitosi. Come fanno
queste piccole proteine leganti il GTP ad andare ad agire sul
citoscheletro? Perché una cellula si muove quando è capace di
migrare quando riorganizza il suo citoscheletro e questo significa
che deve essere guidata lungo un gradiente chimico in questo
caso, perché stiamo parlando di chemiotassi e quindi dalla
superficie cellulare vengono emanate delle protrusioni di filamenti di
actina filamentosa che sono i Filopodi che servono a captare il
gradiente chimico, poi si formano i Lamellopodi che sono dei
fascetti paralleli di actina che si dispongono alla periferia della
cellula e che servono alla cellula per stabilire dei punti di contatto
con la matrice e poi si formano dei stress fiber che sono sempre dei
fascetti actina all’interno del corpo cellulare che fanno da motore
alla cellula conferendogli la capacità migratoria. Mediante tecnica di
immunofluorescenza si nota che il citoplasma è formato da
microtubuli formati da tubulina, microfilamenti formati da actina
filamentosa, filamenti intermedi e una delle sostanze che la
compongono è la vinculina che ad es. è molto alterata nei tumori
invasivi umani e questa proteina è fosforilata in tirosina e
riorganizza i filamenti intermedi del citoscheletro così la cellula è più
prona alla migrazione e all’invasività, in condizioni normali quando
una cellula è a riposo si nota, ad es. in fibroblasti di topo, che
l’actina si dispone sotto forma filamentosa e regolare; quando si
trattano queste cellule con uno stimolo che induce la migrazione
cellulare si nota che i fibroblasti assumono un fenotipo del tutto
diverso rispetto alla condizione di quiescenza e infatti si notano
delle protrusioni di filopodi che la cellula caccia per captare lo
stimolo, in laboratorio per evidenziare l’actina viene colorata con la
Falloidina (sostanza tossiche presente nei funghi) fluorescente che
viene accoppiata o a dei fluorocromi rossi (texas red) che emanano
un colore rosso quando vengono eccitati oppure a dei fluorocromi
verdi (fluoresceina verde) che quando vengono eccitati emanano
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un colore verde e quindi si ha la visualizzazione dell’actina
citoscheletrica. Questi studi di laboratorio sono stati importantissimi
in quanto si è andato a vedere come l’attivazione di queste piccole
proteine leganti il GTP modifica il citoscheletro delle cellule. Ma
come vengono regolate queste 3 proteine? Prendiamo come es.
stimolazione da parte di un fattore chemiotattico potentissimo che è
il CFS1 il quale riconosce un suo recettore specifico sulla superficie
dei macrofagi, è un recettore per il CSF1 è un recettore a
tirosinochinasi il quale quando attivato dal CSF1 cosa fa? Si
autofosforila nei due residui in tirosina, ingaggia delle docking
protein o delle proteine adattatrici e queste proteine adattatrici che
contengono domini SH2 vanno ad attivare la fosfatidilinositolo-3chisani la quale libera i PIP3 e a catena è sempre la stessa, questi
PIP3 liberati reclutano degli scambiatori guaninici sulle membrane
plasmatiche e tra questi scambiatori uno dei più importanti è Tiam1
e Vav facilitano la conversone di queste proteine in forme attive
quindi i legami al GTP in genere questi scambiatori vengono attivati
attraverso dei meccanismi di fosforilazione quindi si attivano
quando vengono fosforilati e in questa maniera viene facilitata
l’attivazione delle tre proteine Cdc42, Rac e Rho con la formazione
di filopodi, lamellipodi e complessi focali, la contrattilità del corpo
perché si ha la formazione di stress fibres e infine polarizzazione e
migrazione cellulare che sono che sono i 2 eventi biologici
importanti: la polarizzazione serve alla cellula per essere guidata
lungo il gradiente migratorio e gli altri due processi servono proprio
alla cellula per muoversi, bisogna immaginare quando noi mettiamo
il piede a terra. Quindi la formazione di complessi focali che
servono a prendere contatto con la matrice scollamento della parte
posteriore e quindi avanzamento della cellula in questo processo
migratorio. Quindi il fattore CFS1 è un fattore chemiotattico che
interviene durante i processi infiammatori quindi quando si trova
scritto nei libri che le chemiochine attivano la chemiotassi lo fanno
in questa maniera. È chiaro che tra l’attivazione del fattore CSF1 e
l’attivazione di queste piccole proteine leganti il GTP vi è tutta
quella catena di eventi di cui si è parlato a proposito dei tumori,
delle metastasi.
Alcuni anni fa in un laboratorio inglese successe una cosa
importantissima in quanto scoprirono la maniera con la quale le
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cellule migrano. E che cosa fecero? Presero queste piccole
proteine (Rho, Rac e Cdc42) attivate leganti il GTP e quando
scoprirono che queste proteine erano molto simili a RAS presero
queste proteine, introdussero nel DNA che codificano queste
proteine, una mutazione attivante per cui su queste forme di
proteine legavano costitutivamente il GTP quindi erano sempre
attive, dopo di che le micro iniettarono nelle cellule (fibroblati) e si
vide che si aveva la formazione di lamellipodi e si osservava inoltre
che le cellule assumevano la forma a “Pizzetta” con il cornicione
che serva alla cellula per creare dei punti di contatto, quindi quando
micro iniettavano delle forme attive di Rho notavano la formazione
di fascetti di actina a cui si diede il nome di Stress Fibers o fibre da
stress cellulare o fibre da sforzo cellulare che servono per la
contrazione del corpo. Quando micro iniettavano la forma attiva di
Cdc42 si notava la formazione di filopodi, quindi con questo
esperimento si giunse alla conclusione che per ognuna di queste
proteine esisteva una specifica funzione cellulare quindi una di
queste proteine mediava un processo biologico specifico e che
l’organizzazione di queste proteine nell’attività di queste proteine è
indispensabile per coordinare il processo di migrazione cellulare
questi 3 eventi non avvengono separatamente, Cdc42 e Rac
vengono attivati contemporaneamente nella cellula però bisogna
pensare che poiché il processo di migrazione è un processo
altamente coordinato l’attivazione di queste proteine non può
essere prolungato nel tempo, queste proteine debbono attivarsi e
debbono spegnesi continuamente perché l’eccessiva attivazione di
queste proteine che cosa può portare? Può portare a due effetti
paradossali o al fatto che la cellula si muove e diventa una cellula in
sospensione e questo è un processo che avviene nei processi di
invasività o di metastasi quindi diventa una cellula non adesa alla
matrice, oppure che se si ha un attivazione persistente, l’esempio di
Rac, la cellula addirittura si blocca e non riesce più ad avanzare nel
processo di migrazione e perché si ha questo effetto paradossale
quando si ha Rac attivato in una cellula normale per molto tempo?
Perché Rac è responsabile non solo della formazione dei
lamellipodi ma anche dell’assemblaggio dei complessi focali che
sono quei complessi posti sulle membrane cellulari formate da una
serie di proteine tra cui la chinasi factory che servono a stabilire il
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contatto con la matrice. Per cui se si ha un attivazione eccessiva di
Rac si formano continuamente adesioni focali che servono a far
aderire la cellula alla matrice per cui la cellula non è più capace di
“scollarsi” dalla matrice e di migrare. Ma come vengono regolate
queste 3 proteine leganti il GTP e servono solo migrazione di
queste proteine? Prima di tutto queste proteine non servono solo
alla migrazione cellulare perché controllano il ciclo cellulare in
genere lo controllano positivamente come fa Ras ma ci sono delle
condizioni della cellula in cui queste proteine possono agire
mandando la cellula in apoptosi ad esempio se si ha una
stimolazione eccessiva di una cellula da parte di un fattore di
crescita la cellula attivando alcune di queste proteine può andare
incontro a dei processi di apoptosi o quanto meno viene arrestato il
ciclo cellulare. Generalmente l’attivazione di queste proteine ha una
funzione positiva sulla trascrizione di alcuni geni che sono coinvolti
nella transizione G1 S, queste piccole proteine agiscono sempre a
livello trascrizionale modificando l’espressione di alcuni inibitori del
ciclo cellulare e soprattutto di P21 e P27 quindi, hanno sicuramente
azione sulla migrazione ma regolano anche il ciclo cellulare, ma
sono solo questi i processi? No! Regolano tutto il processo
infiammatorio perché intervengono nei processi di fagocitosi,
regolano l’apoptosi, la fagocitosi da parte dei macrofagi avviene
attraverso l’attivazione delle piccole proteine leganti il GTP;
intervengono nel traffico delle vescicole cellulari e questo richiede
delle modificazioni del citoscheletro delle cellule e infatti dipendono
anche dal segnale dell’insulina perché modulano il passaggio dei
trasportatori del glucosio da citoplasma verso la membrana quindi
fanno un innumerevole numero di azioni per cui sono coinvolte nei
processi metabolici, infiammatori, sono coinvolte nei processi di
trasformazione neoplastica. Di questa famiglia ne esistono una
miriade e sono espressi in tutti gli organismi da quelli inferiori a
quelli superiori quindi sono proteine filogeneticamente conservate
proprio perché servono ad un processo che filogeneticamente
conservato come quello della migrazione. La super famiglia di
proteine Rho presenta una sotto famiglia che sono Rho, Rac,
Cdc42, Big2 RhoBTB, all’interno delle varie sottofamiglie esistono
varie isoforme di Rho si conoscono almeno 3 isoforme A, B, C di
Rac esistono almeno 3 isoforme 1, 2 , 3 e lo stesso vale per Cdc42.
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Hanno funzioni diverse nella cellula ed hanno soprattutto la
diversità della funzione che non è tanto sul processo di migrazione
ma quanto nell’attivazione del ciclo cellulare ad es. Rho B è
considerato come un vero e proprio oncosoppressore che blocca il
ciclo cellulare. Ma come vengono regolate queste proteine?
Vengono regolate ne più ne meno come viene regolata l’attività di
RAS, queste proteine sono complessate nel citoplasma della cellula
con un inibitore che generalmente viene definito GDI il quale tiene
le proteine costrette in una forma inattiva, ma cosa succede quando
arriva lo stimolo dall’esterno? E quale può essere? Sia un fattore
chemiotattico sia quello delle integrine infatti queste proteine sono
anche attivate dalle integrine e in seguito allo stimolo si ha la
dissociazione di questi complessi per cui queste piccole proteine si
dissociano dall’inibitore e sono libere di funzionare nel citoplasma.
Come detto il segnale va ad attivare gli scambiatori guaninici tra cui
i più importanti sono VAV e Tiam1, attivare in che senso? Questi
scambiatori vengono fosforilati e quindi l’attivazione di questi
scambiatori reclutano queste piccole proteine leganti il GTP sulle
membrane plasmatiche e qui queste proteine vengono attivate e
questo cosa significa? Che si mettono a legare il GTP. Queste
proteine sono dotate di un intrinseca attività GTPasica e questa
attività viene attivata a sua volta e regolata da un altro gruppo di
proteine intracellulare che sono le Gap (GTPase Activating Protein)
attivando l’attività GTPasica intrinseca di queste piccole proteine
leganti il GTP quindi catalizzano la conversione di Rac GTP in Rac
GDP e quindi il ciclo si chiude per cui queste proteine vengono
rapidamente attivate e altrettanto rapidamente vengono disattivate,
quindi ciclano all’interno della cellula da uno stato di attivazione e
inattivazione quando arriva il segnale ovviamente questo ciclo non
è costitutivo quindi viene attivato da recettori e quindi da segnali
recettori-ligando ma esistono degli inibitori naturali e come sono
state studiate con questi meccanismi di regolazione? In realtà se ne
conoscono pochi di inibitori naturali, l’unico inibitore che si conosce
e viene usato in laboratorio per studiare queste proteine è la tossina
botulinica e come fa a portare la morte del paziente in rapidissimo
tempo? Questa tossina è inattiva e quindi da tutta quelle sequela di
eventi che accompagnano il botulino e quindi si ha un inibizione
delle funzioni citoscheletriche e questo è l’unico inibitore che si
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conosce al momento gli altri sono quasi tutti di sintesi. Ma ora,
come fanno queste proteine una volta attivate ad andare a
raggiungere il citoscheletro? Lo fanno attraverso proteine target tra
cui le più importanti abbiamo la chinasi Pak che pesa 21mila e che
organizza l’actina citoscheletrica. Ma quali sono questi target
intracellulari di queste proteine? È stato detto che Rac e Cdc42
vengono attivate simultaneamente nelle cellule ed esiste un
crosstalk fra queste due proteine perché riconoscono dei substrati
simili e uno dei substrati più importati si di Rac che di Cdc42 è la
serinchinasi Pak che è mutata in molti tumori umani, la quale va ad
agire sulla chinasi Lim e questa chinasi inibisce la cofillina e quindi
inibisce la depolarizzazione dell’actina quindi viene facilitata la
polimerizzazione dell’actina; altro substrato importante che viene
riconosciuto sia da Rac che da Cdc42 sono due proteine della
famiglia VAV come Wasp che è mutata in una malattia da
immunodeficienza congenita che si chiama Sindrome di Wiskott
Aldrich che si presenta sin dai primi mesi di vita ed è caratterizzata
da una mancata efficienza della risposta infiammatoria da parte
degli elementi figurati del sangue, proprio in questa malattia il
substrato per Cdc42 e di Rac è mutato, e a che cosa serve questa
proteina? Serve ad attivare il complesso Arp2-3 che è responsabile
della polimerizzazione dall’actina quindi da un lato si ha la
polimerizzazione dell’actina attraverso l’attivazione del complesso
Arp2-3 da l’altro l’inibizione della cofillina e quindi la inibizione della
depolimerizzazione dell’actina poi l’actina si dota di una proteina
Capping una specie di “cappuccio” e questo viene facilitato
dall’azione di un isoforma di fosfatidilinositolo-2-chinasi che
promuove la formazione di PIP2 i quali vanno ad indurre il Capping
dei filamenti di actina e questo è il meccanismo di Rac e di Cdc42.
Ma quali sono i target più intracellulari di Rho? Sono diversi,
soprattutto Rho chinasi che dipende da Rho e nei trailers clinici nei
tumori umani vengono usati degli inibitori specifici prodotti da case
farmaceutiche e cosa fa Rho chinasi? Va ad agire sulla fosfatasi
della catena leggera della miosina inducendo la contrazione delle
cellule inoltre la chinasi va ad agire su un'altra chinasi Lia che
inibisce la depolimerizzazione dell’actina inoltre Rho attraverso
questa molecola Lia va ad agire direttamente facilitando la
formazione dello Stress Fibers quindi questo è il meccanismo con
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cui Rho induce la contrazione cellulare quindi con questi due
intermedi molecolari Lia e Rho.
In conclusione, per tornare al discorso del processo infiammatorio,
la chemiotassi viene controllata nei leucociti dalle proteine G
eterotrimeriche che quando vengono attivate attraverso la
stimolazione con le chemiochine reclutano l’isoforma di Pi3-chinasi
gamma (anche qui esistono degli inibitori specifici) questa isoforma
a sua volta va ad attivare gli scambiatori di gruppi guaninici i quali
vanno ad attivare Rac e Cdc42 o anche Rho. L’attivazione di Rac
Cdc42 porta da un lato l’attivazione della Pak chinasi che provoca il
disassemblaggio della miosina 2, organizzazione dell’actina
filamentosa e contrazione della miosina 2; mentre l’attivazione della
via di Wasp2-3 porta all’attivazione del complesso Arp2-3 e
all’organizzazione dell’actina filamentosa. In fine queste risposte
sono responsabili delle modificazioni citoscheletriche e quindi che
caratterizzano la chemiotassi.
Quindi per concludere questa parte, quali sono gli eventi cellulari?
Marginazione, rotolamento, arresto della cellula, adesione sugli
endoteli lesi, dopodichè si ha la polarizzazione, la diapedesi la
trasmigrazione che avviene perché avviene un riarrangiamento
delle funzioni tra le cellule endoteliali dopodiché si ha la migrazione
negli spazi interstiziali e il reclutamento di queste cellule
infiammatorie sul luogo del danno attraverso questo processo di
chemiotassi.
A questo punto cosa deve fare questa cellula infiammatoria? Deve
riconoscere il corpo estraneo, lo deve attaccare e lo deve
distruggere il termine fagocitosi si riferisce al fatto che la cellula
infiammatoria o Neutrofili o Macrofagi ingeriscono e distruggono
questi corpi estranei, da quante fasi è caratterizzato questo
processo? Da tre fasi una fase di attacco, una di ingestione e poi
una fase di Esecuzione della morte. Ma cosa avviene durante
questi processo di fagocitosi? Avviene che le particelle estranee
come batteri, virus vengono distrutti in quale maniera? Attraverso
dei processi di Degranulazione da parte dei Neutrofili i quali
contengono una serie di granuli, alcuni sono specifici altri aspecifici
e soprattutto attraverso la liberazione quantità enorme di specie
reattive dell’ossigeno. Quando si è parlato dei ROS si è detto che
quando si producono queste specie reattive dell’ossigeno si
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possono produrre o durante processi fisiologici come normali
processi di respirazione cellulare fanno produrre i ROS ma vendono
prodotti anche durante particolari situazioni patologiche e cioè
durante la fagocitosi delle cellule neoplastiche oppure durante i
processi di invecchiamento cellulare oppure durante i processi
infiammatori, e quand’è che vengono prodotte queste specie
reattive dell’ossigeno? Soprattutto durante la fagocitosi di quel
corpo estraneo. Ma come avvengono questi processi? In primis il
processo di fagocitosi è stato descritto nel 1901 a Parigi e si
osservava un macrofago che aveva fagocitato un bacillo del
carbonchio. I meccanismi che regolano questo processo sono stati
solo più recentemente studiati, e come fanno i corpi estranei ad
essere fagocitati? Prendiamo il caso dei batteri i quali vengono
opsonizzati con degli anticorpi e quindi a livello della cellula che
fagocita, questo complesso batteri-opsonizzati viene riconosciuto
da un recettore per il frammento cristallizzabile degli anticorpi,
oppure questi corpi estranei vengono riconosciuti perché sulle
cellule infiammatorie (neutrofili e macrofagi) nei processi acuti,
hanno un recettore per il Mannosio oppure un altro recettore
importantissimo è un Integrina detta Mak1 che serve a riconoscere i
batteri e corpi estranei, poi ancora ci sono dei recettori detti
Scavenger che sono dei recettori “spazzini”, questi sono i 4 tipi
recettoriali attraverso i quali avviene la fase di riconoscimento tra il
corpo estraneo la cellula che deve fare la fagocitosi. Ma quali sono i
vari recettori espressi sui fagociti per le opsonine? Possono essere
recettori per il frammento Fc, o recettori che riconoscono particelle
opsonizzate dalle IgG altre invece riconoscono particelle
opsonizzate dalle IgE e altre da particelle opsonizzate dalle IgA,
però esistono dei recettori che riconoscono quelle particelle che
sono opsonizzate dalle proteine del complemento ed esistono 3
recettori Cr1, 3 e 4, Cr1 riconosce le particelle opsonizzate da C1q,
C4b, C3b; Cr3 riconosce le particelle opsonizzate da C1q, C4b,
C3b; Cr4 riconosce le particelle opsonizzate da C3b. Quindi sulla
superficie delle cellule infiammatorie si trovano ricettori che
riconoscono batteri opsonizzati dalle immunoglobuline o che
riconoscono batteri opsonizzati da proteine del complemento oltre
agli altri recettori che si è menzionato prima quindi integrine e ed
altri, ma quali sono questi recettori? Le Integrine riconoscono le
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particelle opsonozzati da fibronectina e vitronectina, i recettori per il
Mannosio che riconoscono i lipopolisaccaridi, recettori Scavenger o
“spazzini” che riconoscono LPS oppure l’Acidolipoico o altre
proteine espresse dalla cellula batterica, quindi recettori specifici
per componenti opsonizzati e recettori che riconoscono altri
componenti del corpo estraneo. Ma cosa avviene come
conseguenza dopo questo riconoscimento? Avviene che la
membrana del fagocita si chiude, un seguito al riconoscimento
ligando-recettore, in torno a questo microbo formano un vacuolo di
membrana, questo vacuolo viene internalizzato e per cui si forma
una specie di endosoma così il microrganismo si trova all’interno di
questa struttura e questo si va a fondere con i lisosomi formando i
fagolisosomi e poi cosa succede? Succede che gli enzimi
lisosomiali vengono attivati e si ha l’uccisione dei microbi che sono
trasportati all’interno del fagosoma. Ma questa uccisione cosa
richiede? Richiede un meccanismo così semplice? NO! Perché il
killing che si osserva durante la fagocitosi può avvenire in diversi
modi: può essere dipendente dall’Ossigeno o può essere
indipendente dall’ossigeno, la maggior parte dei corpi estranei
vengono distrutti mediante le vie ossigeno dipendenti la via
indipendente esercita una scarsissima importanza nel meccanismo
della fagocitosi.
La via ossigeno-dipendente a sua volta può essere mieloperossidasi indipendente oppure mielo-perossidasi dipendente
quindi esistono due complessi enzimatici che uccidono il corpo
estraneo in maniera che dipende dall’ossigeno quindi un sistema
enzimatico coinvolto è quello della mielo-perossidasi. Un altro
sistema enzimatico coinvolto è NADPH ossidasi quindi killingossigeno dipendente e come funziona questo sistema di NADPHossidasi? In condizioni normali nei neutrofili, nelle cellule
infiammatorie questo sistemza NADPH ossidasi come è
organizzato? Non deve funzionare perchè la cellula non ha ricevuto
l’imput infiammatorio e come è possibile che in una cellula normale
questo complesso non funziona? Non funziona perchè questo
complesso è NADPH ossidasi è formato da una parte che è formata
da due subunità che sta sulla membrana plasmatica e da un‘altra
parte che è formata da 3 proteine che sono P40, P47 e P67,
normalmente quando la cellula infiammatoria non deve fare la
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fagocitosi questo complesso è dissociato cioè le due proteine
stanno sulla membrana, una è una subunità 91mila e l’altra di
22mila invece l’altro complesso si trova nel citoplasma. Quando la
cellula viene attivata dal ligando e dal recettore che viene attivato
cioè dopo che è avvenuto il riconoscimento del corpo estraneo
succede che attiva Rac che passa da uno stato di inattivazione ad
uno stato di attivazione, l’attivazione di Rac facilita il trasporto di
questo complesso sulla membrana cellulare quindi la NADPH
ossidasi diventa attiva, quindi in condizioni normali nella cellula che
deve fare la fagocitosi il complesso è dissociato e si hanno 3
subunità P40, P47, P67 che stanno nel citoplasma e due che
stanno sulla membrana plasmatica, quando arriva il segnale
infiammatorio Rac si attiva e RAC GTP facilita la traslocazione di
questo complesso dalla parte citoplasmatica alla parte della
membrana cellulare quindi la NADPH si riaggrega nelle varie
subunità e si ha come conseguenza dell’attivazione di questo
sistema enzimatico induce la formazione dell’anione superossido e
questa è la via mielo perossidasi indipendente, l’anione
superossido viene convertito in perossido di idrogeno e il perossido
di idrogeno viene utilizzato dalla mielo perossidasi per produrre
altre sostanze in presenza di alogenuri, come ioni cloro, per
produrre altre sostanze che hanno azione battericida. Quindi
l’azione battericida è catalizzata dalla mielo-perossidasi e NADPH
ossidasi quindi in conclusione l’attivazione di questi due complessi
enzimatici produce la formazione di specie reattive dell’ossigeno e
di altre potenti sostanze battericide che degradano il corpo
estraneo. Esistono difetti di queste funzioni? Si, esistono difetti delle
funzioni leucocitarie che possono essere congenite e acquisite e si
hanno nel diabete mellito, si ha il deficit della chemiotassi, nella
guarigione delle ferite (perchè i prodotti che derivano dalla
degradazione del glucosio in eccesso impediscono agli elementi
figurati del sangue di funzionare in maniera corretta) i deficit
acquisiti si possono avere nelle malattie autoimmuni, negli sbilanci
nutrizionali ed esistono anche dei difetti congeniti come la malattia
di Wiskott- Aldrich che è dovuta ad una mutazione di una proteina,
che è un target intracellulare delle piccole proteine leganti il Gtp, un
altro es. di difetto congenito è la LAD che è dovuto a un deficit
delle adesione delle cellule infiammatorie ed è dovuta
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all’alterazione genetica della catena beta delle integrine ed esistono
due isoforme di questa malattia la LAD1 e LAD2 , ma esistono
ancora altre sindrome che sono congenite come la sindrome di
Chediak Higashi che è dovuta ad un difetto della degranulazione
lisosomilale per cui questi bambini non hanno un corretto processo
di fagocitosi quindi si ha un marcato decremento nell’abilità di
uccidere i microorganismi da parte di questi bambini ed è
caratterizzato dalla deficienza di una proteina docking di membrana
che è coinvolta nella fusione delle membrane cellulari che si ha
quando il fagosoma si deve fondere con il lisosoma per formare il
fagolisosoma. Oltre alla sindrome di Chediak Higashi si ha una
malattia granulomatosa cronica che consiste nel difetto della
NADPH ossidasi e anche in questo caso l’effetto finale sarà che i
microrganismi non possono essere fagocitati in maniera efficiente.
Quando si ha il processo di fagocitosi si ha non solo la distruzione
del corpo estraneo ma anche un danno tissutale ma questo danno
tissutale è dovuto al fatto che le sostanze che vengono rilasciate
dalle cellule fagocitiche distruggono anche il tessuto vicino, quindi
questo danno tissutale è dovuto agli enzimi lisosomiali che sono
rilasciati negli spazi extracellulari durante la fagocitosi e questi
enzimi vanno a degradare la matrice extracellulare, sono dovuti
ancora al rilascio di specie reattive dell’ossigeno da parte dei
leucociti e soprattutto dei metaboliti dell’acido arachidonico ma
questi eventi se persistono nel tessuto danno origine ad un
processo infiammatorio di tipo cronico che è caratterizzato dal
reclutamento continuo nuove cellule infiammatorie sul tessuto leso.
Questo reclutamento avviene perchè il tessuto tenta di rispondere a
questo processo reclutando delle cellule infiammatorie nel tentativo
di riparare il danno ma queste cellule infiammatorie arrivano sul sito
del danno e cominciano a rilasciare anche’esse altri mediatori per
cui alla base di questo processo vi sono alcune malattie come
l’artrite reumatoide che è la classica risposta infiammatoria di tipo
cronica. Quanti tipi di infiammazioni si possono avere?
l’infiammazione può essere eritematosa, l’eziologia è dovuta a
stimoli ipertermici, radiazioni ionizzanti, questo tipo di
infiammazione riguarda soprattutto gli epiteli di rivestimento oppure
può essere sierosa ed è generalmente di origine batterica dovuto al
mycobacterium tubercolosis può riguardare la pleura e il peritoneo
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oppure può essere fibrinosa ed è dovuta a batteri come lo
pneumococco oppure al clostridium della difterite e va a colpire
soprattutto la laringe, la faringe, la trachea la pleura, il polmone, il
pericardio e il peritoneo, può essere catarrale quindi avete la
formazione di un essudato catarrale e questo avviene nelle infezioni
batteriche da stafilococchi, streptococchi e sono infezioni tipiche
dell’apparato respiratorio, urinario ed intestinale, poi si può avere un
infiammazione di tipo purulento dovuto a batteri piogeni o a corpi
estranei oppure traumi che riguardano follicoli piliferi, le cavità
celomatiche, articolari e la cistifellea oppure si può avere un
infiammazione di tipo emorragico o necrotico e questo accade nelle
infiammazioni batteriche o virali nel caso del carbonchio, del tifo, o
del vaiolo che attacca questa infiammazione ai polmone,
all’intestino, e poi ancora infiammazione di tipo allergico che ha una
causa immunitaria o immuno-patologica che alla base delle arteriti,
riniti e congiuntiviti. Queste sono i tipi di infiammazioni che danno a
loro volta origine a dei tipi specifici di essudato come l’essudato
catarrale, fibrinoso, sieroso, purulento o emorragico. Un ascesso è
una raccolta dell’essudato infiammatorio all’interno di una cavità e
quindi una delimitazione ben precisa e la formazione di un ascesso.
Dal punto di vista generale si è detto che i vari fenomeni che
avvengono non avvengono in successione ma sono sovrapposti tra
loro e abbiamo una prima fase del processo infiammatorio acuto
che è una fase precoce intorno alle dodicesima ora dallo stimolo
infiammatorio si ha l’edema quindi si incomincia a formare
l’essudato infiammatorio, dopo la 24esima ora si ha il reclutamento
dei neutrofili e in seconda giornata vengono reclutati i monociti e
macrofagi, infatti se si ha la puntura di un insetto si ha una prima
ondata di prurito intorno alla 12-24 esima ora poi si calma questa
situazione e dopo di che nel secondo giorno si ha di nuovo il prurito
in quella zona, il prurito è dovuto al rilascio dell’istamina ma la
seconda ondata è dovuta al fatto che arrivano i monociti-macrofagi
che cominciano a rilasciare anche’essi altri mediatori chimici.
Quindi questi sono gli eventi che avvengono nell’infiammazione
cioè l’edema, i fenomeni vascolari sono immediati, reclutamento dei
neutrofili e successivamente reclutamento dei monociti-macrofagi,
tutto questo però richiede la secrezione di mediatori chimici che
sono i mediatori chimici dell’infiammazione.
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I mediatori chimici sono delle molecole coinvolte nei processi
infiammatori e responsabili sia degli eventi vascolari che cellulari
che caratterizzano l’infiammazione e si possono dividere: alcuni
Derivano dal Plasma e altri delle cellule infiammatorie. Quelli che
derivano dal plasma e si trovano sotto forma di precursori e sono le
proteine del complemento e fattori della coagulazione e queste
proteine altamente specializzate vengono prodotte dal fegato quindi
questo spiega perchè nelle malattie epatiche croniche si ha una
disfunzione nella risposta infiammatoria perchè le proteine del
complemento e dalla cascata coagulativa non possono essere
sintetizzate nelle cellule epatiche in maniera efficiente; queste
proteine della cascata coagulativa e della cascata del complemento
si trovano nel plasma sotto forma di precursori quindi sono proteine
che vengono attivate quando si deve avere una risposta
infiammatoria quindi se si hanno delle alterazioni nell’espressione
delle proteine del complemento vuol dire che quel paziente
sicuramente ha un processo infiammatorio in atto perchè il
complemento viene attivato. Questi precursori circolanti devono
essere attivati per poter attivare la risposta infiammatoria oppure vi
sono dei mediatori chimici che Derivano dalle Cellule Infiammatorie
e possono essere rilasciate da queste cellule o immediatamente
perchè sono costipati in granuli per cui vengono immediatamente
messi in circolo oppure vengono sintetizzati ex novo e in questo
caso la sintesi richiede delle ore perchè c’è bisogno del controllo
dell’espressione genica e sintesi di nuove proteine, quindi è molto
più immediata la risposta nel caso in cui questi mediatori vengono
rilasciati che non quella che si ha quando questi mediatori devono
essere neo sintetizzati. Come funzionano questi mediatori chimici?
Funzionano come dei veri e propri segnali ormonali perchè si
legano a dei specifici recettori e la maggior parte di questi mediatori
si legano a recettori sulla superficie cellulare ma altri hanno azione
enzimatica diretta o un’attività tossica diretta ma la loro secrezione
la loro sintesi è un processo regolato. I mediatori preformati che
sono costipati nei granuli secretori delle cellule infiammatorie sono
l’istamina, la serotonia, gli enzimi lisosomiali, mastcellule, piastrine,
macrofagi, basofili, neutrofili e poi ci sono mediatori chimici che
devono essere sintetizzati ex novo tra questi sono le
prostaglandine, i leucotrieni, il paf, le specie reattive dell’ossigeno,
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l’ossido nitrico, le citochine e questi mediatori vengono prodotti
prevalentemente dai leucociti alcuni anche dai macrofagi, dai
linfociti. Poi ci sono mediatori che sono sintetizzati dalla cellula
epatica e sono presenti o sotto forma di precursori e sono il fattore
XII di Hageman la cui attivazione va ad attivare a sua volta il
sistema delle chinine e il sistema coagulativo fibrilonitico; poi
ancora le proteine del complemento e attraverso l’attivazione delle
proteine del complemento si ha la produzione di anafilotossine e la
formazione di un complesso che è il c5b9. Dal punto di vista
funzionale questi mediatori chimici si possono dividere in Mediatori
Vaso Attivi che sono responsabili dell’aumento della permeabilità
vascolare e sono responsabili dell’edema che si ha nel processo
infiammatorio, altri sono Responsabili degli Eventi Cellulari che
caratterizzano l’infiammazione e quindi sono responsabili del
reclutamento dei polimorfonucleati, di piastrine e monociti
nell’infiammazione acuta e sono responsabili invece del
reclutamento e dell’attivazione di macrofagi, linfociti e plasmacellule
nell’infiammazione cronica. Quali sono prevalentemente questi
mediatori? Sono fattori chemiotattici che sono prodotti dalla lipo
ossigenasi, dai peptidi formilati della parete batterica o linfochine o
monochine e alcuni fattori del complemento come C5a, quindi dal
punto di vista funzionale vengono distinti in mediatori chimici che
sono responsabili degli eventi vascolari e mediatori chimici che
sono responsabili degli eventi cellulari.
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Castoria 1.8 (Mercoledì 24 Aprile 2013)
Mediatori Chimici
Infiammazione Cronica
In sintesi il processo infiammatorio acuto è regolato da 3 eventi
importanti: eventi vascolari, cellulari e che tutti questi eventi che
accadono sono dovuti alla liberazione di mediatori chimici, esiste
una classificazione dei mediatori chimici in base alla sorgente,
alcuni mediatori chimici sono presenti nel plasma sotto forma
inattiva e sono attivati in seguito alla risposta infiammatoria, questo
succede per i fattori del complemento, per le proteine della cascata
coagulativa mentre altri mediatori chimici si trovano già pronti nelle
cellule infiammatorie dove vengono costipati sotto forma di granuli
per cui vengono rilasciati immediatamente, hanno un’azione molto
rapida e sono già pronti nelle cellule, altri invece vengono neo
sintetizzati da parte delle cellule infiammatorie e quindi per la sintesi
di questi mediatori ci vuole tempo per svolgere la sintesi proteica.
C’è una classificazione funzionale in cui i mediatori chimici
dell’infiammazione vengono distinti in mediatori vasoattivi che sono
responsabili dell’aumento della permeabilità vascolare quindi
dell’edema infiammatorio e poi altri mediatori che sono quelli che
regolano i fenomeni cellulari del processo infiammatorio quindi i
meccanismi di adesione, rotolamento, chemiotassi, fagocitosi e tra
questi i più importanti sono i fattori chemiotattici che reclutano e
stimolano le cellule infiammatorie come i polimorfonucleati
neutrofili, piastrine, monociti nel caso dell’infiammazione acuta,
macrofagi, linfociti, plasmacellule nel caso dell’infiammazione
cronica.
Cominciamo dalle ammine vasoattive, uno dei mediatori più
importanti è l’Istamina e si trova nei basofili, mastcellule, nelle
piastrine, viene rilasciata immediatamente in risposta agli stimoli
infiammatori e promuove la dilatazione arteriolare e la contrazione
degli endoteli delle venule post-capillari. L’istamina è responsabile
del groviglio che si ha durante il processo infiammatorio infatti molti
dei farmaci che si usano sono gli antistaminici. Tra le più importanti
ammine vasoattive si ha la serotonina che ha degli effetti simili a
quelli dell’istamina e viene rilasciata dalle piastrine quando le
piastrine si aggregano per partecipane anche’esse alla risposta
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infiammatoria e anche al processo di guarigione delle ferite. Acido
arachidonico altro mediatore chimico dell’infiammazione, i
metaboliti dell’acido arachidonico dove sono collocati? L’acido
arachidonico è un componente dei fosfolipidi delle membrane
cellulari ed è la via catabolica dell’acido arachidonico che produce
una serie di metaboliti e quindi di mediatori chimici
dell’infiammazione che hanno degli effetti biologici, vediamo come
può avvenire questo metabolismo dell’acido arachidonico attraverso
quali vie enzimatiche e quali sono i farmaci che si utilizzano in
clinica per i processi infiammatori. La maggior parte dei farmaci
agiscono proprio sul rilascio dei metaboliti dell’acido arachidonico e
i metaboliti dell’acido arachidonico possono essere considerati degli
ormoni a breve raggio cioè agiscono nelle vicinanze del punto che
vengono secrete, questi metaboliti rapidamente decadono o
vengono distrutti quindi hanno un’emivita piuttosto breve e quali
sono le strade attraverso le quali vengono formate questi
metaboliti? Sono 2, una via che viene mediata la 5-lipossigenasi
per cui l’acido arachidonico che è prodotto dai fosfolipidi della
membrana cellulare viene metabolizzato attraverso questa via
enzimatica ma questo acido arachidonico si forma attraverso
l’azione delle fosfolipasi che scindono i fosfolipidi delle membrane
cellulari e da chi vengono attivate le fosfolipasi? Proteine G
eterotrimeriche, però quando abbiamo parlato della necrosi si è
detto che durante il processo di necrosi accade dal punto di visto
biochimico alterazioni della membrana plasmatica e aumento del
calcio intracellulare che arriva sia dall’esterno della cellula e viene
anche rilasciato dai calciosomi, l’aumento del calcio intracellulare
va ad attivare le atpasi quindi si ha un ulteriore deplezione di atp, si
attivano le fosfolipasi quindi distruzione delle membrane cellulari e il
blackground dei fosfolipidi delle membrane e si ha l’attivazione delle
endonucleasi quindi è il calcio intracellulare che attiva queste
fosfolipasi oltre a tutte le vie del segnale che vengono attivate e che
convergono sull’attivazione delle fosfolipasi inclusi l’attivazione dei
recettori di membrana a tirosino chinasi che anche attivano le
fosfolipasi.
Gli steroidi inibiscono le fosfolipasi e questo è il motivo per cui in
terapia viene utilizzato il cortisone, il cortisone che è un
antiinfiammatorio steroideo agisce inibendo la fosfolipasi quindi il
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cortisone inibisce la degradazione dell’acido arachidonico e questa
è l’arma più potente che i clinici hanno oggi a disposizione per poter
curare i processi infiammatori. Succede che dall’acido arachidonico
che si è formato per azione della fosfolipasi si hanno 2 vie che
possono essere intraprese, una è quella della 5 lipossigenasi che
porta alla formazione dei Leucotrieni, leucotrieni c4, leucotriene d4,
leucotrieni e4, quindi attraverso la lipossigenasi si formano dei
leucotrieni che sono responsabili dell’aumento della permeabilità
dei vasi, dall’altro lato attraverso l’azione di una ciclo ossigenasi un
altro enzima, che è inibito dall’aspirina e dall’indometacina e questo
è il motivo perchè viene usato l’adico salicilico e vanno ad inibire la
ciclo ossigenasi, si formano delle Prostaglandine tra cui le più
importanti sono la Prostaciclina GL2 che causa vaso dilatazione ed
inibisce la delegazione piastrinica e dall’altro avete la formazione di
Trombossano A2 che ha un effetto del tutto opposto a quella
Prostaciclina GL2 perchè il trombossano causa vaso costrizione e
promuove l’aggregazione pistrinica.
Si formano attraverso la via della ciclo ossigenasi queste altre 3
prostaglandine la PDG D2, E2, F2, che hanno un effetto vaso
dilatativo e potenziano l’edema quindi l’acido arachidonico viene
sintetizzato attraverso due vie enzimatiche: la via della ciclo
ossigenasi e la via della lipo ossigenasi. La via della ciclo
ossigenasi dà luogo alla formazione di prostaglandine intermedi che
hanno l’una l’effetto opposto all’altro, una provoca dilatazione l’altra
provoca costrizione dei vasi, una promuove l’aggregazione
piastrinica l’altra invece inibisce l’aggregazione piastrinica e si
hanno anche dei prodotti finali che causano vaso dilatazione e
potenziano l’edema. A partire dalla lipossigenasi si ha la formazione
di leucotrieni che aumentano la permeabilità vascolare, questa via è
bersaglio di farmaci come cortisonici perchè i cortisonici inibiscono
la fosfolipasi quindi inibiscono la formazione dell’acido arachidonico
e aspirina e indometacina che inibiscono l’enzima ciclo ossigenasi.
Un altro fattore importante, un altro mediatore chimico importante è
il Paf che è un fattore che attiva le piastrine deriva anch’esso dai
fosfolipidi di membrana per azione delle fosfolipasi induce
aggregazione delle piastrine ed è da 100 a 1000 volte più potente
rispetto all’istamina nell’indurre vasodilatazione per l’alterazione
della permeabilità vascolare. Paf ha anche altri effetti importanti
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come aumentare l’adesione dei leucociti agli endoteli, promuove la
chemiotassi promuove la degranulazione delle cellule infiammatorie
quindi dei fagociti e quindi la liberazione delle specie reattive
dell’ossigeno e del burst ossidativo quindi interviene anche nei
processi di fagocitosi. Poi abbiamo delle citochine che sono dei
polipeptidi secreti dalle cellule infiammatorie le quali servono a
regolare i processi di migrazione e chemiotassi servono a regolare i
processi di fagocitosi quindi fenomeni cellulari nel processo
infiammatorio ma hanno anche azione sulla proliferazione sulle
cellule e perché sono studiate? Perché sono degli ottimi bersagli
terapeutici sia per la terapia dei processi infiammatori sia per le
terapie dei tumori perché il processo infiammatorio partecipa alla
progressione tumorale. Altro mediatore importantissimo è l’Ossido
Nitrico (NO) il quale è un gas solubile con un ampio spettro di
funzione che però sono a breve raggio quindi si comporta come un
ormone a breve raggio e a che cosa serve quest’ossido nitrico e da
chi viene sintetizzato? Viene sintetizzato a partire da L-arginina,
ossigeno molecolare e da NADPH la sintesi è catalizzata da un
enzima che è l’ossido di azoto sintetasi o ossido nitrico sintetasi,
quante forme esistono di ossido nitrico sintetasi? Una endoteliale
che viene detta E-nos, una forma che è presente nel tessuto
cerebrale, nelle cellule nervose detta N-nos, e una detta I-nos (I sta
per inducibile) quindi è una forma che viene indotta, durante il
processo infiammatorio si osserva l’induzione di questa forma
enzimatica e si ha la sintesi di quest’ossido nitrico durante il
processo di fagocitosi quando viene attivato il complesso NADPH
ossidasi. Mentre nella forma endoteliale è coinvolta nella
patogenesi dell’aterosclerosi e vi sono per esempio alcuni ormoni
come i non steroidei come estrogeni che facilitano l’attivazione o
inducono l’attivazione di questa forma endoteliale dell’ossido nitrico
sintetasi quindi gli estrogeni hanno un azione positiva sul processo
di ossido riduzione promuovendo il rilascio di NO negli endoteli e
questo cosa spiega? Il motivo in cui le donne sono molto più
protette ai processi ateromasici e quindi dalle malattie
cardiocircolatorie quindi dai processi trombotici ma fino a quando?
Fino alla menopausa dove si ha un declino dei livelli ormonali
soprattutto degli estrogeni e quindi viene persa questa azione
protettiva che è dovuta dal fatto che l’estradiolo agisce
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positivamente su questo tipo di NO-sintetasi promuovendo il rilascio
di NO e quindi il rilascio di NO da parte delle cellule endoteliali che
cosa fa, cosa favorisce? Il rilassamento dei vasi quindi gli endoteli
dei vasi non si presentano rigidi e hanno una certa plasticità e
quindi in questa maniera si oppongono alla formazione di placche
ateromasiche ed eventualmente al distacco di trombi da queste
placche ateromasiche. Ma perché è importante l’NO? Regola la
funzione dei vasi durante la risposta infiammatoria, riduce
l’aggregazione piastrinica infatti la placca ateromasica si complica
quando si ha l’aggregazione delle piastrine sulla placca; poi modula
la risposta dell’ospite all’infezione ed alterazione della produzione di
NO sono presenti in alcune malattie come il diabete mellito e
aterosclerosi e nell’ipertensione arteriosa.
Altri mediatori importanti sono i radicali liberi come anione
superossido, perossido di idrogeno, radicali ossidativi e da chi
vengono liberati questi radicali liberi? Vengono liberati dal leucociti
in seguito alla stimolazione chemiotattici oppure vengono liberati in
seguito all’esposizione di immunocomplessi ma soprattutto liberati
durante i processi di fagocitosi mediante il complesso enzimatico
NADPH ossidasi ma vengono liberati anche attraverso la
liberazione della mieloperossidasi (contenuto nei leucociti
polimorfonucleati) durante i processi di fagocitosi ossigeno
dipendenti viene liberato un enorme quantità di specie reattive
dell’ossigeno. Queste specie reattive dell’ossigeno cosa fanno? Si
combinano con NO formando degli intermedi reattivi per dell’azoto
e sono questi intermedi che danno un azione anti microbica
inducendo ulteriore rilascio di chemiochine e citochine e regolano le
molecole di adesione e di questo aspetto ne parleremo quando
parleremo delle ipercolesterolemie. Queste specie reattive
dell’ossigeno per fortuna hanno un rapido decadimento che viene
accelerato da sostanze come alcune vitamine oppure il
decadimento viene accelerato attraverso degli scavengers e che
cosa inducono? Inducono danno tessutale o perché vanno ad agire
direttamente sulle cellule degli endoteli dei vasi, oppure attivando
delle proteasi vanno ad indurre a un danno alla matrice
extracellulare perché promuovono la degradazione della matrice
extracellulare. Altri mediatori chimici sono i costituenti lisosomiali
come granuli specifici dei lisosomi che contengono lisozima,
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collagenasi, elastasi, gelatinosi sono tutti enzimi che a che cosa
servono? A degradare delle macro molecole, gli enzimi lisosomiali
agiscono a pH acido; in oltre vi sono granuli azzurrofili detti anche
specifici che contengono la mieloperossidasi che è l’enzima che si
attiva durante il processo di fagocitosi, poi idrolisi ed altri fattori
battericidici. Quindi i costituenti lisosomiali intervengono soprattutto
durante il processori fagocitosi. Poi ancora, abbiamo le proteine del
complemento e come può essere attivata questa via? Può essere
attivata in due modi via Classica che viene attivata dai complessi
antigene-anticorpo, oppure può essere attivata da una via
Alternativa che coinvolge i polisaccaridi della superficie batterica
quindi la via classica è quella via immunitaria di attivazione dei
fattori del complemento quindi questa via viene attivata in seguito
alla formazione dei complessi antigene-anticorpo oppure via
alternativa attivata direttamente dai polisaccaridi della parete
batterica, ma qual è il concetto di questa via (che è lo stesso
concetto dell’attivazione della cascata del complemento)? È che a
partire da un precursore inattivo si formano, vengono rilasciati, dei
prodotti proteici specializzate che da chi vengono sintetizzati? Dal
fegato, dalle cellule epatiche, quindi a partire da precursori inattivi
ed uno dei più importanti è C3 che viene convertito attraverso
degradazione proteolitiche, attraverso convertasi, viene degradato
e da questa degradazione vengono rilasciate delle forme attive
come la C3a soprattutto, e C3b e a partire da C3a e C3b vengono
formate, per azione di un altro enzima che è la C5 convertasi viene
formatoli C5 il quale a sua volta viene attivato e quest’attivazione da
origine al C5a che è uno dei fattori chemiotattici più potenti e il C5b
che in ultima analisi va a favorire l’assemblaggio di un complesso
che è formato da fattori quali C5b, C6, 7, 8, 9, che formano il
complesso di attacco alle membrane quindi a che cosa serve
questo complesso di attacco alle membrane? A riconoscere il corpo
estraneo batterico soprattutto ed attaccarlo, quindi durante
l’attivazione della via del complemento vengono rilasciate a partire
da molecole inattive vengono rilasciate attivate delle molecole che
hanno o una potente azione chemiotattica oppure servono al
riconoscimento del corpo estraneo che ha indotto il danno e quindi
da attaccarlo.
Per quanto riguarda il sistema del complemento quel è la proteina
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capostipite dell’attivazione di questa cascata? È il fattore 12
Hageman che è una proteina specializzata che viene prodotta dalla
cellula epatica e da chi vene attivato il fattore 12 Hageman? Dal
collagene, dalle membrane basali e dall’attivazione piastrinica
quindi tutte le volte che si hanno modificazioni della matrice
extracellulare o si ha l’attivazione delle piastrine, come accade
durante il processo infiammatorio, si ha l’attivazione del fattore 12,
però questo fattore che viene attivato per proteolisi infatti la cascata
coagulativa è una serie di processi proteolitici per cui da un
precursore inattivo si forma una molecola attiva un pò come
succede nell’attivazione delle caspasi durante il processo
apoptotico e questo fatto 12 viene attivato in presenza di un
cofattore che è il Chininogeno ad alto peso molecolare (HMWK) e
l’attivazione avviene da parte di collageno, membrane basali e
piastrine attivate quindi si forma un fattore 12 attivato e cosa
succede quando viene attivato? Da un lato questo fattore attiva la
cascata delle chinine cioè che cosa fa? Trasforma la Precallicreina
che è inattiva in Callicreina questa a sua volta va ad attivare un
sistema fibrinolitico oppure converte il chininogeno in Bradichinina è
un potente mediatore chimico rilasciato il processo infiammatorio,
ha una potentissima azione sulla permeabilità dei vasi e quindi è
coinvolto nei processi vascolari dell’infiammazione. Ma l’attivazione
di questo fattore 12 non attiva solo la Bradichinina quindi non è
coinvolto solo nella risposta infiammatoria ma è coinvolto anche nei
processi di fibrinolisi quindi dissoluzione del tappo di fibrina quindi
l’attivazione questo processo è coinvolto anche nei processi nelle
patologie cardiovascolari o cardiocircolatorie quindi nei processi di
trombosi. In che cosa consiste l’attivazione di questo fibrinolitico?
Consiste che la Callicreina che si forma a partire dal fattore 12
attivato va a convertire il plasminogeno in plasmina che a sua volta
da un lato va ad attivare la cascata del complemento perché
favorisce la conversione di C3 in C3a quindi si ha un amplificazione
della risposta infiammatoria perché a partire dall’attivazione del
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fattore 12 si ha la liberazione di Bradichinina che è un potentissimo
mediatore che media le risposte vascolari però si ha anche
l’attivazione della cascata del complemento la conversione di C3 in
C3a e quindi si ha anche l’attivazione dei processi cellulari
infiammatori perché il fattore C3a insieme al C5a è un potente
chemiotattico e serve alla formazione del complesso di attacco alla
membrane. Quindi la plasmino da un lato va ad attivare la cascata
del complemento dall’altro lato che cosa fa? Va ad attivare la fibrina
con la produzione dei prodotti, quando si ha l’aggregazione
piastrinica, questa fibrina cosa fa? Va a scindere questi aggregati
piastrinici per cui si parla di processi di fibrinolisi. Ma che cosa
significa questo che abbiamo detto fin ora? Significa che negli
organismi superiori due sistemi importanti, specializzati, via del
complemento quindi proteine nella cascata del complemento e
proteine della cascata coagulativa sono intimamente correlate tra di
loro, l’attivazione della via della coagulazione porta all’attivazione
della cascata del complemento e questo serve ad amplificare la
risposta infiammatoria ed acconsentire di far si che le cellule
infiammatorie vengano portate al più presto sul sito del danno e
questo avviene solo attraverso l’amplificazione di una risposta
mediata da questi mediatori chimici. Dall’altro lato cosa succede?
Succede che il fattore 12a (attivato) controlla la cascata coagulativa
cioè controlla la formazione del coagulo del sangue quindi
l’attivazione di un fattore cosa va a fare? Da una parte controlla la
fibrinolisi quindi la disgregazione del tappo fibrinico e quindi si
oppone ai processi trombotici perché il trombo è formato anche da
aggregazioni di piastrine e dall’altro va ad attivare la coagulazione
del sangue e come? Il fattore 12a va ad attivare il fattore 11 il quale
converte la protrombina in trombina la quale va ad attivare il
fibrinogeno e questo va a formare il tappo di fibrina e cosa serve
questo tappo? Serve alla formazione del coagulo. Quindi
l’attivazione di questa via da un lato serve alla formazione del
coagulo dall’altro lato attraverso la cascata delle chinine serve a
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convertire il plasminogeno in plasmima che a sua volta va ad agire
sulla fibrina inattivandola, disaggregando il coagulo e dall’altro
mediante l’attivazione di questa cascata delle chinine dove si ha la
liberazione della bradichinina e l’attivazione della cascata del
complemento quindi l’attivazione del fattore 12 serve: 1) Alla
risposta infiammatoria 2) serve a mantenere un equilibrio in un
sistema importantissimo che è il sistema coagulativo e fibrinolitico e
l’alterazione di una di queste proteine è sufficiente per indurre o una
coagulazione disseminata oppure per indurre la formazione di tappi
di fibrina e quindi di trombi che portano alle malattie
cardiocircolatorie, ictus cerebrale, infarto del miocardio, trombi che
si fermano agli arti inferiori inoltre rientrano anche nel processo
alterosclerotico, quindi la liberazione di questi mediatori chimici
dell’infiammazione cosa produce dal punto di vista clinico? Produce
alcuni segni del processo infiammatorio che sono le reazioni della
fase acuta e quali sono le reazioni della fase acuta o degli effetti
sistemici dell’infiammazione? La febbre, aumento della temperatura
corporea, anoressia che è la stanchezza che accompagna sempre i
processi infiammatori, la sintesi delle proteine della fase acuta cioè
si trovano dei marcatori specifici del processo infiammatorio come i
fattori del complemento infatti se si eseguono degli esami di
laboratorio nel corso di un infiammazione acuta si troveranno valori
elevati delle proteine del sistema del complemento, alterazioni del
numero dei globuli bianchi. Da che cosa sono dovute queste
manifestazioni, questi effetti acuti del processo infiammatorio?
Sono dovuti soprattutto dal rilascio delle citochine e chemiochine
ma sono dovute dal TNF che induce la produzione di un
interleuchina di tipo 1 la quale a sua volta consente la sintesi e il
rilascio dell’interleuchina 6 quindi la febbre e le altre alterazioni
cliniche che sono dovute soprattutto dal rilascio di citochine e dal
fattore TNF, la luecocitosi, l'aumento del numero dei globuli bianchi
che accompagna i processi infiammatori come può cambiare? I
globuli bianchi aumentano da 5-10 volte fino a 15-20 volte rispetto
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alla norma alcune volte si possono avere delle reazioni di tipo
leucimoide che mimano una leucemia, con un aumento del numero
dei globuli bianchi da 40 a 100 volte fino alla norma e questi globuli
bianchi vengono rilasciati direttamente dal midollo osseo in seguito
al danno e come cambiano? Si ha un aumento dei
polimorfonucleati neutrofili nelle infezioni batteriche quindi quasi
sempre i batteri inducono un aumento dei neutrofili. Poi si ha un
aumento degli eosinofili nelle parassitosi, alcuni virus inducono un
aumento dei linfociti mentre altri virus invece inducono una
diminuzione del numero dei globuli bianchi. In tutti processi
infiammatori in seguito ad una necrosi si ha un aumento dei
polimorfonucleati soprattutto i neutrofili, anche se si ha un infarto
del miocardio e si va a fare l'esame microbocitometrico del paziente
si troveranno i segni sistemici del processo infiammatorio quindi
aumento dei globuli bianchi nel sangue oltre agli enzimi cardiaci
che vengono rilasciati in circolo. Come può evolvere il processo
infiammatorio acuto? Il processo infiammatorio acuto può risolvere
e in questo caso si ha una restitutio ad integrum del tessuto che
riprende le sue funzioni quindi avete la guarigione di quelle ferita
perchè ogni processo infiammatorio genera una ferita che deve
essere guarita oppure si può avere un processo di fibrosi e cosa
significa e quando lo si ha? Lo si ha quando lo stimolo o il danno
non viene rimosso per cui si ha continuamente il reclutamento sul
sito del danno di cellule infiammatorie soprattutto dei monociti che
si trasformano in macrofagi per cui in questo caso si ha
contemporaneamente il tentativo del tessuto di guarire però
attraverso il reclutamento di macrofagi e linfociti ma si ha anche il
danno tissutale che rimane e persiste perchè quando i macrofagi
vengono reclutati rilasciano una serie di mediatori chimici
dell'infiammazione e quindi in questo caso si ha la fibrosi e che
significa questo alla fine? Significa che il tessuto parenchimale
viene sostituito con del tessuto connettivale perchè entrano in gioco
i fibroblasti e i fibroblasti cominciano a depositare matrice
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extracellulare e si ha la degenerazione fibrotica di quel tessuto,
questo è quello che avviene nella fibrosi epatica quando il virus
dell'epatite C non viene allontanato ma permane e questo virus
tende a dare un epatite che cronicizza quindi avete un epatite
cronica e quindi si ha intervento di macrofagi, di fibroblasti,
deposizione di matrice per cui si ha scompaginamento dei tessuti.
Oppure si può avere la formazione di un ascesso che è una
collezione di pus (liquido di aspetto cremoso, viscoso, in cui sono
presenti in grande quantità polimorfonucleati che hanno subito lisi)
che è un essudato purulento che si va ad accogliere in una cavità
ben organizzata, organizzata che può rimanere lì anche per anni,
oppure si può avere la progressione verso il processo infiammatorio
di tipo cronico.
Quando si ha la risoluzione del processo infiammatorio che cosa
succede? Si ha il ripristino della normale permeabilità vascolare, il
drenaggio dei liquidi e delle proteine dell'essudato da parte dei
linfatici oppure avviene tutto per pinocitosi e si ha ancora la
fagocitosi dei neutrofili apoptotici, dei detriti necrotici e questa
fagocitosi avviene ad opera delle cellule del sistema fagocitico e la
eliminazione dei macrofagi che hanno fagocitato queste cellule
apoptotiche e questi detriti necrotici e quindi si ha la risoluzione del
processo infiammatorio. Questo processo piuttosto che risolversi
può portare alla fibrosi e quindi alla perdita di funzione del tessuto
oppure ancora alla formazione dell'ascesso o ancora può
progredire verso un processo di infiammazione cronica. Da che
cosa è caratterizzato e quali sono i fenomeni grossolani che
caratterizzano l'infiammazione cronica? Sono l' infiltrato di cellule
mononucleate quindi i macrofagi, l'angiogenesi quindi la formazione
di nuovi vasi a partire da vasi preesistenti e poi ancora la
formazione di una fibrosi ed eventualmente di una cicatrice.
Quali sono le caratteristiche del processo infiammatorio cronico?
Dura mesi o anni ed è caratterizzato da fenomeni tissutali, la
cronicizzazione da che cosa è causata? E' caratterizzata da
fenomeni tissutali, e la cronicizzazione da che cosa è causata? è
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causata dal fatto che l'agente che ha causato il danno non viene
eliminato in maniera efficace oppure dal fatto che si ha un
esposizione perseverante all'agente oppure ancora perchè si hanno
delle reazioni autoimmuni perchè alcuni elementi delle nostre
cellule, dei nostri tessuti non vengono riconosciuti dal sistema
immunitario quindi si ha la perdita del self e quindi in questo modo
si creano dei complessi che vanno ad agire contro le cellule
dell'organismo addirittura in alcune patologie contro il DNA nativo
delle cellule.
Si distinguono due forme diverse di infiammazione cronica un
infiammazione cronica Non Granulomatosa, la maggior parte delle
infiammazioni croniche non sono granulomatose ad es. la bronchite
cronica non è granulomatosa, non è caratterizzata da questa
lesione tipica che viene detta granuloma. Esistono altre forme come
l’epatite cronica non è granulomatosa, ci sono una miriade di
infiammazioni croniche che non sono granulomatose cioè non sono
caratterizzate da una lesione che viene detta Granuloma. Esistono
delle infiammazioni croniche che vengono dette Granulomatose in
quanto sono caratterizzate da una lesione anatomopatologica ben
specifica che è il Granuloma ma quali sono questi? Tubercolosi,
Sifilide, malattie contratte in ambienti di lavoro in seguito
l’ingestione di polveri sottili come Asbestosi (o asbesto o amianto)
Silicosi che, soprattutto a livello polmonare, danno formazione di
Granulomi tipici; Granulomi da Corpi Estranei che si trovano tra i
tossici dipendenti nei punti di iniezione delle sostanze perché
insieme a queste sostanze vengono iniettate anche corpi estranei
come Talco o altre macro molecole oppure granulomi da corpi
estranei si possono avere quando ad es. in seguito ad un trauma
penetra un corpo estraneo al disotto della cute come schegge di
legno o vetro in questo caso si forma un granuloma attorno a
questo corpo, e a che cosa serve? È il tentativo, da parte del nostro
corpo di eliminare un corpo estraneo che però non può essere
facilmente digerito o fagocitato dai macrofagi. Ma cosa hanno in
comune? La mancanza di fenomeni essudativi, quindi noi non
troveremo dell’essudato nel processo infiammatorio cronico e la
mancanza di neutrofili quindi tipi cellulari diversi rispetto
all’infiammazione acuta. L’infiltrato cellulare da chi è composto? Da
macrofagi e linfociti, raramente in alcuni tipi di granulomi si possono
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trovare degli eosinofili, in alcune forme di parassitosi croniche
possono essere reclutati anche gli eosinofili ma l’evento è
abbastanza raro.
Quindi se volessimo definire il processo infiammatorio cronico
possiamo dire che questo processo è un processo in cui il danno e
il tentativo del nostro organismo di rispondere a qual danno quindi
di ricostituire l’integrità tissutale procedono di pari passo, quindi si
ha da un lato il processo infiammatorio e dall’altro si ha il tentativo
del tessuto di guarire, questi due eventi avvengono
Contemporaneamente. Questi due eventi ovviamente portano, nella
maggior parte dei casi, alla fibrosi del tessuto e da che cosa è
caratterizzata la lesione infiammazione cronica? Da un infiltrato di
cellule mononucleate, dalla distruzione del tessuto e dalla
riparazione del tessuto che coinvolge l’angiogenesi e il deposito di
nuova matrice extracellulare quindi la Fibrosi.
L’infiammazione Non Granulomatose sono delle infiammazioni che
presentano una composizione dell’infiltrato infiammatorio costante
nel tempo, hanno un aspetto aspecifico, talora possono dare delle
complicanze dovute a compressione meccaniche dei vasi, per via
dell’infiltrato e possono portare all’insorgenza di fibrosi con sclerosi
quando si ha un eccesso di deposito di matrice cioè eccesso di
connettivo, l’eziologia è diversa infatti può essere dovuta da
fenomeni auto immunitari oppure da organismi che hanno bassa
virulenza ma con elevata resistenza oppure dal persistente contatto
con allergeni e queste sono le cause dell’infiammazione Non
Granulomatose.
L’infiammazione di tipo Granulomatosa è caratterizzata da un
eziologia dovuta al fatto che nei fagolisosomi persistono dei micro
organismi o persistono a lungo delle sostanze che sono indigeribili
da parte dei macrofagi. Ma quali sono le caratteristiche di questa
infiammazione? Che nei tessuti compaiono delle formazioni
sferiche che vengono detti Granulomi che sono caratterizzati
sempre dalla presenza dei macrofagi, quindi la cellula che si trova
in queste lesioni sferiche è il macrofago. È specifica, la morfologia
del granuloma dipende dall’agente che lo ha indotto infatti il
granuloma tubercolare è diverso da quello specifico, infatti in quello
tubercolare si ha la necrosi del granuloma al centro e viene detto
anche caseoso infatti viene detta anche detta necrosi caseosa;
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mentre nel granuloma luetico, dovuto alla sifilide, si ha la
formazione di una gomma all’interno del granuloma che viene detta
anche Gomma Luetica. Quindi ogni granuloma è diverso dal punto
di vista anatomopatologico mentre dall’altro è specifico dell’agente
che lo ha indotto. L’evoluzione di questo processo qual è? La
sostituzione fibrotica del tessuto, la deposizione di Sali di calcio al
interno del granuloma o l’incapsulamento, la delimitazione del
granuloma da parte di una capsula e quindi il granuloma compare
capsulato.
Ma quali sono le cellule più importanti che caratterizzano
l’infiammazione cronica? Macrofagi, Linfociti e occasionalmente si
trovano Eosinofili che non sono caratteristici del processo
infiammatorio cronico.
La Funzione dei Macrofagi, questi derivano da cellule staminali detti
Blasti che dal midollo osseo vengono reclutati nel sangue e
differenziano in senso Monocitico quindi a livello del sangue
periferico si trovano monociti che vengono reclutati, durante il
processo infiammatorio acuto, dai tessuti e differenziano in senso
macrofagico, a livello tissutale i macrofagi che cosa fanno? O
possono essere attivati e quindi a provvedere ai processi di
chemiotassi, fagocitosi in seguito all’attivazione o possono
ulteriormente differenziarsi questi vengono chiamati Macrofagi
Residenti, e quali sono quelli più importanti? Quelli della microglia
del SNC che hanno un ruolo importantissimo nella patogenesi delle
malattie neurodegenerative oppure le cellule del kupffer del fegato
che sono importanti nel processo delle cirrosi (fibrosi cirrosi) i
macrofagi alveolari del polmone e gli osteoclasti che sono
importantissimi quando in tumore metastatizza a livello osseo.
Quindi questi sono dei macrofagi ben differenziati che si trovano in
questi tessuti che vengono detti residenti perché si trovano gia
differenziati in questi tessuti dove vanno ad esplicare le funzioni
importantissime nella fisiologia di questi tessuti. Ma come vengono
attivati i macrofagi che vengono reclutati dal sangue periferico ai
tessuti? I meccanismi di attivazione dei macrofago sono 2: o attivati
per via immunitaria quindi attraverso le cellule T oppure per via non
immunitaria. Iniziamo da come i T attivano i macrofagi, li attivano
attraverso il rilascio di una citochina detta Interferone Gamma (INF)
quindi i T secernano INF che va ad attivare per via immunitaria la
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cellula macrofagica, ma l’attivazione di macrofagi però può avvenire
anche per via non immunitaria infatti i macrofagi possono essere
attivati dall’endotossine che si liberano durante i processi
infiammatori, dalle proteine della matrice extracallulare soprattutto
la fibronectina e da mediatori chimici perché posseggono una
batteria di recettori per i mediatori chimici tra cui CSF1 (colony
stimulating factor). Il macrofago quando viene attivato, qualsiasi sia
il meccanismo di azione che cosa fa? Produce, rilascia delle
sostanze, che sono indispensabili per il danno tissutale e per il
processo di fibrosi. Specificatamente fa: rilascia sostanze che
intervengono nel danno tissutale, metaboliti tossici dell’ossigeno,
proteasi, fattori chemiotattaci per i neutrofili, fattori che attivano la
cascata coagulativa, metabolici dell’acido arachidonico e NO quindi
in questa maniera, attraverso il rilascio di queste sostanze inducono
il danno alla cellula, ma oltre ad indurre danno tissutale che fanno?
Promuovono anche la fibrosi del tessuto quindi deposito di matrice
perché rilasciano delle collagenasi che rimodellano la matrice extra
cellulare, rilasciano delle citochine fibrogeniche cioè facilitano il
deposito della matrice extracellulare quindi tutto questo che
significa? Che in seguito all’attivazione del macrofago si ha la
distruzione del tessuto e contemporaneamente una serie di
processi biochimici che contribuiscono alla deposizione e
rimodellamento della matrice extracellulare quindi una sola cellula
promuove contemporaneamente danno tessutale e fibrosi, questo è
il motivo per cui il macrofago è considerato la cellula principe del
processo infiammatorio cronico.
Nell’infiammazione Acuta abbiamo la scomparsa dei macrofagi
quando il danno viene rimosso nell’infiammazione Cronica si ha un
reclutamento continuo dei macrofagi, ed è questa la differenza
sostanziale fra questi due tipi di infiammazioni. Ad es.come nei
fumatori i macrofagi vengono continuamente reclutati al livello degli
epiteli bronchiali e li inducono la secrezione di mediatori chimici
importantissimi che sono responsabili della proliferazione
incontrollata delle cellule ed è questo il motivo per cui la maggior
parte dei processi infiammatori cronici sono associati alla comparsa
di neoplasie, bronchiti croniche, tumori dei bronchi, infezioni
croniche delle vie urinarie, tumori delle vie urinarie, infezioni
croniche della colecisti, tumori della colecisti o tumori delle vie biliari
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danni infiammatori sulla pelle per es. possono indurre tumori della
pelle quindi tutto questo per dire che i rapporti tra infiammazione e
tumori sono importantissimi e oggi si pensa che il processo
infiammatorio è importante nella progressione del tumore quindi nei
meccanismi
che
regolano
l’invasività,
metastasi
etc…
precedentemente parlammo di un nuovo farmaco “trabectedin” che
non è altro che un anti infiammatorio che va ad inibire l’azione dei
macrofagi ma viene usato anche nella terapia dei tumori.
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Castoria 1.9 (Lunedì 29 Aprile 2013)
Infiammazione Cronica
Aspetti Caratteristici Della Guarigione Di Una Ferita
La lezione scorsa abbiamo cominciato a parlare dell’infiammazione
cronica e una delle cellule più importanti che partecipa a questo
processo è il macrofago, quali sono i macrofagi che intervengono in
questo processo? Sono i macrofagi residenti oppure sono quelli che
vengono reclutati attraverso il sangue periferico cioè vengono
reclutati i monociti i quali quando trasmigrano per diapedesi dai vasi
agli spazi interstiziali differenziano in senso macrofagico ed è chiaro
che durante il processo infiammatorio cronico questi macrofagi
devono essere attivati e come possono essere attivati? Possono
essere attivati per due strade, una strada detta immunitaria e che
prevede l’intervento dei linfociti ed un’altra invece che non è di tipo
immunitario. La via immunitaria prevede che le cellule T attivate
rilasciando delle citochine infiammatorie evidentemente l’interferone
gamma vadano ad attivare i monociti-macrofagi quando una volta
attivati si mettono a secernere delle sostanze che sono responsabili
o del danno tissutale o della fibrosi. Il danno tissutale perché queste
sostanze sono le specie reattive dell’ossigeno, le proteasi, i fattori
chemiotattici per i neutrofili, alcuni precursori dei fattori di
coagulazione, metaboliti dell’acido arachidonico e ossido-nitrico,
naturalmente i macrofagi non secernono i fattori della coagulazione
ma vanno ad attivare i fattori della coagulazione, e ancora i
macrofagi attivati possono secernere delle sostanze che sono
responsabili della fibrosi tissutali che sono i fattori di crescita oppure
ancora le citochine fibrogeniche oppure ancora dei fattori che
regolano i processi di angiogenesi o ancora delle collagenasi che
rimodellano il tessuto. Dicemmo pure che la differenza importante
tra il processo infiammatorio acuto e quello cronico è che nel
processo infiammatorio cronico vengono reclutati sul sito
continuamente dei macrofagi invece nel processo infiammatorio
acuto le cellule infiammatorie vengono rimosse, i neutrofili
apoptotici vengono rimossi attraverso i macrofagi e i macrofagi
vengono allontanati dal sito del danno una volta che il processo si è
risolto, che il danno è stato rimosso appunto dalle cellule
fagocitiche e questo è la differenza fondamentale. Solo i macrofagi
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partecipano a questo processo? No! Partecipano a questo
processo anche i linfociti che vengono immobilizzati sia nelle
reazione immunitarie di tipo umorale che nelle reazioni immunitarie
cellulo-mediata e soprattutto quello che si ha in questo tipo di
risposta infiammatoria è la cooperazione tra linfociti e macrofagi. I
linfociti una volta che sono stati attivati rilasciano dei madiatori
chimici linfochine, soprattutto, oppure rilasciano l’interferone
gamma che va ad attivare i macrofagi, i macrofagi attivati che cosa
fanno a loro volta? Da un lato secernono dei mediatori chimici e
dall’altro si mettono a secernere due fattori importanti che sono
l’interleuchina1 e il Tnf (tumor necrosis factor) che a loro volta
vanno ad attivare i linfociti, quindi cosa abbiamo? Abbiamo una
cooperazione positiva tra due tipi cellulari cioè linfociti e macrofagi
quindi un loop che si crea nell’infiammazione cronica per cui i
linfociti attivati attraverso l’interferone gamma va ad attivare il
macrofago il quale una volta attivato dall’interferone gamma
secerne dei fattori l’interleuchina1 e Tnf che vanno ad attivare i
linfociti. Quindi attraverso questo circuito che si crea tra questi due
tipi cellulari e questo processo infiammatorio che cosa fa ? Si auto
mantiene e questa è la base della cronicizzazione del processo il
fatto che il processo si auto mantiene. Abbiamo visto la volta scorsa
come l’infiammazione cronica è di due tipi, di tipo granulomatosa o
di tipo non granulomatosa. Che cosa significa infiammazione
granulomatosa? Significa che questa infiammazione cronica è
caratterizzata dalla presenza di una lesione specifica che viene
detta granuloma. Che cosa è un granuloma? Il granuloma è un
aggregato di macrofagi che hanno un fenotipo simile a quello delle
cellule epiteliali e questi macrofagi vengono detti anche macrofagi
epitelioidi e che cosa significa che questi macrofagi sono epiteliodi?
Significa che hanno un fenotipo allargato simile a quello delle
cellule epiteliali, normalmente anche i macrofagi sono cellule che si
muovono ed hanno un fenotipo piuttosto allungato e polarizzato
quindi differenziano in senso epiteliale cioè hanno un aspetto che le
differenziano, assumono un aspetto di tipo epiteliale per cui questi
macrofagi vengono detti macrofagi epitelioidi a volte si possono
fondere tra loro a formare dei sincizi, degli aggregati di cellule che
hanno anche 40-50 nuclei quindi che derivano dalla fusione di 4050 macrofagi e queste cellule sono delle cellule giganti. Il
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granuloma quindi è una collezione di macrofagi epiteliodi che sono
circondati da linfociti quindi in questa maniera si ha interazione tra
macrofagi e linfociti e al centro del granuloma si trova questa
raccolta di questi macrofagi e in periferia si trova questa rima di
linfociti che circonda questa lesione granulomatosa. Da chi possono
essere indotte queste lesioni granulomatose? Possono essere
indotti da agenti biologici e possono essere indotti anche da corpi
estranei, generalmente quando si ha questa lesione
granulomatosa? Nel caso di un batterio che stimola dei processi di
ipersensibilità ritardata quindi si parla in questo caso di batteri che
hanno bassa virulenza ma hanno grossa resistenza quindi sono
batteri che permangono a lungo nel nostro organismo ma che
hanno bassa intensità di virulenza e quali sono questi batteri? Sono
i mycobacterium leprae e mycobacterium tubercolosis cioè sono gli
agenti eziologici della lebbra e della tubercolosi e poi ancora il
treponema pallidum responsabile della sifilide umana e questi sono
gli agenti biologici più importanti che causano delle lesioni di tipo
granulomatose, nel caso del batterio della tubercolosi il granuloma
che si forma è un granuloma tubercolare, nel caso della treponema
pallidum quindi della sifilide si ha un granuloma luetico che viene
detta anche gomma luetica (la sifilide si chiamava lue un tempo)
ancora alcuni parassiti per es gli schistosomi possono dare luogo a
un processo infiammatorio cronico caratterizzato anch’esso da un
granuloma. Ancora durante alcune micosi istoplasmosi,
blastomicosi che tendono a cronicizzare quindi infezioni funginee si
hanno granulomi ed ancora per azioni dei metalli per es. la silicosi
oppure ancora si può avere dei granulomi da corpi estranei in
seguito a delle suture chirurgiche oppure per la penetrazione di
materiale estraneo per es. schegge di legno o di vetro piuttosto
grosse al di sotto della cute danno in genere una lesione
granulomatosa quindi la risposta di granulomatosa è caratterizzata
da che cosa? E’ caratterizzata dal fatto che l’agente estraneo non
può essere rimosso o perché è persistente nel tempo quindi
parliamo di batteri, fughi, parassiti che sono resistenti oppure
perché il corpo estraneo è così ingombrante che i macrofagi non
riesco ad ingerirlo e quindi riescono solo a circondarlo senza
riuscire a fagocitarlo per cui in questo caso si ha una lesione
granulomatosa. Una delle lesioni che si trova di più è il granuloma
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tubercolare e tramite colorazione istochimica di un granuloma e
nella colorazione si può trovare intorno al granuloma dei puntini e
sono cellule colorate in nero che sono i linfociti che stanno nella
parte più esterna del granuloma , al centro del granuloma si trova
un’aria necrotica e questa necrosi che si produce all’interno del
tessuto viene detta necrosi caseosa perchè il tessuto viene
degradato talmente che assume l’aspetto di formaggio fuso quindi
necrosi caseosa; poi all’interno del granuloma si trovano delle
cellule giganti che vengono dette cellule di Langhans, queste cellule
di Langhans derivano dalla fusione di 30-40 macrofagi quindi sono
cellule polinucleate e ancora all’interno del granuloma si trovano dei
macrofagi epiteliodi quindi dei macrofagi che assumono questa
caratteristica delle cellule epiteliali e al centro la necrosi caseosa,
questo è il granuloma più tipico che è stato studiato.
La scorsa volta si è visto già quali sono gli effetti sistemici del
processo infiammatorio: febbre, anoressia, sintesi delle proteine
della fase acuta, alterazioni all’esame cromocitometrico dove si ha
un aumento del globuli bianchi soprattutto dei neutrofili, queste
reazioni sono prodotte dal rilascio di alcuni mediatori chimici e
citochine soprattutto Tnf e interleuchina 1 che poi inducono la
produzione di interleuchina 6.
Come si conclude il processo infiammatorio? Il processo
infiammatorio si conclude con una fase che viene detta di
riparazione del tessuto e che serve a restituire all’organo le sue
funzioni e questa riparazione quindi consiste nella sostituzione di
tessuto parenchimale con del tessuto della stessa origine quindi
con del nuovo tessuto parenchimale quando il tessuto
parenchimale viene rimpiazzato da tessuto connettivo si può avere
fibrosi o cicatrice e questo è alla base di notevole numero di
patologie umane come la cirrosi epatica, la fibrosi polmonare, poi
ancora la cicatrice dove si forma? Si forma in seguito ad
un’ischemia cardiaca quindi in seguito ad un occlusione totale del
quadro della coronaria o di rami della coronaria e quindi si ha la
formazione di queste cicatrici. Generalmente si ha un processo di
rigenerazione del tessuto e in cosa consistono questi processi
riparativi? I processi riparativi sono una combinazione di due eventi
importanti: la rigenerazione del tessuto e la riparazione del tessuto
tutto questo viene chiamato Processo di guarigione di una ferita. Da
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che cosa dipende processo di guarigione di una ferita? Dipende da
3 fattori importanti: dalla capacità proliferativa delle cellule che sono
state danneggiate, dall’intenerità della matrice extracellulare che fa
da scaffold per queste cellule che devono riprodursi e proliferare, e
dalla risoluzione o cicatrizzazione della lesione dell’infiammazione
es. nel diabete mellito si possono avere delle alterazioni
metaboliche importanti e i prodotti di comunicazione prodotti in
eccesso impediscono la corretta guarigione delle ferite per cui nel
diabetico si ha in seguito ad una lesione minima all’arto inferiore il
piede diabetico con la gangrena e prima si ricorreva tanto
all’amputazione degli arti inferiori nei pazienti diabetici proprio
perchè si ha un alterazione del processo di guarigione delle ferite,
quindi è un processo che dipende da una serie di eventi ed è un
processo importantissimo perchè in tutto il mondo si spendono
milioni di dollari per affrontare questo processo perchè la guarigione
delle ferite è sicuramente non più normale negli anziani, negli
individui affetti da patologie metaboliche come diabete,
aterosclerosi, dagli individui che hanno ostruzioni dei vasi di grosso
calibro quindi tutti gli individui.
Che cosa significa potenziale proliferativo? La capacità di una
cellula di essere commissionata in ciclo da questo punti di vista le
cellule si dividono in: cellule che hanno un’elevata capacità
replicativa, le cellule del tratto gasto-intestinale, del derma,
dell’epidermide, degli epiteli di rivestimenti, cellule stabili che hanno
un basso livello di replicazione ad es. gli epatociti, cellule degli
epiteli tubulari renali, gli acini pancreatici che sono cellule ben
specializzate e ben differenziate ma che in seguito al danno in uno
di questi organi vengono commissionate in ciclo, oppure ancora
cellule permanenti che non si dividono mai come le cellule del
sistema nervoso, cardiomiociti e le cellule della muscolatura
scheletrica. Quindi se si ha un processo ischemico a livello del
cuore o un danno alla muscolatura scheletrica o un danno a livello
del sistema nervoso centrale come conseguenza di un ischemia
cerebrale si ha in queste cellule un fattore limitante per la
replicazione di queste cellule quindi lì non si può avere la
guarigione di quella ferita ma si può avere l’attivazione di vie
collaterali come nel caso dell’ischemia del miocardio che si attivano
dei circoli collaterali e come risposta cosa si ha da parte del
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tessuto? Il rilascio degli enzimi perchè quelle cellule vanno incontro
a necrosi ischemica ma come risposta da parte del tessuto si ha
l’ipertrofia che è un aumento del volume delle cellule cardiache,
perchè si ha un aumento del volume? Perchè si ha un’aria di
necrosi, a quest’aria di necrosi le cellule che stanno intorno cercano
di supplire aumentando la loro attività e alla fine queste cellule
diventano ipertrofiche perchè in una cellula ipertrofica si hanno dei
processi metabolici acceleratissimi questo accade anche nel
sistema nervoso in seguito a un danno ischemico quindi si ha
ipertrofia di queste cellule? Che tipo di risposta è? Adattativa o
patologica? Patologica!! Quindi nel caso all’ischemia si ha una
risposta a un danno perchè è un danno ischemico che ha generato
quella risposta e non è l’aumento della richiesta di ossigeno e di
sangue da parte dei tessuti cosa che si verifica negli sportivi.
Questo potenziale proliferativo dipende dalla capacità della cellula
di duplicare o da fattori solubili che sono i fattori di crescita
polipeptidici che sono presenti nel siero, sono prodotti localmente
come EGF (epidermal growth factor) esercitano degli effetti
pleiotropici quindi controllano la proliferazione, la migrazione,
differenziamento delle cellule e il rimodellamento dei tessuti, che è
importante nella guarigione delle ferite perché se non si ha il
rimodellamento delle ferite il tessuto la ferita non guarisce bene e si
ha la formazione di cheloidi (escrescenze di tessuto di granulazione
in un tessuto di riparazione) e sono dovuti dal fatto che il tessuto
non è stato rimodellato bene. Poi, questi fattori di crescita regolano
la crescita delle cellule e in quale maniera? Controllando
l’espressione di geni che regolano la proliferazione cellulare e
questi fattori di crescita funzionano come fattori solubili che arrivano
alla cellula e come funzionano questi segnali? Perché si legano ad
un loro recettore di membrana questi recettori sono formati da una
porzione extra cellulare che è destinata con il legame con il ligando,
una porzione idrofobic a che è destinata con il legame con la
membrana plasmatica, una porzione intracitoplasmatica che
codifica e ha un intrinseca attività tirosina-chinasica e quando arriva
il segnale di crescita questi recettori cosa fanno? Dimerizzano sulla
membrana quindi si avvicinano e si ha la formazione di Omodimeri
cioè significa che sono due molecole uguali tra di loro e quindi si
parla di omodimerizzazione e questo porta ad una modificazione
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conformazionale della porzione intracitoplasmatica di questi
recettori che si auto fosforilano in tirosina dopodichè vanno a
reclutare delle proteine che contengono dei domini SH2 che sono
proteine adattatrici come Garb2 oppure delle chinasi come la Pi3k
(fosfatidilinositolo-3-chinasi) oppure la tirosina chinasi Sarc e
quando questi adattatori sono reclutati da questi recettori per i
fattori di crescita cosa accade? Ras, la piccola proteina legante il
GTP viene reclutata sulla membrana e viene attivata e quindi la si
trova transientemente quindi si trova RAS sotto forma di GTP quindi
legata al GTP e questo scatena, all’interno della cellula, una serie di
eventi che portano alla fosforilazione, attivazione di chinasi attivate
da Mitogeni o MAP chinasi contemporaneamente si ha il
reclutamento, da parte di questi recettori, della fosfolipasi C gamma
che contiene domini SH2 e quando viene reclutata della fosfolipasi
C gamma cosa fa? Da un lato produce Pi3 e dall’altro succede che
si va ad attivare, liberare il DAG (diacil glicerolo) che a sua volta va
ad attivare le protein chinasi C e il Pi3 (o iP3) va a stimolare il
rilascio di calcio dai calciosomi quindi in ultima analisi cosa
vengono favoriti all’interno della cellula? Vengono favoriti i processi
di fosforilazioni che vengono attivate delle cascate fosforilative che
vanno ad attivare il fattore di trascrizione nucleare come Jun, Fos,
Myc e questi fattori di trascrizione insieme ai fattori che regolano
positivamente il ciclo cellulare cioè le cicline, che pure vengono
attivate come la ciclina D ed E che spingono la cellula verso la
duplicazione e quindi verso la mitosi. Questa è la maniera con cui
funzionano questi fattori di crescita.
Oltre a fattori solubili la proliferazione delle cellule durante il
processo di guarigione delle ferite è controllata anche dai segnali
che vengono attivati dalla Matrice Extracellulare (intenerità) per cui
questa matrice cellulare non è uno scaffold, un ancoraggio per far
crescere le cellule ma regola direttamente anch’essa la crescita, la
motilità e differenziamento delle cellule ed include, è formata da
elementi insolubili che regolano positivamente la proliferazione
cellulare che sono collagene, laminine e fibronectine quindi il
processo di guarigione di una ferita dipende: 1) dal potenziale
proliferativo della cellula cioè significa che se si deve avere la
guarigione di una lesione a livello gastrointestinale questa
guarigione sarà molto più rapida alla guarigione di un danno al
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fegato per es; poi 2) questo processo di proliferazione dipende dai
segnali che arrivano a quella cellula cioè tanti più segnali
proliferativi arrivano a quella cellula tanto maggiore sarà la capacità
di rigenerare quel tessuto in maniera corretta; 3) questi segnali
arrivano sia con il siero quindi sono fattori solubili che sono presenti
nel siero e che vanno ad attivare dei complessi trascrizionali come
gli elementi di risposta al siero come SRE che sono dei complessi
genici molto importanti nel controllo della proliferazione, sia dipende
da fattori insolubili quindi dalla proteine che si trovano nella matrice
extracellulare che vanno ad attivare, attraverso i complessi focali
cioè soprattutto le integrine e le chinasi che sono presenti nei
complessi focali come la chinasi Fac, vanno ad attivare le vie di
trasduzione del segnale che anch’esse poi portano alla regolazione
positiva del ciclo cellulare. Le stesse vie coinvolgono anche il
processo di migrazione cellulare da parte delle proteine della
matrice che vengono attivate similmente per trasmettere dei segnali
di tipo proliferativo ora, qual è la differenza sostanziale? Mentre i
segnali migratori si fermano al citoscheletro le vie migratorie
traducono il segnale all'actina citoscheletrica che si modifica e
permette alla cellula di muoversi, queste vie oltre a fare questo
possono portare questo segnale al compartimento nucleare dove
vanno stimolare la sintesi di cicline come la D e E per cui in questa
maniera va a controllare il ciclo cellulare cioè i segnali, le vie sono
sempre le stesse e qual è la differenza? Che queste vie possono
ingaggiare degli effettori che sono posizionati sul citoschetro e
quindi in questa maniera vanno ad indurre le modificazioni
citoscheletriche quindi la migrazione, oppure possono ingaggiare
degli effettori terminali che traslocano nel compartimento nucleare e
vanno a indurre, stimolare l’espressione di nuovi geni, quindi uno
stesso segale ingaggiando la stessa via intracellulare, lo stesso
circuito di trasmissione può controllare diversi fenotipi cellulari come
migrazione, differenziamento, guarigione della ferita oppure la via
proliferativa. Quali sono gli aspetti caratteristici di una guarigione di
una ferita? Vi è una prima fase che è una fase Rapida che avviene
durante il processo di guarigione di una ferita; Altra fase è quella
Infiammatoria o dell’infiammazione ed è caratterizzata soprattutto
dall’adesione, aggregazione e attivazione delle piastrine; una terza
fase detta fase di Proliferazione in cui si forma il tessuto di
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granulazione; una questa fase detta di Maturazione di una ferita
che è caratterizzata da deposito di matrice extracellulare,
rimodellamento tissutale che è dato dalle metalloproteasi (dove ne
parlammo a proposito delle metastasi, dove le cellule neoplastiche
invasive o metastatiche riescono a sintetizzare una grandissima
quantità di metalloproteasi che servono a degradare le proteine
della matrice cellulare). Quando si ha la guarigione di una ferita si
ha, da un lato deposito di nuova matrice e dall’altro si ha il
rimodellamento di questa ferita e quindi questo significa che tutta la
matrice che viene depositata in eccesso deve essere rimossa
attraverso queste metalloproteasi quindi si ha un equilibrio ben
preciso quando il tessuto si deve rigenerare tra sintesi di collagene
perché è questo che generalmente viene sintetizzato e
degradazione del collagene che viene depositato in eccesso e
l’alterazione di questo equilibrio è responsabile ad es. di una
patologia molto importante come la cirrosi epatica. Quindi il
processo di Maturazione è caratterizzato da Deposito e
Rimodellamento della matrice e dopodiché dopo un certo periodo di
tempo il tessuto leso riesce ad avere una certa contrattilità ma
questo succede dopo mesi dall’induzione del danno. Prendiamo
come esempio un tessuto banale leso come la cute dove facciamo
una ferita un bisturi e andiamo a studiare cosa succede, questi
studi sono fatti soprattutto attraverso l’aiuto di tecniche specifiche
dove viene preso del tessuto preso ai margini della ferita, i due
lembi della ferita, e si analizza questo tessuto per l’espressione di
DNA quindi geni differenziamente espressi qui si studiano geni
espressi ai lembi della ferita quindi sui due margini della ferita e i
geni espressi immediatamente vicino della cute sana e attraverso
questa tecnica si è potuta fare la valutazione di migliaia di geni che
vengono differenzialmente espressi. Attraverso questa tecnica si è
scoperto che vi è una certa differenza tra i lembi di una ferita di un
individuo diabetico e si è visto che qui viene maggiormente
espresso è il gene che codifica per il fattore di trascrizione Myc che
è anche un oncogene e che in questo caso si comporterebbe
rallentando moltissimo la chiusura di quella ferita e
l’iperespressione di Myc è stato messo in relazione al fatto che nel
diabete si ha un ritardo notevole nel processo di guarigione.
Ma cosa succede specificatamente in queste fasi? Come detto
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durante una guarigione di una ferita abbiamo una prima fase che è
detta Rapida questa fase a che cosa è dovuta? È dovuta al danno
che viene direttamente esercitato sulla cute, come quella dovuta dal
bisturi, si ha una risposta immediata che è provocata, in genere, da
uno stimolo meccanico e dall’interruzione del lembo di cellule non
che dalla rottura dei vasi quindi danno endotiale e che cosa si attiva
in questa prima fase? Si attiva la via dello stress cioè la via della
Jun chinasi e P38 che è una piccola proteina di 38mila dalton che
appartengono alla famiglia delle MAP chinasi che sono delle chinasi
attivate da mitogeni che non solo intervengono nella proliferazione
cellulare ma alcuni membri di questa super famiglia di chinasi
intervengono direttamente nella risposta al danno, allo stress
cellulare che si può indurre con le radiazioni UV, il fumo di sigarette,
mediante le basse temperature oppure i cambiamenti della
concentrazione di liquidi all’interno della cellula come ad esempio
durante il processo di necrosi quando si incomincia ad avere lo
swilling della cellula quindi il rigonfiamento cellulare si attivano
questi enzimi che sono due chinasi soprattutto che vengono attivate
e vengono attivate anche nella risposta immediata che si ha nella
guarigione della ferita quindi quali sono? P38 e Jun chinasi ma che
cosa fanno queste che una volta sono state attivate? Fanno ne più
ne meno quello che fanno le MAP chinasi ERK1 e ERK 2 che sono
quelle di tipo proliferativo e vanno ad agire sulla trascrizione di
alcuni geni che sono dei geni molto precoci in questo caso che si
attivano immediatamente dopo che si è indotta una ferita e sono i
geni che codificano alcuni fattori per la trascrizione come Jun, Fos,
complesso Ap1 sono tutti geni che si attivano dopo che si è avuto il
danno quindi dopo l’induzione della ferita, quindi dopo 30min quindi
si ha l’attivazione genica rapida dovuta da una risposta immediata e
da chi è generata questa risposta immediata? E’ generato da un
danno di tipo meccanico quindi l’interruzione del layer delle cellule
quindi dello strato dell’epidermide perchè si sta facendo l’es. di un
taglio netto e dall’interruzione anche dei vasi sottostanti e dei
vasellini sottostanti e quindi si ha questa risposta dei geni precoci di
Jun, Fos nel giro di 30 min ma dopodiche che cosa avete? Si ha
una fase che può durare giorni o anche settimane dipende dal
tessuto leso e dalla sede del danno che viene detta risposta
infiammatoria, questa risposta infiammatoria da chi viene attivata?
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La risposta infiammatoria viene attivata dalle piastrine che vengono
attivate e reclutate e perchè devono essere attivate e reclutate
queste piastrine nel processo di guarigione delle ferite? Se vi fate
un taglio con una lama che cosa succede dopo 24 h se questo
taglio è abbastanza perfetto? Si forma la crosta e la crosta da cosa
è fatta? La crosta è dovuta al fatto che vengono reclutate sulla sede
della ferita delle piastrine che vengono attivate ma soprattutto
queste piastrine contribuiscono alla formazione del tappo di fibrina
quindi del coagulo e quello che si vede altro non è che un coagulo
che si è disidratato a contatto con l’aria, quindi la formazione della
crosta è dovuta alla disidratazione di questo coagulo che viene
formato in seguito al reclutamento e all’attivazione delle piastrine.
Quando le piastrine arrivano, vengono reclutate da chi? Vengono
reclutate dal circolo perché i vasi vengono danneggiati e vengono
danneggiati o perché si è inciso con una lama o perché si hanno
ferite di altra natura quindi vengono reclutate dal sangue periferico
da questi vasellini danneggiati, ma queste piastrine che si trovano il
loco che cosa fanno? Le piastrine secernono un fattore
importantissimo che è il PDFG che è il fattore si derivazione
piastrinico e questo è uno dei fattori più importanti che viene
secreto dalle piastrine ma che cosa fa questo fattore? PDGF è un
fattore di derivazione piastrinica che riconosce un recettore che è
abbondantemente espresso dai fibroblasti, il PDGF è il mitogeno
più potente che esiste in vivo , una cellula che viene stimolata con
PDGF riesce a duplicare in una maniera enorme e se si stimola dei
fibroblasti quiescenti che sono arrestate nella fase G0 con il PDGF
l’80-90% delle cellule vanno in ciclo e duplicano il DNA e vanno
incontro alla mitosi ed è molto più potente dello stesso EGF queste
piastrine che trovate durante la fase infiammatoria che cosa fanno?
Secernono del PDGF! E il PDFG che cosa fa? Va ad attivare i
fibroblasti e perchè li va ad attivare? Perchè si lega al recettore
specifico che è presente sulla membrana dei fibroblasti, e che tipo
di recettore è il recettore del PDGF? A che cosa si lega questo
PDGF? Si lega al proprio recettore e che cosa è questo recettore
del PDGF? E’ un recettore a tirosino-chinasi che una volta che è
attivato va ad attivare tutta quella serie di eventi di cui si è parlato
poco fa. Ma cosa succede anche? Succede che sempre dai vasi
lesi quali altre cellule vengono reclutate? (Stiamo parlando della
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fase infiammatoria della guarigione di una ferita). Vengono reclutati
gli elementi figurati del sangue e quali vengono reclutati prima? (E’
molto strano che un tessuto per guarire ha bisogno di essere
infiammato). E le cellule che vengono reclutate prima sono i
neutrofili infatti nel punto della ferita si trovano prima le piastrine
che si aggregano e si attivano, poi si trovano i neutrofili che
vengono reclutati dai vasellini che sono rotti, poi dopo quali altre
cellule vengono reclutate? Vengono reclutati i monociti che quando
arrivano nell’aria lesa, nell’aria della ferita differenziano in senso
macrofagico e quali macrofagi si trovano? Si trovano del macrofagi
pro-infiammatori e che vengono detti M1 e si trovano all’inizio nelle
prime 48h del processo di guarigione, dei macrofagi che vengono
detti anti-infiammatori che sono gli M2, mano mano i proinfiammatori sono quelli che secernono le citochine infiammatorie e
che quindi partecipano attivamente al processo infiammatorio, lo
stimolano, e quindi tutte le citochine pro-infiammatorie vengono
rilasciate in questa fase da macrofagi di tipo M1. Successivamente
succede che i macrofagi di tipo M1 scompaiono e rimangono
prevalentemente i macrofagi di tipo M2 e a che cosa sono destinati
questi macrofagi anti-infiammatori? Sono responsabili del
rimodellamento del tessuto quindi favoriscono il deposito e
rimodellamento della matrice quindi se non si ha prima l’intervento
dei macrofagi pro-infiammatori e poi quelli anti-infiammatori anche
in questo caso si ha un alterazione della guarigione della ferita.
Poi si ha una terza fase e questa è una fase di proliferazione e
migrazione dei fibroblasti, si è visto che nella zona della ferita
vengono reclutate le piastrine e attivate si mettono a secernere il
PDGF e il PDGF che cosa fa? Va ad attivare i fibroblasti ma questi
fibroblasti da dove arrivano? Una certa parte dei fibroblasti sono
residenti ma è una minima quota di cellule che quindi vengono
attivate dal PDGF e si mettono a secernere matrice extracellulare, il
collagene viene prodotto prevalentemente dai fibroblasti. Questi
fibroblasti non sono solo residenti, i fibroblasti residenti sono pochi
ma molti derivano da precursori che subiscono un differenziamento
in senso fibroblastico, altri derivano dai fibrociti che si trovano nel
luogo della ferita, altri ancora derivano da periciti. Quindi alcuni
fibroblasti arrivano sul sito della ferita perchè vengono portati là a
partire da precursori altri invece si trovano pochi per la verità sul
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luogo stesso della ferita, in ogni caso questi fibroblasti stimolati con
il PDGF rilasciato dalle piastrine attivate si mettono a secernere e
produrre matrice extracellulare e si mettono anche a proliferare.
Quindi questo PDGF che cosa fa? Fa proliferare i fibroblasti che già
si trovano nel luogo della ferita, fa migrare i fibroblasti per cui
funziona anche da fattore chemiotattico per i fibroblasti per portare
anche quelli che stanno più in periferia verso il centro dell’area della
ferita dove questi fibroblasti che diventano attivissimi vanno a
produrre matrice extracellulare. Questa è la terza fase che è
caratterizzata da proliferazione, migrazione dei fibroblasti e
deposito di matrice. Infine una quarta fase in cui si ha deposito di
matrice e rimodellamento del tessuto, il rimodellamento di questo
tessuto avviene attraverso il rilascio delle metallo-proteasi e si ha
contemporaneamente produzione di collagene e distruzione della
matrice che c’era e contrazione del tessuto, il tessuto incomincia a
riacquisire la sua resistenza e la resistenza viene acquisita dopo
mesi da che il tessuto ha subito il danno e dopo una settimana si ha
la restitutio ad integrum del tessuto quindi una prima fase
immediata, una seconda fase infiammatoria che dura 2 o 3 giorni
che vede prima l’intervento dei neutrofili e poi dei macrofagi, terza
fase di proliferazione e migrazione dei fibroblasti e fase che è
attivata che è attivata dal PDGF, e quarta fase di risoluzione della
ferita in cui si riforma un nuovo tessuto quello che la matrice
extracellulare che viene depositata in eccesso viene degradata
dalle metello-proteasi e si ha la riacquisizione della contrazione,
della resistenza di quel tessuto. Questo tipo di ferita di cui abbiamo
parlato viene anche detta Guarigione per prima intenzione e che
cosa significa? Significa che si ha durante questo processo una
guarigione di prima intenzione perchè non si ha perdita di sostanza
quindi i 2 lembi della ferita combaciano l’uno con l’altro e quindi
questo tipo di guarigione viene detta guarigione per prima
intenzione, ma accade sempre così che i due lembi della ferita
combaciano? No! Nella maggior parte dei casi si ha perdita della
sostanza e in questo caso la guarigione viene detta Guarigione per
seconda intenzione, in realtà i processi di cui si è parlato sono
uguali sia che si ha una guarigione per prima intenzione che per
seconda intenzione, le fasi del processo sono simili e uguali tra
loro. Quale è la differenza? Quando si hanno due lembi di una ferita
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che sono molto larghi, i due lembi della ferita come fanno a
combaciare tra loro? Lo fanno attraverso la contrazione del tessuto
sottostante quindi la contrazione della ferita. Quindi il processo di
contrazione della ferita è tanto più grande quanto maggiore è l’aria
della ferita, quindi nell’ultima fase quando si ha la contrazione di
questa aria si ha un enorme contrazione del tessuto quando si è
persa moltissima sostanza e in questo caso si parla di una
guarigione per seconda intenzione, la contrazione delle cellule
serve ad avvicinare i margini e i lembi di quest’aria. Quindi i due
processi non differiscono tra loro tranne per questo aspetto cioè
della contrazione delle cellule.
Altro processo importante che avviene durante la guarigione di una
ferita non è solo la migrazione e la proliferazione dei fibroblasti che
si mettono a secernere la matrice ma è anche la formazione di
nuovi vasi che devono irrorare la ferita. Attraverso quale processo
avviene la formazione di questi nuovi vasi? Attraverso un processo
di angiogenesi o neo vascolarizzazione che è l’estensione o
ramificazione di vasi preesistenti oppure al reclutamento di
progenitori endoteliali dal midollo osseo. Quindi insieme alla
proliferazione e migrazione dei fibroblasti, alla secrezione e al
deposito della matrice extracellulare affinchè il tessuto guarisca c’è
bisogno anche quel tessuto venga irrorato con dei nuovi vasi
perchè i vasi preesistenti sono stati lesi e questo può avvenire o
perchè gemmano dei nuovi capillari da capillari già esistenti in loco
o perchè vengono reclutati dei precursori da progenitori endoteliali
del midollo osseo, da chi è regolato questo processo? E’ regolato
da un fattore il VEGF che è il Vascolar Endotelian Growth Factor il
quale riconosce un recettore specifico il VEFGr, anche in questo
caso si parla di un recettore di membrana che ha attività tirosinochinasica, questo recettore interviene tutte le volte che si hanno dei
processi di rigenerazione del tessuto e che prevede una neo
vascolarizzazione. Alterazioni di questo processo dove si trovano?
Nei tumori, durante le metastasi tumorali e perchè? Nei processi di
metastasi tumorale si ha alterazione del signalling del VEFG e del
recettore del VEFG, e le cellule metastatiche iperesprimono il
recettore per il VEFG e perche? Perchè anche durante le metastasi
non si ha solo l’attecchimento di una cellula in una sede distante
ma anche un processo di neo vascolarizzazione e questo processo
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è stimolato da questo fattore di crescita degli endoteli vasali, infatti
molte terapie antitumorali come il carcinoma polmonare sono
basate sugli inibitori specifici del recettore del VEFG. Quindi si ha
proliferazione, migrazione dei fibroblasti e processi di angiogenesi e
nell’insieme questi due eventi proliferazione dei fibroblasti e
deposito di matrice e formazione di nuovi vasi che sono molto
deboli e che non hanno molta resistenza proprio perchè sono
neoformati e non si sono formati organizzati in un network ben
preciso e cosa fanno? Formano un tessuto che viene detto tessuto
di granulazione e che cosa è un tessuto di granulazione? E’ quel
tessuto che si forma durante il processo di guarigione durante la
ferita, un tessuto rosaceo e da che cosa è formato questo tessuto di
granulazione? E’ formato da fibroblasti e vasi neoformati, quando si
subisce una ferita,un taglio, prima si forma un tessuto rosaceo sulla
ferita e quel tessuto che si forma viene detto tessuto di
granulazione. Che cosa è questo tessuto di granulazione? E’ un
tessuto di passaggio e vuole dire che è un tessuto che poi porta alla
formazione del tessuto originario o dal rimodellamento della
cicatrice che è regolata dalla metallo-proteasi e dai loro inibitori. Se
la cellula è stimolato ad es. con il PDGF, EGF, IL1, TNF succede
che le cellule, fibroblasti o altre cellule che producono matrice si
mettono a secernere insieme alle proteine che compongono la
matrice, degli enzimi che rimodellano la matrice sotto forma di
precursori per es. le pro-collagenasi e le pro-collagenasi vengono
attivate soprattutto dalla plasmina, la plasmina viene liberata
attraverso la via di attivazione del sistema coagulativo e la plasmina
cosa fa? Attiva le collagenasi in pro-collagenasi per cui queste
collagenasi vanno a degradare la matrice quindi da un lato si ha il
deposito della matrice, dall’altro l’attivazione delle metallo-proteasi
che degradano la matrice; vi sono della sostanze come gli steroidi o
TGF beta che inibiscono la secrezione di queste metallo-proteasi e
quindi inibiscono il rimodellamento della ferita, i cortisonici infatti
non vengono utilizzati se si ha una lesione cutanea o una ferita.
Accanto a questi enzimi che degradano la matrice vi sono anche
degli inibitori tissutali delle metallo-proteasi quindi il rimodellamento
della ferita è regolato da tre eventi: deposito della matrice,
secrezione e attivazioni delle metallo-proteasi, presenza degli
inibitori tissutali delle metallo-proteasi quindi esistono in natura delle
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molecole che vengono detti TIMP che vanno ad inibire la
degradazione della matrice quindi alterazioni di questi tre eventi
possono portare alterazioni nel rimodellamento della ferita. Infine in
cosa consiste questa resistenza della ferita? Dopo che per es. i
punti della sutura sono rimossi la resistenza della ferita è solo un
10% rispetto al tessuto sano, al tessuto che non ha subito la ferita
questa è la legge di Walker cioè le cellule che compongono il
tessuto rigenerato non hanno la stessa resistenza del tessuto sano,
dopo una settimana la resistenza della ferita è solo il 10% rispetto
alla pelle sana per es. di una ferita che guarisce per prima
intenzione in cui non si ha perdita di sostanza mentre nel giro di 3-4
mesi la resistenza della ferita riesce a raggiungere l’80% circa.
Questo processo di guarigione della ferita è correlato anche dei
fattori sistemici e quali sono i fattori sistemici che influenzano la
guarigione delle ferite? Lo stato nutrizionale, lo stato metabolico,
metalli e metaboliche come l’aterosclerosi, il diabete e altre malattie
che rallentano lo stato di guarigione, lo stato del circolo soprattutto
il circolo periferico per cui se si hanno placche ateromasiche o
ipertensione essenziale si hanno turbolenze nel flusso sanguigneo
o delle ostruzioni nel flusso sanguigno che rallentano questo
processo. Ancora gli ormoni steroidei influenzano negativamente il
processo di guarigione delle ferite anche se non tutti perchè ve ne
sono alcuni che invece facilitano la guarigione delle ferite per es. gli
estrogeni mentre gli androgeni si oppongono e lo stesso vale per i
glucocorticoidi e questo è anche uno dei motivi perchè gli
antiinfiammatori di tipo steroidei non vengono usati per una ferita
ancora aperta perchè inibiscono la secrezione dei precursori delle
metallo-proteasi; durante una infezione se una ferita è infetta e si
ha la formazione di pus o raccolta purulenta al di sotto della ferita e
sicuramente ci sarà un ritardo nella ferita fino a che non vengono
rimossi gli agenti biologici nelle ferite infettate da batteri. Poi ancora
fattori meccanici possono impedire la guarigione per es. se si ha
una ferita sotto la pianta del piede in quel caso sarà molto più
difficile che la ferita si chiuda, perchè? Perchè comunque viene
esercitata una forza meccanica su quella ferita. E poi ancora la
presenza di corpi estranei e perchè? Perchè i corpi estranei
riflettono quelle cellule del sistema fagocitico per poter essere
rimosse e quindi si ha una fase infiammatoria della guarigione ferita
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che persiste a lungo fin tanto che lo stimolo del corpo estraneo non
viene rimosso e alcune volte bisogna ricorrere alla rimozione
chirurgica del corpo estraneo altrimenti la ferita non si chiude. Quali
sono gli aspetti patologici della guarigione delle ferite? Si può avere
una ferita patologica quando si ha una una inadeguata formazione
di tessuto di granulazione ed una cicatrizzazione inefficiente o
perchè la ferita si rompe o perchè si formano delle ulcere. Un altro
aspetto patologico è l’eccessiva sintesi di matrice in questo caso si
parla di cicatrici ipertrofiche o rilevate o cheloidi che diventano delle
escrescenze sulla cute, oppure si può avere una retrazione della
ferita per es. dovuta alla deformazione di una ferita in regione
plantare o palmare oppure in conseguenza di ustioni perchè nelle
ustioni si ha una perdita della sostanza quindi si hanno dei processi
di contrazioni molto gravi per poter avere la guarigione.
Quando si ha una guarigione in cui il tessuto parenchimale viene
sostituito con del tessuto connettivale si parla in questo caso di un
processo di fibrosi. Questi processi sono dovuti a uno stimolo
persistente che attiva macrofagi e linfociti i quali secernono fattori di
crescita, citochine, si ha una riduzione delle metallo proteasi per cui
alla fine si ha una proliferazione dei fibroblasti con aumento della
sintesi del collagene ed una riduzione della degradazione del
collagene e delle altre proteine della matrice. Quali sono gli es. di
fibrosi? Sono la cirrosi epatica, la pancreatite cronica, la fibrosi
polmonare e la fibrosi renale.
Quindi per concludere cosa succede in conseguenza di un danno?
Si hanno risposte vascolari o cellulari, a queste risposte
generalmente segue un processo infiammatorio acuto con la
formazione di un essudato vascolare quindi eventi vascolari, edema
di tipo infiammatorio, danno endoteliale formazione dell’essudato.
Se lo stimolo che ha indotto questo processo infiammatorio viene
prontamente distrutto cosa si ha ? Si ha una minima necrosi delle
cellule o non si ha affatto, come conseguenza di questa minima
necrosi della cellula si può avere due conseguenze: se si ha la
risoluzione dell’essudato, si ha la restituzione del tessuto alla
normale struttura quindi la cosiddetta resitutio ad integrum quindi se
si ha un danno di natura media o di forte intensità; se invece
l’essudato si organizza si può avere delle infiammazione di tipo
fibrino-purulenta come le pericarditi e peritoniti questo nel caso in
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cui la necrosi del tessuto è minima e quando lo stimolo che ha
indotto il danno viene rimosso immediatamente. Se invece lo
stimolo non è rimosso immediatamente si ha la necrosi estesa delle
cellule del tessuti, se questa necrosi riguarda tessuti di cellule che
non dividono mai come cellule differenziate si ha la formazione di
una cicatrice ed uno di questi es. è l’infarto del miocardio. Se invece
la necrosi delle cellule riguarda dei tessuti stabili o labili si possono
avere due situazioni: che l’architettura del tessuto è intatta e quindi
si ha la rigenerazione e il ritorno alla struttura normale per es. le
broncopolmoniti dovute a pneumoniae, se invece l’architettura del
tessuto è distrutta si ha la formazione di una cicatrice per es. negli
ascessi batterici che poi si organizzano sono circondati da una
capsula e rimangono nel tessuto in maniera cronica.
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