Morte Cellulare
Ruolo della Morte Cellulare
• Sviluppo
- Es.: Sviluppo del sistema nervoso centrale
(morte neuronale dal 20 all’80% in differenti regioni del SCN)
• Mantenimento dell'omeostasi tissutale
- Es.: Intestino, Pelle, Sangue, cellule
danneggiate
(50 milardi di cellule muoiono ogni giorno nel nostro organismo)
• Sistema immune
- Eliminazione di cellule infette o cellule tumorali
Morte Cellulare e Patologie
• Diminuzione della Morte Cellulare
• Cancro
• Incontrollata proliferazione cellulare
– Infezioni Croniche
• Adenovirus e Papilloma virus
Morte Cellulare e Patologie
• Aumento della Morte Cellulare
• Neurodegenerazione
• Parkinson ed Alzheimer
• Ischemia Cerebrale, Infarto miocardio
• Morte anche in seguito a riperfusione
• Autoimmunità
• Lupus: Linfociti B producono anticorpi che
riconoscono il self
• Infezioni virali
• HIV
Classificazione classica delle
diverse modalità di morte cellulare
- Morte cellulare di tipo I: apoptosi
- Morte cellulare di tipo II: autofagia
- Morte cellulare di tipo III: necrosi
Necrosi
Apoptosi
Apoptosi:
morte cellulare programmata
Processo di morte attivo:
- richiede energia
- attivazione della sintesi proteica
- coinvolgimento di numerosi geni
Può essere indotta da:
- segnali interni (danni),
- segnali esterni
- assenza di segnali esterni di sopravvivenza
Fasi dell’apoptosi
Il processo apoptotico può essere diviso in
diverse fasi temporali:
- Iniziazione: cellule determinate alla morte
- Esecuzione: alterazioni morfologiche
- Riconoscimento e fagocitosi: eliminazione dei
resti cellulari da parte di cellule specializzate
Morfologia delle cellule apoptotiche
Modificazioni morfologiche
- Diminuzione del volume
- Arrotondamento (in cellule adese)
- Cambi a livello della membrana plasmatica (pur
rimanendo integra): perdita di estensioni e contatti
- Condensazione della cromatina, taglio del DNA e
perdita dell’involucro nucleare
- Distruzione del citoscheletro
- Frammentazione in corpi apoptotici
Meccanismi molecolari dell’apoptosi
Stimolo apoptotico
Caspasi iniziatrici
Caspasi effettrici
Taglio di numerose proteine.
citoscheletro, lamina nucleare, inibitori di DNAasi, enzimi di riparo del DNA
Cambi morfologici
che portano alla morte della cellula
Caspasi
(Cistein Aspartasi)
Classe di enzimi
proteolitici attivati
durante il processo
apoptotico.
Responsabili di molte
delle alterazioni
osservate nelle cellule
apoptotiche
Tagliano varie proteine
(incluse loro stesse)
riconoscendo sequenze
specifiche (taglio dopo
l’aminoacido Aspartico)
Attivazione delle Caspasi
15 Citologia, Istologia e Anatomia microscopica © Pearson Italia S.p.A.
Nota bene:
ci sono
anche
Caspasi non
apoptotiche
Vie di attivazione dell’apoptosi
Via intrinseca:
- lo stimolo (il danno) insorge da dentro la cellula;
- il mitocondrio gioca un ruolo importante
Via estrinseca:
- lo stimolo arriva da fuori
- recettori di membrana giocano un ruolo importante
Via estrinseca
Ligandi e
Recettori di
Morte
Adattatori
Attivazione delle
caspasi iniziatrici
(caspasi 8)
tramite
dimerizzazione
Via estrinseca
Cascata di
interazioni tra
proteine:
- I Ligandi con i
Recettori
- I Recettori con
gli Adattatori
- Gli Adattatori con
le caspasi iniziatrici
Ligandi:
Es.:
Ligando
Fas
Prodotto
dalle cellule
del sistema
immune
(linfociti T)
per
uccidere
cellule
infette.
Esistono vari
inibitori della
morte cellulare
che impediscono
una inappropriata
attivazione
dell’apoptosi.
Es.: FLIP inibisce
l’attivazione della
caspasi 8
Via intrinseca
Il danno porta alla
formazione di pori nel
mitocondrio che fanno
uscire il Citocromo C
La proteina APAF1
lega il Citocromo-C e
le caspasi formando
l’apoptosoma, attivando
le caspasi iniziatrici
tramite dimerizzazione
Il Citocromo-C
induce un
cambiamento
conformazionale
nella proteina
APAF1 che ne
permette la
formazione di
oligomeri e e il
legame alle caspasi
iniziatrici tramite il
dominio CARD,
attivandole.
Come si attiva
o si inibisce la
via intrinseca?
Un ruolo
essenziale è
giocato dalle
proteine della
famiglia Bcl-2
MOMP:
Mitochondrial
Outer
Membrane
Permeability
Permeabilità
della membrana
esterna del
mitocondrio
Proteine proapoptotiche
della famiglia Bcl-2 che
hanno tre domini
(Bax/Bak)
una volta attive formano
oligomeri nella membrana
mitocondriale
Cosa regola l’attività di
Bax e Bak?
Ruolo delle altre proteine
della famiglia Bcl-2
- Proteine proapoptotiche
con il solo dominio BH3
attivano Bax/Bak
- Proteine antiapoptotiche
con 4 domini (BH1-4)
legano e inattivano le
proteine con il solo
dominio BH3
(e quindi indirettamente
inibiscono Bax/Bak)
La via intrinseca e
la via estrinseca
non sono separate
Caspasi 8 taglia e
attiva la proteina
con il dominio BH3
BID
che è in grado di
attivare Bax /Bak
sulla membrana
mitocondriale
Alcune vie intrinseche di attivazione dell’apoptosi iniziano
dal Reticolo Endoplasmatico o dal Nucleo
Stress del RE : Rilascio
di calcio e attivazione
della caspasi 12
Danno al DNA: Attivazione del
fattore trascrizionale p53 e sintesi
di attivatori della caspasi 2
Riconoscimento e fagocitosi
La morte cellulare è solo
metà del processo
• L’eliminazione dei corpi apoptotici è parte
fondamentale del processo in vivo
– Previene la risposta infiammatoria
– Ripulisce il tessuto
• L’eliminazione è un processo attivo
– Fagocitosi
Segnali che attivano la fagocitosi
L’esternalizzazione
della fosfatidilserina
è conseguenza
dell’inattivazione
della traslocasi che
nelle cellule vive
mantiene questa
distribuzione
asimmetrica ai due
lati della membrana.
Riconoscimento e fagocitosi in
cellule di mammifero
Cosa avviene una volta
inglobati i corpi apoptotici?
Visione di insieme dell’Apoptosi
Necrosi:
Morte passiva
Indotta da
agenti non
fisiologici
La cellula si
rigonfia e
scoppia, con
conseguente
rilascio di
materiale
citoplasmatico
ad azione
infiammatoria
Necroptosi
In alcune
condizioni,
stimoli
apoptotici
inducono una
sorta di
necrosi
(necroptosi)
Morte in
assenza di
ATP
Autofagia
Autofagia
Il processo che permette di veicolare componenti
intracellulari nel lisosoma per la loro degradazione
Come portare le proteine all’interno del lisosoma
TRE TIPI DIFFERENTI DI AUTOFAGIA
- MACROAUTOFAGIA
- MICROAUTOFAGIA
- AUTOFAGIA MEDIATA DA CHAPERONI
AUTOFAGIA
Quando abbiamo la necessità di autodigerire
i costituenti delle nostre cellule?
Fare il tagliando alle cellule: sostituire i pezzi che si
‘’invecchiano’’ nel corso della vita (autofagia basale)
Rispondere agli stress (autofagia indotta):
- Eliminare rapidamente ciò che lo stress ha
danneggiato (aggregati proteici o organelli mal
funzionanti)
- Rimuovere corpi estranei all’interno della cellula
(contrastare le infezioni)
- Riciclare il materiale ottenuto dalla degradazione per
utilizzarlo per nuova sintesi in situazioni di emergenza
(carenza di nutrienti o energia)
Autofagia e morte cellulare
In seguito a danno, la cellula induce molto rapidamente
l’autofagia come meccanismo di sopravvivenza, nel
tentativo di rimuovere il danno.
Se il danno è troppo grave, successivamente viene
indotta l’apoptosi che è anche in grado di inibire
l’autofagia (caspasi degradano proteine regolatrici
dell’autofagia)
L’autofagia diventa un «vero» meccanismo di morte
quando l’apoptosi non funziona. Solo in questo caso la
permanenza di un danno irreparabile porta ad una
attivazione troppo prolungata dell’autofagia che causa
l’autodigestione della cellula e la sua morte.
L’autofagia è stata
descritta da un
punto morfologico
negli anni 60
…ma la sua
importanza è stata
compresa solo di
recente grazie
all’identificazione
dei geni che la
regolano
AUTOFAGIA: caratteristiche morfologiche
AP: autofagosomi
AL: autolisosomi
Storia dell’autofagia
Yoshinori Ohsumi
Geni ATG: Geni che regolano l’autofagia
Induzione/
Repressione
Formazione
Fusione
Maturazione
Marcatori specifici delle vescicole autofagiche: LC3
Cytosol
Membrane
LC3-I
LC3-II
Lipid
Anchor
(PE)
No autofagia
PE: fosfatidil etanolamina
+ autofagia
L’autofagia è essenziale per superare
gli stress…fin dal primo: la nascita
GFP-LC3
Atg5 -/-
Topi mutanti per i geni autofagici muoiono
poche ore dopo la nascita
Autofagia e sviluppo
- Rimozione mitocondri negli
eritrociti
- Rimozione mitocondri
paterni nell’uovo fecondato
Autofagia e Patologia
Difetti di autofagia sono
associati all’insorgenza di
malattie neurodegenerative
Es.: Parkinson familiare
presenta mutazioni nei geni
Parkin e Pink che regolano la
rimozione di mitocondri
danneggiati
