CAUSE DI DANNO CELLULARE

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3 CAUSE DI DANNO CELLULARE CARENZA DI OSSIGENO AGENTI FISICI AGENTI CHIMICI E DROGHE INFEZIONI REAZIONI IMMUNITARIE MUTAZIONI GENETICHE SQUILIBRIO NUTRIZIONALE

4 Meccanismi di danno cellulare Le risposte cellulari agli stimoli dannosi dipendono dal tipo di danno, dalla durata e dalla severità Le conseguenze del danno dipendono dal tipo, dallo stato e dall adattabilità delle cellule Il danno risulta da malformazioni funzionali e biochimiche in uno o più componenti cellulari essenziali

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6 La NECROSI e l APOPTOSI Sono due termini comunemente utilizzati per descrivere il processo di morte cellulare. Il termine Necrosi descrive un processo passivo indotto da eventi patologici o tossici, drasticamente associato con modificazioni infiammatorie nelle cellule adiacenti L apoptosi descrive un processo di morte cellulare che avviene sotto condizioni fisiologiche

7 APOPTOSI La biologia della morte cellulare e le relazioni con l invecchiamento L'omeostasi tra la produzione di nuove cellule e l' eliminazione delle cellule "vecchie" è uno degli obiettivi principali di ogni organismo pluricellulare. Inoltre è comunemente accettato che in tali organismi, l' eliminazione di alcune cellule sia un prerequisito essenziale per il differenziamento in linee cellulari con diversa specializzazione; tale fenomeno ha un carattere di importanza fondamentale, ad esempio, nel corso dello sviluppo fetale.

8 La maggior parte, se non tutte le cellule hanno la capacità di auto-distruggersi mediante l'attivazione di un programma di suicidio al quale sembrano fare eccezione solo cellule particolarmente specializzate quali quelle del muscolo cardiaco e del tessuto nervoso. Questo programma suicida prende il nome di apoptosi o morte cellulare programmata.

9 A livello citologico, l'apoptosi si manifesta con una condensazione del nucleo e del citoplasma. Successivamente, la cellula si frammenta in vescicole, dette corpi apoptotici, che sono rapidamente fagocitate e digerite dai macrofagi o da cellule vicine Morte cellulare programmata

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11 La cellula scompare senza lasciare traccia, cioè senza dar luogo a fenomeni infiammatori o necrotici. Il termine apoptosi fu appunto coniato da Kerr nel 1972 proprio per distinguerlo dal fenomeno necrotico. Necrosi Le cellule si gonfiano e si lisano rilasciando il materiale citoplasmatico nell'ambiente circostante. Il processo necrotico è spesso causa di infiammazione.

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14 apoptosi

15 DNA contenuto nelle cellule apoptotiche

16 Il clivaggiodel DNA avvienepreferenzialmentein regioni linkerche portano alla liberazione di nucleosomie frammenti oliglonucleosomaliche possono essere visualizzati su gel di agarosio come bande distinte

17 Lo studio dell'apoptosi nell'uomo si presenta alquanto complesso per la difficoltà con gli attuali mezzi biochimici e molecolari ad individuare le molecole coinvolte ed i meccanismi alla base. Attualmente la maggior parte delle nostre conoscenze sull'apoptosi provengono dagli studi compiuti sul nematode Caenorhabditis elegans. Tre geni sembrano svolgere un ruolo nella morte cellulare programmata di questo nematode : ced-3, ced-4 e ced-9

18 i prodotti genici di ced-3 e ced-4 promuovono la morte cellulare il prodotto di ced-9 svolge un ruolo protettivo. il gene ced-9 codifica una proteina analoga a Bcl-2, un inibitore della morte cellulare in altri sistemi cellulari. Le cellule sono programmate a suicidarsi, perciò per rimanere in vita devono ricevere continuamente segnali di sopravvivenza da parte di altre cellule. Questo fenomeno è denominato "social control of cell survival".

19 Death signal A B Stress, ROS Procaspasi 8 Caspasi 8 Citocromo c Procaspasi 9 mitocondri Bcl-2 Bax Caspasi 3 Caspasi 9 NECROSI APOPTOSI La cellula sceglie se vivere o morire sapendo che può morire in due modi: Necrosi o apoptosi

20 Si ipotizza che l'induzione dell'apoptosi potrebbe essere abolita attraverso due meccanismi diversi di controllo: a) riduzione dell'attività delle proteine effettrici la morte cellulare; b) aumento dell'attività delle proteine anti- apoptotiche,, come Bcl-2. Alcuni Autori sostengono che l'apoptosi sia una conseguenza dell'azione dannosa dei radicali liberi. Tuttavia questa ipotesi sembra piuttosto semplicistica data la complessità del fenomeno ed il ruolo centrale che esso riveste nel controllo della proliferazione cellulare.

21 Come origina l'apoptosi? Esistono prove che indicano che una cistein-proteasi ced-3 / ICE-simile dia inizio al processo irreversibile dell'apoptosi sia nei nematodi che nei mammiferi. Meccanismo di morte cellulare in Caenorhabditis elegans

22 Meccanismo di morte cellulare nei mammiferi

23 Un aiuto alla comprensione di come differenti segnali possano avere un effetto cooperativo nell' attivazione di un comune programma di morte cellulare, è venuto dagli studi di genetica sul controllo dell'apoptosi nel moscerino della frutta, Drosophila melanogaster. Alcuni ricercatori sono giunti all'isolamento di un gene chiamato reaper, che è in grado di integrare l'informazione proveniente da diversi segnali. Mutanti per delezione nel gene reaper mostrano soppressione dell apoptosi.

24 Modello di apoptosi. Ruolo di reaper.

25 La modalità di azione del prodotto del gene reaper è piuttosto complesso, ma sostanzialmente può essere schemattizzato come segue: a) attivazione di una proteasi ced-3 / ICE-simile; b) inibizione della formazione del complesso ced-9 /Bcl- 2. L'apoptosi svolge un ruolo di regolazione in quanto permette l'eliminazione di cellule che sono state prodotte in numero eccessivo, che sono sfuggite ai meccanismi di controllo del processo di sviluppo cellulare o che hanno subito un danno genetico.

26 In assenza di cambiamenti compensatori nella proliferazione cellulare, alterazioni del tasso di mortalità cellulare possono tradursi in un accumulo o in una perdita di cellule Rapporto tra proliferazione e morte cellulare Negli organismi maturi il numero delle cellule è la risultante della differenza tra proliferazione e morte cellulare.

27 In base all alterazione del tasso di scomparsa delle cellule si possono distinguere due possibili tipi di patologia: la prima è associata ad un'aumento della sopravvivenza cellulare, mentre nella seconda si osserva un eccesso di morte cellulare. Malattie associate ad un aumento dell'apoptosi ) AIDS ) Malattie neurodegenerative: Malattia di Alzheimer Malattia di Parkinson Sclerosi laterale amiotrofica Retinite pigmentosa ) Sindromi mielodisplastiche: Anemia aplastica ) Danni ischemici: Infarto miocardico Ictus ) Epatopatie indotte da tossici Alcool

28 Malattie associate ad un'aumentata sopravvivenza cellulare. 9 ) Morte cellulare e tumori. In diverse forme tumorali le cellule trasformate in attiva proliferazione presentano una ridotta capacità di subire apoptosi in risposta a stimoli fisiologici. Questa apparente resistenza all' apoptosi è maggiormente evidente nei tumori metastatizzati.

29 Lo studio del gene bcl-2 ha permesso di chiarire le basi molecolari della insensibilità delle cellule tumorali all'apoptosi. Il gene bcl-2 è coinvolto nella traslocazione cromosomica osservata nella maggior parte dei linfomi follicolari umani. Nel periodo immediatamente successivo alla sua scoperta, questo gene era ritenuto un oncogene, ma studi più recenti hanno dimostrato che la proteina Bcl- 2 ha scarsa o nulla capacità a promuovere la proliferazione delle cellule in vitro. Studi sull 'interazione tra la proteina p53 e Bcl-2 hanno permesso di chiarire i meccanismi molecolari alla base dell' effetto parodosso di Bcl-2. Infatti, in alcuni casi l'iperespressione di questa proteina impedisce alle cellule di entrare in apoptosi.

30 LA P53 PUÒ ANCHE PROMUOVERE L'APOPTOSI Il meccanismo di morte cellulare attivato dalla p53 sembra essere lo stesso che viene regolato negativamente da Bcl-2. Infatti le cellule della linea linfoide che iperesprimono Bcl-2, sono protette dall' apoptosi indotta dall' esposizione a radiazioni ionizzanti.

31 Modello che descrive il ruolo di Myc nell'apoptosi e nella proliferazione cellulare. Fattori di crescita Myc

32 ) Morte cellulare ed infezioni virali Il suicidio di una cellula infettata rappresenta un meccanismo di difesa cellulare per prevenire la propagazione virale. Le cellule T citotossiche riconoscono ed uccidono le cellule che presentano peptidi virali associati a molecole MHC (major histocompatibility complex) di classe I. Le cellule T citotossiche esercitano il loro effetto inducendo apoptosi mediante attivazione del recettore Fas sulla superficie della cellula target o mediante introduzione di proteasi, come granzima B. Numerosi virus, come adenovirus o papilloma virus hanno tuttavia sviluppato meccanismi in grado di bloccare l'apoptosi. Affinchè l'infezione degli adenovirus abbia successo è necessario che il virus esprima la proteina E1B 19KD. Questa proteina presenta somiglianze con Bcl-2, di cui è nota la funzione anti-apoptotica.

33 ADATTAMENTI CELLULARI ANGIOGENESI PROLIFERAZIONE DELLE CELLULE MUSCOLARI APOPTOSI EFFETTI DELL ESERCIZIO FISICO SULLA PROLIFERAZIONE CELLULARE E LA MORTE CELLULARE

34 ANGIOGENESI = Formazione di nuovi vasi sanguigni per gemmazione (sprouting) da vasi preesistenti inoltre è coinvolto in: Processi fisiologici : -sviluppo embrionale -corpo luteo Processi patologici: - retinopatie diabetiche - ischemie - tumori

35 ANGIOGENESI IPOSSIA e aumento del VEGF Pro-angiogenici : VEGF FGF TGF-BETA EGF STRESS DA ROTTURA STIMOLI MECCANICI

36 FASI DEL PROCESSO ANGIOGENICO 1.DISTACCO DEI PERICITI 3. MIGRAZIONE 5. FORMAZIONE DEI TUBULI PER DESTABILIZZAZIONE VASCOLARE 2.DEGRADAZIONE DELLA 4. PROLIFERAZIONE 6. RIATTACCO DEI PERICITI MATRICE

37 RUOLO DEL PROCESSO DI ANGIOGENESI? I VASI SANGUIGNI FUNZIONANO COME UN COMPARTIMENTO DI TRASPORTO PER IL SANGUE E GIOCANO UN RUOLO CENTRALE NEL MANTENIMENTO DELL OMEOSTASI» perché Cellule muscolari lisce fibroblasti Membrana basale Periciti

38 ANGIOGENESI ALTAMENTE CONTROLLATA DA FATTORI PRO- E ANTI-ANGIOGENICI Anti-angiogenici : Angiostatina Endostatina Trombospondina-1 Pro-angiogenici : VEGF FGF TGF-BETA EGF