DANNO CELLULARE. Morte

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1 DANNO CELLULARE Reversibile Irreversibile Morte Necrosi Apoptosi

2 L apoptosi viene definita morte cellulare programmata o suicido cellulare

3 Perché la cellula si suicida? Ci sono due ragioni principali: Durante lo sviluppo embrionale la morte cellulare è necessaria quanto la mitosi Riassorbimento della coda durante la metamorfosi del girino in rana La formazione delle dita delle mani e dei piedi La formazione delle appropriate connessioni tra i neuroni durante lo sviluppo embrionale.

4 La morte cellulare programmata è necessaria per distruggere quelle cellule che rappresentano un pericolo per l integrità dell organismo Per esempio l eliminazione di: o Cellule infettate con virus o Cellule del sistema immunitario o Cellule con danni al DNA (mutate) o Cellule tumorali

5 Il bilancio tra: Cosa spinge le cellule a morire? Il rilascio di segnali positivi, necessari per la sopravvivenza (fattori di crescita) ricevere segnali negativi quali: i livelli di ossidanti intracellulari il danno al DNA da ossidanti o altri agenti i raggi UV, X, ionizzanti i chemioterapici specifiche molecole che si legano a recettori che trasmettono messaggi di morte (Fas e TNF)

6 APOPTOSI embriogenesi sviluppo fetale omeostasi tissutale malattie degenerative tumori

7 APOPTOSI Caratterizzazione morfologica delle alterazioni che accompagnano la sofferenza cellulare Kerr, Wyllie e Currie definiscono la modalità di morte alternativa alla necrosi, definita apoptosi, deputata al controllo dell omeostasi tissutale degli organismi Identificati alcuni geni coinvolti nel processo apoptotico, bcl-2, fas e p s Saunders e Lockshin suggeriscono l esistenza di una morte cellulare programmata durante la metamorfosi degli insetti Si osserva la DNA fragmentation e viene identificata la caspasi- 3

8 L APOPTOSI E UNA FORMA DI MORTE CELLULARE CHE HA LO SCOPO DI ELIMINARE CELLULE NON DESIDERATE ATTRAVERSO L ATTIVAZIONE DI UNA SERIE DI EVENTI COORDINATI E INTERNAMENTE PROGRAMMATI PORTATI AVANTI DA UN INSIEME SPECIFICO DI PRODOTTI GENICI.

9 Modificazioni morfologiche associate al processo apoptotico Diminuzione delle dimensioni cellulari con addensamento degli organelli e mantenimento della loro integrità Condensazione della cromatina e successiva degradazione internucleosomale del DNA in frammenti multipli di 180 paia di basi Formazione di estroflessioni della membrana citoplasmatica (blebs) che si distaccano da questa formando i caratteristici corpi apoptotici Processo di fagocitosi dei corpi apoptotici da parte di macrofagi

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11 A) Apoptosi nel fegato nel corso di epatite; B) nella cute nel corso di un eritema

12 A B Cellula leucemica vitale (A) e cellula apoptotica (B)

13 Caratteristiche biochimiche dell apoptosi Si tratta di un processo, che richiede espressione di geni specifici, finemente controllato dalla cellula (oncogeni e onco-soppressori) Taglio delle proteine; Formazione di legami crociati fra le proteine; Rottura del DNA (a livello internucleosomiale ad opera di endonucleasi); Ricognizione fagocitaria (fosfatidilserina).

14 BASI AZOTATE adenina guanina Basi azotate + pentoso = nucleosidi Basi azotate + pentoso + fosfato = nucleotidi I nucleosomi sono le unità ripetitive della cromatina, ciascuna contenente 200 bp di DNA e due molecole di ciascun istone H2A, H2B, H3 e H4

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16 Taglio ad opera di endonucleasi specifiche

17 A) Controllo B) DNA laddering apoptosis C) necrosi

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19 Perché la definiamo morte cellulare programmata?

20 Caenorabditis elegans 1090 cellule somatiche 131 vanno in apoptosi Studi condotti su C. elegans permisero di suddividere il processo apoptotico in 3 fasi: induzione; esecuzione; riconoscimento; fagocitosi.

21 Studi condotti sul C. elegans hanno permesso di identificare un gran numero di geni dell apoptosi, tali geni sono in grado di dare risposte stereotipate a stimoli diversi, e attualmente sono così raggruppati: Recettori di membrana (Fas /APO1/CD95, TNF, TRIAL) Adattatori (FAAD, APAF1, ced-4) effettori (caspasi, ced-3, endonucleasi) Modulatori (Anti-apoptotici come Bcl-2 e ced-9, proapototici come il Bax) inibitori (Crma, survivina) Induttori (p53, c-myc) Fagocitosi

22 Come avviene l apoptosi?

23 Vie principali del processo apoptotico CD95L via estrinseca mediata dai recettori di morte c-flip CD95 FADD Procaspase-8 Bid Bcl-xL Danno al DNA P-53 Bax via intrinseca mediata dai mitocondri Caspase-8 Caspase-3 Truncated bid Procaspase-3 Apoptosome Cytochrome-c Apaf-1 Procaspase-9 AIF Bcl-2 Smac/DIABLO Apoptotic substrates IAPs

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25 Vie principali del processo apoptotico CD95L via estrinseca mediata dai recettori di morte c-flip CD95 FADD Procaspase-8 Bid Bcl-xL Danno al DNA P-53 Bax via intrinseca mediata dai mitocondri Caspase-8 Caspase-3 Truncated bid Procaspase-3 Apoptosome Cytochrome-c Apaf-1 Procaspase-9 AIF Bcl-2 Smac/DIABLO Apoptotic substrates IAPs

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27 Caspasi Cysteinyl aspartate proteinases cistein-proteasi che possiedono un sito attivo cisteinico e operano il taglio proteolitico dei loro substrati specifici a livello di residui di acido aspartico sono presenti in tutte le cellule animali in forma inattiva, come zimogeni inerti, composti da tre domini: un prodominio N-terminale e due domini p10 e p20 in relazione alla loro funzione e ai tempi di attivazione le caspasi vengono distinte in due gruppi principali: Caspasi iniziatrici Caspasi esecutrici

28 CASPASI INIZIATRICI CASPASI ESECUTRICI caspasi 8, 9 caspasi 3, 6, 7 caspasi esecutrici proteine coinvolte nella degradazione del citoscheletro endoribonuleasi responsabili della frammentazione del DNA proteine deputate alla trascrizione, duplicazione e riparazione del DNA

29 Le caspasi esecutrici, come la caspasi-3, sono in grado di indurre l attivazione di tutti quegli enzimi che sono responsabili delle modificazioni morfologiche a carico delle cellule

30 Durante il processo apoptotico l azione delle caspasi è strettamente regolata da due famiglie di proteine Inhibitor Apoptosis Proteins (IAPs) Proteine della famiglia del Bcl-2

31 IAPs Le IAPs svolgono un azione di tipo inibitorio sulle caspasi Queste vengono indicate come HIAP1, HIAP2, XIAP, NIAP, Survivin e Livin. Tra queste, la XIAP, legandosi alla caspasi-3, inibisce entrambe le vie apoptotiche, intrinseca ed estrinseca. L azione della proteina XIAP può essere inibita mediante legame con la proteina mitocondriale Smac/DIABLO Caspase-8 Caspase-3 c-flip Truncated bid Procaspase-3 Apoptosome Bid CD95L CD95 FADD Apaf-1 Procaspase-9 Procaspase-8 Danno al DNA Cytochrome-c Bcl-xL AIF P-53 Bax Bcl-2 Smac/DIABLO Apoptotic substrates IAPs

32 La famiglia delle proteine del Bcl-2 Le proteine del Bcl-2 si dividono in tre gruppi in base a criteri di omologia di sequenza e di funzione: 1 gruppo: proteine antiapoptotiche (Bcl-2, Bcl-xL), presentano 4 brevi domini (BH1, BH2, BH3, BH4) e un dominio c-terminale idrofobico che costituisce il sito di ancoraggio al mitocondrio 2 gruppo: proteine proapoptotiche (Bax, Bad, Bcl-xs), mancano del dominio BH4 3 gruppo: proteine con attività proapoptotica (Bid, Bik), conservano inalterata una sequenza di aa del dominio BH3

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34 PROTEINE BCL-2 CD95L CD95 le proteine Bcl-2 formano eterodimeri o omodimeri questi dimeri svolgeranno un azione anti o pro-apoptotica, a seconda che prevalgano le proteine anti o pro-apoptotiche Caspase-8 c-flip Truncated bid Procaspase-3 FADD Procaspase-8 Danno al DNA Bid Bcl-xL Cytochrome-c P-53 Bax Bcl-2 Caspase-3 Apoptosome Apaf-1 Procaspase-9 AIF Smac/DIABLO Apoptotic substrates IAPs

35 L azione delle proteine Bcl-2 è strettamente correlata all attività di proteine regolatrici del ciclo cellulare quali la p53

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38 p53 CD95L l attivazione della p53 avviene in seguito alla sua fosforilazione in corrispondenza di un residuo di serina la p53 attivata blocca la progressione del ciclo cellulare nella fase G 1 la p53 attivata determina l up-regulation di proteine pro-apoptotiche quali il Bax. Caspase-8 Caspase-3 c-flip Truncated bid c Procaspase-3 Apoptosome - Bid CD95 FADD Procaspase-8 Cytochrome-c Apaf-1 Procaspase-9 Bcl-xL Danno al DNA AIF P-53 Bax Bcl-2 Smac/DIABLO Apoptotic substrates IAPs

39 INDUZIONE DI APOPTOSI DA PARTE DI MOLECOLE CHE SI LEGANO A RECETTORI DI MEMBRANA

40 FasL Fas TNF TNFR1 DD FADD TRADD Attivazione sequenziale delle caspasi APOPTOSI

41 INDUZIONE DI APOPTOSI DA PARTE DI SEGNALI PROVENIENTI DAI MITOCONDRI

42 Bcl-2, proteina codificata dall omonimo gene che appartiene alla famiglia di geni ANTI- APOPTOTICI Apaf = fattore attivante le proteasi dell apoptosi (=caspasi) Citocromo C + Apaf-1 + ATP Pro-caspasi 9 caspasi 9 Stimolo stressogeno p53 Bax Variazione del potenziale di transizione di permeabilità Proteina codificata dall omonimo gene che appartiene alla famiglia di geni PRO-APOPTOTICI APOPTOSI IAP = Proteine Inibenti l Apoptosi

43 VIA ESTRINSECA LIGANDO VIA INTRINSECA DANNO Attivazione recettore di morte Legame con proteine adattatrici Attivazione procaspasi 8 Attivazione p-53 Trascrizione geni proapoptotici Rilascio citocromo-c Attivazione procaspasi 9 Attivazione procaspasi 3 Attivazione procaspasi 3 APOPTOSI APOPTOSI

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