DANNO CELLULARE Reversibile Irreversibile Morte Necrosi Apoptosi
L apoptosi viene definita morte cellulare programmata o suicido cellulare
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.
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
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)
APOPTOSI embriogenesi sviluppo fetale omeostasi tissutale malattie degenerative tumori
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-53 1800s 1964-66 1971 1980-82 1989-91 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
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.
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
A) Apoptosi nel fegato nel corso di epatite; B) nella cute nel corso di un eritema
A B Cellula leucemica vitale (A) e cellula apoptotica (B)
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).
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
Taglio ad opera di endonucleasi specifiche
A) Controllo B) DNA laddering apoptosis C) necrosi
Perché la definiamo morte cellulare programmata?
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.
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
Come avviene l apoptosi?
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
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
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
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
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
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
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
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 12-16 aa del dominio BH3
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
L azione delle proteine Bcl-2 è strettamente correlata all attività di proteine regolatrici del ciclo cellulare quali la p53
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
INDUZIONE DI APOPTOSI DA PARTE DI MOLECOLE CHE SI LEGANO A RECETTORI DI MEMBRANA
FasL Fas TNF TNFR1 DD FADD TRADD Attivazione sequenziale delle caspasi APOPTOSI
INDUZIONE DI APOPTOSI DA PARTE DI SEGNALI PROVENIENTI DAI MITOCONDRI
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
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