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 LC3-I Membrane 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