MENTRE LA CELLULA NECROTICA (cellula in necrosi) RILASCIA I SUOI COSTITUENTI ALL’ESTERNO, LA CELLULA APOPTOTICA (cellula in apoptosi) SI FRAMMENTA E I FRAMMENTI VENGONO RIMOSSI DA CELLULE MACROFAGICHE La morte cellulare: necrosi e apoptosi

La necrosi è causata da danni alla cellula irreparabili, repentini

La sequenza degli eventi che si susseguono in una cellula che sta morendo per necrosi possono variare a seconda del tessuto e del tipo di danno; tuttavia, indipendentemente dall’ordine questo è quello che accade in una cellula che va incontro a necrosi: La produzione di ATP nei mitocondri si arresta. Le pompe ioniche di membrana, che funzionano con l’ATP, si bloccano. Nella cellula entrano sodio e acqua. La cellula e gli organuli interni si rigonfiano. La cellula avvia la risposta allo shock termico (allo stress) con aumento della sintesi di alcune proteine (chaperonine) che tentano di contrastare la denaturazione delle proteine e della ubiquitina (proteina che lega in maniera covalente le proteine denaturate e le indirizza alla distruzione). Il pH scende.

Nella cellula entra il calcio. -Il calcio attiva le fosfolipasi che provocano la perdita di fosfolipidi dalle membrane e la formazione di lisofosfolipidi ed acidi grassi che inducono un ulteriore danneggiamento delle membrane. -Il calcio attiva le CALPAINE, proteasi che danneggiano le strutture citoscheletriche e le proteine della membrana con conseguente vescicolazione. -Il calcio attiva le ATPasi provocando un’ulteriore perdita di ATP. -Il calcio attiva le endonucleasi. La risposta allo shock termico non riesce più a contrastare la denaturazione proteica che si fa massiccia. Il RE e gli altri organuli si rigonfiano Ad un certo punto la cellula muore.

Cellula normale Cellula in vescicolazione

APOPTOSI L’apoptosi o morte cellulare programmata è una varietà specifica di morte cellulare caratterizzata dalla sua morfologia e dalle modalità di degradazione del DNA.

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.

L’apoptosi è responsabile di numerosi eventi fisiologici, adattativi e patologici, fra i quali: - La distruzione programmata di cellule durante l’embriogenesi. - L’involuzione ormono-dipendente nell’adulto (es. distruzione dell’endometrio nel ciclo mestruale / atrofia dei follicoli ovarici in menopausa / regressione della ghiandola mammaria dopo lo svezzamento / atrofia della prostata dopo castrazione). - La deplezione di cellule in popolazioni cellulari proliferanti (es. epitelio delle cripte intestinali). - La morte di cellule nei tumori. - La morte dei neutrofili in corso di infiammazione acuta. - La morte di cellule immunitarie (es. linfociti T e B dopo deplezione di linfochine / deplezione di cellule T autoreattive durante lo sviluppo del timo). - La morte cellulare indotta da cellule citotossiche (es. rigetto dei trapianti). - Atrofia da ostruzione duttale. - Danno cellulare in alcune malattie virali (es. epatite virale). - La morte cellulare indotta da diversi stimoli lesivi se somministrati a basse dosi (calore / radiazioni / farmaci antineoplastici / ipossia).

Apoptosi Morte programmata, richiede: - energia, sintesi di RNA e di proteine - una ordinata sequenza di eventi - coinvolge cellule sia malate che sane - riguarda cellule sparse - non comporta una risposta infiammatoria

PERCHE’ UNA CELLULA VA IN APOPTOSI la morte cellulare programmata è necessaria nel modellare l’organismo durante l’embriogenesi o, più in generale, per un appropriato sviluppo: - la formazione delle dita del feto richiede la rimozione del tessuto che le unisce - lo sfaldamento dell’endometrio che dà inizio alle mestruazioni avviene per apoptosi. - la formazione di opportune connessioni fra i neuroni (sinapsi) richiede che le cellule in eccesso siano eliminate per apoptosi. la morte cellulare programmata è necessaria per distruggere cellule che costituiscono un pericolo per l’integrità dell’organismo: cellule infettate da virus (Uno dei metodi attraverso cui i linfociti T citotossici uccidono le cellule infettate è inducendo l’apoptosi) ‏ cellule del sistema immunitario auto-responsive (  difetti nel macchinario apoptotico si accompagnano alla comparsa di malattie autoimmunitarie) ‏ cellule con DNA danneggiato (  improprio sviluppo embrionale, trasformazione neoplastica). Le cellule rispondono ad un danno al DNA aumentando la produzione di p53, un potente induttore dell’apoptosi. cellule tumorali (radiazioni e chemioterapici inducono apoptosi in alcuni tipi di tumore).

EVENTI CARATTERISTICI DELL’APOPTOSI 1. Il citoplasma inizia a contrarsi in seguito alla proteolisi di filamenti di actina. Perdita d’acqua, insolubilizzazione proteine citoplasmatiche.. 2. La cromatina viene degradata in modo regolare (laddering) e così pure le proteine nucleari; il nucleo si condensa. 3. La cellula continua a contrarsi riducendosi ad una forma che permetta la facile eliminazione da parte dei macrofagi. Si verificano cambiamenti della plasma membrana favorenti la fagocitosi (traslocazione della fosfatidilserina dal foglietto interno all’esterno). Modificazioni della membrana si accompagnano alla comparsa dei cosiddetti BLEBS. 4. Formazione dei corpi apoptotici.

Corpi apoptotici Apoptosi = dal greco, caduta delle foglie da una pianta

Caratteristiche dell'apoptosi - Recettori di membrana - Le caspasi, enzimi proteolitici aventi una cisteina nel sito attivo - Proteine liberate dai mitocondri, tra cui alcune endonucleasi - Proteine pro e antiapoptotiche Si distinguono: - una via estrinseca indotta da molecole extracellulari da una via intrinseca, indotta da eventi intracellulari - tre fasi: una di induzione, una di esecuzione e una di disgregazione Sono coinvolte molecole:

Fase di induzione - Via estrinseca: interazione tra citochine pro-apoptotiche (TNF- , TNF- , Fas-L) espresse sulla superficie di alcune cellule (MF o sulle cellule dei testicoli e dell'apparato oculare) e recettori sulla superficie della cellula bersaglio (TNF-R, Fas)‏ - Via intrinseca: mancanza di fattori di crescita, danni cellulari al DNA o ai mitocondri per es.‏ Fase di esecuzione Propagazione della cascata delle caspasi e di altre proteine proapopoptotiche (Bid, Bad, p53)‏ Rilascio dai mitocondri dell'APOPTOSOMA (citocromo c e Apaf 1), AIF, DNAsi Fase di degradazione Frammentazione del DNA da parte di endonucleasi attivate da caspasi e da ioni calcio a livello delle regioni tra due nucleosomi, in frammenti da pb

- Quando i CTL si legano al loro target, aumentano la quantità di FasL esposto sulla loro superficie. -Il legame di FasL a Fas, fa trimerizzare il recettore. -I meccanismi a valle sono simili a quelli attraverso TNFR1.

LE PROTEINE Bcl-2 Sono una famiglia di proteine che comprende alcune ad attività ANTI-APOPTOTICA (bcl-2 e bcl-XL) e altre ad attività PRO-APOPTOTICA (Bad o Bax). -Le proteine pro-apoptotiche si trovano nel citosol dove agiscono da sensori di danno cellulare. -In seguito ad un danno, esse migrano alla superficie dei mitocondri dove si trovano le proteine anti- apoptotiche Bcl-2. -L’interazione fra questi due gruppi di proteine porta alla perdita della normale funzione delle proteine ad attività anti-apoptotica e alla formazione di pori sulla membrana mitocondriale, con rilascio di citocromo c e altre molecole pro-apoptotiche dallo spazio intermembrana. -Formazione dell’APOPTOSOMA  APOPTOSI.

APOPTOSOMA E’ un complesso multiproteico formato dal citocromo C, da una proteina citosolica, Apaf- 1, dalla pro-caspasi 9 e dall’ATP.

LE CASPASI Sono delle Cisteina Proteasi che tagliano proteine a livello di residui di acido aspartico (da cui C-ASP-asi). Per la maggioranza delle caspasi i loro substrati sono altre caspasi. La cascata di attivazione delle caspasi culmina nell’attivazione delle caspasi effettrici, quali la caspasi 3 e 6. Queste sono responsabili della proteolisi di proteine cellulari chiave  cambiamenti morfologici tipici di una cellula che va in apoptosi. CAD: Caspase Activated DNAse (frammenta il DNA in unità nucleosomali, ben visibili nel DNA laddering assay)‏ ICAD: Inhibitor of CAD, attivata dalla caspasi 3 PARP: Poly-ADP-ribosio-polimerasi. E’ coinvolta nel riparo del DNA danneggiato; il taglio da parte della caspasi 3 ne previene l’attività. Anche la topoisomerasi (replicazione e riparo del DNA) viene inattivata dalle casp3.

Le differenze fra necrosi ed apoptosi

Durante l’apoptosi si possono distinguere quattro fasi, distinte ma parzialmente sovrapposte: - FASE DI INNESCO durante la quale la cellula riceve i segnali che scatenano l’apoptosi. - CONTROLLO E INTEGRAZIONE: i segnali di morte applicati nella fase precedente vengono connessi da una serie di proteine specifiche (con ruolo sia positivo che negativo) al programma esecutivo comune- - FASE COMUNE DI ESECUZIONE: consiste nell’attivazione di una cascata di proteasi specifiche, le caspasi, a loro volta distinte in iniziatrici ed esecutrici in base all’ordine con il quale vengono attivate. - RIMOZIONE DELLE CELLULE MORTE: le cellule apoptotiche e i loro frammenti esprimono dei marcatori di membrana che facilitano il loro precoce riconoscimento da parte di cellule adiacenti o di fagociti. Le cellule morte vengono così completamente distrutte senza indurre una reazione infiammatoria.

L’apoptosi può essere innescata da una serie di fattori scatenanti, fra i quali: - ASSENZA DI UN FATTORE DI CRESCITA O DI UN ORMONE - INTERAZIONE POSITIVA LIGANDO-RECETTORE - AGENTI LESIVI SPECIFICI Inoltre, esiste una correlazione (spesso inversa) fra crescita cellulare e apoptosi (infatti l’apoptosi gioca un ruolo importante nella regolazione della normale densità di popolazione cellulare nei tessuti e la soppressione dell’apoptosi è uno dei fattori determinanti i l’accrescimento delle neoplasie). L’APOPTOSI RAPPRESENTA IL PUNTO FINALE DI UNA CASCATA DI EVENTI MOLECOLARI ENERGIA-DIPENDENTI, CHE VIENE INNESCATA DA STIMOLI SPECIFICI.

UNA DELLE CARATTERISTICHE DISTINTIVE DELL’APOPTOSI CONSISTE NEL FATTO CHE ESSA, OLTRE CHE DA STIMOLI LESIVI O DALLA DEPRIVAZIONE DI FATTORI DI CRESCITA, PUO’ ESSERE INNESCATA DA SEGNALI PARTICOLARI CHE AGISCONO LEGANDOSI A SPECIFICI RECETTORI DI MEMBRANA.

NELL’AMBITO DEI PROCESSI DI CONTROLLO E INTEGRAZIONE DELL’APOPTOSI UN PUNTO CRITICO SI REALIZZA A LIVELLO DEI MITOCONDRI, A LIVELLO DEI QUALI NASCE IL SEGNALE DEFINITIVO CHE INNESCA LA FASE DI ESECUZIONE. La funzione mitocondriale può essere influenzata in due modi: - Provocando una transizione di permeabilità mitocondriale (MPT): apertura di pori nella membrana interna  riduzione potenziale di membrana  arresto fosforilazioni osidative  rigonfiamento. - Provocando un aumento della permeabilità della membrana esterna e il rilascio del citocromo C nel citosol.

La via finale di tutti i tipi di apoptosi consiste nell’attivazione di una cascata proteolitica. Le relative proteasi sono proteine altamente conservate e appartengono alla famiglia delle caspasi (che comprende più di 10 membri). C  cisteino-proteasi CASPASI Asp  taglia dopo un residuo di ac. aspartico

Le caspasi, oltre a degradare direttamente le proteine del citoscheletro, attivano una DNasi citoplasmatica che produce una caratteristica frammentazione del DNA: PROFILO A SCALETTA