20 bct 07 12 10 apoptosi - Università di Torino

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MFN0366-A1 (I. Perroteau) - comunicazione cellulare - trasduzione del segnale

Solo per uso didattico, vietata la riproduzione, la diffusione o la vendita

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Il ligando può entrare nella cellula einteragire con un recettore intracellulare

Nelle adesioni cellule-cellule, la nozionedi ligando e recettore si confonde.Entrambi sono molecole transmembranae la segnalazione è bidirezionale.Segnalazione omofilica tra molecoletransmembranaSegnalazione eterofilica tra molecoletransmembrana

Nell’adesione alla matrice extracellulare,fibronettina, laminia e collagene sono iligandi delle integrine (recettori)

Ligandi solubili possono diffondereattraverso la matrice extracellulareoppure essere rilasciati direttamente nellospazio intercellulare

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Ciascuna cellula integra più informazioniMFN0366-A1 (I. Perroteau) - comunicazione cellulare - trasduzione del segnale


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Un sistema complesso!



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System biology

Downstream genes

Nucleus

Cytoplasm

Plasma membraneExtracellular

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Le risposte cellulari risultano dell’integrazione della trasduzione di numerosi segnali

Il risultato della trasduzionedel segnale può essere uncambiamentodell’organizzazione delcitoscheletro, delmetabolismo , dell’adesione,dell’espressione genica... Leconseguenze a lungo terminepossono essere ildifferenziamento, laproliferazione, la migrazione,la morte cellulare.



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MFN0366-A1 (I. Perroteau) - Apoptosi


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Possiamo distinguere due tipi di morte cellulare:

la necrosi e l'apoptosi

-NECROSI: è la morte cellulare accidentale, che si verifica in risposta ad unampia varietà di noxae patogene (ipossia, ipertermia, ischemia, reazioniimmunitarie, virus, traumi cellulari, radiazioni, sostanze tossiche ecc.).

-APOPTOSI: dal greco (=caduta), costituisce la morte cellulare programmata,cioè un processo fisiologico, che può però venire innescato da fattoripatologici e che, unitamente alla proliferazione cellulare, provvede al controlloomeostatico del numero di cellule in un determinato tessuto.A differenza della necrosi, la cellula partecipa attivamente (il processorichiede energia e sintesi proteica) a determinare gli eventi che ne produconola morte. Si dice che la cellula viene indotta a commettere suicidio. Ilprocesso apoptotico, sebbene abbia nei vari modelli caratteristiche comuni,sicuramente non é un fenomeno univoco e può essere spontaneo o indottoda agenti di diverso genere.



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L'omeostasi tra la produzione di nuove cellule e l' eliminazione delle cellule"vecchie" è uno degli obiettivi principali di ogni organismo pluricellulare. Inoltre ècomunemente accettato che in tali organismi, l' eliminazione di alcune cellule sia unprerequisito essenziale per il differenziamento in linee cellulari con diversaspecializzazione; tale fenomeno ha un carattere di importanza fondamentale, adesempio, nel corso dello sviluppo fetale.

La maggior parte, se non tutte le cellule hanno la capacità di auto-distruggersimediante l'attivazione di un programma di suicidio al quale sembrano fareeccezione solo cellule particolarmente specializzate quali quelle del muscolocardiaco e del tessuto nervoso. Questo programma suicida prende il nome diapoptosi o morte cellulare programmata.



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A: Tipi cellulari che vanno incontro ad apoptosi.B-D: Apoptosi e digitazione degli arti nel topo.E: Nuclei delle dellule apoptotiche colorati con acridine orange



Apoptosi durante lo sviluppo embrionale

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Patologie associate ad un aumento dell'apoptosi

• AIDS

• Malattie neurodegenerative (Alzheimer, Parkinson Sclerosi lateraleamiotrofica, Retinite pigmentosa)

• Sindromi mielodisplastiche (Anemia aplastica)

• Danni ischemici (Infarto miocardico, Ictus)

• Epatopatie indotte da tossici (Alcool)

Patologie associate ad un'aumentata sopravvivenza cellulare.

Tumori. Sia induzione che resistenza alla morte cellulare. In diverseforme tumorali le cellule trasformate in attiva proliferazionepresentano una ridotta capacità di subire apoptosi in risposta astimoli fisiologici. Questa apparente resistenza all' apoptosi èmaggiormente evidente nei tumori metastatizzati.



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RISPOSTA MORFOLOGICA NELLA NECROSI CELLULARELa risposta di tipo morfologico è relativamente non specifica, costituisce unaevoluzione dei fenomeni di danno reversibile

-Rigonfiamento citoplasmatico e degli organuli cellulari (reticolo endoplasmico,lisosomi ecc.) e soprattutto dei mitocondri. Compaiono estroflessioni dellamembrana cellulare. Si possono formare vacuoli intra-citoplasmatici

-La necrosi coinvolge di solito gruppi di cellule contigue e si produce nel tessutocircostante una reazione infiammatoria dovuta al rilascio dei residui cellulari

-Si verificano fenomeni eterolitici, ad opera dei neutrofili richiamati dal processoinfiammatorio, che si sommano a fenomeni autolitici degli enzimi lisosomiali



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RISPOSTA MORFOLOGICA NELLA APOPTOSI- Coinvolge una singola cellula o piccoli gruppi di cellule in modo asincrono

- Perdita delle giunzioni e di altre strutture specializzate di membrana, comead es. i microvilli

- Il citoplasma si condensa e la cromatina si addensa in zolle

-Il nucleo si rompe in diversi frammenti e si verifica contrazione citoplasmaticaper perdita di ioni e fluido. Ciò produce dilatazione e fusione delle membranedel reticolo endoplasmatico

-La cellula si spacca in frammenti circondati da membrana citoplasmatica divaria dimensione che contengono organuli citoplasmatici intatti e frammentinucleari chiamati corpi apoptotici

-I corpi apoptotici costituiscono un potente stimolo alla fagocitosi da parte dellecellule che sono capaci di fagocitosi che così li eliminano-Dato che i corpi apoptotici sono circondati da membrana non vi è rilascio dicontenuti cellulari nello spazio extracellulare e quindi fenomeni infiammatori



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Necrosi

Apoptosi



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APOPTOSIS-ACTIVE CELLULAR SUICIDE-TYPICALLY AFFECTSSINGLE CELLS. Neighboring cells remain healthy. Apoptotic cell deathusually does not lead to an inflammatory response.



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SEM e TEM di cellule di topo intatte e apoptotiche. Cellule intatte sono coperte dimocrovilli mentre le cellule apoptotiche sono riconoscibili dalle numerose vescichettelisce.

Apoptotic cell Intact cell



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Apoptotic cells display distinctive morphology during the apoptotic process.This can be seen in the image below which shows a trophoblast cellundergoing apoptosis.

Typically, the cell begins to shrink following the cleavage oflamins and actin filaments in the cytoskeleton (A). Thebreakdown of chromatin in the nucleus often leads tonuclear condensation and in many cases the nuclei ofapoptotic cells take on a "horse-shoe" like appearance (B).Cells continue to shrink (C), packaging themselves into aform that allows for their removal by macrophages. Thesephagocytic cells are responsible for clearing the apoptoticcells from tissues in a clean and tidy fashion that avoidsmany of the problems associated with necrotic cell death.In order to promote their phagocytosis by macrophages,apoptotic cells often ungergo plasma membrane changesthat trigger the macrophage response. One such change isthe translocation of phosphatidylserine from the inside ofthe cell to the outer surface. The end stages of apoptosisare often characterised by the appearance of membraneblebs (D) or blisters process. Small vesicles calledapoptotic bodies are also sometimes observed (D, arrow).

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When a cell undergoes apoptosis, white blood cells calledmacrophages consume cell debris.

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1-Attivazionedi proteasi

2-Attivazione diendonucleasi

3-Attivazione di flippasi dellamembrana plasmatica (flipflopdi fosfatidilserina)

APOPTOSIDiminuzione di volumeCondensazione della cromatinaCondensazione del citoplasmaFrammentazione della cromatinaFormazione dei corpi apoptoticiEliminazione per fagocitosi

Cambiamenti morfologici

4-Macrofago:fagocitosi dei corpiapoptotici che sonoriconoscibilidall’esposizione delfosfolipidefosfatidilserina



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L’apoptosi è un fenomeno attivo che richiede l’attivazione di enzimi specifici e lasintesi di nuove proteine. Le manifestazioni morfologiche dell’apoptosi sonoprecedute da una fase di latenza necessaria allo svolgimento della cascata diattivazione degli enzimi specifici e alla sintesi di nuove proteine necessarie alprocesso apoptotico. La fase di latenza è a sua volta suddivisa in due fasi seprate dal“punto di non ritorno”. Prima del punto di non ritorno la cellula potrà essere salvatadalla presenza di un segnale di sopravvivenza (segnale anti-apoptotico) mentredopo il superamento del punto di non ritorno (attivazione di proeasi e endonucleasi)il processo è irreversibile.



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There are a number of mechanisms through whichapoptosis can be induced in cells.

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MEDIATORI DELL'APOPTOSI:• Estrinsici mediati da recettori di morte: Interazioni con il sistemaimmunitario: le cellule vanno incontro ad apoptosi in seguito a cambiamentinel contenuto intracellulare indotti dall'interazione con cellule citotossiche• Intrinsici mediati da sensori intracellulari: Condizioni avverse (ipertermia,ipotermia, ischemia, radiazioni), farmaci antitumorali, tossine, agenti chimici,rimozione di uno stimolo (androgeni nella prostata, carenza di fattori trofici)

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I mitocondri sono organilliimportanti nella regolazione trasopravvivenza e morte cellulare:perché proteine anti- e pro-apoptotiche interagiscono con lamembrana mitocondriale esterna.

1 Stimoli apoptotici2 attivazione delle molecole pro-apoptotiche3 rilascio dai mitocondri di co-attivatori delle proteasi tra cui ilcitocroma c4 attivazione delle proteasi(chiamate “caspasi”)5 proteolisi e morte cellulare



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MECCANISMI DELL'APOPTOSI

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MECCANISMI DELL'APOPTOSI-Si verifica una frammentazione del DNA che costituisce un eventoprecoce e determina irreversibilmente la morte cellulare prima che siverifichino variazioni della permeabilità di membrana

-La frammentazione del DNA avviene in modo molto specifico: inframmenti che sono multipli di 180-200 coppie di basi, che è lalunghezza del DNA arrotolato attorno ad un ottamero istonico nelnucleosoma

-Ciò è legato alla attivazione di una endonucleasi specifica presentenel nucleo. Si tratta di un solo enzima o di una famiglia di enzimistrettamente correlati

-La frammentazione del DNA è probabilmente preceduta daun'alterazione della struttura della cromatina (poliamine, variazioni dipH intracellulare) che permette l'attivazione della endonucleasi.

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Le endonucleasi attivate dall’apoptosi tagliano ilDNA in corrispondenza dei nucleosomi e iframmenti prodotti sono dunque dei multipli di180-200 paie di basi nucleotitiche.

1 pesi molecolari (SM); 2 DNA di cellule di controllo, nonapoptotiche, con cromatina intatta ( C ); 3 DNA di cellule BALB/capoptotiche; 4 DNA di cellule MRL/Ipr aopototiche

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Colesterolo

PhosphadidylethanolaminePhosphadidylinositol Phosphadidylserine

citosol

Spazio extracellulareSphingomyelin Glycolipid Phosphadidylcholine

Colesterolo

Asimmetria dicomposizione dellamembrana plasmatica

I corpi apoptotici sono riconosciuti dalle cellule vicine che svolgono lafagocitosi perché espongono sulla superficie cellulare la fosfatidilserinamentre nelle cellule intatte la fosfatidilserina è esposta sul lato intracellulare



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Nuclei intatti marcati con propidium iodide

Macrofago (fleccia) che haingolfato due corpi apoptotici

vital thymocyte

Cellula del timo che ha fagocitatouna cellula apoptotica

phagocitosi



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B-cell proliferation(antibody

production)

infected-cellapoptosis

(cell death)

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