Differenziamento e apoptosicellula uccisa porta alla mancanza della
discendenza
Caenorhabditis elegans in the scientific community
as a model organism.
model system to study cellular biology. One of the
most intriguing fields of molecular biology that
have been investigated using this model host and
that led to the 2002 Nobel Prize in Physiology or
Medicine, is programmed cell death.
Caenorhabditis elegans
during development and differentiation;
as a way to prevent growth of cells mutated
due to DNA damage.
Lockshin and Williams, 1965: propongono il termine
morte cellulare programmata (Programmed Cell Death)
osservando che alcune cellule destinate a morire durante
la metamorfosi di anfibi e insetti sembrano essere guidate
da un programma intrinseco alla cellula stessa.
Kerr, Wyllie and Currie, 1972: introducono il termine
apoptosi (dal greco antico: come il cadere delle foglie) per
descrivere la morte cellulare associata con una serie di
caratteristiche morfologiche comuni e ben definite.
Horvitz and Sulston, fine degli anni 70: caratterizzazione
genetica dei componenti critici che regolano i meccanismi
apoptotici utilizzando il nematode C. elegans.
Apoptosi
Apoptosis in C. elegans About half of all neurons born will die through a pre- programmed “suicide” mechanism called apoptosis
Motor neuron expressing different colored fluorescent proteins in a C. elegans larva. Image courtesy of David Miller, Ph.D., Vanderbilt Department of Cell & Developmental Biology
Apoptosis in C. elegans
Seven Apoptotic cells (arrows) which appear as “raised button” objects in a C. elegans embryo are shown. Some apoptotic cells are not visible at this focus plane.
Confocal fluorescent image of a wild-type C. elegans embryo (anterior to the left) apoptotic cells with condensed DNA
La caratteristica ….. …unica di questo organismo è rappresentata da un
numero costante di cellule: 959
1090 cells
Ced 9 agisce come freno
Ricerca di mutazioni in cui il pattern di morte cellulare è alterato: identificazione di regolatori apoptotici poi ritrovati anche in mammiferi
La clonazione dei geni apoptotici di
C. elegans e la loro caratterizzazione
hanno permesso di comprendere gli
eventi molecolari dell’apoptosi e di
identificare gli effettori omologhi dei
mammiferi
ced 9 Bcl-2
Ced-3 e ced-4: mutazioni che li inattivano portano alla conservazione di tutte e 131 le cellule “condannate a morte”
Ced-9: mutazioni che inattivano ced-9 portano a morte cellulare estesa a tutte le cellule, livelli aumentati di espressione di ced-9 bloccano l’apoptosi.
C. elegans apoptotic genes
Nei doppi mutanti ced-9/ced-3 la morte cellulare non si verifica: CED-9 agisce a monte di CED-3 inibendo la via apoptotica.
Studi genetici in C. elegans
Larva appena schiusa con mutazione del gene ced-1 che impedisce la fagocitosi delle cellule morte.
Studi genetici in C. elegans
Larva appena schiusa con mutazione del gene ced-1 e ced-3. L’assenza di cellule morte dimostra che l’apoptosi non avviene. La proteina CED-3 è necessaria per l’apoptosi.
Evolutionary conservation of apoptotic patrhways
EGL-1 funziona da attivatore a monte del processo di morte cellulare programmata regolandola positivamente: interagisce direttamente con CED-9 per indurre il rilascio CED-4
Il gene bcl-2 è stato isolato in tumori umani
Il primo gene per l’apoptosi clonato nei
mammiferi è stato il gene bcl-2
Promuove la sopravvivenza delle cellule
Le proteine Bcl-2 e CED-9 sono
omologhe e fungono da proteine
regolatrici che inibiscono la via
apoptotica
Queste proteine possono essere localizzate sulla membrana nucleare, su quella mitocondriale esterna e su quelle del reticolo endoplasmatico
Bcl-2 family
dall’equilibrio dei due gruppi
Perché una cellula dovrebbe
evento positivo per l’organismo
1. L’apoptosi é richiesta per un normale
sviluppo embrionale
cellule che rappresentano una minaccia per l’integrità dell’organismo
Vari processi dello sviluppo
Pronefro e mesonefro nei vertebrati superiori
Chiusura del tubo neurale, loop cardiaco
Coda e branchie degli anuri
Organi larvali negli insetti olometaboli
B. Rimodellamento tissutale
Sviluppo degli arti
C. Omeostasi cellulare
continuamente proliferanti
equilibrio
Malattie Autoimmuni
NECROSI
APOPTOSI
For every cell, there is a time to live and a time to die.
Apoptosi vs necrosi
Richiede alcune ore
recuperare funzionalità
FASI DELL’APOPTOSI- 1
superficie, l'altra attivata da segnali endogeni e
regolata dal mitocondrio.
reversibili fino al momento in cui convergono
nell'attivazione delle caspasi.
Fattori che scatenano
inducono morte) ai recettori
linfociti T citotossici (4)
coinvolgimento dei mitocondri
4. Mancanza del fattore di crescita
5. Stress ossidativo
segnale apoptotico, grazie a specifici ligandi
Questi recettori appartengono alla superfamiglia
dei TNF, svolgono anche altre funzioni
Recettori della morte meglio caratterizzati: CD95 (or
Fas), TNFR1 (TNF receptor-1) e i recettori DR4 and
DR5 TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand).
Tumour Necrosis Factor Receptor-1 (TNFR1)
Il legame porta ad una
trimerizzazione del recettore
caspasi 8
Attivazione dell’apoptosi attraverso CD95/Fas
Il ligando per CD95 è un trimero, legato al recettore promuove l’associazione del DD (Death Domain) con altre molecole
FADD= Fas associate death domain
Il complesso CD95/FADD lega
Ruolo dei mitocondri
Proteine antiapoptotiche della
membrana esterna e promuovono la
sopravvivenza della cellula
citocromo C
Citocromo c + Apaf- 1+ ATP + pro-caspasi 9
Caspasi 9 Cascata delle caspasi Bax e bad= pore forming protein
FASI DELL’APOPTOSI- 2
proteolitico e determina a sua volta un'ulteriore cascata di
eventi proteolitici e nucleolitici preordinati, che amplificano
il segnale e portano alle tipiche modificazioni morfologiche
dell'apoptosi.
La finalità è quella di predisporre la cellula ad essere
facilmente fagocitata
(enzimi che riparano il DNA)
Nell’uomo sono state identificate più di 10
proteine
(zimogeno).
del processo apoptotico.
principali:
2. effettrici.
dell’attivazione delle caspasi effettrici.
Nuclear activation
è la suddivisione del DNA in
nucleosomi
l’attivazione delle caspasi
di riparazione del DNA
caspase activated Dnase ICAD normalmente inattiva, durante l’apoptosi diventa
CAD (nucleasi)
fagocitosi
Elettroforesi del DNA di cellule in apoptosi
1- DNA di cellule in apoptosi: si può osservare il ladder (scaletta),
formato da frammenti di peso molecolare discreto (multipli
di nucleosomi)
2- DNA ad alto peso molecolare di cellule integre
3- DNA di cellule in necrosi: i frammenti sono di peso molecolare
vario, per lo più piccolo
Fagocitosi: segnali “eat-me” nelle