Apoptosi Flashcards
Quando e chi descrive l’apoptosi per la prima volta?
Kerr nel 1972, con studio sul nematode Caenorhabditis elegans. La scoperta avviene per definizione di differenze tra morte violenta (che sfocia in necrosi) e morte regolata.
Definizione di apoptosi
L’apoptosi è caratterizzata da processi finemente regolati in cui la cellula non subisce il processo di morte, ma organizza tutti i processi che, infine, porteranno alla sua morte, che si conclude con la rimozione della cellula danneggiata.
Differenze tra necrosi (= ciò che si manifesta dopo morte violenta) e apoptosi
- all’inizio della morte violenta la cellula si gonfia, invece in apoptosi si riduce di volume
- la necrosi avviene su una zona di tessuto, mentre l’apoptosi riguarda le singole cellule
- la morte per necrosi risulta nella liberazione di DAMPs, mediatori del segnale per scatenare la risposta antinfiammatoria
Fasi apoptosi
- Riduzione in volume della cellula
- Estroflessioni di membrana (processo attivo)
- Creazione apoptosomi
- Fagocitosi apoptosomi
Processi fisiologici in cui è coinvolta l’apoptosi
- embriogenesi: formazione cavità organi interni, spazio interdigitale
- reazione a stimoli ormonali: regolazione utero e tiroide
- nella regolazione del sistema immunitario: eliminazione cellule che riconoscono l’antigene self come non self, eliminazione cellule inutili
- eliminazione di cellule che hanno esaurito la loro funzione: inutili o vecchie
Come appare al microscopio la cellula apoptotica? Aspetti morfologici
Con volume ridotto, entroflessioni (apoptosomi), isolate, molto basofile (perché cromatina condensata e quindi molto reattiva). Se si riescono a distinguere nucleo e citoplasma si parla di cellula in fase precoce di apoptosi. Sono anche visibili le caspasi in forma attiva: la cellula apoptotica è l’unica struttura in cui è possibile vedere queste proteasi
Nome e tipi degli enzimi responsabili della regolazione dell’apoptosi
Si parla di una specifica categoria di cistein-proteasi: le caspasi. Nel loro sito attivo è presente una cisteina che effettua un taglio proteolitico a livello di un residuo di aspartato. Una prima regolazione di questi enzimi sta nella loro produzione: infatti vengono rilasciati in forma inattiva (procaspasi) e vengono solo successivamente attivate da un taglio proteolitico in caspasi.
Le isoforme delle caspasi sono divise in:
- iniziatrici, se iniziano il processo apoptotico
- effettrici, se si occupano di digerire le componenti cellulari
Perché è così importante che l’apoptosi sia perfettamente regolata?
Perché nel caso non lo sia darebbe inizio a un quadro patologico e non regolatorio
Regolazione nell’attivazione delle caspasi
Inizialmente vengono prodotte come proenzimi, quindi in forma inattiva. L’attivazione delle procaspasi in caspasi avviene in due step:
1. Taglio del dominio inibitore (processo auto-catalitico), innescato solo se la procaspasi è legata ad altre proteine
2. Taglio sul sito attivo, innescato solo per associazione di più caspasi
Una volta attivate diverse caspasi iniziatrici, si avvia una cascata di reazioni che attiva a sua volta le caspasi effettrici (hanno come primo target varie porzioni del citoscheletro: ecco perché la cellula apoptotica si rimpicciolisce!).
Regolazione apoptosi: via intrinseca
Ruolo fondamentale: mitocondrio
Famiglia di proteine responsabili: BCL2 (proteine accomunate dal dominio BH-), con due sottofamiglie (antiapoptotiche -Bcl2, Bcl-XL, Mcl1- e proapoptotiche -BAX e BAK). La regolazione sta nel bilanciamento di queste due sottofamiglie: se prevalgono le antiapoptotiche, l’apoptosi non avviene e viceversa.
Via intrinseca:
1. Le BH3-only (BCL2 di tipo sensoriale) captano il segnale proapoptotico e attivano le BAXe BAK.
2. BAX e BAK hanno due funzioni: formano i pori sulla membrana mitocondriale e inibiscono la funzione e l’espressione delle antiapoptotiche.
3. Formati i pori, si rilasciano proteine mitocondriali nel citoplasma, chiaro segnale di morte programmata. Sono il citocromo c (fondamentale nella catena di trasporto degli elettroni, se fuori dal mitocondrio si associa a APAF-1 fromando il complesso eptamerico detto apoptosoma. Questo attiva la caspasi 9 iniziatrice, iniziando così la cascata di segnalazione fino alla caspasi 3 effetrice) e le Smac + Diablo (inibiscono il complesso IAP’s, proteine inibitrici dell’apoptosi, inibendo il blocco alla degradazione).
Regolazione apoptosi: via estrinseca
SI attiva sulla segnalazione mediata dai recettori di morte, sulla superficie cellulare.
Ex il recettore Fas:
1. Lega il suo ligando FasL, formando complessi Fas sulla membrana
2. Questi complessi reclutano le pro-caspasi 8 (iniziatrici) a livello del FADD
3. Una volta attiva, la caspasi 8 attivva direttamente la caspasi 3 o può anche attivare la via intrinseca grazie a BID, che si occupa di formare i complessi BAX e BAK e di avviare, quindi, vai intrinseca
Altro ex importante, i linfociti T citotossici (inducono morte in cellule etichettate come pericolose):
1. I linfociti T hanno sulla membrana il FasL che lega il recettore Fas
2. Dopo il legame i linfociti rilasciano granzima B, che si occupa di attivare la via mitocondriale attraverso BID e di attivare direttamente la caspasi 3
L’apoptosi nella degradazione del DNA
La degradazione del DNA PER NECROSI è mediata da enzimi litici specifici detti endonucleasi, attivate dal pH acido e dalla alta concentrazione di Ca, che rompono legami in punti randomici della catena del DNA, creando frammenti sparsi di diverse dimensioni.
L’apoptosi, invece, inizia con la condensazione della cromatina (organizzata in istoni per creare nucleosomi) permette dei tagli precisi e organizzati della catena di DNA. Il DNA viene degradato per attivazione della proteina CAD, solitamente associata al suo inibitore ICAD. L’attività della caspasi 3 rimuove l’inibitore, si formano i dimeri e inizia la degradazione del DNA in maniera ordinata, procedendo dai frammenti più grandi a quelli più piccoli.
La fagocitosi
L’ultima parte dell’apoptosi è la fagocitosi, favorita dalla presenza sull’apoptosoma di segnali per i fagociti. Esempio classico è la fosfatidilserina, normalmente rivolta verso l’interno e traslocata esternamente dal processo apoptotico. I fagociti riconoscono il fosfolipide ed eliminano correttamente la cellula.
Altri segnali di riconoscimento possono essere proteine di superficie o l’opsonizzazione da parte di anticorpi.
Riassumendo: le 5 fasi dell’apoptosi
- Attivazione delle caspasi
- Permeabilizzazione del mitocondrio
- Alterazioni della membrana
- Cambiamenti morfologici della cellula
- Degradazione del materiale genetico, ultimo evento
Apoptosi nei processi patologici
1) danno al DNA: la proteina p35 controlla che non ci siano danni a livello genomico. Nel caso ci siano, p35 si attiva ed esprile p21 per bloccare il ciclo cellulare. Se poi il meccanismo di riparazione del dna non va a buon fine, si attiva l’apoptosi: p35 esprime geni NOXA e PUMA che bloccano la bcl2 e permettono l’inizio della via mitocondiale (a volte p35 interagisce con BAX per creare pori sul mitocondrio).
2) stress del RE: se REL è inefficiente per stress, si creano proteine foldate male (proteine chaperon: responsabili del folding) e inefficaci che, accumulandosi, creano stress ossidativo alla cellula che attiverà vie di segnalazione proapoptotiche.
3) infezioni virali o batteriche: causano esposizione sulla membrana cellulare di segnali di morte, raccolti dai linfociti T citotossici.
4) rigetto di trapianti: sistema immunitario attacca le cellule
5) atrofia di organi o tessuti: in carenza di nutrimenti si possono attivare le vie intrinseche di apoptosi
6) farmaci citotossici
Piroptosi
L’esito della morte cellulare è la rottura della membrana accompagnata da un processo infiammatorio (quindi mix di apoptosi e necrosi). Al contempo nella cellula è presente la caspasi 1 (tipica dell’apoptosi) e l’IL-1, che media la febbre (processo infiammatorio = necrosi). È dovuta a infezioni batteriche o virali
Necroptosi
Se segnalazione (apoptosi) si ha rottura della membrana cellulare, la formazione di un processo infiammatorio e danno tissutale. Il segnalatore è il TNF, che legandosi al suo recettore di membrana porta all’attivazione delle chinasi RIPK1 e RIPK3. Una volta autofosforilate, le chinasi reclutano un dominio di morte FADD e la caspasi 8 formando un complesso. Questo porta all’attivazione per fosforilazione delle proteine MLKL, che conduce alla formazione di pori sulla membrana plasmatica determinando il rilascio del contenuto citoplasmatico.
In condizioni fisiologiche la ritroviamo nella formazione delle cartilagini, mentre in quelle patologiche nella pancreatite acuta, steatoepatite e malattie degenerative
Ferroptosi
È una morte cellulare mediata dall’accumulo di ferro, in grado di generare danno ossidativo e solitamente accomunato all’incapacità del glutatione ridotto di andare a neutralizzare il potere ossidativo del ferro. Il risultato è un’autossidazione di proteine specifiche, che a loro volta portano all’ossidazione dei lipidi di membrana, che a sua volta può determinare la rottura della stessa.
Autofagia
la cellula digerisce sé stessa. Lo scopo è quello di riciclare molecole in seguito a situazioni di stress o a perdita funzionale. Segnali di attivazione dell’autofagia vanno a formare dei complessi proteici che portano all’enucleazione e alla formazione di vescicole che andranno a reclutare le componenti cellulari da recuperare.
Per prima cosa si ha un ripiegamento mediato dall’interazione della fosfatidiletanolammina sui lipidi e la LC3 dei microtubuli, che tendono a chiudersi a cerniera e a formare l’autofagosoma. Una volta che si è formato, si fonde con i lisosomi che rilasciano enzimi litici in ambiente controllato permettendo poi il rilascio delle molecole ottenute nel citosol.
In alcuni casi l’autofagia può innescare processi di morte cellulare
