Morte cellulare - Università degli Studi di Milano

Morte cellulare

Morte cellulare

         Necrosi                      Apoptosi

“Omicidio” della cellula      “Suicidio” della cellula

Necrosi

é un “omicidio” , un processo passivo che la cellula
   “subisce” in seguito ad un insulto esterno

é un processo solitamente abbastanza rapido e
   incontrollabile

le reazioni che si verificano durante il processo
   necrotico sono non sono “bloccabili” dall’interno
   (modulazione di geni endogeni) ma solo
   parzialmente dall’esterno (agenti famacologici o
   inibitori di natura sintetica)

Il processo necrotico è caratterizzato da:
Produzione di Reactive Oxygen Species (ROS):
  stress ossidativo
Diminuita produzione di ATP e deplezione del pool
  cellulare di ATP
Difetti nell’omeostasi del calcio
Danno mitocondriale irreversibile
Difetti nella permeabilitá cellulare
Rigonfiamento cellulare e degli organelli con rottura
e lisi finale; frammentazione casuale del nucleo
e del DNA (carioressi e cariolisi)
I residui cellulari restano “in situ”, e vengono
eliminati lentamente, provocando una reazione
infiammatoria

La necrosi: morfologia del tessuto

Una volta che le singole cellule sono andate incontro alle alterazioni suddette,
    l’insieme delle cellule necrotiche può assumere diversi aspetti morfologici:
   Necrosi coagulativa ( il tessuto appare compatto, come cotto)
             Prevale la denaturazione delle proteine;
             Preservazione dei contorni cellulari per giorni;
             Caratteristica della morte ipossica (miocardio);
   Necrosi colliquativa (il tessuto appare semifluido)
             Predomina la digestione enzimatica;
             Perdita dei contorni cellulari;
             Caratteristica del cervello.

Necrosi coagulativa e colliquativa

• Necrosi coagulativa: con preservazione dell’architettura tessutale almeno in una
  prima fase. Il danno “uccide” anche gli enzimi cellulari che distruggono il tessuto,
  “congelando” il tessuto morto finchè in leucociti infiltranti non lo distruggono
• Necrosi colliquativa: con massiva digestione del tessuto in necrosi…(leucociti
  morti formano “pus”)

Conseguenze della riduzione dell’ATP
          intracellulare

Generazione di ROS
• Prodotti durante il normale metabolismo
  cellulare
• Normali funzioni di cellule specializzate
• Assorbimento di energia (p.es., radiazioni)
• Metabolismo di composti esogeni

Interazioni ROS-cellula

• Perossidazione dei lipidi di membrana
• Modificazioni ossidative delle proteine
• Lesioni nel DNA (ssDNA breaks)

Difese contro i ROS
• Antiossidanti (Vit A ed E, acido ascorbico,
  glutatione)
• Produzione di proteine di deposito e trasporto
  di ioni metallici (trasferrina, lattoferrina,
  ceruloplasmina, ferritina)
• Enzimi “scavengers”:
  – Catalasi, Superossido-dismutasi (SOD), Glutatione
    perossidasi

Un esempio: l’acetaminofene
                 (paracetamolo)
• Tylenol/Tachipirina: over-the-counter drug, analgesico ed antipiretico
• Metabolismo epatico: una piccola quota é convertita dalle citocromo
  P450 ossidasi epatiche ad un metabolita elettrofilo (N-acetyl-
  benzochinoneimina), neutralizzato dal GSH in acido mercapturico.
• Intossicazione da Tylenol: il pool di GSH viene consumato, il metabolita
  attacca proteine, acidi nucleici e lipidi, risultando in massiva necrosi
  epatica (fatale in alcuni casi), che puó essere ridotta da massiccio impiego
  di antiossidanti (acetil-cisteina).

• Ca++ citosolico è tenuto a livelli 10,000 volte minori di quello extracellulare, per cui
  l’aumento porta ad una deregolazione di molteplici attività enzimatiche intracellulari

Danno alle membrane

Ischemia ed Ipossia

 Tra i vari tipi di danno cellulare, questo é il piú
  diffuso e quindi clinicamente rilevante
 Nell’ipossia, la glicolisi anaerobica continua, mentre
  nell’ischemia anche la glicolisi si interrompe:
  l’ischemia quindi porta piú rapidamente a danno
  irreversibile
 Esempio di danno ischemico: infarto miocardico da
  occlusione di un’arteria coronaria

Acute Myocardial Infarction.

 • 1 death every 36 seconds attributed
 to cardiovascular disease in the US

 • 1.3 million Americans will have
 recurrent or new AMI (600,000
 deaths /yr)

 • Cost attributed to cardiovascular
 disease: $430 Billion.

Danno da ristabilimento dell’ ossigenazione post-ischemia

Generazione di ROS
Secondario alla generazione di ROS,
 induzione di processi apoptotici e necrotici
 da apertura del poro mitocondriale
Danni da infiammazione del tessuto ri-
 ossigenato, con reclutamento di cellule
 infiammatorie (granulociti/monociti)

SOD contro danni ischemici
• Modello sperimentale: ratti sottoposti a
  ripetuti episodi di ischemia-riperfusione
• Il danno ai vasi é notevolmente diminuito
  dalla trasduzione delle cellule endoteliali con
  adenovirus ingegnerizzati per la
  iperespressione della SOD

Qual é il “punto di non ritorno”?

1.   Disfunzione mitocondriale

2. Alterata permeabilitá da danno
   alle membrane cellulari

Una visione moderna del processo
               necrotico
• Malgrado l’idea che la necrosi sia un processo di
  morte cellulare “non-controllata”, evidenze
  sperimentali stanno iniziando a suggerire che almeno
  in alcuni casi questo tipo di processo dia un
  contributo allo sviluppo ed alla omeostasi fisiologica
• Sono stati coniati diversi termini per descrivere
  forme di morte cellulare non apoptotiche che però
  presentano aspetti di “suicidio” cellulare:
   – oncosi, necroptosi, autolisi...

Necroptosi
• Morfologicamente e biochimicamente è un processo
  assimilabile alla necrosi:
   –   Riduzione di ATP
   –   Rigonfiamento (swelling) cellulare
   –   Generazione di ROS
   –   Attivazione di sistemi di degradazione cellulare
   –   Rottura delle membrane
• Meccanisticamente, è innescata da eventi di trasduzione
  del segnale (quindi geneticamente programmati)
   – “necrosi programmata”
   – A differenza dell’apoptosi, non si assiste ad attivazione delle
     caspasi

La selezione del processo necroptosico
             vs l’apoptosi
               • Segnale extracellulare che attiva un complesso
                 recettoriale di membrana (lo studieremo anche
                 nel processo di apoptosi): TNF-TNFR
               • Reclutamento di un complesso che contiene le
                 chinasi RIP1 e RIP3, e la caspasi 8
               • In assenza di attivazione della caspasi 8
                 (meccanismi ancora da capire), che attiverebbe
                 un segnale apoptotico, RIP1/3, insieme ad altre
                 proteine TBI formano il cosidetto “necrosoma”
                 che è responsabile per gli eventi successivi che
                 portano alla morte cellulare
               • La necroptosi è coinvolta in numerosi eventi
                 fisiologici (esempio crescita ossea) e patologici:
                 epatite da steatosi, pancreatite acuta, morbo di
                 Parkinson

Esistenza di circuiti genetici coinvolti nella
              necrosi programmata

• geni i cui prodotti inducono una compromissione
  generale dello stato bioenergetico
• geni i cui prodotti sono rilasciati nell’ambiente
  extracellulare per indurre una risposta adattativa
  (infiammazione, ecc.)

EVOLUZIONE DEL PROCESSO DI NECROSI (CHE SI ACCOMPAGNA
  AD UNA REAZIONE DELL’ ORGANISMO) COME “SISTEMA DI
  ALLARME”

Damage-associated molecular pattern
        molecules (DAMP)
• Di diverso tipo:
   – proteine (HMGB1, heat shock proteins)
   – metaboliti
• Rilasciati per diffusione durante la rottura della
  membrana cellulare
• HMGB1:
   – proteina nucleare, costituente la cromatina
   – Cellule necrotiche: rilasciata, si lega ad un recettore
     presente sui macrofagi (RAGE), attivando la produzione di
     citochine infiammatorie