segnale attivazione di specifici pacchetti di geni esecuzione di uno dei programmi di attività...
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Segnale
Attivazione di specifici pacchetti di geni
Esecuzione di uno dei programmi di attività cellulare
Proliferazione Differenziamento Arresto e Quiescenza Morte cellulare
ATTIVITA’ CELLULARE
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Omeostasi cellulare e apoptosi
L’omeostasi cellulare è frutto di un sottile equilibrio, finemente regolato, tra proliferazione e morte cellulare
MOLTIPLICAZIONE NUMERO (MASSA) CELLULARE MORTE (MITOSI)
(APOPTOSI) se in eccesso se in
eccesso
TUMORI
DEGENERAZIONE/APLASIA
se in difetto se in difetto
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MORTE CELLULARE
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MECCANISMI DI MORTE CELLULARE
• NECROSI
– Evento accidentale– Passivamente subito dalle cellule– Interessa gruppi di cellule– Dovuto a trauma, veleno, anossia, ecc– La lisi della cellula causa fenomeni di infiammazione e di autoimmunità
• APOPTOSI
– Evento programmato– Attivamente realizzato dalle cellule– Interessa cellule singole– Realizzato di norma in condizioni fisiologiche– La frammentazione della cellula e le modificazioni di superficie favoriscono la fagocitosi
AUTOFAGIA- Permette alle cellule in condizione di malnutrimento o prive di fattori di crescita di sopravvivere. Se la mancanza di stimoli persiste le cellule si “autodigeriscono” e muoiono.
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LA NECROSI
La necrosi, è l’ evidenza strutturale della morte di gruppi di cellule
di un tessuto o di un organo. Nella zona di avvenuta necrosi le
delimitazioni extracellulari scompaiono ed il tessuto si trasforma in
una massa amorfa, con conseguente rilascio di sostante
intracellulari negli spazi extracellulari. Questo fenomeno
comporta, spesso, attivazione di un processo infiammatorio in
quanto le sostanze rilasciate dalla cellula necrotica possono
richiamare (chemiotassi) i leucociti o attivare una risposta
antigenica.
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Necrosi
Le modificazioni ultrastrutturali della cellula, in cui si è attivato il processo di
morte per necrosi, possono essere suddivise come segue:
- Cariolisi (degradazione del DNA causata dall’attività delle DNasi)
- Picnosi: (riduzione del nucleo)
- Cariolessi: (frammentazione del nucleo picnotico, fino alla sua scomparsa)
- Alterazioni della membrana plasmatica
- Modificazioni dell’attività (deplezione di ATP) e della struttura dei
mitocondri
- Dilatazione del reticolo endoplasmatico (per aumento del Ca2+ intracellulare,
perdita dell’osmolarità cellulare).Nabissi 2014
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Mediatori del processo di necrosi
Specie reattive dell’ossigeno, ioni calcio, PARP (poly–ADP–ribose polymerase)
proteasi calcio-attivate non lisosomiali (Calpaine) e catepsine mediano il processo di
necrosi.
PARP è una DNA-repair enzyme che puo’ diminuire fortemente le riserve di ATP
quando catalizza la riparazione del DNA, che avviene durante un danno.
Calpaine si attivano quando la concentrazione di calcio è elevata.
Le Catepsine vengono liberate nel citoplasma dopo che le calpaine attivate
compromento l’integrità delle membrane lisosomiali.
I lisosomi contengono piu’ di 80 tipi diversi di enzimi idrolitici, incluso le catepsine.
Rilasciati nel citoplasma questi enzimi degradano le strutture cellulari, interferendo
con il normale metabolismo, e la morte è inevitabile.
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CARATTERISTICHE NECROSI
VOLUME CELLULARE AUMENTO
NUCLEO PICNOSI-CARIOLESSI-CARIOLISI
MEMBRANA CITOPLASMATICA DANNEGGIATA
CONTENUTO CELLULARE DIGESTIONE ENZIMATICA
INFIAMMAZIONE DELLE AREE ADIACENTI
FREQUENTE
RUOLO FISIOLOGICO O PATOLOGICO
SEMPRE PATOLOGICO
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Figure mieliniche
STEATONECROSI CON SAPONIFICAZIONE.
Saponi di calcio nelle zone di distruzione lipidica
calcificazione delle cellule, con riempimento della cellula morta con
fosfolipidi degradati (dette figure mieliniche), che vengono poi degradate dai macrofagi, con formazione di saponi di calcio ed di un
sito infiammatorio.
• La necrosi coagulativa implica la conservazione della struttura della cellula per alcuni giorni, come nel caso dell’infarto del
miocardio dove il danno o l’aumento di acidosi cellulare denatura le proteine ma anche gli enzimi degradativi
A) Miocardio normale, B) cellule del miocardio prive di nucleo
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POLMONE TUBERCOLARE- NECROSI CASEOSA
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Un tipo particolare di necrosi
coagulativa è la necrosi caseosa.
Deve il suo nome all’aspetto
macroscopico del tessuto (bianco e
simile al formaggio). Si distingue
dalla normale necrosi coagulativa
perché in essa la normale architettura
del tessuto appare completamente
scomparsa.
Necrosi colliquativa: predomina la digestione enzimatica, il
tessuto diventa molle e liquefatto principalmente come
conseguenza dell’azione degli enzimi litici rilasciati dai leucociti,
richiamati nel sito necrotico (chemiotassi). La necrosi colliquativa
è caratteristica delle infezioni batteriche, dato che questi organismi
stimolano l’accumulo di cellule infiammatorie. La completa
digestione delle cellule morte, con conseguente trasformazione del
tessuto in una massa fluida e viscosa, comprende spesso la
formazione di pus.
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Necrosi colliquativa
Caratteristica delle infezioni batteriche, dato che questi organismi stimolano
l’accumulo di cellule infiammatorie.
Completa digestione delle cellule morte, con conseguente trasformazione del
tessuto in una massa fluida e viscosa. Spesso conprende la formazione di pus.
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Un altro tipo particolare di necrosi è la gangrena che si verifica in un arto con
interruzione completa dell’irrorazione sanguigna e conseguente necrosi coagulativa.
Se si sovrappone un’infezione batterica con conseguente colliquazione si definisce
gangrena umida.
Necrosi grassa (steatonecrosi): indica la presenza di zone di distruzione lipidica
causate dal rilascio di lipasi
APOPTOSI:“suicidio cellulare”
È una modalità di morte cellulare “attiva”, tipica delle cellule di
organismi pluricellulari e viene anche descritta come una forma
di “suicidio altruista”, in quanto spesso la cellula “si sacrifica”
per il bene dell’intero organismo. Le modalità della morte per
apoptosi sono finalizzate a evitare l’instaurarsi di fenomeni di
INFIAMMAZIONE e di AUTOIMMUNITÀ, ed il fatto che non
dia luogo a fenomeni di infiammazione fa sì che la morte
cellulare non sia avvertita dall’organismo (morte indolore)Nabissi 2014
PERCHÉ SI PARLA DI PROGRAMMA APOPTOTICO?
Perché l’apoptosi è un processo cellulare innescato da induttori
specifici, in quanto richiede la trascrizione di specifici geni.
L’apoptosi fisiologica avviene naturalmente nell’organismo, per
favorire l’eliminazione di cellule che hanno terminato la loro
funzione, in cellule danneggiate o in condizioni d’adattamento
cellulare
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SVILUPPO EMBRIONALE/FETALE E METAMORFOSI
NORMALE TURN-OVER TISSUTALE: epitelio intestinale, i neutrofili dopo il
termine dell’infiammazione, linfociti al termine di una risposta immunitaria.
ONTOGENESI E OMEOSTASI DEL SISTEMA IMMUNITARIO: L’eliminazione
di linfociti auto-reattivi potenzialmente pericolosi, prima e dopo la loro formazione
e maturazione.
ATROFIA ORMONE-DIPENDENTE: L’involuzione ormone-dipendente
nell’adulto, come la distruzione delle cellule dell’endometrio durante il ciclo
mestruale, atresia dei follicoli ovarici nella menopausa, regressione della mammella
dopo svezzamento, atrofia prostatica dopo castrazione.
DEPRIVAZIONE DI FATTORI DI CRESCITA o INDUCENTI: L’eliminazione
cellulare in popolazioni cellulari proliferanti.Nabissi 2014
APOPTOSI
TOSSINE, FARMACI
RADIAZIONI
INFEZIONI VIRALI
CITOTOSSICITÀ CELLULO-MEDIATA: la morte cellulare indotta dai linfociti
citotossici, un meccanismi di difesa contro linfociti infettati da virus o contro cellule
tumorali.
Per apoptosi patologica s’intende la morte cellulare indotta da una serie di stimoli
dannosi, ad esempio il danno cellulare in particolari malattie virali, come l’epatite
virale in cui l’eliminazione delle cellule è largamente dipendente dall’apoptosi,
l’atrofia patologica negli organi parenchimali dopo ostruzione dei dotti (pancreas,
reni) e la morte cellulare nelle neoplasie.
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Quindi l’apoptosi si puo’definire un programma intracellulare
strettamente regolato, in cui le cellule destinate a morire attivano
enzimi che degradano il DNA, le proteine nucleari e citoplasmatiche.
La membrana citoplasmatica rimane intatta ma la struttura della
cellula si altera a tal punto da essere bersaglio di cellule fagocitarie .
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CARATTERISTICHE NECROSI APOPTOSI
VOLUME CELLULARE AUMENTO RIDOTTO
NUCLEO PICNOSI-CARIOLESSI-CARIOLISI
FRAMMENTAZIONE
MEMBRANA CITOPLASMATICA
DANNEGGIATA INTATTA
CONTENUTO CELLULARE
DIGESTIONE ENZIMATICA
INTATTO, PUO’ ESSERE SECRETO IN CORPI
APOPTOTICI
INFIAMMAZIONE DELLE AREE ADIACENTI
FREQUENTE NO
RUOLO FISIOLOGICO O PATOLOGICO
SEMPRE PATOLOGICO SPESSO FISIOLOGICO, MEZZO PER
ELIMINARE LE CELLULE
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CARATTERISTICHE BIOCHIMICHE DELL’APOPTOSI
Le cellule apoptotiche mostrano delle caratteristiche biochimiche che sono alla
base delle modificazioni struttutali descritte.
CLIVAGGIO DELLE PROTEINE
La degradazione delle proteine coinvolge le CASPASI, proteasi cisteina-dipendenti,
che sono presenti, come proenzimi, nella cellula in condizione fisiologica e devono
essere attivati per indurre apoptosi. Le caspasi oltre che distruggere altre proteine
attivano Dnasi che degradano il DNA.
AUMENTO DELLA CONCENTRAZIONE DI Ca2+ INTRACELLLULARE
Le modificazioni biochimiche della membrana plasmatica inducono variazioni
osmotiche ed della concentrazione elettrolitica nella cellula apoptotica. Tali
variazioni inducono entrata di Ca2+ dall’ambiente extracellulare e rilascio di Ca2+
dai depositi intracellulari (reticolo endoplasmatico liscio, mitocondri). L’aumento
di Ca2+ è alla base dell’attivazione di diversi enzimi con attività degradativi verso
proteine e DNA.Nabissi 2014
ROTTURA DEL DNA Il DNA viene tagliato in multipli di 180-200 bp da endonucleasi Mg2+ e Ca2+ dipendenti
RICOGNIZIONE FAGOCITARIALe cellule apoptotiche esprimono fosfatidilserina fosfatidilserina sulla parte esterna della membrana (evidenziabile colorando le cellule con annexina V). Queste modificazioni a livello di membrana possono essere riconosciute dai macrofagi che fagocitano così le cellule apoptotiche.
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A- DNA cellule integre B- DNA di cellule in apoptosiC- DNA di cellule in necrosi
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MECCANISMI di attivazione dell’APOPTOSI
L’APOPTOSI E’ INDOTTA DA STIMOLI ESTERNI E/O INTERNI, IN
GRADO DI ATTIVARE DUE VIE (PATHWAYS) IN PARTE DISTINTE
CHE VENGONO IDENTIFICATI COME:
PATHWAY INTRINSECO, controllato dalla permeabilizzazione della membrana
mitocondriale
PATHWAY ESTRINSECO, nel quale recettori di morte stimolano la cascata
di eventi apoptotici.
I mediatori di entrambi i pathways sono LE CASPASI, infatti il processo
apoptotico consiste in una fase iniziatrice (durante la quale vengono attivate
le caspasi iniziatrici) e in una fase effettrice in cui il secondo gruppo di caspasi
(effettrici) agiscono per indurre la morte cellulare.Nabissi 2014
CASPASI
• C = cisteina nel centro reattivo; ASP = riconoscono un residuo di acido aspartico
nell’ambito di una sequenza di 4 aminoacidi; ASI = sono enzimi proteolitici
• Le caspasi sono presenti nel citoplasma in forma di zimogeni e vengono attivate
successivamente all’attivazione dei pathways apoptotici.
• Le caspasi “iniziatrici” (2, 8, 9, 10) sono attivate dagli “adattatori”; a loro volta
attivano le caspasi “effettrici” (3, 6, 7). (La caspasi 1, 4, 5 sono coinvolte nella
maturazione di citochine).
• L’attivazione consiste nel taglio proteolitico, con formazione di due frammenti; i 2
frammenti brevi e i 2 frammenti lunghi di due caspasi uguali formano un tetramero
(forma attiva) .
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Substrati sensibili
CAD (deossiribonucleasi caspasi-sensibile): presente nel citosol in forma inattiva e
mediante distacco dell’inibitore causato dalla caspasi 3, la CAD migra nel nucleo
degradando i nucleosomi, frammentando il DNA in frammenti di circa 180 bp.
Proteine del citoscheletro (fodrina, gelsomina)
PARP-1 (poli-ADP-ribosio polimerasi) che inattivata dalla caspasi 3 , non puo’ pi
u’ svolgere la funzione di enzima responsabile della riparazione del DNA e
d’inibitore delle endonucleasi.
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Effetti a livello del nucleoNabissi 2014
Compartimentalizzazione cellulare delle caspasi
La maggior parte delle procaspasi sono localizzate a livello del
citoplasma, ma una piccola frazione di questi zimogeni sono
compartimentalizzati in organelli cellulari.
Ad esempio la procaspasi 3 è presente nello spazio
Intermembranale del mitocondrio, complessata con le Heat
Shock Protein (Hsp60 o Hsp 10).
Dopo attivazione del processo di apoptosi, la procaspasi 3 viene
rilasciata dal complesso e migra nel citoplasma.
Inoltre l’attivazione dei segnali di morte inducono anche la
migrazione delle caspasi (2, 9, 3) nel nucleo.
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Via Apoptotica Estrinseca
La via estrinseca o pathway dei recettori di morte è attivata dalla famiglia dei
recettori del TNF (tumor necrosis factor), la quale è composta da recettori che
inoltre hanno un ruolo fondamentale nel mantenere l’omeostasi cellulare e nel
riconoscimento immunitario. L’attivazione di questa via si ha quando un ligando
Di morte si lega al dominio extracellulare del suo recettore con conseguente
attivazione delle caspasi iniziatrici.
La famiglia di tali recettori è composta da diversi membri, i quali sono
differentemente espressi nelle varie popolazioni cellulari. Questi recettori sono:
- TNFR1 ( recettore del TNF)
-CD95 (denominato anche Apo1 o Fas)
-TRAIL-R1, -TRAIL-R2, NGFRNabissi 2014
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Death receptors and their ligands.
Cystein-rich extracellular domains.
80 amino acid ‘death domain’ motif in their cytoplasmic C-terminal region, which is
crucial for transmitting apoptotic or other signals.
Via Estrinseca
Questi recettori contengono un dominio citoplasmatico implicato nelle interazioni
proteina-proteina detto DOMINIO DI MORTE (DD), indispensabile per liberare
segnali apoptotici. I recettori meglio studiati sono quelli TNFR1 e del recettore Fas
(CD95).
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ATTIVAZIONE
Quando il ligando (TNF; tumor necrosis factor o FasL; ligando del recettore Fas) si
è associato alla porzione extracellulare del recettore, il recettore trimerizza e la
porzione intracellulare, caratterizzata da un dominio DD (Death Domain), dirige la
formazione di un complesso proteico denominato DISC (death-inducing signaling
complex) mediante il reclutamento di una specifica proteina adattatrici FADD (Fas-
associated death domain, per il Fas) o TRADD (TNFR-associated death domain) per il
TNFR. Questa proteina trasporta un dominio DED (death effector domain) che
permette di reclutare le pro-caspasi 8 e l’attivano (induzione per prossimità). La
caspasi-8 attivata agisce attivando la pro-caspasi 3 che agisce sui substrati sensibili.
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In alcuni tipi cellulari le caspasi 8 non sono particolarmente efficaci nel clivaggio della caspasi
3 e quindi agiscono sulla proteina BID che troncata dalla caspasi 8, in forma corta (t-BID)
trasloca nella membrana mitocondriale dove si lega ed attiva BAX e Bad. Questa attivazione
permette la traslocazione di BAX nello strato esterno della membrana mitocondriale , causando
l’oligomerizzazione di BAX e BAD con conseguente rilascio di citocromo c ed inibizione delle
IAP (inhibitor of apoptosis pathways) stabilendo un legame fra via estrinseca e via intrinseca.
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APOPTOSI MEDIATA DA TNF
La citochina TNF è un mediatore dell’infiammazione ma è
anche capace di indurre apoptosi. Il legame di TNF al suo
recettore porta ad un legame intracellulare tra la porzione
citoplasmatica del TNFR-1 con il dominio di morte TRADD
attivando l’apoptosi mediante la cascata delle caspasi.
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VIA ESTRINSECA
attivazionedell’apoptosi
Segnalazionevia NF-kB e pathway
di proliferazione
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La via mitocondriale
L’attivazione della via mitocondriale si attiva mediante una
permeabilizzazione della membrana mitocondriale interna con
conseguente dissipazione del gradiente di protoni che è
responsabile del potenziale transmembrana mitocondriale. La
permeabilizzazione coinvolge anche la membrana mitocondriale
esterna con conseguente perdita di proteine solubili, normalmente
confinate negli spazio intermembranali dei mitocondri.
QUALE MECCANISMO INDUCE LA PERMEABILIZZAZIONE?
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1
La formazione di pori di transizione di membrana a livello
mitocondriale coinvolge proteine pro-apoptotiche della famiglia
Bcl-2, come Bax, dopo oligomerizzazione o stimolazione mediata
dalla proteina tBid e meccanismo antagonizzato dalla proteina Bcl-2.
2
La permeabilizzazione della membrana interna avviene come
conseguenza della formazione di pori non specifici (indotti da
stimoli apoptotici). La successiva perdita del potenziale di membrana
induce il rigonfiamento della membrana mitocondriale con
conseguente rottura della membrana esterna
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3
Questo modello coinvolge i canali anionici voltaggio-dipendenti (VCAD), che sono le proteine maggiormente presenti nella membrana mitocondriale esterna. In condizione normale questi canali sono permeabili a proteine con un peso molecolare fino a 5kD. L’interazione con la proteina Bax permette un aumento di permeabilità di questi canali con il possibile passaggio del citocromo c nel citoplasma.
4
Questo modello indica che la formazione dei pori di transizione di membrana nasce dalla fusione dei VCAD con i pori aspecifici (modello 2), sotto il controllo delle proteine della famiglia Bcl-2.
QUALUNQUE SIA IL MODELLO, LA PERMEABILIZZAZIONE DELLE MEMBRANE MITOCONDRIALI INDUCONO LA FUORIUSCITA DEL CITOCROMO C NEL CITOPLASMA.
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VIA INTRINSECALa via intrinseca è attivata da stress cellulari (deprivazione di fattori di crescita, ipossia, danno al DNA) o agenti antitumorali. Nelle cellule normali, il danno al DNA puo’ indurre due possibili reazioni; la riparazione e/o la tolleranza del danno, oppure la stimolazione della cascata di segnali che inducono la morte della cellula danneggiata. Nella trasformazione neoplastica queste reazioni sono normalmente alterate.
Le principali lesioni letali al DNA sono le rotture del doppio filamento (double strand breaks; DSB), le quali sono riconosciute da proteine (chinasi) con capacità di riparazione. Una di queste proteine è ATM (ataxia telangiectasia mutated) attivata dopo lesione del DNA indotta da radiazioni ionizzanti. ATM induce la fosforilazione di diversi substrati coinvolti con il blocco del ciclo cellulare e nell’induzione dell’apoptosi (p53, CHK1, CHK2, p21). In base al danno o alla capacità di riparazione p53 puo’ indurre la trascrizione di geni pro-apoptotici (Bax, PUMA) Nabissi 2014
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Via intrinseca
Lo stimolo che induce la via intrinseca induce la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna e rilascio del citocromo c che si lega al fattore Apaf-1 (apoptotic protese-activating factor-1) inducendo oligomerizzazione e cambiandone la sua conformazione. Questo cambiamento comporta l’esposizione del DOMINIO DI RECLUTAMENTO DELLE CASPASI (ARD), in presenza di ATP. Apaf-1, è cosi’in grado di reclutare ed attivare la pro-caspasi 9 formando un complesso chiamato APOPTOSOMA, il quale attiva la pro-caspasi 9, che a sua volta attiva le caspasi effettrici (3, 6, 7) con conseguente inizio dei fenomeni apoptotici (frammentazione del DNA, disgregazione del citoscheletro, ecc..).
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MODULATORI DELL’APOPTOSI
• Localizzandosi sulla membrana esterna del mitocondrio, favoriscono (se pro-apoptotici) o rendono meno facile (se anti-apoptotici) la formazione di megacanali e la conseguente fuoriuscita di molecole pro-apoptotiche
• Sono strutturalmente simili tra loro (domini BH1-4 + dominio transmembrana)
• Anti-apoptotici: Bcl-2, BclXL,
• Pro-apototici: Bad, Bax, Bak, Bid
• Stimoli endogeni ed esogeni agiscono sulla propensione all’apoptosi della cellula alterando la loro quantità, localizzazione e stato di attività
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La famiglia Bcl-2
• Il gene Bcl-2 (B-cell leukemia/lymphoma 2) fu identificato nelle cellule B del
linfoma follicolare e la sua over-espressione antagonizza l’induzione
dell’apoptosi mediata da diversi stimoli, compresi quelli da chemioterapici. La
sua over-espressione in diversi tipi di tumore contribuisce alla crescita cellulare
ed in combinazione con l’over-espressione di altri oncogeni (c-myc), alla
trasformazione neoplastica.
• Diversi membri della famiglia Bcl-2 sono stati identificati e caratterizzati per la
loro funzione pro-apoptotica e quindi potenziali oncosoppressori (Bax, Bak,
Bim, Bid….), o funzione anti-apoptotica e quindi potenziali oncogeni (Bcl-2,
Bcl-XL, ..).
• Inoltre il genoma di alcuni virus patogeni (Epstein-Barr, sarcoma di Kaposi
virus) codificano per proteine simili a Bcl-2.Nabissi 2014
Le proteine anti-apoptotiche Bcl-2 contengono quattro domini conservati
BH (1-4), omologhi a Bcl-2, mentre i membri pro-apoptotici possono essere
suddivisi in quelli con tre domini omologhi (Bax, Bak) o con solo il dominio BH3
conservato (Bid, Bim, Bad).
Inoltre molti di questi membri contengono regioni carbossi-terminali che hanno
affinità per le membrane, in particolare quella esterna dei mitocondri.
In assenza di segnali di morte, molti membri pro-apoptotici sono localizzati nel
citosol o nel citoscheletro e solo dopo segnali di morte assumono una
modificazione conformazionale che li rende capaci di migrare verso le membrane
mitocondriali.
Le interazioni fra membri pro ed anti-apoptotici modula la redistribuzione del
citocromo c nel mitocondrio.
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a) Le proteine pro.apoptotiche possono essere suddivise in effettori (causano
depolarizzazione ) o solo BH3 (sensibilizzatori, trasmettono il segnale apoptotico agli
effettori).
b) Modello indiretto: BAX e BAD sono legati ed inibiti da Bcl-2 quando sono nello stato
costitutivamente attivo e il legame di BH3 a Bcl-2 è sufficiente per liberare Bad/BAX.
Modello diretto: Bad/Bax sono attivati da BH3 e Bcl-2 previene la depolarizzazione
della membrana mitocondriale sequestrando BH3 o inibendo Bad/Bax attivati.
Bcl-2 modulano la morte cellulareLa famiglia Bcl-2 modula la morte cellulare in parte influenzando il rilascio di
citocromo c e diverse altre proteine, ma stabilizzano anche il potenziale
transmembrana dei mitocondri regolandone il flusso protonico, inibendo la
formazione di ROS e prevenendo l’acidificazione citoplasmatica.
Nel processo apoptotico Bax dimerizza e si inserisce nella membrana mitocondriale,
alterandone la funzione.
I vari membri della famiglia Bcl2, avendo dei domini proteici comuni possono
formare omo o eterodimeri. La formazione di questo complessi permette di regolare
la risposta pro od antiapoptotica.
Bcl2-Bcl2: anti-apoptotica__Bax-Bcl2: inattivo__Bax-Bax: apoptotico
L’attività di Bcl-2 puo’ essere regolata da fosforilazione, con perdita della sua
funzione anti-apoptotica, da alcuni farmaci antitumorali che interagiscono con i
monomeri di tubulina ed influenzano la polimerizzazione dei microtubuli.Nabissi 2014
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Le altre proteine pro-apoptotiche, (come BID), cooperano con BAX e BAD
nell’indurre il rilascio di citocromo c.
Inoltre il dimeri Bax-Bid induce il rilascio di AIF (Apoptosis Inducing Factor) e
Smac/DIABLO che blocca i fattori IAP (proteine inibitrici l’apoptosi).
AIF collabora nell’indurre il rilascio di citocromo c, ma ha anche la capacità di
traslocare nel nucleo ed indurre la condensazione della cromatina e l’apoptosi
mediante una via caspasi indipendente (attivazione di endonucleasi).
Inoltre Bcl-XL è in grado di legarsi al fattore Apaf-1 inattivandolo.
VIA INTRINSECA
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Inibitori dell’apoptosi (IAP family)
Le proteine IAP (Inhibitor of Apoptosis Protein) sono proteine altamente conservate e sono caratterizzate da almeno un dominio BIR (baculovirus inhibitor of apoptosis repeat).
Questo dominio è presente in diverse proteine fra cui cIAP1, cIAP2, XIAP e Survivina.La maggior parte delle proteine IAP son altamente espresse nei tessuti embrionali e quasi assenti nelle cellule differenziate, mentre la loro espressione aumenta nelle cellule tumorali.
Le IAP si legano e rendono inattive le caspasi, ma possono svolgere un ruolo inibitorio del processo apoptotico anche legandosi alle proteine pro-apoptotiche Smac/DIABLO (proteine che promuovono l’attivazione delle caspasi, riducendo l’inibizione delle caspasi IAP-mediata).
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INIBITORI DELL’APOPTOSI (cFLIP)
Un’altra proteina che regola negativamente l’apoptosi interferendo
con l’attivazione delle caspasi è la proteina FLICE (cFLIP o
usurpina), che contiene un dominio DED mancante del sito
catalitico attivo e dei residui aminoacidici che formano il
pacchetto
di proteine necessarie (DISC) per attivare la pro-caspasi 8.
Quindi cFLIP previene il legame delle pro-caspasi 8 al complesso
formatosi dall’attivazione dei death receptors.
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EFFETTORI DELL’APOPTOSI
AIF. Liberato dai mitocondri quando si forma il megacanale, causa il
rilascio di citocromo c, ma puo’ traslocare nel nucleo dove attiva
condensazione della cromatina ed avvia un processo apoptotico
caspasi-indipendente attraverso l’aumento dei livelli di nucleasi
PARP-1.
PARP-1 è responsabile della riparazione del DNA ed è coinvolta nella
trascrizione genica. La sua eccessiva attività scatena il rilascio di
AIF dai mitocondri.
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Il citocromo c si lega ad APAF-1 monomero e ne induce la eptamerizzazione, formando
l’apoptosoma. Livelli fisiologici di ATP o tRNA bloccano il legame del citocromo c ad APAF-
1
Citocromo c richiede una molecola di Fe, fornita dalla spazio intermembranale, per potersi
legare ad APAF-1.
La fosforilazione della caspasi-9 da parte delle chinasi cicline dipendenti (CDK)-B [ciclo
cellulare] e ERK 1/2 [proliferazione], inibiscono la caspasi 9, mediante un meccanismo
ancora sconosciuto.
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Regolazione trascrizionale dei Bcl-2
Un ultimo meccanismo che regola l’espressione e la funzione di Bcl-2 è la sua
regolazione trascrizionale. p53 si lega al promotore del gene Bax mentre down-
regola l’espressione di Bcl-2.
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Il granzyme B, una caspasi già attiva, viene inserita da linfociti citotossici nella cellula bersaglio, inducendone l’apoptosi
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NF-kB ed Apoptosi
Per quanto riguarda il ruolo del fattore trascrizionale NF-kB
nell’ambito del processo apoptotico, è ben descritto come NF-kB
inibisca l’apoptosi mediante attivazione di fattori anti-apoptotici
della famiglia Bcl-2 (in particolare il gene Bcl-xL) o del gene FLIP
(fattore inibitore dell’apoptosi). Comunque in altre situazioni
fisiologiche NF-kB induce la morte cellulare mediante aumento
dell’espressione di p53 o attivando l’espressione dei geni per Fas o
FasL. In sintesi il ruolo di NF-kB nel processo apoptotico sembra sia
regolato dalla condizione fisiologica e dal tipo di popolazione
cellulare.
Nabissi 2014
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p53, p27, Bad, Bax,
-
Terapia oncologica
Up-regolazione di Fas mediante chemioterapici
Molti tipi di cellule tumorali hanno sviluppato meccanismi multipli per resistere alla morte cellulare Fas-indotta, come la: - - perdita dell’espressione di Fas,
- mutazione dei domini funzionali del recettore Fas,
- secrezione di Fas solubile,
- over-espressione dei prodotti antiapoptotici della famiglia Bcl-2
- over-espressione di cFlip,
La terapia con farmaci che inducono l’espressione del gene Fas (cycloeximide, actinomicina D, interferone ) permette in parte di sensibilizzare le cellule all’apoptosi FasL-indotta.
L’uso di FasL rimane comunque dannoso, in quanto induce apoptosi degli epatociti, i quali esprimono alti livelli di Fas.
Nabissi 2014
Terapia oncologica
TRAILTRAIL: TNF-related apoptosis inducing ligand, è una proteina omologa a TNF e FasL, che si trova come proteina transmembrana o in forma solubile.I recettori per il TRAIL, includono due tipi di recettori (R1 e R2)
con DD simili a quelli del Fas eTNF-R e un altro gruppo che non ha domini di morte citoplasmatici e quindi non inducono morte una volta attivati (decoy receptor, R3 e R4). La somministrazione di TRAIL associata a chemioterapici induce in alcuni tipi di cellule tumorali apoptosi, mediata dall’attivazione dei R1 e R2 che inducono anche aumento dell’espressione delle molecole pro-apoptotiche, FADD e procaspasi e diminuiscono i livelli di c-FLIP.
Nabissi 2014
Death-Receptor Dependent Pathway
Il sistema Fas-FasL ha un ruolo importante nel normale sviluppo dei linfociti T e nell’autodistruzione del linfociti T attivati, inoltre l’interazione Fas-FasL è anche uno dei meccanismi con il quale le cellule citotossiche del sistema immunitario possono uccidere le
cellule bersaglio esprimenti il recettore Fas.Mutazioni del gene Fas sono caratteristiche di alcuni tumori o patologie congenite (sindrome linfoproliferativa autoimmune).Nell’ambito delle patologie tumorali, nelle quali il processo apoptotico è inibito, l’uso di chemioterapici che inducono
trimerizzazione del recettore Fas (quindi attivazione anche in assenza del ligando Fas-L) possono indurre apoptosi delle cellule
tumorali.
Nabissi 2014
Agenti pro-apoptotici come bersaglio il pathway estrinseco
Nabissi 2014