Morte cellulare: quando il danno cellulare è irreversibile

La risposta delle cellule al danno irreversibile è la morte cellulare: necrosi o apoptosi. In questo articolo affronteremo i meccanismi molecolari con i quali si può indurre la morte cellulare e studieremo le patologie in cui vie è una disfunzione dell’apoptosi. Una cellula normale è limitata ad una definita gamma di funzioni e strutture dal suo programma genetico che si manifestano attraverso il fenotipo; quando una cellula è in grado di rispondere alla normale richiesta fisiologica si dice che è in omeostasi. Stress fisiologici eccessivi o stimoli patologici possono indurre la cellula ad una risposta di adattamento.

Quando l’adattamento non è possibile a causa di uno stimolo eccessivo, si produce un danno cellulare che può essere reversibile o, se lo stimolo persiste o è sufficientemente severo, irreversibile con conseguente morte cellulare.

Morte cellulare

La morte cellulare è di per sé un processo fisiologico. I ruoli fisiologici della morte cellulare sono:

  • Rimodellamento morfologico
  • Involuzione tessutale (es. timo)
  • Rinnovamento cellulare
  • Reazioni di difesa dell’organismo
  • Risposte tessutali a perturbazioni ambientali (es. se cellule di un tessuto subiscono troppe mutazioni genetiche si attivano i fattori di apoptosi)

La morte cellulare può avvenire secondo due modalità principali:

  • Necrosi:
    • Definizione: morte cellulare causata di stimoli esogeni e caratterizzata da una serie di modificazioni morfologiche dovute alla progressiva azione degradativa di enzimi.
    • danno ipossico determina necrosi cellulare
  • Apoptosi:
    • Definizione: morte cellulare causata dall’attivazione di una serie programmata (fisiologica) e coordinata di eventi interni alla cellula mirati ad indurne il suicidio
    • Terminazione differenziativa (programma di rinnovamento dei tessuti superficiali)

La morte cellulare può essere:

  • Programmata: processo geneticamente controllato e previsto in natura come opzione fisiologica alternativa alla proliferazione e al differenziamento;
  • Accidentale: Conseguenza ultima dell’azione di uno stimolo lesivo e pertanto risposta patologica.

Necrosi

Intercorre quando stimoli ambientali di particolare intensità inducono un danno di tipo irreversibile. Un elemento di interesse istopatologico è che la necrosi riguarda tratti di tessuto (al contrario dell’apoptosi, che riguarda la singola cellula) e comporta la lisi cellulare.

Conseguenze:

  • Reazione infiammatoria essudativa: infiammazione acuta con produzione di essudato
  • Evoluzione cicatriziale

La necrosi è caratterizzata da:

  • Rigonfiamento generale della cellula
  • Piccoli vacuoli chiari nel citoplasma

Riconosco un organo necrotico perchè:

  • Aumento pallore
  • Aumento turgore
  • Aumento peso, per via del liquido che entra nelle cellule

Le caratteristiche della necrosi sono:

  • Produzione di Specie Reattive dell’Ossigeno (ROS): stress ossidativo
  • Diminuita produzione di ATP e deplezione del pool cellulare di ATP
  • Difetti nell’omeostasi del calcio
  • Danno mitocondriale irreversibile
  • Difetti nella permeabilità cellulare
  • Rigonfiamento cellulare e degli organelli con rottura e lisi finale, frammentazione casuale del nucleo e del DNA (carioressi e cariolisi: DNA degradato in maniera random)
  • I residui cellulari restano “in situ”, e vengono eliminati lentamente, provocando una reazione infiammatoria.

Esistono 3 categorie di necrosi:

  • Coagulativa: (tipica dell’infarto del miocardio-ipossia) è dovuta a:
    • Denaturazione proteica precoce
    • i contorni cellulari sono mantenuti per parecchi giorni
    • è preservata l’architettura del tessuto (miocardiociti)
    • membrane cellulari e DNA completamente degradati
  • Colliquativa (SNC – ipossiaàGermi piogeni):
    • Si verifica quando i fattori che promuovono autolisi/eterolisi prevalgono su quelli che favoriscono la denaturazione proteica. Le cellule vanno incontro a dissoluzione
    • Tipica dell’ictus
  • Caseosa: (Microbacterium Tubercolosis):
    • Fenomeni coagulativi e colliquativi avvengono insieme
    • Il tessuto diventa soffice e friabile
    • È tipica della reazione granulomatosa
    • Eventi responsabili associati ai componenti della capsula
    • L’architettura del tessuto non è preservata

Apoptosi

Morte cellulare che avviene attraverso l’attivazione di un programma genetico come evento fisiologico o come risposta patologica a stimoli lesivi ambientali di entità tale da non produrre necrosi.

Riguarda singole cellule ed è caratterizzato, a livello morfologico, da un raggrinzimento della cellula. C’è una condensazione, marginazione e frammentazione della cromatina con formazione dei corpi apoptotici eliminati per fagocitosi. Non c’è reazione infiammatoria.

Caratteristiche:

  • Cascata di reazioni che si susseguono in un ordine stereotipato al fine di “terminare” la vita cellulare
  • Molte reazioni sono “bloccabili” in punti ben precisi sia dall’esterno (agenti farmacologici o inibitori di natura sintetica) che dall’interno (modulazione di geni endogeni)
  • Eliminazione programmata delle cellule durante l’embriogenesi (organogenesi – metamorfosi)
  • Involuzione dei tessuti ormone-dipendente nell’adulto (ciclo mestruale → endometrio; atresia dei follicoli ovarici → menopausa)
  • L’apoptosi interviene nella delezione di cellule cambiali, ( nelle cripte intestinali in cui le cellue hanno un elevato ricambio)
  • Interviene nella morte delle cellule immunitarie (linfociti B e T dopo deplezione di citochine e nella selezione intratimica dei linfociti T)
  • Interviene nella morte indotta dai linfociti T citotossici tramite i granzimi
  • Morte indotta da virus (epatiti)
  • Morte indotta da numerosi stimoli lesivi (radiazioni, farmaci antitumorali, ipossia, ischemia ecc..)

A volte la morte cellulare rappresenta un evento positivo per l’organismo:

  • È richiesta per un normale sviluppo embrionale;
  • È necessaria per l’eliminazione di cellule che rappresentano una minaccia per l’integrità dell’organismo (es. cellule mutate)

L’apoptosi è una difesa dell’organismo contro:

  • Cellule infettate da virus (ad opera di linfociti T citotossici);
  • Cellule del sistema immune autoreattivo
  • Cellule in cui si verifica un danno al DNA;
  • Cellule tumorali

Cosa succede quando l’apoptosi non funziona?

In condizione di normalità il numero delle cellule di un organismo non cambia, c’è un ricambio costante, ma tante cellule muoio e tante cellule si dividono. Se l’apoptosi è troppo attiva o è attivata in maniera patologica, il numero di cellule presenti nel tessuto diminuisce in condizioni di omeostasi (per esempio nelle malattie degenerative, immunodeficienze, in caso di infertilità, danno ischemico e in caso di epatopatia alcolica)

Quando l’apoptosi non funziona, le cellule che dovrebbero morire non muoiono. Questo è il caso del cancro (neoplasia) dove le cellule che dovrebbero morire proliferano, nelle malattie autoimmuni, le cellule autoreattive B e T che non vengono eliminate, sopravvivono, vanno in circolo e si scatenano contro gli antigeni self.

Fasi e molecole chiavi dell’apoptosi

  • Fase, innesco: può dipendere:
      • da un danno
      • da mancanza di fattori di crescita o ormoni
      • da un segnale inviato da recettore di morte (induzione specifica per mezzo di legame ligando–recettore)
      • dall’arrivo di cellule T citotossiche
      • da meccanismi dovuti a mutazioni del genoma
  • Fase, regolazione: nella cellula avviene una regolazione genica diversa e vengono prodotte molecole pro-apoptotiche (Bax- Bad) e vi è la down-regolazione delle molecole anti-apoptotiche (Bcl-2, Bcl-XL e altri) → si attiva una cascata di reazioni che coinvolgono le caspasi → degradazione citoscheletro e DNA.
  • 3° Fase, attuazione: questa produzione di molecole porta all’attivazione delle caspasi che a loro volta attivano le endonucleasi e il catabolismo del citoscheletro.
  • 4° Fase, morte: formazione dei corpi apoptotici e uccisione della cellula

Ci sono due pathway che attivano l’apoptosi:

  • Estrinseco: un recettore di morte lega il suo ligando → dimerizza o trimerizza → legame con proteina adattatrice (FADD), la quale lega la procaspasi 8 → taglio proteolitico → diventa caspasi 8 (caspasi attivatrice) che taglia la procaspasi 3 che diventa caspasi 3 (caspasi effettrice)
  • Intrinseco: non avviene da segnale esterno, di solito si attiva quando rileva mutazioni a livello del genoma → viene rilasciato il citocromo C che si lega a una proteina APAF (proteina citosolica) → APAF dimerizza a formare l’apoptosoma → questo lega la procaspasi 9 (attivata con taglio proteolitico) la quale attiva la caspasi 3.

Le molecole chiave dell’apoptosi:

  • p53
  • Caspasi
  • Bcl2 family
  • IAP family
  • Death Receptors

 

Fonte: Robbins e Cotran. Le basi patologiche delle malattie. Patologia generale.

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