apoptosi 1.pdf

# La divisione cellulare e l'apoptosi La divisione cellulare e l'apoptosi rappresentano due processi fondamentali per la vita degli organismi pluricellulari, garantendo la crescita, lo sviluppo e il mantenimento dell'omeostasi tissutale [9](#page=9). ### 1.1 La divisione cellulare e l'anello contrattile La mitosi è un processo chiave della divisione cellulare. Un elemento cruciale nella divisione cellulare è la formazione dell'anello contrattile, responsabile della scissione del citoplasma [2](#page=2) [3](#page=3). #### 1.1.1 Composizione e funzione dell'anello contrattile L'anello contrattile è costituito da filamenti di actina e miosina. Il suo ruolo è quello di contrarsi progressivamente lungo il piano mediano della cellula, portando alla separazione in due cellule figlie [3](#page=3) [4](#page=4). #### 1.1.2 Sede di formazione dell'anello contrattile I microtubuli residui del fuso mitotico, nella parte mediana della cellula, specificano il sito in cui si formerà l'anello contrattile e, successivamente, il solco di scissione [3](#page=3). ### 1.2 Apoptosi: la morte cellulare programmata L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un evento biologico fondamentale con ruoli critici durante lo sviluppo e nell'organismo adulto [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.2.1 Cause e induttori dell'apoptosi L'apoptosi può essere indotta da diversi fattori: * Danni al DNA [8](#page=8). * Infezioni virali [8](#page=8). * Condizioni di stress cellulare [8](#page=8). In questi scenari, l'apoptosi agisce come un meccanismo di difesa per rimuovere cellule potenzialmente dannose per l'organismo [8](#page=8) [9](#page=9). #### 1.2.2 Ruolo dell'apoptosi durante lo sviluppo embrionale L'apoptosi è essenziale per la corretta formazione di organi e tessuti durante lo sviluppo embrionale. Essa modella le masse cellulari attraverso la rimozione selettiva di cellule. Esempi includono [10](#page=10) [9](#page=9): * La rimozione del mesoderma interdigitale nel feto umano per consentire la formazione delle dita delle mani e dei piedi [10](#page=10). * La formazione del lume intestinale e la scolpitura di altri tessuti [10](#page=10). * Nel sistema nervoso in via di sviluppo, l'eliminazione delle cellule neuronali in eccesso per garantire la corretta formazione delle connessioni sinaptiche [10](#page=10). * Durante la metamorfosi di anfibi e insetti, l'apoptosi è responsabile dell'eliminazione di tessuti specifici [10](#page=10). #### 1.2.3 Ruolo dell'apoptosi nell'organismo adulto e mantenimento dell'omeostasi In un organismo adulto, l'apoptosi gioca un ruolo cruciale nel mantenimento dell'omeostasi tissutale, compensando la proliferazione cellulare per mantenere costante il numero di cellule. Mitosi e apoptosi sono processi finemente regolati da segnali specifici che garantiscono l'equilibrio [11](#page=11) [9](#page=9). #### 1.2.4 Implicazioni patologiche e terapeutiche dell'apoptosi Alterazioni nell'apoptosi sono associate a diverse patologie: * **Riduzione dell'apoptosi:** Si osserva in malattie come il cancro e alcune malattie autoimmuni. Molte terapie antitumorali mirano a stimolare la morte programmata delle cellule tumorali [11](#page=11). * **Eccesso di apoptosi:** Si riscontra in malattie neurodegenerative e cardiache. La ricerca sta esplorando l'inibizione dell'apoptosi come strategia per ridurre il danno in queste condizioni [11](#page=11). > **Tip:** L'omeostasi cellulare negli organismi pluricellulari è il risultato di un delicato equilibrio tra la proliferazione cellulare (divisione) e la morte cellulare (apoptosi) [11](#page=11). > **Example:** L'anello contrattile, composto da actina e miosina, agisce come un "laccio" cellulare che si stringe per dividere una cellula madre in due cellule figlie [3](#page=3) [4](#page=4). --- # Caratteristiche morfologiche e meccanismi dell'apoptosi L'apoptosi è un processo di morte cellulare programmata caratterizzato da modificazioni morfologiche specifiche e meccanismi molecolari controllati che portano alla fagocitosi senza indurre infiammazione [17](#page=17). ### 2.1 Caratteristiche morfologiche dell'apoptosi Le cellule che vanno incontro ad apoptosi presentano alterazioni visibili sia a livello nucleare che citoplasmatico [14](#page=14) [17](#page=17). #### 2.1.1 Modificazioni cellulari iniziali * **Contrazione cellulare:** La cellula apoptotica riduce il proprio volume [14](#page=14) [17](#page=17). * **Condensazione della cromatina:** La cromatina, il complesso di DNA e proteine nel nucleo, tende a condensarsi e a disporsi ai margini del nucleo [14](#page=14) [17](#page=17). * **Esposizione di fosfatidilserine:** La membrana plasmatica perde la sua asimmetria caratteristica. Molecole di fosfatidilserina (PS) vengono traslocate dallo strato interno a quello esterno della membrana plasmatica [14](#page=14) [15](#page=15) [17](#page=17). #### 2.1.2 Modificazioni cellulari avanzate * **Frammentazione nucleare e cellulare:** La cromatina e la cellula stessa si frammentano in vescicole più piccole, note come corpi apoptotici [14](#page=14) [17](#page=17). > **Tip:** L'esposizione delle fosfatidilserine sulla membrana plasmatica esterna è un segnale cruciale per il riconoscimento e la fagocitosi da parte delle cellule specializzate. ### 2.2 Meccanismi molecolari e fagocitosi L'apoptosi è un processo attivo che richiede energia e coinvolge specifici meccanismi molecolari che conducono alla demolizione controllata della cellula [15](#page=15). #### 2.2.1 Riconoscimento e fagocitosi Le fosfatidilserine esposte sulla superficie dei corpi apoptotici, insieme ad altre proteine, vengono riconosciute da cellule fagocitiche, principalmente i macrofagi [15](#page=15). #### 2.2.2 Eliminazione e conseguenze * **Fagocitosi e degradazione:** I corpi apoptotici vengono fagocitati e successivamente degradati all'interno dei lisosomi delle cellule fagocitiche [15](#page=15). * **Assenza di infiammazione:** Questo meccanismo di eliminazione pulita evita il rilascio di contenuti intracellulari dannosi nel tessuto circostante, prevenendo così reazioni infiammatorie [15](#page=15). > **Example:** A differenza della necrosi, dove la perdita dell'integrità della membrana plasmatica causa il rilascio di enzimi litici e infiammazione l'apoptosi porta a una "morte pulita" senza lasciare tracce [15](#page=15) [17](#page=17). --- # Basi molecolari e regolazione dell'apoptosi Questo argomento esplora i meccanismi molecolari che sottendono l'apoptosi, includendo i geni scoperti in *C. elegans* (Ced-3, Ced-4, Ced-9) e le caspasi, proteasi effettrici dell'apoptosi, analizzando la loro attivazione tramite vie estrinseche e intrinseche [18](#page=18) [19](#page=19). ### 3.1 Contesto e scoperta dei geni chiave L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un processo fisiologico fondamentale, caratterizzato da una morte altamente specifica delle cellule con alterazioni morfologiche ben definite. Studi condotti in *C. elegans* hanno portato all'identificazione di tre geni essenziali per il controllo e l'esecuzione dell'apoptosi: Ced-3, Ced-4 e Ced-9. Ced-3 e Ced-4 sono necessari per l'attuazione del programma di morte, mentre Ced-9 agisce come soppressore dell'apoptosi [20](#page=20) [21](#page=21). ### 3.2 Le caspasi: esecutori dell'apoptosi Geni omologhi a Ced-3, 4 e 9 sono stati identificati in altri organismi, codificando per proteine altamente conservate che fungono da effettori e regolatori del processo apoptotico in risposta a vari stimoli. Il gene Ced-3 codifica per un enzima con attività proteasica, evidenziando come la morte cellulare programmata dipenda da eventi di proteolisi [22](#page=22). Le caspasi appartengono a una famiglia di proteasi cruciali per l'inizio e l'esecuzione dell'apoptosi. Sono caratterizzate da una cisteina nel sito catalitico e tagliano specificamente in corrispondenza di un residuo di acido aspartico nella proteina bersaglio (sequenza P4-P3-P2-P1, dove P1 è un acido aspartico). Questa proteolisi è efficiente e altamente specifica in termini di sequenza [23](#page=23). #### 3.2.1 Attivazione delle caspasi Le caspasi vengono sintetizzate come proenzimi inattivi (procaspasi). La loro attivazione richiede tagli endopeptidici specifici a livello di residui di acido aspartico, che portano al rilascio del prodominio e delle subunità maggiore e minore. La caspasi attiva è un eterotetramero composto da due subunità maggiori e due minori, rendendo il meccanismo di apoptosi intrinsecamente latente nella cellula [24](#page=24). > **Tip:** L'attivazione delle caspasi è un processo a cascata, dove le caspasi iniziatrici attivano le caspasi effettrici, amplificando il segnale apoptotico. #### 3.2.2 Meccanismo d'azione delle caspasi L'attività delle caspasi porta a risultati variabili a seconda del substrato e della posizione del sito di taglio, potendo causare la perdita o il guadagno di attività biologica della proteina bersaglio. Il taglio proteolitico da parte delle caspasi può interessare oltre 400 tipi differenti di proteine, inducendo i cambiamenti morfologici e funzionali tipici dell'apoptosi [25](#page=25) [26](#page=26). Tra i bersagli delle caspasi vi sono: * Proteine coinvolte nell'adesione focale e nei siti di adesione cellula-cellula, portando alla perdita di contatto [28](#page=28). * Proteine del citoscheletro, che determinano variazioni nell'organizzazione cellulare e la formazione dei corpi apoptotici [28](#page=28). * Inibitori di enzimi come la CAD (Caspase-activated DNase), portando all'attivazione della DNasi stessa [27](#page=27). ### 3.3 Vie di attivazione delle caspasi Le caspasi iniziatrici, come la Caspasi 8 e la Caspasi 9, sono responsabili dell'attivazione delle caspasi effettrici/esecutrici (Caspasi 3, 6 e 7). Le caspasi effettrici, a loro volta, attivano altre caspasi in un ciclo di amplificazione del segnale e agiscono sui loro specifici bersagli [30](#page=30). Esistono due principali vie di attivazione delle caspasi iniziatrici: #### 3.3.1 Via estrinseca (o via del recettore) Questa via è innescata da segnali extracellulari, come i fattori di morte (ad esempio, TNF), prodotti dal sistema immunitario in risposta a stimoli quali radiazioni, agenti chimici o infezioni virali. Quando un fattore di morte si lega a specifici recettori di morte (DR) sulla superficie cellulare, porta alla formazione di un complesso proteico chiamato DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Il DISC recluta, tramite proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In questo contesto di stretta prossimità, la bassa attività intrinseca delle procaspasi 8 è sufficiente per indursi reciprocamente tagli proteolitici e attivarsi, un fenomeno noto come "induzione per prossimità" [32](#page=32) [34](#page=34). > **Example:** Il legame del TNF al suo recettore (TNFR) induce la formazione del DISC, reclutando FADD e procaspasi 8, che infine si auto-attivano [34](#page=34). #### 3.3.2 Via intrinseca (o via mitocondriale) Questa via è attivata da segnali intracellulari che derivano da stress a carico del mitocondrio, danno al DNA, accumulo anomalo di proteine mal ripiegate (misfolded) o stress ossidativo. Questi segnali portano al rilascio di fattori pro-apoptotici dal mitocondrio, come il citocromo c, e all'attivazione della Caspasi 9 tramite la formazione di un oloenzima [30](#page=30) [33](#page=33). Le proteine coinvolte nell'attivazione della via intrinseca includono proteine come Bad, Noxa e PUMA, che agiscono in risposta a questi segnali intracellulari. Anche enzimi come EndoG sono associati a questo processo [33](#page=33). > **Tip:** Entrambe le vie (estrinseca e intrinseca) convergono sull'attivazione delle caspasi effettrici, assicurando un'efficace esecuzione del programma apoptotico. Le caspasi iniziatrici, 8 e 9, una volta attivate, danno il via alla cascata di eventi che porta alla morte cellulare, agendo sui rispettivi bersagli [30](#page=30) [31](#page=31). --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Mitosi | Processo di divisione cellulare che porta alla formazione di due cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre, fondamentale per la crescita e la riparazione dei tessuti. | | Anello contrattile | Struttura citoplasmatica composta da actina e miosina, responsabile della citodieresi (divisione del citoplasma) durante la divisione cellulare. | | Solco di scissione | Invaginazione della membrana plasmatica che si forma durante la citodieresi, che si restringe progressivamente per separare la cellula madre in due cellule figlie. | | Apoptosi | Morte cellulare programmata, un processo attivo e controllato che elimina cellule non più necessarie o danneggiate, fondamentale per lo sviluppo embrionale, l'omeostasi tissutale e la difesa immunitaria. | | Danno al DNA | Alterazioni nella struttura del materiale genetico che possono essere causate da agenti fisici, chimici o errori durante la replicazione del DNA. | | Infezione virale | Invasione e replicazione di un virus all'interno di una cellula ospite, che può portare a danni cellulari o morte. | | Stress cellulare | Condizioni ambientali o interne che mettono a dura prova la capacità della cellula di mantenere la propria omeostasi, potendo indurre risposte adattative o morte cellulare. | | Proliferazione cellulare | Processo di rapida moltiplicazione delle cellule, essenziale durante lo sviluppo e la crescita, ma che deve essere bilanciato dalla morte cellulare per mantenere l'omeostasi. | | Sviluppo embrionale | Fase della vita di un organismo che va dalla fecondazione alla nascita, caratterizzata da intensa proliferazione, differenziamento e rimodellamento tissutale. | | Organismo adulto | Fase matura della vita di un organismo pluricellulare, in cui i processi di crescita cessano e viene mantenuta l'omeostasi dei tessuti. | | Omeostasi | Capacità di un organismo o di un sistema di mantenere un ambiente interno stabile e costante, nonostante le variazioni esterne. | | Cromatina | Complesso formato da DNA e proteine (istoni) che costituisce il materiale genetico dei cromosomi all'interno del nucleo cellulare. | | Membrana plasmatica | Struttura semipermeabile che delimita la cellula, regolando il passaggio di sostanze tra l'interno e l'esterno. | | Fosfatidilserina | Fosfolipide normalmente presente nel foglietto interno della membrana plasmatica, la cui esposizione esterna è un segnale precoce di apoptosi. | | Vescicole | Piccole sacche delimitate da membrana che si formano durante la frammentazione della cellula apoptotica (corpi apoptotici). | | Fagocitosi | Processo mediante il quale alcune cellule specializzate (fagociti) inglobano ed eliminano particelle estranee, detriti cellulari o cellule apoptotiche. | | Lisosomi | Organelli cellulari contenenti enzimi idrolitici, responsabili della digestione intracellulare di macromolecole e detriti. | | Infiammazione | Risposta complessa del corpo a lesioni o infezioni, caratterizzata da arrossamento, gonfiore, calore e dolore, mediata dal rilascio di sostanze chimiche. | | Necrosi | Forma di morte cellulare non programmata, solitamente causata da traumi acuti o tossine, che porta a rigonfiamento cellulare e infiammazione. | | Caspasi | Famiglia di proteasi (enzimi che tagliano proteine) essenziali per l'esecuzione dell'apoptosi, attivate in sequenza per degradare componenti cellulari specifici. | | Proteasi | Enzimi che catalizzano l'idrolisi dei legami peptidici nelle proteine, portando alla loro degradazione. | | Cisteina | Amminoacido contenente un gruppo sulfidrilico (-SH) nel suo gruppo R, che è spesso coinvolto nell'attività catalitica delle enzimi, comprese le caspasi. | | Acido aspartico | Amminoacido carico negativamente, il cui residuo è spesso il sito di taglio specifico per le caspasi. | | Procaspasi | Forma inattiva precursore delle caspasi, che viene attivata tramite tagli proteolitici specifici. | | Eterotetramero | Complesso proteico composto da quattro subunità proteiche diverse. Nel caso delle caspasi attive, sono due subunità maggiori e due minori. | | Proteolisi | Processo di degradazione delle proteine mediante l'idrolisi dei legami peptidici. | | CAD (Caspase-activated DNase) | Enzima DNasi attivato dalle caspasi, responsabile della frammentazione del DNA durante l'apoptosi. | | ICAD (Inhibitor of CAD) | Proteina che inibisce l'attività della CAD, impedendo la frammentazione del DNA in assenza di segnali apoptotici. | | Citoscheletro | Rete di filamenti proteici all'interno del citoplasma che fornisce supporto strutturale alla cellula, ne determina la forma e partecipa ai movimenti cellulari. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi che si trovano all'inizio della cascata apoptotica e che attivano le caspasi effettrici (es. Caspasi 8 e 9). | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi che sono attivate dalle caspasi iniziatrici e che sono responsabili della degradazione dei substrati cellulari che portano alle manifestazioni dell'apoptosi (es. Caspasi 3, 6, 7). | | Amplificazione del segnale | Meccanismo molecolare mediante il quale un singolo evento iniziale porta alla generazione di una risposta molto più ampia, spesso attraverso cascate enzimatiche. | | Via estrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi iniziata da segnali esterni alla cellula, che legano recettori di morte sulla membrana plasmatica. | | Via intrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi che origina da stimoli interni alla cellula, come danno al DNA o stress mitocondriale. | | Fattore di morte (es. TNF) | Molecola segnale extracellulare che, legandosi a recettori specifici, può indurre apoptosi. | | Recettore di morte (DR) | Proteine recettoriali presenti sulla membrana cellulare che, quando attivate da specifici ligandi (fattori di morte), innescano la via estrinseca dell'apoptosi. | | DISC (Death-Inducing Signaling Complex) | Complesso proteico che si forma dopo il legame di un fattore di morte al suo recettore, reclutando e attivando le procaspasi 8. | | Proteine adattatrici (es. FADD) | Proteine che facilitano l'interazione tra altre proteine, come nel caso del DISC, dove FADD collega il recettore di morte alle procaspasi 8. | | Induzione per prossimità | Meccanismo di attivazione proteica in cui la vicinanza di più molecole inattive le porta ad attivarsi reciprocamente tramite auto-catalisi. |