apoptosi 2.pdf

# Introduzione all'apoptosi e sue caratteristiche L'apoptosi è un processo biologicamente fondamentale di morte cellulare programmata che viene riconosciuto a livello microscopico attraverso specifiche alterazioni morfologiche e molecolari [2](#page=2). ### 1.1 Definizione e scopo dell'apoptosi L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un meccanismo cellulare che comporta una sequenza ordinata di eventi che portano alla morte della cellula. Questo processo è essenziale per il normale sviluppo, la manutenzione dei tessuti e l'omeostasi dell'organismo. Permette la rimozione controllata di cellule danneggiate, infette o non più necessarie senza causare infiammazione o danni ai tessuti circostanti [2](#page=2). ### 1.2 Caratteristiche della cellula apoptotica Le cellule che muoiono per apoptosi presentano diverse caratteristiche distintive, osservabili sia a livello macroscopico che microscopico. Queste includono [2](#page=2): * **Compattazione della cromatina**: Il materiale genetico all'interno del nucleo si aggrega e si condensa [2](#page=2). * **Frammentazione del nucleo**: Il nucleo si rompe in piccoli frammenti [2](#page=2). * **Formazione di corpi apoptotici**: La cellula si restringe e si divide in vescicole circondate da membrana, chiamate corpi apoptotici, contenenti frammenti del citoplasma e del nucleo [2](#page=2). * **Integrità della membrana plasmatica**: Nonostante la formazione dei corpi apoptotici, la membrana plasmatica rimane intatta fino alle fasi finali del processo, impedendo il rilascio del contenuto cellulare [2](#page=2). ### 1.3 Riconoscimento microscopico dell'apoptosi Il riconoscimento di una cellula in apoptosi a livello microscopico si basa sull'identificazione di specifiche alterazioni. Uno dei marcatori chiave è la traslocazione della **fosfatidilserina** dalla membrana interna a quella esterna della membrana plasmatica [3](#page=3). > **Tip:** La fosfatidilserina è normalmente presente solo sul foglietto interno della membrana plasmatica. Durante l'apoptosi, specifici meccanismi causano la sua esposizione sulla superficie esterna della cellula [3](#page=3). Questo evento può essere rilevato utilizzando sonde molecolari specifiche. L'**Annexin V**, una proteina che lega la fosfatidilserina in presenza di calcio, viene comunemente impiegata per identificare le cellule apoptotiche. L'incorporazione di Annexin V marcata con un fluorocromo, visibile al microscopio a fluorescenza, indica che la cellula sta iniziando il processo apoptotico [3](#page=3). ### 1.4 Gli esecutori dell'apoptosi: le caspasi Le **caspasi** sono una famiglia di proteasi intracellulari che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi. Queste proteine sono normalmente presenti come precursori inattivi (pro-caspasi) e vengono attivate attraverso un processo di clivaggio proteolitico, innescando una cascata di eventi che portano alla degradazione dei componenti cellulari. Le caspasi sono considerate gli "esecutori" dell'apoptosi poiché sono responsabili della demolizione controllata della cellula [2](#page=2). --- # Le caspasi: esecutori dell'apoptosi Le caspasi sono enzimi proteolitici cruciali per l'esecuzione della morte cellulare programmata (apoptosi), agendo sia come iniziatori che come effettori. Il loro ruolo centrale nell'apoptosi deriva dalla loro capacità di indurre una cascata di eventi proteolitici che portano alla degradazione cellulare controllata [4](#page=4). ### 2.1 Classificazione e ruolo delle caspasi Le caspasi possono essere classificate in due gruppi principali in base alla loro funzione nell'apoptosi: * **Caspasi iniziatrici:** Queste caspasi (specificamente la Caspasi 8 e la Caspasi 9) sono le prime a essere attivate in risposta a uno stimolo apoptotico. La loro funzione primaria è quella di attivare le caspasi effettrici [5](#page=5). * **Caspasi effettrici (o esecutrici):** Queste includono la Caspasi 3, la Caspasi 6 e la Caspasi 7. Vengono attivate dalle caspasi iniziatrici e sono responsabili della degradazione delle proteine cellulari bersaglio, portando alle caratteristiche morfologiche dell'apoptosi. Le caspasi effettrici possono anche attivare altre caspasi, creando un meccanismo di amplificazione del segnale [5](#page=5). > **Tip:** La distinzione tra caspasi iniziatrici ed effettrici è fondamentale per comprendere la progressione ordinata dell'apoptosi. Le iniziatrici danno il via alla cascata, mentre le effettrici eseguono la distruzione cellulare. ### 2.2 Meccanismo di attivazione delle caspasi L'attivazione delle caspasi avviene attraverso un processo di taglio proteolitico [4](#page=4). * Le caspasi iniziatrici, una volta attivate, processano e attivano le caspasi effettrici [5](#page=5) [6](#page=6). * Il taglio proteolitico operato dalle caspasi sui loro substrati può portare a due esiti principali: * Perdita dell'attività biologica di una proteina [4](#page=4). * Guadagno di un'attività biologica in una proteina, talvolta con funzioni pro-apoptotiche [4](#page=4). > **Tip:** Il meccanismo di auto-amplificazione delle caspasi (le effettrici attivano altre effettrici) assicura che la risposta apoptotica sia rapida ed efficiente, una volta che il processo è stato innescato. --- # Vie di attivazione dell'apoptosi: estrinseca e intrinseca Le due principali vie che portano all'apoptosi, o morte cellulare programmata, sono la via estrinseca, attivata da recettori di morte sulla superficie cellulare, e la via intrinseca, innescata da segnali intracellulari e che coinvolge i mitocondri. ### 3.1 Via estrinseca (via del recettore) La via estrinseca è attivata da segnali extracellulari, tipicamente proteine chiamate "fattori di morte". Uno di questi fattori è il fattore di necrosi tumorale (TNF), prodotto da cellule del sistema immunitario in risposta a stimoli come radiazioni ionizzanti, agenti chimici o infezioni virali [8](#page=8). Quando il TNF si lega a recettori di morte specifici (DR) sulla membrana cellulare, porta alla formazione di un complesso chiamato DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Questo complesso recluta, tramite proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In queste condizioni di vicinanza stretta, le procaspasi 8 si attivano reciprocamente attraverso autoclivaggio, un processo noto come induzione per prossimità [8](#page=8). > **Tip:** La via estrinseca è un meccanismo rapido per innescare l'apoptosi in risposta a segnali esterni ben definiti. ### 3.2 Via intrinseca (via del mitocondrio) La via intrinseca, nota anche come via del mitocondrio, è attivata da segnali intracellulari. Questi stimoli includono danni genetici irreparabili, mancanza di ossigeno, elevate concentrazioni citosoliche di calcio, infezioni virali, stress ossidativo e accumulo di proteine mal ripiegate nel reticolo endoplasmatico (RE) [10](#page=10) [9](#page=9). Il punto cruciale di questa via è la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP - Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization). In condizioni normali, proteine come Bax sono inattive nel citosol, mentre Bak è una proteina integrale della membrana mitocondriale. In risposta a stimoli apoptotici, Bax viene traslocato nei mitocondri, subisce cambiamenti conformazionali e si inserisce nella membrana mitocondriale. Bak, cambiando conformazione, oligomerizza formando pori sulla membrana mitocondriale [13](#page=13). Il rilascio di molecole come il citocromo c (Cit c) dal mitocondrio nel citosol è un evento chiave. Il Cit c si lega ad Apaf-1, un fattore di attivazione della caspasi 9, causandone un cambiamento conformazionale. In assenza di stimoli apoptotici, Apaf-1 esiste in una forma monomerica compatta [10](#page=10). Dopo il legame con Cit c, più molecole di Apaf-1 si assemblano per formare un complesso proteico chiamato apoptosoma. L'apoptosoma assemblato lega e attiva reciprocamente le molecole di procaspasi 9, innescando la cascata delle caspasi effettrici [11](#page=11). > **Tip:** La via intrinseca è un meccanismo di "controllo qualità" che risponde a danni cellulari interni, garantendo l'eliminazione di cellule compromesse. ### 3.3 Interconnessione tra le vie Le vie estrinseca e intrinseca non sono completamente separate e possono interagire. I mitocondri possono amplificare il segnale pro-apoptotico derivante dai recettori di morte. La caspasi 8, attivata nella via estrinseca, può tagliare la proteina pro-apoptotica Bid (una proteina BH3-only) in una forma tronca (tBid). tBid ha la capacità di bloccare proteine anti-apoptotiche come Bcl-2 e di promuovere la permeabilizzazione della membrana mitocondriale. In questo modo, t-BID funge da ponte, interconnettendo la via estrinseca con quella intrinseca [24](#page=24). > **Example:** In alcuni casi di infezione virale, la cellula può ricevere sia segnali esterni (fattori di morte) che subire danni interni (stress da replicazione virale). Entrambe le vie apoptotiche possono essere attivate, portando a una più efficace eliminazione della cellula infetta. ### 3.4 Ruolo delle proteine BH3-only Proteine come Bad, Noxa e PUMA sono classi di proteine BH3-only che giocano un ruolo fondamentale nell'attivazione della via intrinseca. Queste proteine sono regolate da segnali apoptotici e agiscono interagendo con proteine della famiglia Bcl-2, che sono i regolatori centrali della MOMP. Esse possono sequestrare proteine anti-apoptotiche (come Bcl-2 e Bcl-xL) o attivano proteine pro-apoptotiche (come Bax e Bak), facilitando così il rilascio di Cit c dal mitocondrio [13](#page=13) [7](#page=7) [9](#page=9). ### 3.5 Caspasi Le caspasi sono una famiglia di proteasi a cisteina che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi. Esistono caspasi iniziatrici (come la caspasi 8 e la caspasi 9) che vengono attivate all'inizio della cascata apoptotica e caspasi effettrici (come la caspasi 3, 6 e 7) che mediano la degradazione dei componenti cellulari. L'attivazione reciproca delle procaspasi, sia nella via estrinseca che in quella intrinseca, porta alla formazione delle caspasi attive che demoliranno la cellula [11](#page=11) [8](#page=8). > **Tip:** Comprendere le differenze e le interconnessioni tra la via estrinseca e intrinseca è fondamentale per capire come le cellule rispondono a una vasta gamma di stimoli dannosi e per esplorare potenziali bersagli terapeutici in patologie legate alla disregolazione dell'apoptosi. --- # Regolazione dell'apoptosi: famiglia Bcl-2 e inibitori Questo argomento esplora come la famiglia di proteine Bcl-2 e gli inibitori dell'apoptosi (IAP) modulano la permeabilità della membrana mitocondriale e, di conseguenza, il destino cellulare. ### 4.1 La famiglia di proteine Bcl-2: guardiani della membrana mitocondriale La famiglia di proteine Bcl-2 svolge un ruolo cruciale nella regolazione dell'apoptosi agendo principalmente come modulatori della permeabilità della membrana mitocondriale esterna. Il loro meccanismo d'azione consiste nel controllare il rilascio di fattori pro-apoptotici, come il citocromo c, dai mitocondri. L'equilibrio tra proteine pro-apoptotiche e anti-apoptotiche determina l'esito finale della cellula: sopravvivenza o morte. È importante notare che uno stesso stimolo citotossico può indurre o meno l'apoptosi in cellule diverse, evidenziando la complessità di questa regolazione [16](#page=16) [17](#page=17). #### 4.1.1 Classificazione e funzioni dei membri della famiglia Bcl-2 Sono stati identificati 22 membri della famiglia Bcl-2, classificati in base alla presenza di sequenze conservate chiamate domini di omologia a Bcl2 (BH) [17](#page=17). * **Proteine anti-apoptotiche (es. Bcl-2, Bcl-XL):** Queste proteine si associano alla membrana mitocondriale e funzionano come "spazzini" di fattori pro-apoptotici. Sono potenti inibitori dell'apoptosi in risposta a molti, ma non tutti, insulti citotossici [18](#page=18). * **Proteine pro-apoptotiche effettrici (es. Bax, Bak):** Queste proteine contengono tipicamente tre domini BH (BH1-2-3). La loro funzione è essenziale per la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [19](#page=19). * **Proteine BH3-only (es. Bad, Noxa, PUMA, Bid):** Queste proteine sono i principali effettori del segnale apoptotico che origina dalla famiglia Bcl-2. Esse riconoscono e si legano alle proteine anti-apoptotiche o attivano le proteine pro-apoptotiche effettrici [19](#page=19). Le interazioni tra i vari membri della famiglia sono fondamentali. Possono formare complessi in cui le proteine si inibiscono reciprocamente, favorendo o sfavorendo la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [19](#page=19). > **Tip:** La comprensione delle specifiche interazioni tra proteine BH3-only, proteine anti-apoptotiche e proteine effettrici è cruciale per capire come le cellule decidono di attivare o inibire l'apoptosi. ### 4.2 Inibitori dell’apoptosi (IAP) e modulatori Oltre alla famiglia Bcl-2, esistono altre classi di proteine che modulano l'apoptosi, in particolare gli inibitori dell'apoptosi (IAP) e molecole come c-FLIP. #### 4.2.1 Inibitori dell’apoptosi (IAP) Le proteine IAP sono in grado di legarsi e inibire l'attività delle caspasi attivate (in particolare caspasi 3, 7 e 9). Durante la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, oltre al citocromo c, vengono rilasciati altri fattori, tra cui Smac/Diablo. Queste molecole hanno la funzione di inibire l'attività degli IAP, sbloccando così il processo apoptotico [21](#page=21). #### 4.2.2 Modulatori della risposta apoptotica: c-FLIP e recettori esca L'esistenza di recettori esca e di molecole come c-FLIP permette di modulare finemente la risposta apoptotica [22](#page=22). * **Recettori esca:** Questi recettori mancano del dominio citosolico funzionale o presentano un dominio troncato. La loro funzione è quella di limitare l'apoptosi sequestrando i segnali che normalmente si legherebbero ai recettori di morte [23](#page=23). * **c-FLIP (cellular FLICE-inhibitory protein):** Questa proteina limita l'apoptosi legandosi alle proteine adattatrici sui recettori di morte. Tuttavia, c-FLIP manca della cisteina essenziale nel sito attivo, il che le impedisce di agire come una caspasi attiva. Per questo motivo, c-FLIP agisce come un inibitore in grado di bloccare la cascata delle caspasi senza però essere una caspasi essa stessa [23](#page=23). > **Example:** In alcune cellule tumorali, l'iperespressione di proteine anti-apoptotiche della famiglia Bcl-2 o di c-FLIP può contribuire alla resistenza ai trattamenti che inducono l'apoptosi, come la chemioterapia [riferimenti impliciti nelle pagine 16-23. --- ## 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 | |------|------------| | Apoptosi | Processo di morte cellulare programmata, caratterizzato da specifici cambiamenti morfologici e biochimici, essenziale per lo sviluppo e il mantenimento dei tessuti. | | Caspasi | Famiglia di proteasi (enzimi che tagliano le proteine) che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi, attivate sequenzialmente per degradare componenti cellulari essenziali. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi (come Caspasi 8 e 9) che vengono attivate per prime in risposta a segnali apoptotici e che, a loro volta, attivano le caspasi effettrici. | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi (come Caspasi 3, 6 e 7) che sono attivate dalle caspasi iniziatrici e sono responsabili della degradazione delle proteine intracellulari durante l'apoptosi. | | Fosfatidilserina | Fosfolipide normalmente presente nel sottile strato interno della membrana plasmatica, che viene esposto sulla superficie esterna della cellula durante l'apoptosi, fungendo da segnale di riconoscimento per i fagociti. | | Annexin V | Proteina che lega la fosfatidilserina con alta affinità ed è comunemente utilizzata come sonda per rilevare le cellule apoptotiche attraverso l'identificazione della fosfatidilserina esposta sulla membrana plasmatica. | | Fattore di morte (TNF) | Una citochina pro-infiammatoria (Fattore di Necrosi Tumorale) che può legarsi a recettori specifici sulla superficie cellulare e innescare la via estrinseca dell'apoptosi. | | Recettori di morte (DR) | Proteine transmembrana che, quando attivate da ligandi specifici come TNF, reclutano proteine adattatrici e iniziano la cascata di segnalazione apoptotica attraverso la via estrinseca. | | DISC (Complesso di segnalazione indotto da morte) | Complesso proteico che si forma dopo il legame di un fattore di morte al suo recettore, reclutando proteine adattatrici e pro-caspasi per promuovere l'attivazione delle caspasi. | | FADD (Fas-Associated Death Domain) | Una proteina adattatrice che lega i recettori di morte e recluta le pro-caspasi, giocando un ruolo chiave nell'assemblaggio del DISC. | | Procaspasi 8 | Forma inattiva della Caspasi 8, che viene reclutata nel DISC e attivata tramite clivaggio proteolitico per iniziare la cascata apoptotica. | | Via estrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi mediata da recettori di morte sulla superficie cellulare, stimolata da segnali extracellulari come i fattori di morte. | | Via intrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi mediata dai mitocondri, innescata da stimoli intracellulari come danni al DNA o stress ossidativo, e che porta al rilascio di fattori pro-apoptotici dai mitocondri. | | Mitocondrio | Organello cellulare responsabile della produzione di energia, ma che contiene anche molecole chiave per l'inizio della via intrinseca dell'apoptosi, come il citocromo c. | | Permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP) | Processo in cui la membrana esterna del mitocondrio diventa permeabile a proteine citosoliche e intermembrane, permettendo il rilascio di molecole pro-apoptotiche nel citosol. | | Bax e Bak | Proteine della famiglia Bcl-2 che promuovono l'apoptosi. Bax è solitamente presente nel citosol e viene traslocato nei mitocondri sotto stimolo apoptotico, mentre Bak è una proteina integrale della membrana mitocondriale; entrambe oligomerizzano per formare pori nella membrana. | | Citocromo c (Cit c) | Componente della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri, che viene rilasciato nel citosol durante la MOMP e lega Apaf-1 per formare l'apoptosoma. | | Apaf-1 | Fattore di attivazione della Caspasi 9, che lega il citocromo c rilasciato dai mitocondri e si assembla per formare l'apoptosoma. | | Apoptosoma | Complesso proteico che si forma dall'assemblaggio di Apaf-1 e citocromo c, capace di legare e attivare le pro-caspasi 9. | | Procaspasi 9 | Forma inattiva della Caspasi 9, che viene reclutata dall'apoptosoma e attivata tramite clivaggio proteolitico, iniziando la cascata delle caspasi effettrici. | | Famiglia di proteine Bcl-2 | Gruppo di proteine che regolano la permeabilità della membrana mitocondriale esterna e controllano il rilascio di fattori pro-apoptotici, includendo sia membri pro-apoptotici (es. Bax, Bak) che anti-apoptotici (es. Bcl-2). | | Domini di omologia a Bcl2 (BH) | Sequenze di amminoacidi conservate presenti nei membri della famiglia Bcl-2, che determinano le loro interazioni e funzioni regolatorie. | | Proteine BH3-only | Sottogruppo della famiglia Bcl-2 che agisce come effettori o regolatori a monte di Bax e Bak, legandosi e inibendo le proteine anti-apoptotiche o attivando indirettamente le proteine pro-apoptotiche. Esempi includono Bad, Noxa, PUMA. | | Proteine IAP (Inibitori dell'Apoptosi) | Famiglia di proteine che si legano alle caspasi attivate e ne inibiscono l'attività, agendo come freni sull'apoptosi. | | Smac/Diablo | Proteine rilasciate dai mitocondri durante la MOMP che inibiscono l'attività delle proteine IAP, promuovendo così l'apoptosi. | | c-FLIP (FLICE-inhibitory protein) | Proteina che ha una struttura simile alle caspasi ma manca dell'attività catalitica. Si lega alle proteine adattatrici nel DISC e inibisce l'attivazione della Caspasi 8, modulando la risposta apoptotica. | | Recettori esca | Proteine che possiedono domini extracellulari simili ai recettori di morte ma mancano di un dominio citosolico funzionale, agendo come "trappole" per i ligandi dei recettori di morte, sequestrandoli e impedendo l'attivazione apoptotica. | | Bid (proteina) | Proteina BH3-only che viene clivata dalla Caspasi 8 (tBid) e che interagisce con la membrana mitocondriale, promuovendo la MOMP e collegando la via estrinseca a quella intrinseca. | | tBid | La forma attiva della proteina Bid, risultante dal taglio da parte della Caspasi 8, che media la translocazione di Bax nei mitocondri e promuove la permeabilizzazione della membrana. |