danno cellulare reversibile e irreversibile

Le cellule mostrano diversi gradi di suscettibilità ai cambiamenti ambientali. - I neuroni cerebrali, sono molto sensibili ai mutamenti ambientali e muoiono rapidamente in condizioni oltre i limiti fisiologici. - Altre cellule, quali i fibroblasti, sono estremamente resistenti al danno e possono sopravvivere a seri cambiamenti metabolici, quali la completa mancanza di ossigeno, per periodi di tempo relativamente lunghi e senza danno apparente.

Danno reversibile Danno rigonfiamento lesione biochimica (mitocondri, reticolo endoplasmatico, plasmamebrana) Danno Ipossia Radicali liberi Aumenta Na+ nella cellula Sostanze tossiche + H2O Virus rigonfiamento

mitocondri non più in grado di produrre ATP pompa Na+/K+ danneggiata aumento della permeabilità della membrana

Modificazioni reversibili Punto di non ritorno Modificazioni irreversibili Normale

Modificazioni reversibili: dilatazione degli organuli, disgregazione dei ribosomi, formazione di vescicole, citoplasma pallido per acqua. Punto di non ritorno: rigonfiamento mitocondriale di grande entità, comparsa di corpi densi nella matrice dei mitocondri, formazione di grandi vescicole. Modificazioni irreversibili: rottura delle membrane, dispersione degli organuli, liberazione del contenuto dei lisosomi, attivazione della risposta infiammatoria.

aumento del calcio intracitoplasmatico Punto di non ritorno: aumento del calcio intracitoplasmatico Attivazione di enzimi calcio dipendenti: Le fosfolipasi, che staccano gli acidi grassi dai fosfolipidi di membrana Le ATPasi, che causano una diminuzione dell’ATP Le proteasi, che alterano la struttura e la funzionalità del citoscheletro Le endonucleasi, che frammentano il DNA.

danno irreversibile La manifestazione morfologica di questa morte cellulare prende il nome di necrosi e si rende evidente alcune ore (10-12 ore nel miocardio) dopo che le cellule sono andate incontro al danno irreversibile. la morte è rilevabile anche prima che si verifichino i cambiamenti strutturali valutando la presenza nel sangue di determinati enzimi, specifici per un determinato organo.

Transaminasi. Questi enzimi segnalano che è in atto una lisi delle cellule epatiche. Le due transaminasi ricercate per diagnosticare questa condizione sono la glutammico-piruvico transaminasi o alanina transaminasi (GPT o ALT) e la glutammico-ossalacetico transaminasi o aspartato transaminasi (GOT o AST). Il livello ematico della GPT, che si trova nel citosol, si innalza prima di quello della GOT, che si trova invece nei mitocondri; Lattico deidrogenasi. Questo enzima si trova nel fegato, nel muscolo, nel cuore e nel polmone. Si può distinguerne l’origine, sfruttando il fatto che questo enzima si presenta in diverse isoforme, ognuna specifica per uno di questi organi; Creatina fosfochinasi. Questo enzima possiede tre isoforme specifiche per il cuore, il cervello e il muscolo; Gamma glutamil transpeptidasi (-GT). E’ un enzima caratteristico del fegato; -amilasi. La presenza di questo enzima nel sangue indica che è in corso una pancreatite acuta.

Aspetto morfologico: Le cellule sono rigonfie con protrusioni della plasmamembrana (blebs). Il citoplasma è eosinofilo, perché si perde la normale basofilia dovuta alla presenza di RNA nel citoplasma e perché aumenta l’affinità per l’eosina delle proteine denaturate. Gli organuli sono marcatamente dilatati e nei mitocondri compaiono dei corpi densi di aspetto amorfo. I nuclei vano incontro a tre tipi diversi di alterazioni, dovute tutte alla frammentazione non specifica del DNA: Picnosi. Aumento della basofilia e diminuzione delle dimensioni del nucleo. Il DNA si presenta sotto forma di masse solide basofile. Cariolisi. Perdita della basofilia probabilmente per attività della DNAasi e lisi del nucleo Carioressi. Il nucleo picnotico va incontro a frammentazione. Alla fine il nucleo della cellula necrotica scompare completamente.

L’aspetto morfologico della necrosi è il risultato di due processi che essenzialmente agiscono insieme: 1) la digestione enzimatica delle cellule e 2) la denaturazione delle proteine. Gli enzimi catalitici derivano sia dai lisosomi delle cellule morte (autolisi) sia dai leucociti sopraggiunti (eterolisi). Le cellule necrotiche e i loro resti scompaiono per l’intervento del processo infiammatorio, che segue sempre la morte per necrosi.

NECROSI Necrosi coagulativa. Denaturazione delle proteine. Il danno o l’aumento dell’acidosi intracellulare causano denaturazione non solo delle proteine strutturali, ma anche di quelle enzimatiche, bloccando in questo modo la proteolisi della cellula. I tessuti appaiono consistenti e pallidi, i profili cellulari e l’architettura del tessuto sono ancora riconoscibili. Il processo della necrosi coagulativa è caratteristico della morte cellulare per ipossia in tutti i tessuti, ad eccezione del cervello. L’infarto del miocardio è un eccellente esempio.

Necrosi colliquativa. Si verifica quando prevale la digestione enzimatica. Il processo colliquativo porta a completa digestione le cellule morte, con perdita dell’architettura cellulare e trasformazione del tessuto in una massa liquida e viscosa. Tale necrosi è caratteristica delle infezioni focali batteriche e della morte da ipossia delle cellule del sistema nervoso centrale. Nel cervello c’è un alto contenuto di lisosomi nei neuroni e una relativa mancanza di proteine strutturali. Necrosi caseosa. Il tessuto necrotico è morbido e bianco come il formaggio. Le cellule morte formano una massa proteica amorfa, che non lascia intravedere alcuna architettura. E’ tipica della tubercolosi.

Steatonecrosi. Questo termine indica un focolaio di necrosi in cui si sia verificata distruzione dei lipidi. Questa evenienza è tipica del tessuto adiposo, che va incontro a necrosi per liberazione degli enzimi pancreatici, in corso di una pancreatite acuta. L’area necrotica assume un colore bianco e diventa dura come gesso, perché gli acidi grassi liberati reagiscono con il calcio. Necrosi fibrinoide. Si verifica a livello della parete dei vasi, dove sulla zona necrotica si deposita la fibrina.

APOPTOSI L’eliminazione di cellule in eccesso nell’embriogenesi, per esempio per la separazione delle dita e nella formazione del lume intestinale. L’eliminazione di cellule al ridursi di uno stimolo ormonale di crescita, per esempio nei tessuti estrogeno-sensibili del sistema riproduttivo femminile. La selezione clonale dei linfociti per l’induzione di tolleranza al “self” durante lo sviluppo. L’eliminazione di cellule in tessuti che richiedono una elevata velocità di ricambio cellulare, per esempio le cellule epiteliali di rivestimento dell’intestino. L’uccisione delle cellule infettate da virus da parte dei linfociti T citotossci. L’eliminazione delle cellule portatrici di danni del DNA causati da infezione, irradiazione o agenti citotossici. L’eliminazione di cellule nervose in malattie neurodegenerative come la malattia di Alzheimer. Tumori.

alterazioni strutturali dell’apoptosi

Le cellule che vanno incontro ad apoptosi presentano le seguenti caratteristiche: Diminuzione delle dimensioni cellulari. La cellula diventa più piccola, il citoplasma si addensa e gli orfanelli, apparentemente normali, sono più strettamente addensati. Condensazione della cromatina. La cromatina si aggrega alla periferia del nucleo in masse dense e ben delimitate. Il nucleo può rompersi in più frammenti. Formazione di estroflessioni e corpi apoptotici. La cellula mostra estroflessioni superficiali (blebs), poi si frammenta in corpi apoptotici. Fagocitosi delle cellule o dei corpi apoptotici Le membrane rimangono intatte fino all’ultimo stadio, pertanto non sono permeabili ai soluti normalmente trattenuti all’interno e ai coloranti vitali.

Nell’apoptosi possono distinguere quattro fasi: Fase di induzione/segnalazione: I segnali che inducono la morte e i segnali di sopravvivenza riversati sulla cellula sono integrati. Se i segnali di morte sono dominanti, sono attivati i meccanismi molecolari che fanno scattare il meccanismo di apoptosi. Indotte alcune caspasi dette inizianti. Fase effettrice: La cellula è destinata a morire a causa dell’induzione di un programma genetico. Caspasi effettrici mitocondri Caspasi effettrici

Fase di degradazione: Le caspasi effettrici attivano sistemi enzimatici che provocano le caratteristiche biochimiche e strutturali dell’apoptosi. Tali sistemi enzimatici attivati spezzano le proteine o le alterano con legami crociati, degradano il DNA ed espongono fosfatidilserina sulla membrana esterna della cellula, realizzando le alterazioni strutturali classiche della morte cellulare per apoptosi. Fase di fagocitosi: I frammenti cellulari prodotti dal processo apoptotico sono riconosciuti dai macrofagi e dalle altre cellule normali del tessuto e sono inglobati.

Fase di induzione/segnalazione Trasduzione del segnale: il legame di specifici ligandi a recettori della superficie cellulare stimola una cascata di trasduzione di segnali che attiva le caspasi. I recettori hanno, nella porzione intracitoplasmatica, “domini di riconoscimento della morte” che, interagendo con omologhi domini di morte sulle proteine cosiddette adattatrici, danno avvio all’attivazione dell’apoptosi. Alcuni esempi sono: - L’apoptosi mediata da segnali Fas-Fasligando, responsabili dell’eliminazione di alcune classi di linfociti del sistema immunitario, e dell’uccisione di cellule bersaglio dei linfociti citotossici. - L’apoptosi indotta da citochine, quale ad esempio quella indotta dal recettore per il fattore di necrosi tumorale (TNFR).

Danno cellulare: il danno cellulare avvia l’apoptosi causando alterazione della permeabilità della membrana mitocondriale. Tra gli esempi ricordiamo: - danno mediato da radicali - l’anossia cellulare - l’aumento dei livelli di calcio libero nel citoplasma - la morte cellulare mediata da perforine/grandzima B, causata da linfociti T citotossici. Danno della membrana cellulare: attivazione dell’enzima sfingomielinasi con produzione di ceramide. Alcuni esempi sono: - danno mediato da radiazioni

Danno al DNA: un danno al DNA provoca un accumulo di proteina p53 nelle cellule; fatto che facilita la riparazione del DNA. Se il processo non ha successo, il sistema p53 induce la trascrizione di fattori che favoriscono l’apoptosi. Alcuni esempi sono: - la morte cellulare in conseguenza del danno da radiazioni - la morte cellulare in conseguenza del danno da agenti chemioterapici antitumorali.

Caspasi due gruppi: inizianti ed effettrici; sono presenti nella cellula come pro-caspasi e vengono attivate per proteolisi controllata.

Mitocondri L’integrità della membrana mitocondriale è un fattore che decide il destino di una cellula: sopravvivenza o morte. citosol mitocondrio

Localizzazione della proteina Bcl-2 nella cellula.

Fase di degradazione L’attivazione della cascata delle caspasi determina: taglio della matrice nucleare e delle proteine del citoscheletro formazione di legami crociati tra le proteine citoplasmatiche per attivazione di transglutaminasi, formando un involucro raggrinzito che si può poi rompere in corpi apoptotici taglio del DNA a livello internucleosomiale in frammenti multipli di 180-200 paia di basi ad opera di endonucleasi frammentazione del nucleo frammentazione della cellula in corpi apoptotici, circondati da membrana e composti da citoplasma e organuli addensati, con o senza frammenti nucleari.

Geni anti-apoptotici presenti nell’uomo: bcl-2 bcl-x lungo Geni pro-apoptotici presenti nell’uomo: bax, bad bcl-x corto myc (per lo più in assenza di siero) fos (in assenza di siero) p53

malattie associate all’INIBIZIONE DELL’APOPTOSI TUMORI: Linfoma follicolare Carcinoma con mutazione del p53 Tumori ormone-dipendente Tumore della mammella Tumore prostatico Tumore ovarico DISORDINI AUTOIMMUNI: Lupus eritematoso sistemico Glomerulonefriti immuno-mediate INFEZIONI VIRALI: Herpesvirus Poxvirus Adenovirus

malattie associate all’AUMENTO DELL’APOPTOSI AIDS DISORDINI NEURODEGENERATIVI: Malattia di Alzheimer Malattia di Parkinson Sclerosi amiotrofica laterale Retiniti pigmentose Degenerazione cerebellare SINDROMI MIELODISPLASTICHE: Anemia aplastica DANNO ISCHEMICO: Infarto miocardico Ictus Danno da riperfusione MALATTIE DEL FEGATO INDOTTE DA FATTORI TOSSICI: Alcool

DIFFERENZE TRA APOPTOSI E NECROSI ISTOLOGIA Colpisce cellule isolate in tessuti vitali Muoiono gruppi di cellule con distruzione della struttura del tessuto CITOLOGIA Nuclei picnotici, citoplasma condensato, frammenti cellulari rotondeggianti Edema cellulare Nuclei intatti ma colorati debolmente TEST DI ESCLUSIONE DEL COLORANTE Inizialmente i coloranti sono esclusi I coloranti entrano nelle cellule

APOPTOSI NECROSI ULTRASTRUTTURA Citoplasma Compatto, con organuli intatti I mitocondri presentano un notevole rigonfiamento e corpi densi nella matrice Reticolo endoplasmatico dilatato Tutti gli organuli sono dilatati Membrana plasmatica intatta Rotture della membrana plasmatica e delle membrane interne Nucleo Cromatina condensata in semilune Cromatina con struttura grossolana, ma che mantiene una distribuzione normale Frammentazione nucleare

APOPTOSI NECROSI CIRCOSTANZE In casi fisiologici di “morte programmata” Mai in condizioni fisiologiche Atrofia Ipossia Uccisione immunitaria cellulo-mediata Complemento Tossine a basse dosi Tossine a dosi elevate EFFETTI SUI TESSUTI Nessuna infiammazione Infiammazione acuta Fagocitosi ad opera di cellule adiacenti Cicatrizzazione tardiva Rapida involuzione senza il collasso della struttura dell’intero tessuto