Viaggio nella biologia cellulare e molecolare

Inside the Cell

10 April 2008 - 13:55

Apoptosi

Uno dei delle domande esistenziali di una cellula è:
“Perchè una cellula dovrebbe suicidarsi?”
Non si tratta di masochismo cellulare, in certe circostanze la morte cellulare rappresenta un evento positivo per l’organismo.
Troviamo il fenomeno dell’apoptosi in un normale sviluppo embrionale, nella distruzione di cellule che rappresentano una minaccia per l’integritá dell’organismo; nel controllo della popolazione cellulare di un tessuto(omeostasi); nell’ eliminazione di cellule “Self” proprie “pericolose”
L’apoptosi è un sofisticato meccanismo in cui l’evoluzione cellulare ha fatto da setaccio per difendere l’organismo da cellule infettate da virus (ad opera di linfociti T citotossici); da cellule del sistema immune autoreattive; da cellule in cui si verifica un danno al DNA; da cellule tumorali.
L’Apoptosi è un processo attivo (richiede ATP) che viene indotto da segnali esogeni o endogeni e che serve ad eliminare, senza conseguenze cellule indesiderate. I processi fisiologici di regolazione dell’Apoptosi hanno segnali recettoriali, di danno direttamente al DNA e di segnali di membrana.
Se pensiamo allo sviluppo embrionale la morte cellulare è un processo fondamentale, per “scolpire” il nuovo organismo. Possiamo dire che la vita è un processo che in parte è reso possibile dalla morte. Infatti l’apoptosi durante lo sviluppo embrionale, per l’involuzione di strutture, può essere immaginata come una scultura di marmo; prima si parte dal blocco intero e poi piano piano si tolgono i pezzi con lo scalpello e il martello, così la scultura assume forma e sostanza. L’abbozzo delle mani è l’esempio più ecclatante per capire come funziona l’apoptosi nell’embriogenesi.
Altri segnali recettoriali di apoptosi sono nell’eliminazione dei neutrofilie macrofagi dopo l’infiammazione acuta, oppure nell’eliminazione dei linfociti T autoreattivi.
Per evitare l’accumolo di mutazioni che possono causare l’insorgenza di neoplasie, l’apoptosi gioca un ruolo fondamentale nell’eliminazione di cellule il cui DNA è stato danneggiato, cellule tumorali possono essere eliminate da parte dei linfociti T citotossici attraverso l’interazione di antigeni di membrana.

L’apoptosi é implementata mediante l’attivitá ordinata di
enzimi specifici, che agiscono prima della perdita dell’integritá della membrana cellulare.
Le caratteristiche morfologiche dell’apoptosi sono:
• Raggrinzimento cellulare;
• Condensazione e frammentazione della cromatina;
• Formazione di protuberanze (“blebs”) citoplasmatiche e di corpi apoptotici;
• Fagocitosi da parte di macrofagi o cellule non specializzate adiacenti

In vivo
– Le cellule “blebbing” sono ancora vitali (saggio del Trypan bleu);
– La transizione normale-raggrinzito-blebbing é rapida (10-30’), le cellule vengono poi fagocitate.
Istologicamente, l’apoptosi é quindi difficile da evidenziare a meno di un esteso coinvolgimento cellulare.

In vitro
Dopo il “blebbing”, c’é la vera e propria frammentazione cellulare in corpi apoptotici
• I corpi apoptotici vengono quindi fagocitati
• In situazioni -anche in vivo- in cui la apoptosi é massiva (es., nei tumori), cellule apoptotiche possono restare non fagocitate ed andare incontro a necrosi secondaria

In apoptosi c’è una progressiva degradazione proteica ad opera di proteasi specifiche (caspasi)
• Cross-linking proteico ad opera dellaTransglutaminasi II
• Frammentazione del DNA: formazione del “DNAladder”
• Attivazione di una “flippasi” e conseguente espressione di fosfatidilserina sulla parte esterna della membrana cellulare

Sperimentalmente si può evidenziare l’apoptosi di una determinata popolazione cellulare semplicemente osservando l’integrità del DNA
genomico per la presenza o assenza di attività endonucleasiche.

http://www.chinaphar.com/1671-4083/25/figs/1509f6.jpg

  • Perciò con un’ elettroforesi classica è possibile vedere i tagli delle endonucleasi mediate dalle caspasi che tagliano il DNA totale in frammenti di circa 200 paia di basi.

    Line A DNA marker

    Line B C Tipica strisciata di una cellula trattata con un apoptotico.

    Linea D controllo Mock non trattato

  • Il metodo Tunel è una colorazione citochimica che sfrutta dei nucleotidi coniugati a digossigenina e aggiunti enzimaticamente al DNA ad opera della deoxynucleotidyl-transferase (TdT). Il DNA marcato viene rilevato grazie all’utilizzo di un anticorpo anti-digossigenina oppurtunamente coniugato con una molecola rivelatrice (fluorocromo, perossidasi ecc.ecc.)

    L’apoptosi, è maggiormente resente in organismi cellulari, ma, in organismi monocellulari è presente in forme più o meno simili anche nei batteri, forse in difesa contro infezioni virali (a loro volta hanno escogitato numerosi stratagemmi per inattivare il programma apoptotico endocellulare)

    Lo studio dell’apoptosi parte dal più famoso dei vermi trasparenti, il mitico Carnorabtis Elegans, durante lo sviluppo di C.Elegans, si formano 1090 cellule: 959resteranno a far parte del verme adulto e 131 vanno incontro ad apoptosi. Esperimenti di mutagenesi in cui il pattern di morte cellulare è alterato ha dato un grosso aiuto all’identificazione di regolazioni apoptotiche ritrovate anche nei mammiferi per analogia.

    http://www.space.gc.ca/asc/img/apogee_0304_celegans.jpg

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    • Davide - 24 June 2008 # 1

      Bel post.. ma per una “cronistoria” molecolare di quello che avviene durante l’apoptosi.. dove devo andare a parare? potresti scrivere un’apoptosi 2.. non trovi?

    • Lorenzo Nardi - 25 June 2008 # 2

      Ciao Ottimo!!!

      Per fortuna c’è qualcuno che si accorge del punto di vista molecolare…
      Sai, stavo già pensando di modificare questo articolo… ..ma purtroppo sono fermo quì perchè ho un sacco di esami da preparare… e sono con l’H20 al collo..
      ..perciò Amici di Molecularlab, …non strappatevi i capelli..
      …non appena ho un pò di tempo modificerò l’articolo.
      Grazie per la precisazione…
      …spero che con il tempo ci saranno lettori attenti come te.
      Ciao Davide!
      A Presto.

    • brunella - 8 October 2009 # 3

      Ciao Lorenzo nardi.
      Ma quando ci descriverai l’apoptosi dal punto di vista molecolare??Aspettiamo tt te.
      Ciao,grazie

     

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