Che cosa studiamo

• cause ed i meccanismi molecolari delle malattie

• come l’organismo tenta di evitare (e quasi sempre ci riesce) che molti stimoli dannosi (intrinseci od estrinseci) si trasformino in uno stato di malattia

Morte cellulare

Necrosi

“Omicidio” della cellulaApoptosi

“Suicidio” della cellula

Necrosi

é un “omicidio” , un processo passivo che la cellula “subisce” in seguito ad un insulto esterno

é un processo solitamente abbastanza rapido e incontrollabile

le reazioni che si verificano durante il processo necrotico sono non sono “bloccabili” dall’interno (modulazione di geni endogeni) ma solo parzialmente dall’esterno (agenti famacologici o inibitori di natura sintetica)

Il processo necrotico è caratterizzato da:

Produzione di Reactive Oxygen Species (ROS): stress ossidativo

Diminuita produzione di ATP e deplezione del pool cellulare di ATP

Difetti nell’omeostasi del calcioDanno mitocondriale irreversibile

Difetti nella permeabilitá cellulareRigonfiamento cellulare e degli organelli con rottura

e lisi finale; frammentazione casuale del nucleo e del DNA (carioressi e cariolisi)

I residui cellulari restano “in situ”, e vengono eliminati lentamente, provocando una reazione

infiammatoria

Una volta che le singole cellule sono andate incontro alle alterazioni suddette, l’insieme delle cellule necrotiche può assumere diversi aspetti morfologici:

Necrosi coagulativa ( il tessuto appare compatto, come cotto)

Prevale la denaturazione delle proteine;

Preservazione dei contorni cellulari per giorni;

Caratteristica della morte ipossica (miocardio);

Necrosi caseosa (il tessuto ha una consistenza soffice, che ricorda il formaggio)

Tipica del tubercolo

Necrosi colliquativa (il tessuto appare semifluido)

Predomina la digestione enzimatica;

Perdita dei contorni cellulari;

Caratteristica del cervello.

La necrosi: morfologia del tessuto

Necrosi coagulativa e colliquativa

Generazione di ROS

• Prodotti durante il normale metabolismo cellulare

• Normali funzioni di cellule specializzate• Assorbimento di energia (p.es., radiazioni)• Metabolismo di composti esogeni

Interazioni ROS-cellula

• Perossidazione dei lipidi di membrana• Modificazioni ossidative delle proteine• Lesioni nel DNA (ssDNA breaks)

Difese contro i ROS

• Antiossidanti (Vit A ed E, acido ascorbico, glutatione)

• Produzione di proteine di deposito e trasporto di ioni metallici (trasferrina, lattoferrina, ceruloplasmina, ferritina)

• Enzimi “scavengers”:– Catalasi, Superossido-dismutasi (SOD), Glutatione

perossidasi

Un esempio: l’acetaminofene (paracetamolo)

• Tylenol/Tachipirina: over-the-counter drug, analgesico ed antipiretico• Metabolismo epatico: una piccola quota é convertita dalle citocromo

P450 ossidasi epatiche ad un metabolita elettrofilo (N-acetyl-benzochinoneimina), neutralizzato dal GSH in acido mercapturico.

• Intossicazione da Tylenol: il pool di GSH viene consumato, il metabolita attacca proteine, acidi nucleici e lipidi, risultando in massiva necrosi epatica (fatale in alcuni casi), che puó essere ridotta da massiccio impiego di antiossidanti (acetil-cisteina).

Ischemia ed Ipossia

Tra i vari tipi di danno cellulare, questo é il piú diffuso e quindi clinicamente rilevante

Nell’ipossia, la glicolisi anaerobica continua, mentre nell’ischemia anche la glicolisi si interrompe: l’ischemia quindi porta piú rapidamente a danno irreversibile

Esempio di danno ischemico: infarto miocardico da occlusione di un’arteria coronaria

• 1 death every 36 seconds attributed to cardiovascular disease in the US

• 1.3 million Americans will have recurrent or new AMI (600,000 deaths /yr)

• Cost attributed to cardiovascular disease: $430 Billion.

Acute Myocardial Infarction.

1. Interruzione della disponibilità di ossigeno (mancanza O2 nell’aria o ostruzione delle vie aeree);

2. Inibizione della ossigenazione nei polmoni (malattie respiratorie);

3. Inadeguato trasporto di ossigeno nell’apparato circolatorio (disordini circolatori, ischemia);

4. inibizione della respirazione cellulare (anemia; intossicazione da monossido di carbonio)

Le maggiori cause di ipossia/anossia

Danno da ristabilimento dell’ ossigenazione post-ischemia

Generazione di ROSSecondario alla generazione di ROS,

induzione di processi apoptotici e necrotici da apertura del poro mitocondriale

Danni da infiammazione del tessuto ri-ossigenato, con reclutamento di cellule infiammatorie (granulociti/monociti)

contributo del danno da riperfusione alle dimensioni dell’area infartuata

SOD contro danni ischemici

• Modello sperimentale: ratti sottoposti a ripetuti episodi di ischemia-riperfusione

• Il danno ai vasi é notevolmente diminuito dalla trasduzione delle cellule endoteliali con adenovirus ingegnerizzati per la iperespressione della SOD

Qual é il “punto di non ritorno”?

1. Disfunzione mitocondriale

2. Alterata permeabilitá da danno alle membrane cellulari

Una visione moderna del processo necrotico

• Malgrado l’idea che la necrosi sia un processo di morte cellulare “non-controllata”, evidenze sperimentali stanno iniziando a suggerire che almeno in alcuni casi questo tipo di processo dia un contributo allo sviluppo ed alla omeostasi fisiologica

• Sono stati coniati diversi termini per descrivere forme di morte cellulare non apoptotiche che però presentano aspetti di “suicidio” cellulare:– oncosi, necroptosi, autolisi...

Esistenza di circuiti genetici coinvolti nella necrosi programmata

• geni i cui prodotti inducono una compromissione generale dello stato bioenergetico

• geni i cui prodotti sono rilasciati nell’ambiente extracellulare per indurre una risposta adattativa (infiammazione, ecc.)

EVOLUZIONE DEL PROCESSO DI NECROSI (CHE SI ACCOMPAGNA AD UNA REAZIONE DELL’ ORGANISMO) COME “SISTEMA DI ALLARME”

Entità del danno influenza il tipo di risposta cellulare

• Danno lieve-moderato: morte cellulare per apoptosi, assenza di reazione infiammatoria, risoluzione del quadro

• Danno moderato-forte: necrosi, induzione di reazione per la prevista inefficienza della risposta locale in assenza di aiuto (cellule infiammatorie)

Damage-associated molecular pattern molecules (DAMP)

• Di diverso tipo:– proteine (HMGB1, heat shock proteins)– metaboliti

• Rilasciati per diffusione durante la rottura della membrana cellulare

• HMGB1:– proteina nucleare, costituente la cromatina– Cellule necrotiche: rilasciata, si lega ad un recettore

presente sui macrofagi (RAGE), attivando la produzione di citochine infiammatorie