CITOTOSSICITA’

CITOTOSSICITA’

Citotossici sono gli effetti dei composti chimici che portano ad un’alterazione

delle funzioni cellulari che non rientra nei limiti fisiologici

CITOTOSSICITA’

CITOTOSSICITA’

LA MORTE CELLULARE PRECEDE L’ASPETTO MORFOLOGICO DELLA STESSA

. Rappresenta una sorta di relazione tra danno irreversibile, morte cellulare (intesa

come cessazione irreversibile delle funzionalità cellulari) e manifestazioni morfologiche

a livello ultrastrutturale, tissutale e macroscopico)

NECROSI

Si definisce necrosi uno spettro di modificazioni morfologiche che segue la

morte cellulare in organismi viventi; provoca coinvolgimento delle strutture

circostanti con flogosi

NECROSI COAGULATIVA

ALTRI TIPI DI NECROSI

LA MORTE CELLULARE PROGRAMMATA: APOPTOSI

VIA INTRINSECA DELL’APOPTOSI

VIA ESTRINSECA DELL’APOPTOSI

RELAZIONE TRA APOPTOSI E MITOSI NEL MANTENIMENTO DELLA

STABILITA’ DELLA MASSA TISSUTALE

Un difetto nell’apoptosi non consente un

turn-over sufficientemente veloce delle

cellule anormali che non possono essere

adeguatamente sostituite in quanto la

loro sopravvivenza è prolungata

EVENTI FISIOLOGICI IN CUI E’ IMPLICATA L’APOPTOSI

- La morte di tipo apoptotico assolve un compito particolarmente importante nel

sistema immunitario, dove è implicata nei processi che garantiscono una corretta

risposta

DISREGOLAZIONE DELL’APOPTOSI

La disregolazione dell’apoptosi è alla base dell’inizio e/o della progressione di molte malattie

CONFRONTO TRA ASPETTI MORFOLOGICI DELL’APOPTOSI E DELLA NECROSI

MORTE CELLULARE PROGRAMMATA NON APOPTOTICA

ANOIKIS

PIROPTOSI

PIROPTOSI

RUOLO DELLA MOLECOLA BERSAGLIO ED EFFETTI

SITI CELLULARI BERSAGLI DELLE SOSTANZE TOSSICHE

Tutte le funzioni e le strutture cellulari possono costituire siti d’attacco per

gli agenti tossici

membrane cellulari

perossidazione lipidica

sistemi redox

funzione delle proteine

sintesi di ATP

omeostasi cellulare dello ione calcio

DNA (alterazione della replicazione e trascrizione, mutazioni, distruzione,… )

MEMBRANA CELLULARE

SCAMBIO DELLA SOSTANZE ATTRAVERSO LA MEMBRANA

Interazioni con la struttura lipidica della membrana

MEMBRANE CELLULARI

MEMBRANE CELLULARI

Alterazioni della permeabilità di membrana

MEMBRANE CELLULARI

Interazioni dirette con le proteine di membrana

diclorodifeniltriicloroetano

STRESS OSSIDATIVO

Tutte le specie chimiche reattive, radicaliche o meno, possiedono attività ossidante

L’ossidazione (trasferimento di 1 o + e-), è la base chimica dello stress ossidativo

PRODUZIONE FISIOLOGICA DEI RADICALI LIBERI

I metaboliti ossidanti di maggiore interesse biologico sono centrati su pochi elementi:

- azoto

- carbonio

- cloro

- zolfo

- ossigeno

L’ossigeno, grazie all’abbondanza in cellule e liquidi biologici e alla partecipazione in processi

biochimici chiave(es. respirazione mitocondriale) rappresenta una delle principali fonti di ROS

STRESS OSSIDATIVO: FORMAZIONE DI RADICALI LIBERI

LOO·: radicale lipoperossido

O2-·: radicale superossido

NO·: radicale nitrossido

STRESS OSSIDATIVO: FORMAZIONE DI RADICALI LIBERI

STRESS OSSIDATIVO: FORMAZIONE DI RADICALI LIBERI

Il superossido biologicamente tossico è usato dal sistema immunitario per uccidere i

microorganismi patogeni. Mediante fagocitosi il patogeno viene internalizzato nel fagocita, al

cui interno viene prodotto l’anione superossido in grandi quantità, dalla NADPH ossidasi.

La specie radicalica prodotta viene utilizzata nell’eliminazione, O2-dipendente, degli agenti

patogeni

Mutazioni nel gene che codifica l'NADPH ossidasi causano una sindrome di

immunodeficienza chiamata sindrome granulomatosa cronica, caratterizzata da un'estrema

suscettibilità alle infezioni

STRESS OSSIDATIVO: FORMAZIONE DI RADICALI LIBERI

RADICALI LIBERI E METALLI DI TRANSIZIONE

I metalli di transizione fungono da catalizzatori nelle reazioni che portano ai ROS,

i quali a loro volta possono innescare a cascata numerosi eventi tossici

AUMENTATA PRODUZIONE DI RADICALI LIBERI

I ROS SONO SEMPRE PERICOLOSI?

SE PRESENTI IN BASSE DOSI FISIOLOGICHE SONO MODULATORI POSITIVI

Promuovono l’espressione di geni che sintetizzano molecole ad azione antiossidante

Sono molecole segnale

Partecipano alla difesa antimicrobica

I ROS PROMUOVONO L’ESPRESSIONE DI GENI CHE

SINTETIZZANO MOLECOLE AD AZIONE ANTIOSSIDANTE

Il fattore di trascrizione nucleare eritroide-2 (Nrf2) è un fattore di trascrizione che regola

l’espressione genica di una grande varietà di enzimi citoprotettivi antiossidanti

Sperimentazioni in vitro e in vivo e recenti studi clinici hanno consolidato l’evidenza che le

strategie di attivazione di Nrf2 che possono includere farmaci, alimenti integratori ed esercizio

fisico sono probabilmente più efficaci nel prevenire le malattie e nel rallentarne la progressione,

rappresentando una importante risorsa terapeutica

ROS COME MOLECOLE SEGNALE

ROS COME MOLECOLE SEGNALE

I ROS possono agire attraverso differenti vie di trasduzione del segnale,

facendo uso di molecole quali:

- calcio

- proteine tirosin chinasi

- proteine tirosin fosfatasi

- serina/treonina chinasi

- fosfolipasi

IL DANNO DEI RADICALI LIBERI

BERSAGLI E DANNI DEI RADICALI LIBERI

I DANNI DA RADICALI LIBERI

PRODUZIONE, REATTIVITA’ E TOSSICITA’ DEI ROS

I SISTEMI DI DIFESA ANTIOSSIDANTE

MECCANISMO DI AZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTI

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA NATURA CHIMICA

SINTESI DI ATP

INIBITORI DELLA SINTESI DI ATP

ALTERAZIONE DELLA SINTESI DI ATP

DANNO CELLULARE INDOTTO DA RIDUZIONE DI ATP

LO IONE CALCIO: SECONDO MESSAGGERO UNIVERSALE

SISTEMI CHE REGOLANO LA CONCENTRAZIONE DI Ca2+ INTRACELLULARE

LIBEROED IL SUO RUOLO NELLA TOSSICITA’

controllo dell’omeostasi del calcio

Estrusione dalla cellula:

Ca2+-ATPasi e scambiatore Na+/Ca2+ del sarcolemma

Assorbimento dai compartimenti intracellulari:

Ca2+-ATPasi e calsequestrina del RE

uniporto e scambiatore Ca2+/H+-Na+ dei mitocondri

Buffering dalle calcium-binding proteine citosoliche:

parvalbumina, calretinina, calbindina

Ridotta estrusione:

•ossidazione, arilazione, alchilazione dei gruppi –SH delle proteine di trasporto

•ridotta produzione di ATP

Aumentato influsso:

•apertura dei pori di transizione di permeabilità in seguito a

ossidazione dei nucleotidi pirimidinici e gruppi tiolici,

elevata [Ca2+] mitocondriale, stress ossidativo

•danneggiamento della membrana cellulare

•eccessiva eccitazione nei neuroni

•attivazione canali del calcio (mercurio sui VOC)

Alterazione dell’omeostasi del calcio

ALTERAZIONE DELL’OMEOSTASI CALCICA

ALTERAZIONE DELL’OMEOSTASI CALCICA

LO IONE CALCIO: MESSAGGERO DI MORTE

BERSAGLI CELLULARI DELLE SOSTANZE TOSSICHE

SONO IDENTIFICABILI NUMEROSE ALTRE ATTIVITA’ TOSSICHE DEGLI

XENOBIOTICI SU SISTEMI ENZIMATICI E SUI PIGMENTI RESPIRATORI

TOSSICOLOGIA MOLECOLARE CONNESSA AI METALLI

REAZIONI SU SISTEMI COMPLESSI:

EFFETTI TOSSICI SUL SISTEMA ENDOCRINO

TOSSICOLOGIA DEL SISTEMA RIPRODUTTIVO