Apoptosi Definizione
L’apoptosi è un processo che si verifica nel multicellulare quando una cellula intenzionalmente “decide” di morire. Ciò accade spesso per il bene più grande dell’intero organismo, come quando il DNA della cellula è stato danneggiato e può diventare canceroso.
L’apoptosi è indicata come morte cellulare ” programmata “perché avviene a causa di istruzioni biochimiche nel DNA della cellula; questo si oppone al processo di” necrosi”, quando una cellula muore a causa di traumi esterni o privazione.,
Come molti altri processi cellulari complessi, l’apoptosi è innescata da molecole di segnale che dicono alla cellula che è ora di commettere il “suicidio cellulare”.”
I due principali tipi di percorsi di apoptosi sono “percorsi intrinseci”, in cui una cellula riceve un segnale per distruggersi da uno dei propri geni o proteine a causa del rilevamento del danno al DNA; e “percorsi estrinseci”, in cui una cellula riceve un segnale per avviare l’apoptosi da altre cellule dell’organismo., Il percorso estrinseco può essere attivato quando l’organismo riconosce che una cellula è sopravvissuta alla sua utilità o non è più un buon investimento per l’organismo da sostenere.
L’apoptosi svolge un ruolo nel causare e prevenire alcuni importanti processi medici. Negli esseri umani, l’apoptosi svolge un ruolo importante nella prevenzione del cancro, causando cellule con DNA danneggiato a commettere “suicidio” prima che possano diventare cancerose., Svolge anche un ruolo nell’atrofia dei muscoli, dove il corpo decide che non è più una buona idea spendere calorie per mantenere le cellule muscolari se le cellule non vengono utilizzate regolarmente.
a Causa apoptosi può prevenire il cancro, e a causa di problemi con l’apoptosi può portare ad alcune malattie, l’apoptosi è stato studiato intensamente dagli scienziati dal 1990.
Funzione di Apoptosi
l’Apoptosi è un importante adattamento evolutivo, perché permette che gli organismi di distruggere le loro cellule., A prima vista, che può sembrare una pessima idea. Perche ‘ dovresti distruggere una parte di te stesso?
Beh, forse se quella parte di te fosse diventata pericolosa per il resto, come nel caso di cellule con DNA danneggiato che potrebbero diventare cancerose. L’apoptosi è un importante killer delle cellule pre-cancerose e le persone con mutazioni che impediscono all’apoptosi di funzionare correttamente hanno molte più probabilità di contrarre il cancro.
Gli organismi multicellulari possono anche voler perdere cellule che non sono più utili all’organismo. Condivideremo alcuni esempi davvero spettacolari di quando la morte cellulare è una buona cosa di seguito.,
Esempi di Apoptosi
Da girino a rana
Un esempio spettacolare di questo si trova nei girini di rana, che distruggono e riassorbono intere strutture del corpo mentre subiscono la loro trasformazione in rane.
Le cellule delle branchie, delle pinne e della coda del girino vengono “dette” a morire dai segnali di apoptosi mentre il girino matura. Le materie prime di queste cellule dissimulate diventano materiali da costruzione e cibo per i loro nuovi arti in crescita.,
Sviluppo del sistema nervoso umano
Durante lo sviluppo precoce del sistema nervoso umano, un numero enorme di cellule muore attraverso l’apoptosi. Perché dovrebbe essere così?
La verità è che gli scienziati non sono del tutto sicuri del motivo per cui tanta morte cellulare programmata si verifica nel sistema nervoso in via di sviluppo. Alcuni pensano che sia perché formare le connessioni corrette è un processo complesso e potenzialmente difficile per i giovani neuroni; e perché la massima efficienza del sistema nervoso è sicuramente nel migliore interesse dell’organismo.,
I nervi richiedono enormi quantità di energia per funzionare – infatti, il sistema nervoso consuma circa il 20-25% di tutte le calorie consumate nel corpo umano!
I neuroni devono anche trovare la loro strada verso obiettivi molto precisi. All’inizio dello sviluppo, i neuroni crescono dalla divisione furiosa dei “genitori” delle cellule staminali e seguono i segnali chimici per cercare di trovare le cellule bersaglio corrette con cui connettersi. Le connessioni devono essere formate tra il cervello e la pelle, tra il cervello e i muscoli, tra i neuroni nel cervello e le cellule a bastoncello e cono nella retina, ecc..,
Per creare questo targeting incredibilmente complesso, il sistema nervoso in via di sviluppo cresce semplicemente troppe cellule. Quelli che si connettono in modo efficiente con gli obiettivi corretti vengono utilizzati frequentemente e vengono preservati. Ma quelli che non entrano in contatto in modo efficiente e non vengono utilizzati frequentemente muoiono via dall’apoptosi.
Può essere che questa teoria sul perché i neuroni muoiono durante lo sviluppo sia corretta; può anche essere che gli scienziati faranno importanti scoperte che non abbiamo ancora sognato che spiegheranno perché c’è così tanta apoptosi nel sistema nervoso in via di sviluppo., Più ricerca è certamente necessaria!
Piedi del mouse
Durante lo sviluppo embrionale, i piedi dei topi iniziano come cose piatte a forma di vanga. Man mano che lo sviluppo procede, i piedi si separano in cinque dita distinte dal processo di – hai indovinato-apoptosi! Le cellule che collegano le dita dei piedi muoiono per creare gli spazi distinti tra di loro.
Questo è un esempio di come la morte cellulare programmata può essere utilizzata per modellare strutture utili e creare funzioni utili, oltre a sbarazzarsi di quelle non necessarie.,
Apoptosi e Cancro
Una funzione primaria dell’apoptosi è quella di distruggere le cellule pericolose per il resto dell’organismo. Un motivo comune per l’apoptosi è quando una cellula riconosce che il suo DNA è stato gravemente danneggiato. In questi casi, il danno al DNA innesca le vie di apoptosi, assicurando che la cellula non possa diventare un cancro maligno.
Tuttavia, chiaramente questo processo a volte fallisce. Tutti i casi di cancro sono presumibilmente casi in cui una cellula danneggiata non ha commesso apoptosi, ma invece ha continuato a fare più di se stesso.,
Apoptosi può essere in grado di verificarsi se i geni essenziali necessari per esso sono tra quelli che sono danneggiati. Tuttavia, alcuni medici e scienziati hanno studiato intensamente l’apoptosi nella speranza che possano essere in grado di imparare a innescarla specificamente nelle cellule tumorali usando nuovi farmaci o altre terapie.
Come con tutti i farmaci progettati per uccidere le cellule tumorali, la sfida con i farmaci progettati per indurre apoptosi è quello di garantire che questi farmaci effetto solo le cellule tumorali. Un farmaco che provoca cellule sane e quelle cancerose a commettere la morte cellulare programmata potrebbe essere molto pericoloso.,
L’immagine potrebbe anche non essere così semplice come “il cancro si verifica quando l’apoptosi fallisce.”La ricerca ha suggerito che alcuni tumori possono insorgere in popolazioni cellulari in cui l’apoptosi si verifica più facilmente di quanto dovrebbe; forse queste cellule sono state costrette a “imparare” a ignorare i segnali di apoptosi troppo entusiasti e successivamente non commettono apoptosi anche quando hanno subito gravi danni.,
Altre ricerche hanno rivelato che le cellule tumorali che muoiono a causa degli effetti dei farmaci spesso muoiono per apoptosi – suggerendo che i tumori che sono particolarmente resistenti all’apoptosi possono anche essere particolarmente resistenti al trattamento.
Sono necessarie molte più ricerche sul tema del trattamento del cancro e comprendere i percorsi dell’apoptosi è una strada estremamente promettente per fare nuove scoperte!
Percorso di apoptosi
Esistono due tipi principali di percorsi di apoptosi, ognuno dei quali illustra un punto importante su come l’apoptosi viene attivata e perché è utile.,
Entrambi i principali percorsi sono illustrati nel grafico sottostante. I passaggi sono discussi in modo più dettagliato nei seguenti elenchi:
Percorso estrinseco
Nel percorso “estrinseco” all’apoptosi, viene ricevuto un segnale dall’esterno della cellula che lo istruisce a commettere la morte cellulare programmata. Ciò può verificarsi se la cellula non è più necessaria o se è malata.,
Come molti percorsi per la realizzazione di complessi cambiamenti in una cella, l’estrinseco percorso di apoptosi che coinvolge molti passaggi, ciascuno dei quali può essere “elevato” o “downregolata” espressione genica o da altre molecole:
Passo 1:
Come la maggior parte di segnalazione tra cellule, l’estrinseco percorso di apoptosi inizia con una molecola di segnale vincolante per un recettore all’esterno della membrana cellulare.
Due tipi comuni di messaggeri chimici che innescano la via estrinseca all’apoptosi sono FAS e TRAIL., Queste molecole possono essere escrete dalle cellule vicine se una cellula è danneggiata o non è più necessaria.
I recettori che si legano a FAS e TRAIL sono chiamati “FASR” per “FAS Receptor” o “TRAILR” per “TRAIL Receptor.”
Come con la maggior parte delle proteine del recettore, quando FASR e TRAILR incontrano la loro molecola del segnale – a volte chiamata” ligando ” – si legano ad essa.
Il processo di legame provoca cambiamenti nel dominio intracellulare del recettore.
Fase 2:
In risposta ai cambiamenti nel dominio intracellulare di TRAILR o FASR, cambia anche una proteina all’interno della cellula chiamata FADD.,
Il nome di FADD è divertente o terrificante: sta per “FAS-Associated Death Domain” protein.
Una volta che FADD è stato attivato da cambiamenti al recettore, interagisce con due proteine aggiuntive, che continuano a iniziare il processo di morte cellulare.
Fase 3:
Pro-caspasi-8 e pro-caspasi-10 sono proteine inattive fino a quando non interagiscono con un FADD attivato. Ma se due di queste molecole incontrano un FADD attivato, le parti delle proteine che le mantengono inattive vengono “scisse” o “tagliate”.,
Le pro-caspasi diventano poi caspasi-8 e caspasi-10 – che sono state romanticamente indicate dagli scienziati come “l’inizio della fine” a causa del loro ruolo nell’iniziare l’apoptosi.
Le caspasi-8 e -10 si disperdono attraverso il citoplasma e innescano cambiamenti a diverse altre molecole in tutta la cellula, inclusi i messaggeri che iniziano la rottura del DNA dopo essere stati attivati dalle caspasi.
Passo 4:
Un’altra molecola inattiva chiamata BID viene trasformata in tBID quando le caspasi attivate scindono la parte di BID che mantiene la molecola inattiva.,
Dopo che BID viene trasformato in tBID, tBID si sposta nei mitocondri. tBID attiva le molecole BAX e BAK.
L’attivazione di BAX e BAK sono i primi passi condivisi sia dalle vie estrinseche che intrinseche all’apoptosi.
I passaggi 1-4 elencati qui sono unici per il percorso estrinseco. Ma dopo che BAX e BAK sono stati attivati, i passaggi successivi sono gli stessi tra entrambi i percorsi.
In quanto tali, i passaggi 3-7 del percorso intrinseco, elencati di seguito, sono anche i passaggi 5-9 del percorso estrinseco!,
Percorso intrinseco
Fase 1:
Il percorso intrinseco all’apoptosi è innescato da stress o danni alla cellula. Tipi di stress e danni che possono portare la cellula all’apoptosi includono danni al suo DNA, privazione di ossigeno e altri stress che compromettono la capacità di una cellula di funzionare.
In risposta a questi danni o stress, la cellula “decide” che la sua esistenza continua potrebbe essere pericolosa o costosa per l’organismo nel suo complesso. Si attiva quindi un insieme di proteine chiamate ” BH3-solo proteine.,”
Fase 2:
Le proteine BH3-only sono una classe di proteine tra cui diverse proteine pro-e anti-apoptosi. L’apoptosi può essere incoraggiata o scoraggiata, a seconda di quali proteine BH3-only vengono attivate o espresse.
Le proteine BH3-solo pro-apoptotiche attivano BAX e BAK – le stesse proteine che vengono attivate dal tBID dopo che è stato creato attraverso la via estrinseca all’apoptosi.
Passo 3:
BAX e BAK attivati causano una condizione nota come ” MOMP.”MOMP sta per” permeabilità della membrana esterna mitocondriale.,”
MOMP è considerato il” punto di non ritorno ” per l’apoptosi. I passaggi che portano a MOMP possono essere fermati nelle loro tracce da molecole inibitrici, ma una volta che MOMP è stato raggiunto, la cellula completerà il processo di morte.
MOMP svolge il suo ruolo chiave nell’apoptosi consentendo il rilascio del citocromo C nel citoplasma.
Fase 4:
In circostanze normali, il citocromo C svolge un ruolo chiave nella catena di trasporto degli elettroni mitocondriali. Durante MOMP, tuttavia, il citocromo C può sfuggire ai mitocondri e agire come molecola di segnalazione nel citoplasma cellulare.,
Il citocromo-C nel citoplasma cellulare provoca la formazione del “apoptosoma” dal suono minaccioso-un complesso di proteine che esegue il passo finale per iniziare la rottura cellulare.
Passo 5:
L’apoptosoma, una volta formato, trasforma la pro-caspasi-9 in caspasi-9.
Proprio come con l’attivazione di caspasi-8 e -10 nella via estrinseca all’apoptosi, caspasi-9 è in grado di innescare ulteriori cambiamenti in tutta la cellula.
Passo 6:
Caspase-9 svolge diverse funzioni per promuovere l’apoptosi. Tra i più importanti c’è l’attivazione di caspasi-3 e -7.,
Passo 7:
Una volta attivato, caspases-3 e -7 iniziano la rottura dei materiali cellulari. Caspase-3 condensa e scompone il DNA della cellula.
Quando si verifica l’apoptosi?
L’apoptosi si verifica quando l’esistenza di una cellula non è più utile all’organismo. Questo può verificarsi per alcuni motivi.
Se una cellula è diventata gravemente stressata o danneggiata, può commettere apoptosi per evitare che diventi pericolosa per l’organismo nel suo complesso. Le cellule con danni al DNA, ad esempio, possono diventare cancerose, quindi è meglio per loro commettere apoptosi prima che ciò possa accadere.,
Altri stress cellulari, come la privazione di ossigeno, possono anche causare una cellula a “decidere” che è pericoloso o costoso per l’ospite. Le cellule che non possono funzionare correttamente possono iniziare l’apoptosi, proprio come le cellule che hanno subito danni al DNA.
In un terzo scenario, le cellule possono commettere apoptosi perché l’organismo non ne ha più bisogno a causa del suo sviluppo naturale.
Un esempio famoso è quello del girino, le cui cellule branchiali, pinne e coda commettono apoptosi mentre il girino si trasforma in una rana., Queste strutture sono necessarie quando il girino vive in acqua – ma diventano costose e dannose quando si sposta sulla terraferma.
Quiz
1. Quale dei seguenti NON ti aspetteresti di innescare l’apoptosi?
A. Danno al DNA di una cellula
B. Privazione di ossigeno a lungo termine
C. Un organismo che si muove verso una nuova fase del suo ciclo di vita, rendendo alcune cellule obsolete
D. Nessuna delle precedenti
2., Quale dei seguenti potrebbe verificarsi se una mutazione rendesse impossibile l’apoptosi?
A. Il sistema nervoso potrebbe non svilupparsi correttamente
B. Il cancro potrebbe diventare molto più probabile
C. Un insetto potrebbe non essere in grado di subire metamorfosi
D. Tutto quanto sopra
3. Qual è la differenza tra le vie estrinseche e intrinseche dell’apoptosi?
A., La via estrinseca è attivata da un segnale proveniente dall’esterno della cellula, mentre la via intrinseca è attivata da eventi all’interno della cellula.
B. La via estrinseca ha più passi perché il segnale deve essere trasmesso dalla membrana cellulare.
C. La via estrinseca attiva BAK e BAX, mentre la via intrinseca no.
D. A e B