II Panoramica della morfologia e degli eventi molecolari dell’apoptosi
La morte cellulare apoptotica può essere suddivisa in quattro fasi sequenziali: iniziazione, decisione di morire, esecuzione e inghiottimento. Una gamma di tensioni cellulari può avviare l’apoptosi mediante l’attivazione di vie di segnalazione intracellulari o il rilascio di secondi messaggeri. Alcuni esempi di trigger di morte cellulare sono radiazioni ionizzanti, farmaci chemioterapici, ipertermia e deprivazione del fattore di crescita., Le molecole presentate da altre cellule, come il ligando Fas (FasL) e il fattore di necrosi tumorale (TNF), possono anche indurre l’apoptosi nelle cellule che portano i recettori appropriati. Una cellula può ricevere una varietà di segnali contemporaneamente, compresi i segnali di proliferazione e morte cellulare. In risposta a questi segnali, una cellula deve valutare la sua situazione e decidere se suicidarsi per apoptosi. Le molecole regolatrici chiave in questa fase sono membri della famiglia di proteine Bcl-2 (White, 1996; Yang e Korsmeyer, 1996), sebbene il meccanismo della loro azione non sia completamente compreso., Una volta che una cellula ha preso la decisione di morire, vengono attivate molecole che agiscono come carnefici. In tutti i tipi di apoptosi studiati, in una varietà di organismi multicellulari, i carnefici includono proteasi citosoliche, la maggior parte delle quali appartiene a una famiglia chiamata caspasi (Nicholson e Thornberry, 1997; Alnemri, 1997). Queste proteasi attaccano le proteine cellulari specifiche con conseguente distruzione irreversibile dei processi e delle strutture cellulari critici., Nella fase finale dell’apoptosi, i resti della cellula morente sono riconosciuti, inghiottiti e degradati, da una cellula vicina o da un macrofago scavenging.
I cambiamenti morfologici associati all’apoptosi sono distinti e ben caratterizzati (Wyllie, 1987; Darzynkiewicz et al., 1997). Le cellule sottoposte ad apoptosi si restringono e si condensano rapidamente, allontanandosi dalle cellule vicine. Come risultato della perdita di volume citoplasmatico, la membrana plasmatica forma bleb e protrusioni, dando alla cellula un aspetto vescicale., Comunemente si osserva anche un rapido aumento della concentrazione intracellulare di ioni di calcio (Schwartzman e Cidlowski, 1993). La membrana nucleare arrotonda e la cromatina si condensa e si aggrega in forme dense, simili a mezzaluna vicino alla membrana nucleare. La condensazione della cromatina è associata alla scissione a doppio filamento del DNA da parte di una o più endonucleasi nucleari (Wyllie et al., Montague e Cidlowski, 1996) e degradazione della lamina nucleare da parte delle proteasi (Lazebnik et al., 1995).
La degradazione del DNA durante l’apoptosi avviene in un modello preciso e riproducibile (Wyllie et al.,, 1992; Montague e Cidlowski, 1996). Inizialmente, il DNA cromosomico viene scisso in ampi segmenti di circa 50-300 kilobasi (Oberhammer et al., 1993). Nella maggior parte, ma non in tutte, le istanze di apoptosi, questi domini vengono quindi ulteriormente digeriti in frammenti più piccoli mediante scissione tra nucleosomi. La separazione del DNA dai nuclei apoptotici mediante elettroforesi su gel di agarosio produce uno schema caratteristico di questi frammenti mono – o oligonucleosomiali in multipli di 185-200 coppie di basi (bp), descritto come una scala del DNA (Tilly e Hsueh, 1993)., Le endonucleasi responsabili di questa frammentazione del DNA non sono state identificate in modo convincente, sebbene siano stati suggeriti diversi candidati (Montague e Cidlowski, 1996). Alcuni studi hanno suggerito un ruolo per DNasi I o II, ma questi enzimi non sono normalmente situati nel nucleo. Forse un candidato migliore è un 18 kD Ca2 +/Mg2 +–dipendente endonucleasi chiamato NUC18 che è stato isolato da estratti nucleari apoptotici e trovato per essere altamente omologa alla ciclofila A. NUC18 può essere responsabile per la scissione del DNA in 50 KD frammenti., Inoltre, è stata identificata una nuova 95 kD Ca2 +/Mg2 +–endonucleasi dipendente che è attiva durante l’apoptosi (Pandey et al., 1997). Una proteina chiamata fattore di frammentazione del DNA (DFF) che sembra attivare l’endonucleasi apoptotica(s) è stata anche isolata dalle cellule HeLa (Liu et al., 1997).
I cambiamenti nei mitocondri delle cellule apoptotiche precedono la condensazione cellulare e la disintegrazione nucleare e possono essere un evento precoce essenziale nell’apoptosi (Petit et al., 1996; Kroemer, 1997). I mitocondri presentano una depolarizzazione nel potenziale di membrana (ΔψM) (Marchetti et al.,, 1996; Zamzami et al., 1995b; Zamzami et al., 1996), che sembra essere dovuto all’apertura dei pori di transizione della permeabilità mitocondriale (MPT) (Zoratti e Szabo, 1995). Le proteine rilasciate dai mitocondri apoptotici nel citoplasma poco prima o subito dopo l’MPT sono in grado di indurre la condensazione della cromatina e la frammentazione del DNA (Liu et al., 1996; Susin et al., 1996; Zamzami et al., 1996).
La cellula morente si rompe in diversi pezzi rotondi chiusi da membrana chiamati corpi apoptotici che vengono fagocitati e degradati dalle cellule fagocitiche (Savill et al., 1993; Hart et al.,, 1996). Cellule epiteliali, cellule endoteliali e fibroblasti adiacenti ai siti di apoptosi possono inghiottire corpi apoptotici. Diversi studi dimostrano anche che i macrofagi “professionali” sono reclutati nei siti di morte cellulare e sono responsabili di gran parte della fagocitosi dei corpi apoptotici (Hopkinson-Woolley et al., 1994; Camp e Martin, 1996). Questo inghiottimento impedisce una risposta infiammatoria da perdite di detriti cellulari negli spazi intercellulari., Le cellule apoptotiche mostrano una serie di segnali per attirare i fagociti, compresi i cambiamenti nelle molecole della superficie cellulare come zuccheri, lipidi e proteine. Sebbene il riconoscimento fagocitico delle cellule apoptotiche sia un processo critico e un campo attivo di ricerca, i dettagli di questo evento finale nell’apoptosi vanno oltre lo scopo di questa recensione.
Gli eventi cellulari dell’apoptosi contrastano con quelli della necrosi, sebbene entrambi alla fine causino la morte della cellula (Darzynkiewicz et al., 1997)., La necrosi, o morte cellulare accidentale, è caratterizzata da una morte rapida, quasi istantanea di una cellula a causa di una lesione catastrofica. Le cellule necrotiche si gonfiano a un grande volume, esibendo un drammatico aumento del volume mitocondriale. La membrana plasmatica viene interrotta e il contenuto cellulare viene rilasciato, producendo tipicamente una risposta infiammatoria che danneggia le cellule vicine. La degradazione del DNA a volte si verifica durante la necrosi; tuttavia, i siti di scissione sono casuali, risultando in una gamma completa di dimensioni del frammento., Le istanze di morte cellulare possono spesso essere chiaramente distinte come necrotiche o apoptotiche, ma in alcuni casi una cellula morente presenta caratteristiche di entrambi i processi.
Il termine morte cellulare programmata (PCD) è comunemente usato per descrivere la scomparsa delle cellule durante il normale sviluppo di un organismo. Nella maggior parte ma non in tutti i casi, il PCD procede con lo stesso processo stereotipato dell’apoptosi; pertanto, i termini apoptosi e PCD sono spesso usati in modo intercambiabile. Una pratica alternativa è quella di definire il termine apoptosi come descrittivo di uno dei meccanismi di PCD., In tutto questo capitolo, usiamo il termine apoptosi per descrivere la morte cellulare indotta da sollecitazioni extra-cellulari anormali e il termine PCD per indicare la morte cellulare apoptotica che è predestinata dallo sviluppo e che si verifica normalmente.