Lezione 5: Principali Meccanismi di Morte Cellulare e Necrosi

Lezione 5: Meccanismi di Morte Cellulare

Necrosi: Definizione e Progressione

IL TERMINE NECROSI DERIVA DAL GRECO "VEKPOS" CHE SIGNIFICA "MORTO"ED E' LA FORMA PIU' GRAVE DI DANNO A CUI PUO' ANDARE INCONTRO UNA CELLULA PERDITA IRREVERSIBILE DELLE SUE STRUTTURE E FUNZIONI.

Danno Subletale e Morte Cellulare Progressione della necrosi Livelli di disorganizzazione cellulare Lesioni letali (irreversibili) Riparazione - da cellule staminali Punto di non ritorno 1 Lesioni sub-letali (reversibili) Riparazione molecolare 1 Tempo Normale Stimolo dannoso steady state

IN QUESTO GRAFICO POSSIAMO VEDERE CHE QUANDO LO STIMOLO DANNOSO SUPERA LE CAPACITA' DI ADATTAMENTO E DI RIPARAZIONE E IL GRADO DI DISORGANIZZAZIONE RAGGIUNGE UN PUNTO DI IRREVERSIBILITA', LA CELLULA PROGRESSIVAMENTE PERDE LE SUE FUNZIONI E LE SUE STRUTTURE SI DEGRADANO. QUESTO INSIEME DI ALTERAZIONI COSTITUISCE UNA LESIONE LETALE O IRREVERSIBILE, CHE HA COME PUNTO FINALE LA MORTE DELLA CELLULA.

LA NECROSI AVVIENE CON UNA SEQUENZA CHE COMPRENDE INIZIALI ALTERAZIONI DELLA FUNZIONE DI BARRIERA DELLA MEMBRANA PLASMATICA, IN SEGUITO A STIMOLI CHE SONO PER LO PIU' ESOGENI, CON IL SUCCESIVO INNESCO DI MECCANISMI DANNOSI LEGATI ALLE ALTERAZIONI IRREVERSIBILI DELL'OMEOSTASI IONICA. PER CUI AVREMO DANNI ALLA MEMBRANA O MANCANZA DI ATP, PERDITA DELL'OMEOSTASI (QUINDI DEGLI IONI CA2+) E RIGONFIAMENTO CELLULARE. ALTERAZIONE DELL'OMEOSTASI DEL CALCIO CON ABNORME ATTIVAZIONE DELLE FUNZIONI CA2+-DIPENDENTI E DISORGANIZZAZIONE CELLULARE.

Danni a Carico del Calcio e Sequenza Necrotica

DANNI A CARICO DEL CALCIO: LA SEQUENZA NECROTICA CHE PORTA ALLA DEGRADAZIONE DEI VARI COMPONENTI CELLULARI VIENE INNESCATA IN SEGUITO ALL'ALTERAZIONE DELL'OMEOSTASI IONICA TRA L'INTERNO E L'ESTERNO DELLA CELLULA. QUESTA PUO' AVVENIRE:

• PER UN DIRETTO DANNO ALLA MEMBRANA PLASMATICA, CHE PUO' ESSERE DATO DAL CALORE, DAI RADICALI LIBERI, DAI DETERGENTI, DALLA FORMAZIONE DI PORI STRUTTURATI ECC.
• PER L'INIBIZIONE DELLE POMPE DI MEMBRANA, DIPENDENTI DAL RIFORNIMENTO DI ATP, CHE MANTENGONO I GRADIENTI DI CONCENTRAZIONE DEGLI IONI TRA L'INTERNO E L'ESTERNO DELLA CELLULA.

34Danno di membrana Attivazione proteasi neutre Ca++-dipendenti Disorganizzazione giunzioni cellulari 1 pca; Attivazione nucleasi Ca++-dipendenti Supercontrazione Attivazione enzimi lisosomiali 1 Metabolismo perossidativo ATP Frammen- tazione UNA Disorga- nizzazione citosche- letro Danno di membrana Rigonfia- mento Degradaz molecole Necrosi Patogenesi della Necrosi

NELLO SCHEMA VEDIAMO LA CONCENTRAZIONE DI CALCIO INTRACELLULARE CHE AUMENTA CON CONSEGUENTE ATTIVAZIONE DELLE PROTEASI NEUTRE CA++-DIPENDENTI, ATTIVAZIONE DELLE CA++NUCLEASI-DIPENDENTI, ATTIVAZIONE DEGLI ENZIMI LISOSOMIALI, UN MAGGIORE METABOLISMO PEROSSIDATIVO, SUPER CONCENTRAZIONE DI CALCIO E DISORGANIZZAZIONE DELLE GIUNZIONI CELLULARI.

TUTTO QUESTO PORTA ALLA FRAMMENTAZIONE DEL DNA, ALLA DISORGANIZZAZIONE DEL CITOSCHELETRO, AL DANNO DI MEMBRANA, AL RIGONFIAMENTO E LA DEGRADAZIONE DELLE MOLECOLE SFOCIANDO NELLA NECROSI.

Patogenesi della Necrosi e Omeostasi Ionica

PATOGENESI DELLA NECROSI: ABBIAMO DUE TIPI DI MECCANISMI: DANNI IRREVERSIBILI ALLA BARRIERA LIPIDICA CAUSATI DA CALORE, RADIAZIONI E SOLVENTI E INIBIZIONI DELLE POMPE IONICHE. QUESTO PORTA ALL'ALTERATA OMEOSTASI IONICA, CIOE' DEL CALCIO CON CONSEGUENTE ATTIVAZIONE DEI MECCANISMI DI DEGRADAZIONE E NECROSI.

L'ALTERAZIONE DELL'OMEOSTASI HA DUE EFFETTI PRINCIPALI:

1. UNA MAGGIORE ENTRATA DI NA+ ED UNA PERDITA DI K+, ACCOMPAGNATA PER MOTIVI OSMOTICI DALL'ENTRATA DI ACQUA; QUESTO PRODUCE UN RIGONFIAMENTO CHE E' PARZIALMENTE RESPONSABILE DELLA DISORGANIZZAZIONE STRUTTURALE E DELLE TURBE METABOLICHE LEGATE ALLA DILUIZIONE DI SUBSTRATI ED ENZIMI DEL CITOSOL;
2. L'AUMENTO MASSIVO NEL CITOSOL DELLA CONCENTRAZIONE DI IONI CA++, DOVUTO IN PARTE AL DANNO DI MEMBRANA E IN PARTE ALL'INIBIZIONE PER DEFICIENZA DI ATP DELLE POMPE CA++ . L'ALTERATA OMEOSTASI DEL CA++ RAPPRESENTA L'EVENTO PIU' IMPORTANTE TRA QUELLI CHE RENDONO IRREVERSIBILE LA DISORGANIZZAZIONE. E' ATTIVATO IL METABOLISMO PEROSSIDATIVO CHE PRODUCE VARIE SPECI MOLECOLARI ALTAMENTE REATTIVE ( AD ES, LA MALONDIALDEIDE) RESPONSABILI DI GRAVI DANNI ALLE MEMBRANE LIPIDICHE, ALLE PROTEINE E AGLI ACIDI NUCLEICI.

35NECROSI Tubuli corteccia renale 1 Necrosi del Miocardio c D Necrosi epatica: Aspetti precoci Necrosi epatica: Aspetti avanzati Apoptotic and Necrotic Cell Death A B

OSSERVIAMO IN QUESTE DUE IMMAGINI LA NECROSI SIA IN MICROSCOPIA NOEMALE CHE ELETTRONICA. NELL'IMMAGINE A SINISTRA VEDREMO NECROSI, INDICATA DALLE FRECCE, DEI TUBULI DELLA CORTECCIA RENALE, DEL MIOCARDIO, NECROSI EPATICA CON ASPETTI PRECOCI E AVANZATI E LA SI RICONOSCE PER LE AREE PIU' CHIARE NELLA COLORAZIONE. IN MICROSCOPIA ELETTRONICA INVECE LA DIFFERENZA TRA APOPTOSI E NECROSI. IN A AVREMO L'APOPTOSI CON LA FORMAZIONE DEI CORPI APOPTOTICI(vedi freccia) ED IL MANTENIMENTO DELL'INTEGRITA' DELLA MEMBRANA CELLULARE. IN B INVECE AVREMO LA FORMAZIONE DELLA CELLULA NECROTICA ED LA DISGREGAZIONE DELLA MEMBRANA STESSA.

Tipi di Necrosi

TIPI DI NECROSI:

• NECROSI COAGULATIVA
• NECROSI COLLIQUATIVA

NELLA NECROSI COAGULATIVA E' PREVALENTE L'EFFETTO DELL'AUMENTO DI CA++ CITOSOLICO E PRECIPITAZIONE DI PROTEINE E SALI DI CA++(CALCIFICAZIONE). E' TIPICA DELL'INFARTO E DI ALCUNE NECROSI TOSSICHE.

NELLA COLLIQUATIVA PREVALGONO INVECE I MECCANISMI DI DEGRADAZIONE E DIGESTIONE DA PARTE DELLE PROTEASI CITOSOLICHE E POI LISOSOMIALI. E' FAVORITA DALL'AMBIENTE ACIDO. E' TIPICA NELL'ICTUS CELEBRALE E NELLE INFEZIONI CON ESSUDATO PURULENTO.

NELL'IMMAGINE VEDIAMO LA NECROSI COAGULATIVA CHE APPARE MACROSCOPICAMENTE COME UN SEGMENTO PALLIDO DEL TESSUTO, EVIDENZIATO DAI TESSUTI CIRCOSTANTI ALTAMENTE VASCOLARIZZATI. IL TESSUTO NECROTICO PUO' , IN SEGUITO, TRASFORMARSI IN ROSSO A CAUSA DEL'INFIAMMAZIONE.

36LA NECROSI COAGULATIVA E' CARATTERIZZATA : DA DISORGANIZZAZIONE SUBCELLULARE CON ADDENSAMENTO DELLA CROMATINA DEL NUCLEO IN PICCOLE MASSE PERIFERICHE (PICNOSI NUCLEARE), FRAMMENTAZIONE GROSSOLANA DELLA MEMBRANA NUCLEARE E DELLA CROMATINA ADDENSATA (CARIORESSI). RIGONFIAMENTO DEL CITOSOL E DEGLI ORGANULI CITOPLASMATICI, SOPRATTUTTO RETICOLO ENDOPLASMATICO E MITOCINDRI DISORGANIZZAZIONE DEGLI ELEMNTI CITOSCHELETRICI (FILAMENTI CONTRATTILI E FIBRILLE

Necrosi coagulativa Denaturazione enzimi litici Blocco proteolisi enzimatica - Persistenza cellule anucleate (settimane) Digestione leucocitaria finale A70-216

STRUTTURALI DEI FILAMENTI INTERMEDI). CON IL PROGREDIRE DELLA SEQUENZA NECROTICA, LE VARIE STRUTTURE CELLULARI VENGONO DIGERITE E SCOMPAIONO LASCIANDO DETRITI MEMBRANOSI. UN TIPICO ESEMPIO E' DATO DAI MIOCARDIOCITI NELL'AREA DELL'INFARTO.

LE FRECCE FANNO VEDERE LE AREE DI NECROSI COAGULATIVA CHE APPAIONO MOLTO PIU' PALLIDE RISPETTO AL TESSUTO CIRCOSTANTE.

LA NECROSI COLLIQUATIVA E' CONTRADDISTINTA DA:

1. FIN DALL'INIZIO DALLA DISSOLUZIONE DELLE VARIE STRUTTURE CELLULARI.
2. NEL NUCLEO PREVALE LA CROMATOLISI CHE PORTA ALLA RAPIDA FRAMMENTAZIONE DEL DNA E ALLA SCOMPARSA DELLA CROMATINA (NUCLEI APPARENTEMENTE VUOTI E POCO COLORABILI)
3. E' ASSOCIATA ALLA LIBERAZIONE DI GRANDI QUANTITA' DI ENZIMI IDROLITICI, COME ACCADE NELLA NECROSI DEI GRANULOCITI NEUTROFILI E DEI MACROFAGI; PERCIO' ESSA E' SPESSO CORRELATA CON LE INFEZIONI PURULENTE DOVE E' MASSIVO L'INTERVENTO DI QUESTI LEUCOCITI.

Nell'immagine infarto del snc che ancora per ragioni non chiare si può trasformare in necrosi colliquativa. E' legata ad infezioni batteriche e funginee. Porta alla digestione fagocitaria e spesso alla formazione di pus.

37ABBIAMO ALTRE TIPI DI NECROSI:

Altri Tipi di Necrosi

LA NECROSI CASEOSA. COSI' CHIAMATA PER L'ASPETTO DEL TESSUTO COINVOLTO ED E' CARATTERISTICA DELLA LESIONE TUBERCOLARE. IL TESSUTO NECROTICO E' BIANCASTRO E FRIABILE (PER QUESTO CHIAMATA CASEOSA O "CHEESELIKE") E DOPO LA LISI FAGOCITARIA PUO' RISULTARE UNA CAVITA'.

NECROSI ADIPOSA: COINVOLGE IL TESSUTO ADIPOSO (E' CAUSATA SOPRATTUTTO DA PANCREATITE). E' CARATTERIZZATA DALLA DIGESTIONE DEI GRASSI AD OPERA DELLE LIPASI CHE SUCCESSIVAMENTE RIPRECIPITANO SOTTOFORMA DI SAPONI DI CALCIO, DANDO ALL'AREA COLPITA UN ASPETTO AMORFO. SI HA QUINDI DIGESTIONE DEI GRASSI INTRACELLULARI PER AZIONE DELLE LIPASI PANCREATICHE, E FORMAZIONE DI SAPONI DI CALCIO CON FORMAZIONE DI AREE BIANCO-GESSO.

POSSIAMO AVERE ALTRI TIPI DI NECROSI CHE DIPENDONO DALL'AGENTE DANNOSO:

• ANOSSICA: QUANDO SI HA UN MANCATO APPORTO DI OSSIGENO (ad esempio si può essere all'interno della massa tumorale)
• ISCHEMICA: ANOSSIA+ MANCATO APPORTO DI GLUCOSIO E SUBSTRATI
• TOSSICA: DOVUTA A LESIONI BIOCHIMICHE LETALI (come quella del cianuro o dell'isocitrato)
• BIOLOGICA: DOVUTA DA RECETTORI, CANALI IONICI E PATTERNS CHIMICI, COME NECROSI DA PERFORINE, DA COMPLEMENTO, DA EXCITOTOSSICITA' E DA TOSSINA BOTULINICA.

Differenze tra Apoptosi e Necrosi

PRINCIPALI CARATTERISTICHE CHE FANNO SI CHE CI SIA DIFFERENZA TRA APOPTOSI E NECROSI NEI DIVERSI LIVELLI:

1. ISTOLOGIA: L'APOPTOSI COLPISCE CELLULE ISOLATE IN TESSUTI VITALI. MUORE SOLAMENTE LA CELLULA CHE VA INCONTRO AD APOPTOSI. NELLA NECROSI MUOIONO GRUPPI DI CELLULE DISTRUGGENDO LA STRUTTURA DEL TESSUTO. QUESTO AVVIENE PERCHE' SI ROMPE LA MEMBRANA E FUORIESCONO GLI ENZIMI LITICI CHE PORTANO ALLA MORTE DELLE CELLULE VICINE.
2. CITOLOGIA. IN CITOLOGIA ABBIAMO NUCLEI APOPTOTICI, CITOPLASMA CONDENSATO E FRAMMENTI CELLULARI ROTONDI. NELLA NECROSI EDEMA CELLULARE, NUCLEI INTATTI MA COLORATI DEBOLMENTE.
3. TEST DI ESCLUSIONE DEL COLORANTE: I COLORANTI SONO INIZIALMENTE ESCLUSI NELL'APOPTOSI, MENTRE ENTRANO NELLA NECROSI (LA CELLULA SI VEDRA' DI COLORE BLU PERCHE' VIENE DANNEGGIATA LA MEMBRANA CITOPLASMATICA).
4. ULTRASTRUTTURA- CITOPLASMA: NELL'APOPTOSI IL CITOPLASMA E' COMPATTO CON ORGANULI INTATTI, IL RE E' DILATATO E LA MEMBRANA PLASMATICA E' INTATTA. NELLA NECROSI INVECE I MITOCONDRI MOSTRANO UN RIGONFIAMENTO DI GRAVE ENTITA' E CORPI DENSI NELLA MATRICE. PROFILI DEGLI ORGANULI DILATATI, ROTTURE DELLA MEMBRANA PLASMATICA E DELLE MEMBRANE INTERNE.
5. NUCLEO: LA CROMATINA SI CONDENSA IN SEMILUNE E TOROIDI, DISINTEGRAZIONE NUCLEARE PER FORMAZIONE DEL CORPO APOPTOTICO. NELLA NECROSI LA CROMATINA HA UNA STRUTTURA PIU' GROSSOLANA MA MANTIENE UNA DISTRIBUZIONE PIU' NORMALE.
6. CIRCOSTANZE: L'APOPTOSI E' SPESSO NEI CASI DI "MORTE PROGRAMMATA", NEI CASI DI ATROFIA, UCCISIONE IMMUNITARIA CELLULO-MEDIATA, TOSSINE A BASSE DOSI. LA NECROSI NON SI HA MAI IN CONDIZIONI FISIOLOGICHE, PER ATTIVAZIONE DEL COMPLEMENTO, IPOSSIA E TOSSINE AD ALTE DOSI.
7. EFFETTO SUI TESSUTI: NELL'APOPTOSI NESSUNA INFIAMMAZIONE (muore la singola cellula), FAGOCITOSI AD AOPERA DI CELLULE ADIACENTI, RAPIDA INVOLUZIONE SENZA IL COLLASSO DELLA STRUTTURA DELLOINTERO TESSUTO. NELLA NECROSI