La morte cellulare: necrosi e apoptosi, tipi e meccanismi

La morte cellulare

Tutte le volte che la cellula entra in contatto con una noxa patogena cerca di difendersi innescando una risposta di stress, se questa non è sufficiente innesca una risposta di adattamento e se anche questa non è sufficiente la cellula subirà un danno. Il danno può essere reversibile, per cui se la noxa patogena viene rimossa e le risposte cellulari sono sufficienti per "aggiustare" i compartimenti che sono stati danneggiati, la cellula tornerà alla normale omeostasi. Al contrario, quando l'agente patogeno è di particolare entità o la cellula è più suscettibile ad andare incontro ad alterazioni dell'omeostasi, essa subirà delle alterazioni tali che non potranno più essere "aggiustate" e parleremo di danno irreversibile. Il danno irreversibile è un punto di non ritorno, come nel caso di danno alle membrane, soprattutto a livello delle membrane mitocondriali e nel momento in cui avviene questo danno la cellula dovrà andare incontro a morte. La morte cellulare si può esplicare in vari modi, a seconda del tipo di cellula, dell'agente dannoso e dello stato della cellula stessa.

Parecchi anni fa esistevano solo necrosi e apoptosi, morfologicamente completamente diverse e per questo ben riconoscibili. Per necrosi si intendeva morte accidentale che la cellula subisce in maniera involontaria. Per apoptosi si intendeva e si intende tuttora un processo attivo di morte cellulare che la cellula mette in atto per evitare di trasmettere alterazioni ad altri compartimenti cellulari che potrebbero inficiare, non solo l'omeostasi della cellula e del tessuto, ma anche dell'intero organismo.

Col passare degli anni si è scoperto che non esistono solo questi due tipi di morte cellulare, ma ne esistono tanti altri:

Cell death inducers Apoptosi Necroptosi, piroptosi Live cells 0 O O Morte autofagica Necrosi Entosi, Anoikis 0 0 0 C O 6 o C

• morte autofagica, o morte programmata di secondo tipo
• necroptosi, una via di mezzo tra morte programmata e accidentale
• piroptosi, un tipo di morte infiammatoria

E altri tipi di morte particolari, che sono mediati dal distaccamento della cellula dal proprio substrato, per esempio l'Anoikis e l'entosi. I tipi di morte sono ancora di più, ad esempio parliamo di mitoptosi quando la cellula va ad eliminareselettivamente i mitocondri e quindi poi, priva di qualsiasi fonte energetica, va incontro a morte. La netosi è un particolare tipo di morte che mettono in atto le cellule infiammatorie, in particolare i neutrofili, che serve ad avere difese contro agenti patogeni di natura biologica. Si comprende quindi che la morte cellulare è un argomento molto complesso e variegato. Quando parliamo di morte cellulare ci sono molteplici vie di segnalazione che vengono attivate o modulate e che poi porteranno la cellula a morte. Cominciamo a vedere alcune delle tipologie di morte cellulare

La necrosi cellulare

Per necrosi cellulare si intende l'insieme di modificazioni morfologiche che seguono alla morte cellulare accidentale, quindi non si intende direttamente il meccanismo di morte. Può essere caratterizzata da due aspetti principali, che dipendono dal ruolo che assumono le proteine: se prevale le denaturazione proteica parleremo di necrosi coagulativa, se prevale invece la degradazione proteica parleremo di necrosi colliquativa. Nel momento in cui la cellula va incontro a necrosi subisce una serie di alterazioni che sono la conseguenza dei processi biochimici visti nella lezione precedente, in particolare possiamo dire che tutti i compartimenti cellulari subiscono delle alterazioni morfologiche che possono essere rilevate e descritte, per cui avremo:

1. Modificazioni delle dimensioni della cellula
2. - Modificazioni delle strutture specializzate della superficie cellulare
3. - Alterazioni a carico degli organuli citoplasmatici
4. - Alterazioni nucleari

Modificazioni delle dimensioni della cellula

Rigonfiamento cellulare Citoplasma Reticolo endoplasmatico Apparato di Golgi Mitocondri Eccessivo accumulo di liquidi

Al microscopio i gradi progressivi del rigonfiamento cellulare vengono descritti come: ·Rigonfiamento mitocondriale o rigonfiamento torbido ·Degenerazione idropica ·Degenerazione vacuolare

L'aspetto morfologico più significativo è quello del rigonfiamento cellulare, perché si assiste ad un calo della produzione di ATP, uno scompenso a livello delle pompe ioniche con l'ingresso di sodio e di acqua all'interno della cellula, per cui la cellula si rigonfia ma anche tutti gli organelli. Il citoplasma sarà rarefatto e meno colorabile, saranno presenti vacuoli più o meno evidenti e una frammentazione degli organelli a cominciare dal Golgi e a seguire dal reticolo endoplasmatico.

Al microscopio ottico, le fasi iniziali della necrosi vengono identificate sottoforma di aspetti che si susseguono, che sono: -rigonfiamento idropico -rigonfiamento torbido o mitocondriale -rigonfiamento vacuolare

Il rigonfiamento idropico e torbido al microscopio ottico appaiono abbastanza simili e difficili da distinguere, mentre risultano facilmente riconoscibili al microscopio elettronico a trasmissione. Il rigonfiamento torbido è caratterizzato da rigonfiamento mitocondriale, mentre la degenerazione idropica presenta la formazione di piccoli vacuoli a contenuto acquoso, che si formano perché la degenerazione idropica segue l'ingresso di acqua nella cellula, cercando di compartimentalizzarla in piccoli vacuoli per non lasciarla libera nel citoplasma, dove procurerebbe un danno maggiore.

In queste immagini di fegato notiamo, a livello ottico la vacuolizzazione del fegato. Nella microscopia elettronica notiamo la differenza tra un fegato normale (in alto a dx) con organelli ben visibili e un fegato con tanti piccoli vacuoli, di dimensioni differenti nell'mmagine in basso a dx.

Rigonfiamento idropico epatico

Rubin, Patologia 2206 Casa editrice Ambrosiana

Rigonfiamento torbido epatico

In queste immagini notiamo a sx un fegato normale con mitocondri ben distinguibili, con doppia membrana e creste interne e a dx i mitocondri gonfi, con rarefazione della matrice mitocondriale ma andando a vedere nel dettaglio notiamo che le membrane mitocondriali sono intatte, per cui ci troviamo in una situazione di danno iniziale e reversibile.

Degenerazione vacuolare epatica

La degenerazione vacuolare avviene in seguito, non avremo più la presenza di vacuoli a contenuto acquoso ma con contenuto proteinaceo, materiale che deriva dall'ambiente extracellulare, in seguito ad un danno a livello della membrana plasmatica. Avremo un rigonfiamento e anche rottura della membrana mitocondriale e vacuoli a contenuto acidofilo, di maggiore dimensione e con materiale finemente reticolare (visibile al microscopio elettronico).

Alterazione della superficie cellulare

Man mano che il danno prosegue avremo alterazioni a livello delle superfici specializzate della membrana plasmatica (come microvilli, ciglia e giunzioni) e questo si attuerà in seguito all'attivazione delle lipasi e alla formazione di radicali liberi, che andranno a svolgere la loro azione dannosa a livello della membrana plasmatica e delle membrane degli organelli. Le cellule che subiscono danni perdono microvilli, ciglia e giunzioni alterati, diventeranno rotondeggianti perché si rigonfiano e perderanno quindi i rapporti con le cellule adiacenti e con la matrice extracellulare.

scomparsa microvilli blebs degenerazione idropica mv B CELLULA EPITELIALE NORMALE TUBULO PROSSIMALE RENALE rottura membrana rigonfiamento e rottura membrana mitocondriale

Queste sono immagini di un tubulo prossimale renale, composto da cellule epiteliali rivestite da numerosissimi microvilli. Durante le prime fasi della necrosi (immagine al centro) si perdono i microvilli, abbiamo degenerazione idropica all'interno della cellula, che cerca di compartimentalizzare l'acqua che entra, notiamo rigonfiamento dei mitocondri, ancora funzionali e la formazione di blebs, cioè bolle che sono dovute alle alterazioni citoplasmatiche che vengono rilasciate nell'ambiente esterno. Se il danno non viene eliminato (immagine a dx) la cellula va incontro a rottura della membrana plasmatica e mitocondriale e obbligatoriamente va incontro a morte.

Alterazione degli organuli citoplasmatici

Si rigonfiano i mitocondri, che inizialmente possono aumentare la capacità di fosforilazione ossidativa, che poi crolla. Il reticolo endoplasmatico rugoso si dilata e ciò comporta un distaccamento dei ribosomi e quindi un'inibizione della sintesi proteica. Si dilata anche l'apparato di Golgi, quindi viene meno la sua funzione dal punto di vista di modificazione post traslazionali. I lisosomi possono andare incontro a vacuolizzazione, a rottura e liberazione degli enzimi litici.

Alterazioni nucleari

Anche queste seguono un andamento ben preciso: assisteremo ad una prima fase di condensazione della cromatina, che prende il nome di picnosi ed è un meccanismo di difesa con il quale la cellula cerca di super avvolgere la cromatina per preservarne l'identità, ma l'ingresso di acqua ed enzimi litici causerà una frammentazione del nucleo in zolle di varia grandezza, fenomeno che prende il nome di carioressi ed infine avremo la completa disgregazione del nucleo, con l'apparizione della cariolisi.

Picnosi, Carioressi e Cariolisi

Nelle immagini a e b abbiamo una cellula normale, con nuclei rotondeggianti, al cui interno frammenti carioressici del nucleo risultano ben evidenti i nucleoli. K Ad un certo punto la cellula N subisce un danno (immagini c e 2 d) e cerca di proteggere il DNA a b e super avvolgendolo, come si può nucleo picnotico notare dai nuclei più piccoli e più N colorati, si nota anche che le cellule iniziano a perdere i N contatti con le cellule vicine e si creano spazi di accumulo di C d g h cariolisi liquido (formazione di edema). Il liquido poi entrerà all'interno delle cellule (immagini e ed f), che appariranno rigonfie, rotondeggianti e il nucleo verrà frammentato in zolle disperse nel citoplasma(carioressi). Man mano che il processo necrotico va avanti assisteremo alla degradazione del materiale nucleare (immagini g e h).

Aspetti morfologici della necrosi

Abbiamo detto che si presenteranno in due grandi aspetti: necrosi coagulativa e colliquativa. Nella necrosi coagulativa prevale la denaturazione delle proteine e la caratteristica principale è quella di mantenere la compattezza del tessuto, che rimane nelle prime fasi compatto e con una struttura ancora riconoscibile a livello microscopico. Nella necrosi colliquativa prevale la degradazione delle proteine, ad opera degli enzimi proteolitici, che nel vero senso della parola colliquano il tessuto, non conservandone più la compattezza e rendendo impossibile il riconoscimento delle strutture tissutali.