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3. Apoptosi

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MORTE CELLULARE PROGRAMMATA (PCD)
APOPTOSI
Eliminazione di cellule non desiderate
SERVE PER
Rimodellamento di organi e tessuti
Regolazione del numero di cellule
Eliminazione di linfociti (tolleranza)
Turn-over dei neutrofili
Eliminazone di
cellule tumorali, infette
o danneggiate
CAUSATA DA
Carenza di fattori di sopravvivenza
Danno al DNA
Danno ossidativo
Ipossia
Misfolding proteico
meccanismo comune a tutti gli organismi
FONDAMENTALE PER
SVILUPPO DELL’ ORGANISMO E
OMEOSTASI TISSUTALE
SVILUPPO E
FUNZIONAMENTO DEL
SISTEMA IMMUNITARIO
ELIMINAZIONE DI CELLULE
POTENZIALMENTE DANNOSE
PER L’ORGANISMO
FATTORI DI CRESCITA
CRESCITA CELLULARE (aumento del volume)
MITOGENI
G1- e G1/S-Cdk
PROLIFERAZIONE (aumento del numero)
APOPTOSI
(morte cellulare programmata)
CARENZA DI
FATTORI DI SOPRAVVIVENZA
VARI FATTORI HANNO ATTIVITA’ MULTIPLE
PROGRAMMA
GENETICO
NELLA APOPTOSI
Flipping
di fosfatidil-serina
Segnale
“MANGIAMI”
Cellule di linfoma trattate con il chemioterapico Camptothecin
ESPOSIZIONE DI
FOSFATIDIL-SERINA
sulla faccia esterna
della membrana
CORPI APOPTOTICI
Marcatura con
ANNESSINA V
Legata a
con fluorofori
CASPASI UMANE
• COINVOLTE NELL’INFIAMMAZIONE
Caspasi 1 (ICE), 4 e 5
• COINVOLTE NELL’APOPTOSI
Caspasi iniziatrici 2, 8, 9 e 10
Caspasi effettrici 3, 6 e 7
ATTIVAZIONE DELLE CASPASI
(Cut on Asp)
ATTIVAZIONE “ A CASCATA”
Iniziatrici
Effettrici
Caspasi
sempre presenti
nella cellula
Inibitori di DNAsi
Componenti del citoscheletro
Molecole di adesione
Lamìna nucleare
Frammentazione DNA
Formazione dei corpi apoptotici
Dissolvimento del nucleo
dallo stimolo apoptogeno
FRAMMENTAZIONE
DEL DNA
ENDONUCLEASI
“DNA ladder”
“DOSAGGIO”
DEI
NICK
del DNA
Metodo
TUNEL
TdT dUTP nick end labeling (TUNEL)
MEMBRANA NUCLEARE
APOPTOSI (PCD)
DUE MODALITA’ DI
INNESCO
Via estrinseca
Via intrinseca
STIMOLO
ESTERNO
Recettori
“di morte”
STIMOLO
INTERNO
Mitocondri
Procaspasi
iniziatrici
8 e/o 10
Procaspasi
Iniziatrice
9
Caspasi
effettrici
Formazione di corpi apoptotici
MECCANISMI
“A MONTE”
DIVERSI
UGUALI
CONSEGUENZE
VIA ESTRINSECA
Recettori per
Ligando FAS
Oppure
Proteina di membrana
recettori per fattori solubili
TNF (Tumor Necrosis Factor)
Complesso di
Segnalazione
Death Inducing Signal Comples
PROTEOLISI
FRAMMENTAZIONE
DEL DNA
TNF-α
Lymphotoxin / TNF-beta
(Myostatin, in muscle)
(BMP, bone morphogenetic
prot)
Fas ligand (FasL)
VIA INTRINSECA
in cellule di vertebrati
Nei mitocondri:
catena respiratoria
Gruppo EME
Citocromo c
Nel citoplasma:
Induzione
APOPTOSI
Formazione
dell’eptamero
Reclutamento e
attivazione
procaspasi 9
CASCATA
PROTEOLITICA
REGOLAZIONE DELLA VIA INTRINSECA
Proteine della famiglia Bcl2
Salvaguardano l’integrità
del mitocondrio
inibendo le proteine BH123
Se non più inibite si aggregano
sulla membrana mitocondriale:
formazione di canali
di rilascio per il citocromo c
Inibiscono Bcl2
attivando BH123
NON ATTIVE O
NON PRESENTI
IN CELLULE
NORMALI
ATTIVAZIONE
STIMOLI APOPTOTICI DI VARIA ORIGINE
VIA INTRINSECA INATTIVA
ATTIVA
STIMOLI
APOPTOTICI
DI VARIA ORIGINE
ATTIVAZIONE DI
PROTEINE
BH3-only
PRO – PCD
ANTI – PCD
Proteine
Anti-IAP
rilasciate
dal mitocondrio
apoptotic
protease
activating factor
Fas-associated death
domain
iniziatrici
effettrici
PROTEINE IAP
(inibitori dell’ apoptosi)
INIBIZIONE DELL’ APOPTOSI “A VALLE”
Inibiscono le caspasi
Meccanismo di sicurezza (superamento di una soglia)
Scoperte in alcuni virus
Meccanismo di controllo importante in Drosofila
Nei mammiferi è preponderante il ruolo delle proteine Bcl2
ER
Caspase-12
INIBIZIONE dell’ APOPTOSI
“a monte”
AZIONE DI FATTORI DI SOPRAVVIVENZA
IGF I in CNS
In Drosofila
ATTIVAZIONE
dell’ APOPTOSI
BH3-only
family
“a monte”
sensibilizzatrici
?
attivatrici
APOPTOSI
ATTIVAZIONE
dell’ APOPTOSI
BH3-only
family
“a monte”
sensibilizzatrici
?
attivatrici
APOPTOSI
PRO – PCD
ANTI – PCD
Bcl2
Bcl2
Puma:
TRASCRIZIONALE
p53
Mdm2
Induce p21
G1/G2 arrest
Induce
Puma e Noxa (BH3-only)
Bax (BH1-2-3)
Mdm2 inibisce l’azione di p53
e ne promuove la ubiquitinazione
PCD
ATM and ATR exhibit selective target
specificities in response to different forms
of DNA damage.
The ataxia telangiectasia mutated (ATM) protein kinase is
activated in response to double strand DNA breaks.
ATR (ATM and Rad3-related) protein kinase is activated
following ultra-violet (UV) light-induced DNA damage such
as pyrimidine dimers .
Danni da radiazioni
bloccano l’entrata in fase S
in attesa di riparazione.
NO
SI
Rimozione
di p21
e
proliferazione
P53
GUARDIANO
DEL
GENOMA
CKI
Inibitore di Cdk
p53
induce
apoptosi
Induzione
di fattori
BH3-only
Ser-Thr kinases
Attivate dalla
interazione con ciclina.
Fosforilazione di
substrati specifici
G1
G1-Cdk
Homeostatic Regulation of Base Excision Repair by a p53Induced Phosphatase: Linking Stress Response Pathways
with DNA Repair Proteins.
If the cell incurs DNA damage, p53-induced cell cycle arrest is
accompanied by p53-facilitated DNA repair.
In particular, p53 has been demonstrated to promote both
nucleotide excision repair (NER) and base excision repair (BER).
ATTIVAZIONE di ONCOGENI
Myc, Ras
Ubiquitinazione
PROTEASOMA
APOPTOSI E TUMORI
Resistenza all’apoptosi, step cruciale nella tumorigenesi
Resistenza ad assenza di fattori di crescita, ipossia, danni al DNA
Selezione di cloni più aggressivi e resistenti a molte terapie
(e che funzionano proprio inducendo apoptosi)
P53, pro-apoptotico, onco-soppressore,
Coinvolto nel 50% dei tumori.
(forme “dominanti negative”)
Trattamenti:
Farmaci per “scalzare” Mdm2.
Terapia genica
Farmaci BH3-mimetici
Bcl-2 (B-cell lymphoma 2) , proto-oncogene
attivato per traslocazione al locus delle immunoglobuline.
Geni pro-apoptotici possono essere onco-soppressori.
Trattamento dei tumori
(radiazioni, chemioterapia)
Ulteriori mutazioni
Danni al DNA
soprattutto nelle cellule
cancerose
Blocco della PCD
nelle cellule tumorali
APOPTOSI
Resistenza ai
trattamenti
Farmaci mimetici di BH3-only
Bcl-2 (B-cell lymphoma 2)
PRO – PCD
PROTO-ONCOGENI
Possibili
ONCOSOPPRESSORI
ANTI – PCD
(ridondanza)
TUMORI DA INFEZIONI VIRALI
Virus del Papilloma (HPV)
•
Verruche a livello cutaneo
(forme benigne)
•
Lesioni della mucosa uterina
(possibili tumori maligni)
Varie proteine del virus sono capaci di :
E5
inibire la formazione di DISC ai RECETTORI DI MORTE
E6
legarsi a p53 e promuoverne la ubiquitinizzazione
E7
inibisce rb (retinoblastoma)
Apoptosi bloccata
Induce proliferazione
Via di
segnalazione
per fattori
MITOGENI
start
Retinoblastoma
Rb
anoikis
•
Le cellule di un tessuto sono sensibili alle interazioni con ECM ed altre
cellule.
•
Quando i contatti (integrine) sono difettosi o assenti la cellula va in
anoikis
(anchorage-dependent survival).
•
Anoikis stimolata da segnali diversi da quelli di danno cellulare, ma
che poi utilizzano gli stessi strumenti a valle (danno mitocondriale e
caspasi).
•
Resistenza all’ anoikis cruciale nel processo metastatico.
(anchorage-independent growth)
Via
comune
anoikis
ATTIVAZIONE
dell’ APOPTOSI
BH3-only
family
“a monte”
sensibilizzatrici
?
attivatrici
APOPTOSI
anoikis
Focal adhesion kinase
anoikis
anoikis
Focal adhesion kinase
Paxillina, fak e p130cas (adesioi focali) digeriti da caspasi 3
Specificità
di tessuto
Repressione
di
E-caderine
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