L'apoptosi e i suoi meccanismi

La necrosi rappresenta, per il tessuto e la cellula, il “danno finale” che pone fine all'esistenza di queste strutture in modo irreversibile. L'apoptosi, o morte cellulare programmata, rappresenta pur sempre un danno finale per alcune cellule che compongono il tessuto, ma nel quadro di un programma fisiologico. È quindi un evento patologico per le cellule, ma normale per il tessuto, così come è normale per la pianta la caduta autunnale delle foglie, dalla quale l'apoptosi (che in greco significa appunto caduta di foglie o di petali) trae il nome. L'apoptosi deve essere pertanto intesa nel quadro dei meccanismi regolatori della crescita e del differenziamento. In alcuni tipi di cellule l'induzione di apoptosi è legata all'innesco di una specie di “orologio biologico” che induce la morte cellulare quando la cellula ha raggiunto un certo livello di invecchiamento; in altri tipi cellulari è legata, invece, a segnali specifici che la cellula riceve nell'ambiente circostante, per esempio la sospensione di un segnale di sopravvivenza o la trasmissione di un segnale di morte attraverso recettori che svolgono specificamente questa funzione, detti, nel loro insieme, recettori di morte o death receptors. L'apoptosi, pertanto, produce una morte controllata e fisiologica, che favorisce il corretto funzionamento del tessuto e dell'organismo. Sul piano morfologico, questo processo è caratterizzato da una serie di eventi successivi, che giungono a compimento in poche ore. Dapprima si assiste a una diminuzione del volume cellulare, con gli organelli citoplasmatici compressi in poco spazio. Nel contempo la cromatina va incontro a picnosi e dalla superficie cellulare emergono prolungamenti citoplasmatici, in forma di bolle (blebs), che fanno assumere alle cellule un aspetto “capelluto”(hairy). La comparsa di blebs è detta anche zeiosi ed è legata ad alterazioni a carico del citoscheletro. A questo punto la cromatina finisce per addensarsi in formazioni compatte addossate contro la membrana nucleare e va quindi incontro a frammentazione, a cui segue la frammentazione di tutta la cellula. Prendono così origine i corpi apoptotici, che sono costituiti da piccole zolle del vecchio nucleo circondate da scarso citoplasma. Alla fine, questi corpi vengono fagocitati ed eliminati dai macrofagi tessutali, impedendo il contatto di materiali potenzialmente tossici derivati dalle cellule apoptotiche e i tessuti normali.
Comunque, lo sviluppo dell'apoptosi dipende in gran parte dall'attività di particolari proteasi dette caspasi, identificate circa 14 nei mammiferi. Nelle cellule, queste esistono sotto forma di precursori, che assumono attività enzimatica dopo distacco per idrolisi, di una parte della molecola. Gli enzimi attivi sono spesso tetrameri formati da due subunità più grandi e due più piccole. L'attivazione delle caspasi avviene in genera grazie all'azione proteolitica di un'altra caspasi e il sistema si attiva attraverso un meccanismo a cascata. Un importante scoperta fu quella di recettori cellulari, detti “death receptors”, che sono capaci di innescare l'apoptosi della cellula da cui sono espressi quando interagiscono con i loro ligandi, detti “death factors”. Quest'ultimi sono molecole espresse per lo più da macrofagi e appartengono alla famiglia del “tumor necrosis factor” (TNF) e varie molecole di superficie come FasL (ligando), CD30L, CD40L, ecc. Questi recettori si legano ai “death receptors” di superficie appartenenti alla famiglia del TNF-receptors come CD40, CD30 e altri. Il death receptors più noto è Fas, in cui la stimolazione con il suo ligando FasL, induce la sua trimerizzazione e il legame della sua porzione intracitoplasmatica, detta FADD, alla caspasi 8, la prima caspasi di questa via apoptotica. La caspasi è legata in forma inattiva, ma si autoattiva per idrolisi al momento del suo legame a FADD. L'attivazione della caspasi 8 porta alla successiva attivazione della caspasi 10. Queste due prime caspasi, dette “iniziatrici”, attivano le caspasi “esecutrici” 3, 7, e 6, le quali intervengono in varia misura sui diversi aspetti dell'apoptosi. Per esempio, agendo su componenti della membrana nucleare e su componenti del citoscheletro inducono alterazioni morfologiche del nucleo e della cellula, oppure agendo su enzimi coinvolti nei processi di riparazione del DNA riducono la sua capacità di riparare i danni. Contemporaneamente, la stimolazione di Fas innesca una seconda via di segnalazione che coinvolge i mitocondri. Questi sono reclutati in due modi. Da un lato la caspasi 8 attivata scinde una proteina citosolica detta Bid, appartenente alla famiglia di Bcl-2, inducendo il rilascio di un frammento, detto t-Bid, che migra nel mitocondrio e induce il rilascio di citocromo c; dall'altro la stimolazione di Fas induce, l'attivazione di numerose molecole che alterano la permeabilità mitocondriale inducendo, quindi, il rilascio di citocromo c. Quest'ultimo si lega ad una molecola adattatrice detta APAF-2 e ne induce il legame a caspasi 9 che viene attivata e attiva a sua volta caspasi 3 e caspasi 7, contribuendo all'induzione di apoptosi. Il complesso di citocromo c, APAF-1 e caspasi 9 è detto apoptosoma. Comunque, il rilascio di citocromo c è inibito da componenti anti-apoptotici, come FLIP, della famiglia Bcl-2, che è un analogo strutturale della caspasi 8 ed è capace di legarsi a FADD, ma è privo di attività caspasica. Il suo legame a FADD compete quindi con quello della caspasi 8 inibendone l'attivazione.