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REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE
Il ciclo cellulare è una serie di fasi che caratterizza il passaggio da una duplicazione all’altra. Alla fine di una citocinesi una cellula se ha bisogno di duplicarsi nuovamente può decidere o di entrare in G0 se il tessuto non deve essere rigenerato o di continuare il ciclo. È divisa in due fasi: interfase e fase M (mitosi e citodieresi), G1, S e G2. Abbiamo anche due check point, il terzo non lo abbiamo descritto: il check point G1S è fondamentale per entrate nella fase S, controlliamo nutrienti ed energia e che non ci siano errori nello stampo di DNA; nella fase G2 controlla che ci siano componenti a disposizione e che non siano stati compiuti errori dalla DNA polimerasi nella fase S. Il checkpoint M regola transizione da metafase a anafase, la metafase è quando i cromosomi si allineano sul piano metafasico, l’anafase è quando questi si separano. Come fa una cellula a sapere che sta in fase S o in fase M, chi glielo dice? Esistono regolazioni che permettono alla cellula di sapere in quale fase si trova. La maggior parte dei tumori è costituito da cellule che non riescono ad uscire dal ciclo cellulare anche se il loro tessuto è sano si duplicano in continuazione perché sono queste proteine accessorie sulla fase del ciclo cellulare in cui si trovano che non funzionano bene. Regolazione fisiologica : caratterizzata dai punti di controllo Fase G1S, Fase G2M, fase M, ciò che regola questi passaggi li abbiamo ripetuti. Regolazione accessoria : degli eventi che bloccano il ciclo cellulare indipendentemente da energia, nutrienti e stato. Sono eventi seri come i danni al DNA, se il DNA si spezza il cromosoma come si segrega tra le cellule figlie se non ha il cinetocore? Pezzi fluttuanti di DNA non sono compatibili con una cellula destinata a dividersi. Se durante un ciclo cellulare il DNA si spezza, per una radiazione ad esempio, indipendentemente dal punto del ciclo cellulare si trovi, il ciclo si ferma e la cellula ritorna in G0.
➢ Regolazioni fisiologiche
Tutto funziona secondo a due tipi di proteine:
- Cicline : regolano il ciclo cellulare
- CDK (= chinasi ciclina dipendente ) : K è kinasi, proteina che fosforila un’altra proteina, D dipendente, C ciclina Una kinasi non può esplicare la sua attività fosforilativa se non ha una ciclina attaccata, sono due proteine diverse che formano il complesso ciclina-CDK. Il primo complesso è quello formato dalla ciclina B e dalla CDK1, il complesso si chiama complesso MPF , fattore che promuove la mitosi. È un complesso che regola il passaggio oltre il checkpoint M del ciclo cellulare. Quando è espressa la ciclina B nel ciclo? La cellula la esprime (vedi sistema cartesiano, asse x: fasi ciclo cellulare, asse y: quanta proteina c’è,) in blu esprimiamo l’andamento della proteina ciclina B in funzione delle fasi del ciclo, non è espressa in G1 ed S, si esprime in G2 e raggiunge il massimo in M poi decrementa. Quindi è una ciclina specifica della fase M del ciclo, funziona legando una CDK, che anch’essa non funziona senza ciclina. La CDK è espressa nello stesso asse cartesiano, ed è costante in tutte le fasi del ciclo cellulare. Per poter funzionare devono stare insieme, quindi il complesso dipende dalla disponibilità di ciclina, quando la ciclina
aumenta si forma il complesso Ciclina CDK in questa fase del ciclo e funziona, in viola abbiamo l’attività del complesso ciclina CDK, che è massimo quando c’è tanta ciclina e si associa con CDK. Che cosa fa questo complesso che funziona solo nella fase M del ciclo cellulare? Fosforila la lamina nucleare (mantiene la struttura del nucleo) così il complesso MPF, formato da ciclina B e CDK, disassembla il nucleo (il primo evento della profase della mitosi) ciò dipende dal fatto che formazione il complesso ciclina CDK si è formato tra fase G2 ed M. Se la ciclina B si fosse prodotta prima in una fase non opportuna del ciclo cellulare si sarebbe disassemblato il nucleo, la cellula vuole che il nucleo si disaddembli solo nella profase e quindi esprime la ciclina solo nella profase. Fosforila le proteine del citoscheletro inducendo la formazione del fuso mitotico, fosforila anche la tubulina e si dissembra il citoscheletro che era un evento della profase, si dissembra per riassembrare a fibra del fuso che deve avvenire solo nella profase è regolato da attività di MPF che ha attività chinasica e che funziona solo se la ciclina B è attaccato ad esso. La ciclina B è espressa solo nella fase M del ciclo cellulare, è una ciclina specifica della fase M. Servono proteine che rompono il complesso perché poi questo MPF deve smettere di funzionare altrimenti il nucleo si disassembla anche dopo la mitosi, queste proteine regolatrici degradato la ciclina e ne inducono la degradazione protosomiale e i livelli di ciclina si abbassano e il complesso non si può formare. Quindi si alternano durante le fasi del ciclo cellulare forme transienti di complessi ciclina CDK con determinati target, questi complessi vengono formati, agiscono e vengono distrutti. Ora per ogni fase del ciclo la CDK lega cicline diverse. La B legata a CDK diventa MPF (target: tubulina e lamina) poi la ciclina scompare. La ciclina D, E ed A ed i livelli si alternano, fluttuano nelle varie fasi del ciclo. La stessa CDK lega anche la ciclina D diventando complesso CICLINA D CDK che regola il passaggio da fase G1 ad S, poi scompare col proteasoma e aumenta la ciclina E che con il CDK regola la produzione di DNA polimerasi la ciclina E si manifesta all’inizio della fase S del ciclo, quando serve DNA polimerasi per la replicazione. I target delle cicline sono specifici per ogni fase del ciclo Complesso ciclina D CDK importante da G1 ad S, Ciclina E CDK replicazione DNA, Ciclina A CDK completamento fase S e passaggio da G2 ad M, Complesso MPF regola la mitosi.
➢ Regolazione del ciclo cellulare
Le proteine coinvolte nel processo di regolazione di fasi del ciclo cellulare sono le cicline e le kinasi ciclina dipendenti (CDK). Questi CDK regolano i superamenti dei 3 checkpoint cioè G1S e dalla fase G1 a S. La fase G0 è la fase di quiescenza duplicativa delle nostre cellule, cioè cellule che stanno svolgendo il loro compito nel tessuto ma non hanno ricevuto alcun segnale di doversi duplicare. Invece una cellula che ha appena
di CDK? Un tessuto ricco di nutrienti presenta alte quantità di proteine chiamate FATTORI DI CRESCITA (EGF, FGF, NGF,PDGF) Hanno dei recettori sulle superfici della cellulare e quando il fattore di crescita per esempio il EGF lega il recettore, si attiva un meccanismo di promozione della trascrizione che può avvenire per esempio per trasformazione di regioni eterocromatiniche e regioni eucromatiniche e quindi il DNA all’interno della cellula cambia il suo stato cromatinico e la regione del DNA che diventa eucromatinica quando l’EGF incontra EGF recettore è proprio il DNA che contiene il gene che codifica per la ciclina D. Quindi una proteina che indica al tessuto che c’è nutriente sufficiente nell’ambiente extracellulare stimola grazie al recettore la trascrizione e la traduzione della ciclina d.Quindi L’EGF lega l’EGF recettore, il segnale viene importato nel nucleo,la regione genica codificante per la ciclina D passa da eterocromatinica e eucromatinica e la ciclina D viene prodotta dalla cellula.Legherà poi la sua CDK e svolgerà la sua funzione. QUALI SONO I BERSAGLI DEL COMPLESSO CICLINA B-CDK? Le cicline sono concatenate cioè la ciclina D regola la prduzione della ciclina E, la ciclina E regola la ciclina A e la ciclina A regola la prduzione di ciclina B. Ricordiamo che c’è un gruppo di proteine che si chiamano fattori di trascrizioni e si legano a regioni promotrici a monte dei geni e a monte del gene che regola la ciclina E, c’è un promotore che è legato da un fattore di trascrizione che si chiama E2F ma questo non può, come gli altri fattori, chiamare l’RNA polimerasi indicando il gene da trascrivere perché a sua volta è legato ad una proteina chiamata PRB(Proteina del retino blastoma cioè un tumore della retina).Quando la proteina pRb lega E2F, quest ultimo non può funzionare da fattore di trascrizione e il gene della ciclina E non viene trascritto.E2F dovrebbe indurre la trascrizione della ciclina E perché a lui è legato pRb. Qundo nella cellula il complesso ciclina C- cdk, uno dei bersagli di questo complesso è proprio pRb.Il complesso ciclina d-cdk foforila PRB staccandolo da E2F. In assenza di prb, E2F può funzionare come fattore di trascrizione quindi l’RNA polimerasi riconosce E2F e trascrive la ciclina E. PRB=Si chiama così perchè un cattivo funzionamento della prb è associata ad un’iperproliferazione delle cellule del nostro occhio e creano un tumore oculare che dipende dal fatto che i pazienti che presentano mutazioni del gene prb, quindi con prb malfunzionante, hanno una ciclina E sempre espressa.I pazienti con questa mutazione hanno una propensione più alta di sviluppare tumori perchè le loro cellule hanno uno dei fattori non perfettamente controllati. Un’altra proteina coinvolta nelle trasformazioni neoplastiche delle nostre cellula si chiama MYC che risponde ai fattori di crescita cioè quando un fattore di crescita lega un suo recettore, il gene MYC è uno di quello ad essere trascritto dall’RNA polimerasi al fine di produrre questa proteina MYC.Questa proteina è un fattore di trascrizione quindi si legherà a monte di alcuni geni come la ciclina D,E2F e RNA polimerasi inducendone la trascrizione.A volte i fattori di crescita innescano la produzione di fattori di trascrizione che a loro volta controllano la trasczione di geni necessari al ciclo cellulare.
Che deve succedere affinchè il ciclo cellulare si blocchi in qualsiasi fase esso si trovi? Potrebbe essere la rottura di uno dei 2 filamenti di DNA quindi si spezza e questo tipo di evento è molto pericolo perché durante la duplicazione e la replicazione di questo filamento si creerebbero dei frammenti di cromosoma (dei satelliti) spezzati e la cellula non tollera frammentazione di DNA. Quando si crea una rottura di uno dei due filamenti. Le prime due proteine che entrano in gioco sono ATM e ATR che legano il frammento rotto e aspettano la sua riparazione da parte della DNA polimerasi e nel frattempo però il ciclo cellulare deve bloccarsi altrimenti si creerebbero ulteriori problemi. Ad essere chiamata da ATR è una proteina che indurrà il blocco del ciclo ed è p53 che è il gene più mutato nei tumori(circa l’80% dei tumori ha questa proteina non funzionante)Se p53 non è funzionante ovviamente il danno corrispondente alla rottura di un filamento di DNA, non può essere riconosciuto.p53 viene reclutata al sito di rottura e ATM o ATR la fosforilano e questa proteina prima della fosforilazione e del suo trasferimento nel nucleo non aveva nessuna funzione quindi solo dopo diventa un fattore di trascrizione e si lega ad una regione genica, in particolare a monte del gene che codifica p21che è uno di quei fattori che induce la degradazione di tutte le cicline della cellula quindi quando il gene p21 viene trascritto grazie al fatto che p53 ha legato il suo promotore, la produzione di p21 induce la fosforilazione delle cicline, la loro degradazione e quindi il blocco del ciclo cellulare in qualsiasi fase del ciclo cellulare. RIEPILOGO : il danno viene riconosciuto da ATR a ATM, i quali reclutano p53 che non aveva nessuna funzione e a seguito di una fosforilazione p53 diventa un fattore di trascrizione che nel nucleo lega il promotore di p21e la prduzione di p21 induce la degradazione di tutte le cicline della cellula così, in assenza di cicline non può avvenire nessuno step del ciclo cellulare. Finchè il danno non verrà riparato, l’attività di p53 fosforilata rimarrà alta e la produzione di p21 sarà sempre alta e nessuna fase potrà procedere. Quindi in cellule dove p53 è malfunzionante, il danno non viene riconosciuto e i cicli cellulari di queste cellule continuano anche in presenza di DNA frammentato. TRASFORMAZIONE NEOPLASTICA E TUMORI Cos’è il tumore? È il risultato della trasformazione neoplastica cioè il processo a causa del quale una cellula sana si trasforma in cellula tumorale. I tumori si distinguono in MALIGNI e BENIGNI. Quelli benigni rimangono nel loro sito e quindi sono una regione di un tessuto caratterizzata da una proliferazione eccessiva di un tipo cellulare. Quelli maligni sono disregolati nella loro funzione infatti le cellule che lo compongono si staccano dal tumore primario, vagano nel nostro organismo e hanno la capacità di raggiungere un altro tessuto. Per esempio un tumore delle cellule della tiroide si stacca e si attacca al fegato ed è così disregolata che continua
la funzione di trasportare ossigeno e nutrienti alla parte centrale del tumore. Queste cellule tumorali che all’interno del tumore sarebbero state destinate alla morte, adesso vengono nutrite da questo vaso sanguigno che lo stesso tumore ha fatto crescere al suo interno. A questo punto la massa tumorale è diventata così forte che penetra all’interno del vaso sanguigno o linfatico e quindi le cellule si staccano, si muovono e vanno ad attecchire su altri tessuti e questo processo si chiama FASE METASTATICA che ad oggi non si può ancora curare. Quindi la perdita delle giunzioni causa Iperplasia e Displasia. La cellula inizia a produrre proteine che digeriscono la matrice extracellulare in modo che questi eventi siano più facili. Durante l’angiogenesi la cellula produce un fattore di crescita che si chiama VEGF (fattore di trascrizione vascolare) e porta alla formazione di vasi sanguigni all’interno di masse tumorali. È una proteina che produciamo normalmente e nei tumori vengono attivate diversamente. Una cellula tumorale accumula mutazioni nel tempo; prima accumula mutazioni P
➢ LE MUTAZIONI COSA SONO?
La mutazione è il cambio di un nucleotide in una regione genica.Quando questa mutazione cambia loa natura di un unico nucleotide si chiama puntiforme e l’effetto è che una delle copie di dna presenta un codone erroneo cioè creando appaiamenti impropri e non riconoscendo l’errore creerà una doppia elica con nucleotidi sostituiti. La proteina prodotta da questo gene avrà un amminoacido cambiato. Il risultato di una mutazione puntiforme può essere quindi:
- MISSENSE: cambia il codone e invece di un amminoacido viene messo un altro amminoacido
- NON SENSE: la mutazione trasforma un codone codificante in un codone di stop e la proteina risultante è tronca cioè più corta rispetto al normale
- SILENTE: la mutazione c’è ma non altera la funzionalità della proteina INDUTTORI DELLE TRASFORMAZIONI E DELLE MUTAZIONI I maggiori sono le radiazioni ultraviolette ad esempio quelle radiazioni presenti nella luce bianca proveniente dal sole, hanno la capacità di indurre mutazioni puntiforme.I nei che abbiamo sulla pelle per esempio sono tumori benigni e sono dovuti agli effetti delle radiazioni ultraviolette a cui dobbiamo necessariamente esporci per la nostra crescita e si controllano proprio per capire se avviene una trasformazione in tumore benigno a melanoma cioè un tumore che scende giù nel vaso sanguigno QUALI SONO I PUNTI DEBOLI DELLE RADIAZIONI ULTRAVIOLETTE?
Sono le basi azotate, la natura delocalizzata degli elettroni delle basi azotate li rende molto suscettibile alle radiazioni e creano i dimeri di timina. La DNA polimerasi sa leggere le timine e mette le adenina in corrispondenza ma non ha la capacità di leggere un dimero di timina e non riconoscendolo inserisce un nucleotide a caso. Quindi proprio la natura aromatica della base azotata è molto soggetta a radiazione, microonde, infrarossi spezzando chimicamente alcune che regioni che la DNA polimerasi non riconosce. Ci possono essere anche DELEZIONI cioè una mutazione che consiste nella perdita di un nucleotide INSERZIONI all’interno del cromosoma tramite crossing over entra un pezzo di DNA improprio e la maggior parte di queste inserzioni sono di natura virale(esempio il virus del papilloma è un virus che inserisce nelle cellule della cervice uterina un pezzo esogeno del suo DNA)L’inserimento comporta la promozione di trasformazione neoplastica di queste cellule.
RICOMBINAZIONI CROMOSOMICHE → Si
effettua il crossing over tra cromosomi non omologhi all’interno delle cellule somatiche per esempio il cormosoma 9 ricombina per crossing over con il cromosoma 22 e questo crea un cuper cromosoma e un piccolo cromosoma che prende il nome di cromosoma philadelphia. Questo cromosoma phiadelphia porta con se una regione del cromosoma 9 e una regione del cromosoma 22 e dalla giunzione di questi due frammenti si forma una regione genica codificante per una proteina che si chiama BCR/Abl che è un oncogene cioè una proteina che promuove la trasformazione neoplastica. MUTAZIONI ASSOCIATE AL CANCRO:
- mutazioni che alterano la risposta ai fattori di crescita: anche in assenza di nutrienti le cellule lasciano la fase G0 e entrano in un ciclo cellulare inutile se non per la formazione di masse tumorali
- mutazioni che impediscono l’entrata in apoptosi: Mutazioni a carico di P53 che sono le più frequenti
- Mutazioni che inibiscono la senescenza: rattivazione del gene della telomerasi cioè mutazioni che trasformano regioni eucromatiniche in eterocromatiniche e viceversa (la telomerasi che si trova in una regione eterocromatinica, a causa di questa mutazione rientra in fase eucromatinica.
- Mutazioni che alterano i meccanismi che regolano motilità ed adesione cellulare:mutazioni a carico di integrine e caderine
- Mutazioni che inibiscono la risposta ai danni del DNA: MUTAZIONE A CARICO DI P
- Mutazioni di elementi regolatori del ciclo cellulare: overespressione dI cicline D o difetti di pRb
- mutazioni che aumentano la produzione del VEGF: se un tumore ha la capacità di produrre fattore di angiogenesi creerà dei tumori vascolarizzati cioè che è pieno di vasi capillari che irrorano sangue ossigeno e nutrienti nel tumore.
- inibitori diretti della polimerasi: per esempio la citarabina che è un farmaco che inibisce l’attività della dna polimerasi.L’etoposide e il doxorubicina sono inibitori delle topoisomerasi che sono fondamentali per la copia dei filamente per la dna polimerasi.Dactinomicina invece inibisce la sintesi dell’RNA in generale e quindi le cellule tumorali smettono di produrre ribosomi e altri prodotti dell’rna. Tutti questi inibitori però colpiscono componenti che sono presenti anche nelle cellule sane e come mai i chemioterapici non muoiono a seguito di questo trattamento? Questi inibitori agiscono solo sulle cellule malate perchè questi agiranno solo su quelle cellule del nostro corpo che sono in attiva mitosi (epidermide, germinali, bulbi piliferi e intestinali) mentre le altre cellule del nostro corpo sono tutte in G0 e una cellula in G0 non usa la DNA polimerasi perché è un enzima che entra in gioco solo nella fase S. Dunque i pazienti tollerano gli effetti collaterali della chemioterapia che consistono nella inibizione della duplicazioni cellulare in quei pochi tipi cellulari che nel nostro corpo sono in attiva mitosi, quindi tollerano l’alopecia, la desquamazione, il cambiamento del fototipo, la cachessia cioè mangiare senza ingrassare, e i dottori sconsigliano di avere figli in questo periodo di cura) CHEMIOTERAPICI CHE AGISCONO DURANTE LA MITOSI:
- Tassani per esempio il PACLITAXEL (usato soprattuto per il tumore al seno) è un inibitore della tubulina. Inibisce le fibre del fuso e quindi impedisce alla tubulina di depolimerizzarsi.
- Alcaloidi naturali della vinca:Vincristina e vinblastina che impediscono la polimerizzazione della tubulina.
➢ MECCANISMO CIS PLATINO
È una molecola fatta di platino coordinata da ioni ammonio e cloro. Lega covalentemente le basi azotate e durante l’apertura delle forcine di replicazione, il cis platino lega tra di loro delle basi azotate e il processo di duplicazione della DNA polimerasi viene interrotto perché questi legami tra le basi azotate creano una curvatura nella doppia elica del DNA, incompatibile con la duplicazione
➢ ANTICORPI MONOCLONALI
Sono i chemioterapici dell’ultima generazione. Per evitare gli effetti tossici delle chemioterapie come la perdita dei capelli, che è un fattore stressante per i pazienti che fa spesso perdere la compriance cioè l’aderenza di un paziente alla chemioterapia(è proprio la perdita di capelli e altri stress che procura questo effetto come stress sessuale e stress sociale che fa abbassare lo stato immunitario e fa perdere l’aderenza alla terapia). Questi anticorpi hanno la capacità di riconoscere le cellule tumorali e di reclutare i macrofagi (uniche cellule capaci di ingurgitare altre cellule) del nostro sistema immunitario. Questi anticorpi ricoprono la cellula tumorale di segnali riconosciuti poi dai macrofagi per lo smaltimento di queste cellule. Abbiamo per esempio un anticorpo chiamato Trastuzumab(la finale ab sta per anti body)che riconosce i recettori dei fattori di
trascrizioni perchè spesso i tumori hanno sulle loro cellule dei recettori per i fattori di crescita over espressi e mutati e quindi questi anticorpi legano i recettori per i fattori di crescita inibendo la loro crescita Lavastin è un anticorpo diretto contro il VEGF che è il fattore che induce la vascolarizzazione del tumore e quindi se l’anticorpo lega questo fattore, inibisce l’avvenimento della vascolarizzazione.
I VIRUS
Sono parassiti intracellulari obbligati cioè non vivono a meno che non si trovano in una cellula e la colonizzino, non possono vivere fuori da una cellula ma per vivere devono infettare una cellula. Al centro hanno il loro materiale genetico un acidonucleico perché lo conferma il dogma centrale (i virus sono degli esseri viventi e quindi usano il dogma della biologia molecolare per gestire il loro materiale genetico). Esistono diversi virus classificabili in base al Dna che contengono. Quindi l'info genetica a volte è contenuta nel dna e a volte nell'rna,a doppio o singolo filamento. Ma non è un'eccezione al dogma centrale perché è solo una gestione delle traiettorie che portavano l'info genetica da dna,ra etc,una traiettoria diversa. Il materiale genetico è racchiuso in una specie di teca, di solito costituita da proteine che fanno parte del capside:una struttura geometricamente regolare fatte da ripetizioni della stessa proteina che si assemblano tra loro in strutture quasi cristalline. Di solito la loro forma è icosaedrica (tanti triangolini che formano questa sfera al cui interno c'è il dna).La funzione del capside è proteggere il materiale genetico del virus. Altri virus hanno teste elicoidali, cilindriche(un po' come a tubulina) e all'interno del cilindro cavo è conservato il materiale genetico.Infine molti virus sono rivestiti da un doppio strato lipidico che si chiama envelope e contiene al suo interno il capside al cui interno c'è il materiale genetico del virus. Questo doppio strato lipidico è stato strappato dal virus dall'ultima cellula che il virus ha infettato.Si chiama envelope e sulla sua superficie contiene proteine che si chiamano fattori di virulenza :capaci di sviluppare la risposta immunitaria nell'ospite cioè nell'uomo che il virus va ad infettare.La loro reale funzione è: permettere l'adesione del virus alla cellula ospite, indurre la morte della cellula o altre funzioni. Si chiamano fattori di virulenza perché il nostro sistema immunitario vede ciò che esterno al virus, vede il doppio strato lipidico che il virus ha strappato ad una cellula per cui il sistema immunitario non ci vede nulla di strano. Mentre quando vede queste proteine virali innesca una risposta immunitaria che genera anticorpi che hanno la capacità di neutralizzare il virus. Il virus più studiato è il batteriofago: virus specifico dei batteri, scoperto tra gli anni 70 e 80 ed ha una forma con una testa che costituisce il capside con all'interno del materiale genetico, poi uno stelo ed una coda fatte di proteine e poi delle fibre: specie di zampette proteiche che hanno la funzione di permettere l'ancoraggio del batteriofago al batterio. Quando il batteriofago incontra il batterio inietta il proprio materiale genetico all'interno del citoplasma del batterio: passa dal capside attraverso la coda e lo inietta all'interno del batterio e ne monopolizza lavita del batterio. Abbiamo usato nel campo farmaceutico i fagi come antibiotici perché essendo queste specie di virus specifiche per i batteri(cioè non infettano le cellule umane jabbiamo spesso somministrato ai pazienti grandi quantità di batteriofagi sperando che questi uccidessero i batteri che
Fattori che ne influenzano la scelta
- L’influenza del numero di ospiti, cioè i batteri. Supponiamo che c'è un batterio e il virus che lo sta per infettare,lo infetta e poi ha una scelta:litico o lisogenico. Se scelgo il ciclo litico succede che il batterio produce la progenie virale che non avrà niente da infettare perché in quell'ambiente c'era un solo batterio allora se scelgo il ciclo lisogenico questo batterio che ha il genoma del virus integrato incomincerà a duplicarsi tantissimo non sapendo di essere infettato. Ad un certo punto il virus passa da ciclo lisogenico a litico per cui incomincia a produrre una progenie virale che ha un gran numero di cellule da infettare. Uno dei fattori che spinge un virus a iniziare un ciclo lisogenico è la disponibilità, il numero di ospiti. Un asse cartesiano per descrivere nel tempo il numero di batteri.Si parte da pochi batteri che cominciano a duplicarsi raggiungendo una concentrazione di batteri più alta.In questa fase i virus cioè i batteri che crescono in maniera esponenziale preferiscono scegliere il ciclo lisogenico. Quando la concentrazione di batteri è alta abbastanza passano alla strategia litica per cui si ha un drastico decremento della concentrazione di batteri uccisi dal fenomento litico.Quando la concentrazione poi diventa troppo bassa( pericoloso per cui se faccio figli non avranno cosa mangiare) il batteriofago ricomincia il ciclo lisogenico fin quando la concentrazione di batteri non raggiunge la concentrazione giusta. Quindi e un'alternanza tra ciclo litico e lisogenico che dipende dalla disponibilità di ospiti. Se uccido tutti, i miei figli non avranno da mangiare.I fagi e i virus che hanno questa capacità di alternare cicli litici e lisoge nici si chiamano temperati
- La disponibilità di nutrienti dell'ospite.Se sono un batterio e all'interno ho un profago,se sono un batterio felice biochimicamente( attività metabolica attiva) vuol dire che sto facendo quello per cui i batteri vivono cioè duplicarsi.Il batterio vive solo per creare una progenie batterica.Quindi l'alta disponibilità di nutrienti innesca i cicli litici perché tanti nutrienti significa tanti batteri.Carenza di nutrienti significa ciclo lisoge nico perché se non ho nutrienti non posso duplicarmi, ma se non posso duplicarmi significa che io virus generando la mia progenie non avrò niente da far infettare ai mie i figli. Sente che c'è un'attività metabolica molto potente e quindi è chiaro che il batterio è felice cioè si duplica.Questa eccellenza di cambiare ciclo vitale per i fagi temperati trova la sua massima espressione in alcuni virus che riescono a scegliere tra ciclo litico e lisogenico in base al ciclo ormonale dei loro ospiti ovvero nella stagione riproduttiva. Nelle fogne di Napoli c'è un virus specifico per i ratti, questo virus infetta le ratte.Quando questo ratto è gravido cioè ha i suoi figli all'interno il virus entra in una fase lisoge nica perché sa che entrare in una fase litica e quindi uccidere la madre significa uccidere anche la sua progenie per cui aspetta che la madra partorisca,quando ha fatto i figli ratti il virus passa alla fase litica: ha cibo a sufficienza per la sua progenie perché ha tanti piccoli ratti da poter infettare. Non li uccide tutti ma ne risparmia qualcuno rientrando in un ciclo lisogenico aspettando che questo superstite inizi una nuova fase riproduttiva e il virus sarà in questa fase lisogenica fin quando questo non partorirà nuovamente. Quando partorirà rientrerà nel ciclo litico uccidendo il 90- 95% della progenie di questi ratti. CLASSIFICAZIONE DEI VIRUS UMANI La classificazione si fa solo in base al materiale genetico abbiamo virus a DNA virus ad RNA. il virus A DNA possono essere di due tipi a doppio strand di DNA quindi c'è una doppia elica nascosto nel capside. O a single strand alcuni virus come i parvovirus hanno nel capside un singolo filamento di DNA. O per meglio dire possono avere più filamenti ma tutti a singolo filamento. poi abbiamo I virus ad RNA che anch'essi possono essere virus doppio strand, piccole regioni Di RNA a doppio filamento il meccanismo di funzionamento del diser quella proteina che tagliava l’ RNAMessaggero che era stato legato dai micro RNA per modulare
l'espressione il motivo per cui quel sistema esiste proprio per il Reovirus perché questi virus hanno un doppio filamento di RNA quindi una cellula che contiene doppio filamento di RNA probabilmente contiene un reovirus. quindi i diser sono diretti all’eliminazione intracellulare dei reovirus. Naturalmente i virus possono essere a singolo filamento di RNA e ne abbiamo di due tipi: positivo e negativo la differenza tra positivo e negativo è questa: si chiama RNApositivo un RNa traducibile dal ribosoma si chiama RNA negativo un' RNA che deve essere prima convertito in positivo e poi può essere tradotto. essere convertito in positivo significa che dovete farne il complementare così come abbiamo sempre fatto, usando la complementarietà tra le basi azotate infine abbiamo questa classe quindi per esempio se questo è il filamento di RNA negativo questo deve essere prima convertito in un RNApositivo prima di poter essere tradotto dal ribosoma, e poi abbiamo l'ultima classe la classe sei sono i retroviru s. sono dei virus a RNA che però unici nella loro caratteristica convertono questo RNA in DNA durante il loro ciclo infettivo gli altri non vengono convertiti in DNA ,questi di queste altre classi di virus, ma L’RNA viene usato tal quale. i retrovirus si chiamano così perché fanno una retro trascrizione da RNA A DNA questi retrovirus sono un po un'eccezione al dogma centrale della biologia molecolare perché noi sappiamo che dal DNA alle RNA la freccia e univoca, non ha due punte, in questo caso questi virus hanno sviluppato la capacità di trasformare l’ RNA in DNA questa caratteristica unità in realtà è un vantaggio per noi farmacisti perché tutto ciò che è unico per un patogeno è molto poco tossico per un uomo la tossicità nasce quando( vi ricordate i tassani essi sono tossici perché anche noi facciamo la mitosi però se targhettiamo con un farmaco un processo che è solo di un patogeno è chiaro che questo target nelle nostre cellule non c'è e quindi i composti risultano molto poco tossici). Descriviamo il ciclo infettivo: virus dell'influenza La famiglia si chiama orthomyxoviridae È noto praticamente da sempre, e un virus letale in alcune pandemie come per esempio quella del 1928 che è nota come l'influenza spagnola ha ucciso 70 milioni di persone, e questo è numero veramente considerevole quindi facendo un conto ha fatto più morti in quegli anni ,anche in quel caso si sono avute delle pandemie diciamo sequenziali, dal 28 fino al 32 ha fatto più morti della prima e seconda guerra mondiale messi insieme. ce ne sono anche state di più recenti e prendono il nome di solito del punto geografico in cui ne viene indicata la presenza per la prima volta. quindi abbiamo influenza spagnola asiatica aviaria e suina. questa aviaria e suina sono le più recenti dal 2006 al 2010, influenza aviaria è chiamata così perché veniva trasportata dagli uccelli. In Italia c'è stata una micro influenza suina che ha colpito poche persone ma in modo molto forte. questi ceppi virali vengono indicati con queste cifre che adesso vedremo che cosa significa. innanzitutto ne abbiamo tre tipi: l'influenzaA,BeC.
- L’Influenza a è quella più pericolosa ed infetta uccelli e mammiferi. - L'influenza B infetta solo l'uomo molto poco pericolosa. - L’ influenza C invece è poco pericolosa e infetta uomo e suini. Vediamo queste definizioni l'influenza A è l'unica che può dare epidemie e pandemie. la differenza tua epidemia e pandemia e che l 'epidemia è confinata a una regione del globo es. colera a Napoli nel 1970. Perché le persone si ammalano di colera ma solo a Napoli. invece adesso noi stiamo vivendo una pandemia cioè contemporaneamente in più posti del mondo quello stesso virus si sta diffondendo. quindi è una condizione che interessa più regioni nel globo. quando in farmacia venderete e somministrerete i vaccini antiinfluenzali sulla confezione trovate questo simbolo: È la classificazione del virus (riceverete un training dopo la laurea per somministrare ai vostri pazienti i vaccini) che cosa c'è scritto sulla confezione? c'è scritto il nome con cui viene classificato il virus contro cui è diretto quel determinato vaccino, la prima lettera può essere A,B o C e indica il ceppo di virus poi c'è il nome di una città o di una regione del globo sto quasi per esempio fujian questi virus si diffondono sempre
MECCANISMO DI INFEZIONE
Descriviamo il ciclo infettivo dell'influenza. Le cellule bersaglio sono virus nelle vie respiratorie quindi cellule della faringe, laringe ma anche cellule dei polmoni, dei bronchi. Questo virus sta in goccioline d'acqua arrivano alle cellule dell'epitelio respiratorio. Grazie alla proteina HA che è la prima che entra in gioco il virus lega uno specifico zucchero che si trova attaccato alle glicoproteine di membrana della cellula. Questo zucchero si chiama acido sialico. Quindi hemagglutinin A è una proteina che ha affinità per l’acido sialico. Grazie all'integrazione di HA con l'acido sialico si ha tethering cioè un'adesione del virus alla superficie dell'ospite. Naturalmente i medici chiamano acido sialico il recettore dell'influenza. Per noi chiamare recettore uno zucchero è strano perché per noi recettore è una proteina che la capacità di legare qualcosa quindi è una cosa di nomenclatura però quando sentirete parlare di recettore per l'influenza in realtà è uno zucchero, non è una proteina e questo zucchero è l'acido sialico. Fase 3: quindi il virus è legato alla superficie della cellula bersaglio grazie all'acido sialico. Questa interazione induce una endocitosi mediata da recettore(qui l’acido sialico). Quindi il virus entra all'interno della cellula in un endosoma. A questo punto la proteina M2 svolge la sua funzione di pompa protonica: erano una serie di proteine che trasportano protoni, qua il movimento di protoni avviene dal lume quindi dall'interno dell’endosoma all'interno del capside cioè i protoni vengono presi dal lume dell’endosoma e entrano nel capside. La funzione di acidificazione del capside è duplice. Che tipo di legami stabilizzavano il legame tra la SSB e le basi azotate? legame di tipo a idrogeno, anche la proteina NP lega gli acidi nucleici del virus utilizzando legame idrogeno. Quindi questa acidificazione del mezzo disturba, rompe le interazioni a idrogeno che stanno stabilizzando l'acido nucleico del virus legato alla NP quindi rompe, libera gli acidi nucleici.(effetto 1) Secondo effetto è di agire sulla proteina HA che è già servita per legare Il virus alla membrana dell'ospite ma adesso svolge una funzione ancora più importante. L’acidificazione induce un cambio conformazionale della struttura tridimensionale della proteina che espone una regione della proteina molto idrofobica all'esterno (prima era nascosta,ma l'acidificazione espone questa regione che si chiama peptide di fusione che penetra la membrana dell’endosoma, crea un’emifusione tra la membrana del virus e la membrana dell'endosoma. Come avveniva con l’esocitosi il contenuto della vescicola (in questo caso è il virus ),il contenuto di questo doppio strato lipidico entra in continuità con il citoplasma quindi l'acido ha staccato l’RNA dall’NP ,HA ha creato un’emifusione tra la membrana del virus ella membrana dell'endosoma per cui il virus può rilasciare nel citoplasma della cellula il suo materiale genetico. L’esempio delle proteine SSB per il tipo di interazione che esiste tra la NP e l'acido nucleico del virus. La natura di questa interazione è legame idrogeno. Quando nell'endosoma della cellula infettata la concentrazione di protoni aumenta queste interazioni si staccano e quindi l'acido nucleico si libera da questa guaina di NP e può svolgere la sua funzione cioè essere convertito in informazione proteica. Abbiamo una membrana di un virus che c'ha una proteina dentro questa proteina cambia conformazione e con una dei suoi domini penetra all'interno della membrana dell'endosoma. Abbiamo la membrana della cellula bronchiale, il virus, l’HA che interagisce con l’acido sialico poi formazione di un endosoma che contiene all'interno il virus zoomando vedremo la membrana del virus con HA e la membrana dell'endosoma staccate l'una dall'altra e grazie all’acidifcazione indotta da N2 HA cambia forma e diventa una specie di lama che porta la membrana del virus in prossimità della membrana
dell'endosoma e le fa fondere.Quindi prima erano staccate invece adesso sono in continuità.Il materiale elettrico del virus esce e va a finire nel citoplasma della cellula. Noi abbiamo DNA del batterio che si lega con il DNA di un virus quindi che diventa un gene del DNA batterio cioè un pezzo della regione del DNA batterico. La fase 2 =legame della emagglutinina A alll'acido sialico La cellula ha la capacità di creare un’invaginazione sulla membrana plasmatica per portare all'interno materiale di grosse dimensioni(l’endosoma riesce a fare questo) quindi la membrana della cellula si deforma e si forma un endosoma.Questo endosoma dovrebbe andare al lisosoma perché il destino degli endosomi è di trasportare il loro contenuto al lisosoma invece la proteina M2 che è una pompa protonica cioè una proteina che riesce a trasportare attraverso una membrana biologica protoni da un lato all'altro, prende protoni dall'interno delle endosoma e li risposta all'interno del virus. Questo decremento di ph all'interno del virus stacca l'acido nucleico del virus da queste proteine guaina che si chiamano NP, in più induce un cambio della struttura tridimensionale della proteina HA che ha già svolto la sua funzione ma che nell’endosoma ha un'altra funzione: di portare vicine l'una all'altra Il doppio strato lipidico del virus e il doppio strato lipidico dell’ endosoma e portandoli in contatto tra loro crea un’emifusione cioè le membrane si fondono tra di loro e fondendosi diventano un'unica membrana cioè la membrana dell'endosoma è in continuità la membrana del virus. Questa continuità/ emifusione rilascia nel citoplasma della cellula infettata l'acido nucleico del virus. Queste proteine HA ed M2 hanno finito di svolgere la loro funzione, sono servite soltanto per trasportare il materiale genetico del virus all'interno della cellula per cui non c'è più niente da fare per la cellula. FASE 2: Poi i due RNA rilasciati dal virus legano le importine: delle proteine che avevano la capacità di portare materiale dal citoplasma al nucleo. Queste importine leggano sia gli mrna influenza ma anche le proteine PA, PB1,PB2(polimerasi che si sarebbero occupate della replicazione del materiale genetico del virus).Si assemblano tra di loro PA,PB1,PB2 e formano questo enzima che prende l’ RNA del virus negativo e lo trasformano in un RNA complementare positivo sempre utilizzando le regole delle basi azotate. Quindi da RNA negativo io sono diventato positivo, una versione complementare del RNA negativo negativo.L’RNA negativo non è utilizzabile per la traduzione,i ribosomi non si attaccano a RNA negativi mentre si attaccheranno gli RNA positivi e verranno tradotti in proteine virali.Questi RNA positivi saranno anche utilizzati dalla stessa polimerasi del virus per creare nuovi RNA negativi che andranno poi ad essere posizionati nelle teste della progenie di questo virus. Il virus ha creato i primi componenti che andranno a finire nella progenie virale, quindi questo enzima (a differenza di quelli che abbiamo sempre incontrato) è un RNA polimerasi RNA dipendente stampo di RNA per fare un RNA. Come tutte le polimerasi, questa polimerasi ha bisogno di un primer che si forma: è lo stesso RNA negativo del virus ad assumere questa struttura a doppio filamento( questo Stem) la polimerasi si attaccherà qua ed estenderà in questa direzione quindi l'RNA del virus contiene in sé anche il primer utilizzato dalla PA,PB1,PB2 per replicare questo materiale genetico.
esempio per il virus del morbillo) perché ogni stagione il virus dell'influenza umana che è efficientissimo cambia aspetto vuol dire che la sequenza genica contenuta all'interno della progenie di un virus non è quasi mai identica alla sequenza genica contenuta in sua madre per cui è un cambio completo di paradigma (perché noi abbiamo ragionato sia durante la meiosi sia durante la mitosi con fasi del ciclo cellulare dove un enzima:la DNA polimerasi replicava perfettamente il nostro materiale genetico in modo che non venissero commessi degli errori). Per il virus è diverso perché il virus vuole cambiare perché sa che sta colonizzando un essere umano che ha la capacità di neutralizzarlo con degli anticorpi,se lui cambia ogni stagione il nostro sistema immunitario non avrà mai la capacità di tamponarlo ma sarà sempre infettato perché ogni volta il suo sistema immunitario sarà rivolto contro una versione vecchia del virus e non con una versione nuova.È chiaro che il motivo di questa variabilità dipende da polimerasi PA,PB1,PB2 che sono molto poco efficienti in termini di replicazione cioè queste polimerasi volontariamente commettono degli errori per cui se io commetto degli errori e sono una polimerasi sto commettendo l'errore di inserire dei nucleotidi diversi rispetto a quello che dovrei aggiungere in base alla legge della complementarietà delle basi azotate e in questo modo creo delle versioni alleliche di HA e DNA diverse rispetto a quelle dello stampo,ma questo è proprio quello che vuole il virus cioè ricoprirsi delle versioni di H e DNA che siano ad ogni stagione diverse.Però è molto rischioso per il virus perchè se le mutazioni avvengono a livello di HA ed NA sono fortunato come virus perché vuol dire che il sistema immunitario dell'ospite che andrò ad infettare non mi riconoscerà, però se queste mutazioni poi accadono all'interno delle polimerasi i problemi sono seri perché vuol dire che come virus non riuscirò più a completare il mio ciclo vitale.Questo è tollerato perché ogni virus infettando genera milioni di figli quindi anche se una alta percentuale di questi figli a seguito di queste mutazioni geniche non saranno infettivi, la quantità di progenie prodotta dal virus madre è comunque in altissimo numero quindi è come se la mutazione fosse tollerata perché l'efficienza di duplicazione, di replicazione di questi virus è veramente eccezionale. Quindi anche se il 60-70% della progenie è non infettiva è tutto tollerabile quindi la variazione dei ceppi dipende da quelli che si chiamano Drift antigenici: ogni stagione la sequenza genica del ceppo di influenza cambia, ogni stagione in Italia c'è un ceppo nuovo di influenza cioè lo stesso virus che però al suo interno una sequenza genica leggermente diversa rispetto a quella dell'anno scorso o della stagione scorsa, questa ha creato delle versioni di HA ed NA leggermente diverse che il nostro sistema immunitario non riesce a riconoscere, non sono pericolosi ci conviviamo ogni stagione e generano infatti soltanto delle epidemie questi Drift antigenici. Quelli che sono più pericolosi sono gli Shift e si generano quando generano quando tramite una gocciolina droplet (gocciolina d'acqua) un virus umano finisce nel sistema respiratorio di un uccello. Se questo uccello è infettato a sua volta da un virus aviario, il virione che si forma da questo uccello contiene del materiale genetico del virus umano che stava nell’uomo e del virus dell'uccello che stava nell'uccello. Questa ricombinazione tra specie crea quello che si chiama Shift cioè un riassortimento di virus aviari e umani. Non è una mutazione qua, non è un singolo nucleotide che cambia ma è proprio uno degli che stava da anni anni in una popolazione aviaria che si trova improvvisamente ad essere mischiato con un RNA e stava danni anni in una popolazione umana. Per cui chiaro che sistema immunitario sia del del volatile sia dell’uomo non è capace di riconoscere la proteina prodotta da questo RNA quindi siamo completamente sprovvisti di qualsiasi macchinario anticorpale immunitario che riesca a riconoscere questi shift cioè queste ricombinazioni tra versioni umane e versioni aviarie del virus dell'influenza. Infatti l'influenza aviaria è un’influenza che infetta il pollame e poi si trasmette agli uomini. Shift è proprio una ricombinazione cioè degli otto RNA presenti nel capside del virus ce ne sono 7 che sono provenienti da un virus che da anni,stagioni e stagioni infetta gli uomini più un ottavo che il virus ha ricevuto da un uccello.Quel RNA che era una proteina per cui nessun sistema immunitario degli uomini è pronto a rispondere e quindi questo causerà una diffusione del virus enorme perché tante persone si infetteranno e quindi si generano pandemie (anche aiutato dal fatto che gli uccelli volano da un lato all’altro). I passaggi da una specie all’altra avvengono per Shift. RT l'indice di trasmissione: quante persone infetta una persona infetta. Nel caso degli shift antigenico questo indice di trasmissioni è altissimo perché si blocca se si infetta una persona che ha già anticorpi contro quel determinato ceppo e questo è più facile per i drift antigenici ma non avviene quasi mai per gli shift antigenici. Chimica farmaceutica per bloccare queste infezioni si chiamano antivirali per esempio utilizzare gli interferoni ovvero sono una classe di proteine che stimolano il nostro sistema immunitario e riescono a
inibire virus, batteri ed altri parassiti. Oppure possiamo usare induttori di interferoni.Un induttore di interferone è questa sostanza che si chiama Poli C:I dove C sta per citosina e I inosina,la citosina è una base azotata.Perchè questo farmaco che è costituito da basi azotate è capace di indurre la risposta immunitaria? perchè il nostro corpo pensa che questo acido nucleico che stiamo assumendo sia un acido nucleico di un parassita quindi una specie di immunizzazione:io utilizzo un frammento di acido nucleico per indurre una risposta immunitaria quindi sono dei rafforzatori del sistema immunitario.Il famoso antinfluenzale Amantadina inibisce la fusione di influenza alla cellula ospite.Questo è un ottimo sistema perché se impedisco al virus dell'influenza di attaccare la cellula ospite io evito l'inizio del ciclo infettivo. Purtroppo però l'amantadina è attiva soltanto nelle primissime fasi dell'infezione, una volta che io ho già sviluppato i sintomi influenzali cioè vuol dire che nelle mie cellule è attiva e abbondante la replicazione del virus dell'influenza prendere l'amantadina non serve a niente perché questa inibisce soltanto la prima fase della fusione. Le molecole che assomigliano all'Aciclovir la cui struttura ricorda una specie di base azotata. Quando prendiamo l'Aciclovir il virus pensa che questo è la deossiguanosina cioè non si rende conto che ci manca lo zucchero e quando va a replicare il proprio materiale genetico inserisce nel proprio materiale genetico questo farmaco pensando che è una base azotata ma naturalmente i processi replicativi non riescono a essere completati e quindi assumendo questo farmaco che un antivirale generale a largo spettro noi abbiamo la fase di replicazione del DNA del materiale genetico del virus. La Citarabina l'abbiamo incontrata anche ieri come antitumorale assomiglia a un ribonucleotide però non è proprio un ribonucleotide perchè ha una base azotata sbagliata, somiglia al uridina ma non lo è.Per esempio è attivo contro moltissimi virus. Anche la ribavirina è un analogo di un nucleotide,sembra questa una base azotata ma non lo è quindi i virus la scambiano per una base azotata, la inseriscono nei loro materiale genetico ma poi ne risulta un acido nucleico che genera dei virus completamente inattivi oppure blocca proprio gli enzimi necessari alla replicazione. Quindi quando parliamo di derivati nucleosidici parliamo proprio di molecole che assomigliano a dei componenti cellulari, in questo caso componenti cellulari che vengono utilizzati dai virus per la loro replicazione perciò li studiamo. Tutte le molecole che assomigliano questa base azotata hanno un potenziale antivirale.
