Barchitta - Bruno: Sviluppo, Differenziamento e Morte Cellulare Programmata - Prof. Papa | Dispense di Citologia

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Barchitta - Bruno

Sviluppo, differenziamento

e morte cellulare programmata

Ogni organismo pluricellulare si sviluppa a partire da una cellula singola, lo zigote, risultato dall’in-

contro fra due gameti. Ogni zigote inizia un preciso e specifico programma di cicli di divisioni che

porteranno alla formazione di linee cellulari differenti. Le cellule delle diverse linee cellulari vanno

incontro a un processo di differenziamento che è fondamentale per la formazione dei diversi tessu-

ti. Ogni linea cellulare prende origine da cellule staminali, cioè cellule indifferenziate, che possono

riprodurre se stesse e anche differenziarsi. Alcune linee cellulari mantengono anche cellule inter-

medie o progenitrici che conservano, anche se in modo più limitato, la potenzialità di differenziare

in distinti tessuti. Fa parte del piano di sviluppo di ogni organismo pluricellulare anche la morte

programmata, a cui alcune cellule vanno incontro secondo un preciso programma genetico alta-

mente regolato e controllato.

Fecondazione e sviluppo

Un gamete (dal greco gametes = sposo) è una cellula specializzata capace di fondersi con un al-

tro gamete nel processo di fecondazione che avviene negli organismi che si riproducono sessual-

mente. Nelle specie che producono due distinte tipologie di gameti, ogni individuo ne produce un

solo tipo: la cellula uovo, più grande, prodotta dalla femmina, e lo spermatozoo, più piccolo,

prodotto dal maschio.

Il differenziamento dei gameti avviene in organi specifici, le gonadi, secondo una precisa sequenza

di eventi denominata gametogenesi. Durante la gametogenesi le cellule vanno incontro a un comp-

lesso processo di divisione, la meiosi, che partendo da una cellula con un corredo cromosomico

diploide porta alla for-

mazione di quattro cellule

ognuna con un corredo cro-

mosomico aploide.

L’incontro e la fusione dei

due gameti e la con-

seguente fusione dei loro

due nuclei ripristina, nello

zigote, il corredo cromo-

somico diploide. La cellula

diploide zigotica contiene,

quindi, un set di cromosomi

derivanti dalla madre e un

set derivante dal padre, che

- a causa del crossino over

che avviene durante la pri-

ma divisione meiotica - non

sono una copia esatta dei

corredi cromosomici presenti

nelle cellule somatiche del-

l’individuo che ha generato i

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Sviluppo, differenziamento

e morte cellulare programmata

Ogni organismo pluricellulare si sviluppa a partire da una cellula singola, lo zigote , risultato dall’in- contro fra due gameti. Ogni zigote inizia un preciso e specifico programma di cicli di divisioni che porteranno alla formazione di linee cellulari differenti. Le cellule delle diverse linee cellulari vanno incontro a un processo di differenziamento che è fondamentale per la formazione dei diversi tessu- ti. Ogni linea cellulare prende origine da cellule staminali , cioè cellule indifferenziate, che possono riprodurre se stesse e anche differenziarsi. Alcune linee cellulari mantengono anche cellule inter- medie o progenitrici che conservano, anche se in modo più limitato, la potenzialità di differenziare in distinti tessuti. Fa parte del piano di sviluppo di ogni organismo pluricellulare anche la morte programmata , a cui alcune cellule vanno incontro secondo un preciso programma genetico alta- mente regolato e controllato.

Fecondazione e sviluppo

Un gamete (dal greco gametes = sposo) è una cellula specializzata capace di fondersi con un al- tro gamete nel processo di fecondazione che avviene negli organismi che si riproducono sessual- mente. Nelle specie che producono due distinte tipologie di gameti, ogni individuo ne produce un solo tipo: la cellula uovo , più grande, prodotta dalla femmina, e lo spermatozoo , più piccolo, prodotto dal maschio. Il differenziamento dei gameti avviene in organi specifici, le gonadi , secondo una precisa sequenza di eventi denominata gametogenesi. Durante la gametogenesi le cellule vanno incontro a un comp- lesso processo di divisione, la meiosi , che partendo da una cellula con un corredo cromosomico diploide porta alla for- mazione di quattro cellule ognuna con un corredo cro- mosomico aploide. L’incontro e la fusione dei d u e g a m e t i e l a c o n- seguente fusione dei loro due nuclei ripristina, nello zigote, il corredo cromo- somico diploide. La cellula diploide zigotica contiene, quindi, un set di cromosomi derivanti dalla madre e un set derivante dal padre, che

a causa del crossino over che avviene durante la pri- ma divisione meiotica - non sono una copia esatta dei corredi cromosomici presenti nelle cellule somatiche del- l’individuo che ha generato i

gameti. Lo zigote, appena formato, si divide in due cellule e queste si dividono ancora fino a dar luogo a una massa cellulare, la morula , costituita da cellule tutte uguali allo zigote e con la stessa capacità di esprimere tutti i geni presenti nei loro cromosomi. Le divisioni successive danno luogo, nei mammiferi, a una massa di 64 cellule, la blastocisti , in cui si distinguono due tipologie cellulari, quelle del trofectoderma , che forma i tessuti extraembrionali come la planceta, e quelle della mas- sa interna , che dà luogo all’embrione. Da quest’ultima originano tre strati germinativi, l’ ectoderma , il mesoderma e l’ endoderma. Le cellule dei tre strati, proliferando, danno luogo a popolazioni cellu- lari con diverso destino: l’ectoderma forma l’epidermide e il tessuto nervoso, il mesoderma il tessu- to muscolare e i tessuti connettivi, l’endoderma l’epitelio intestinale. Complessivamente il processo è denominato differenziamento.

Morte cellulare programmata, apoptosi e necrosi Negli organismi pluricellulari la morte cellulare non deve essere intesa come un evento biologico negativo esclusivamente negativo, ma parte integrante della normale organizzazione dei tessuti. In diversi metazoi è fondamentale in quanto coinvolta nella morfogenesi, nel mantenimento del- l’omeostasi tissutale, nell’acquisizione dell’autotolleranza immunitaria e nell’eliminazione di cellule non più utili o dannose per l’organismo. Anomalie nei meccanismi della morte cellulare programmata possono essere alla base di un’ampia gamma di patologie, tra le quali quelle neoplastiche e neurodegenerative. Le cellule che non servono muoiono per apoptosi. Quale può essere lo scopo dell’apoptosi? ❖ La morte delle cellule elimina il tessuto compreso tra le dita in via di sviluppo; ❖ Durante la metamorfosi di un girino in rana: le cellule della coda muoiono e la coda, che alla rana non serve, scompare.

Apoptosi

Apoptosi deriva dal grego apoptosis = caduta. Processo di morte cellulare programmata diretta in tutto o inparte dalla cellula apoptotica stessa. Le cellule si suicidano attivando un programma di morte che richiede l’attivazione di specifici geni, sintesi proteica ed elevato consumo di energia. E’ parte integrante della morfogenesi embrionale, della metamorfosi e dell’omeostasi tissutale nell’adulto. Riguarda singole cellule. Comprende tre fasi:

Induzione;
Esecuzione;
Riconoscimento e fagocitosi del corpo cellulare. L’INDUZIONE L’induzione può avvenire per via estrinseca o intrinseca:

(^) La via estrinseca inizia con il legame di un segnale (Fas-L) al recettore di morte Fas.
(^) La via intrinseca , innescata da fattori interni (riduzione disponibilità di ATP, aumento di Ca++) o esterni (radiazioni ionizzanti, mancanza di fattori di crescita), inizia per rilascio del citocromo c da parte dei mitocondri. Il rilascio è reso possibile dall’entrata nei mitocondri di fattori pro-apop- totici (famiglia di proteine bcl2). L’ESECUZIONE E costituita da una serie di reazioni enzimatiche a cascata, una volta innescata la reazione non è più arrestabile e procede automaticamente portando a morte la cellula. Nei mammiferi gli enzimi sono detti caspasi ; ognuna di esse è attivata dalla precedente e a sua volta attiva la seguente fino ad arrivare al taglio dei substrati finali. L’apoptosi può essere bloccata in particolari condizioni bloc- cando e degradando le caspasi.

Necrosi

Evento patologico legato a perturbazioni dell’omeostasi. Può essere causata:

(^) da alterazione osmotica (eritrociti) - lesioni meccaniche;
(^) esposizione a veleni;
(^) ipossia;
(^) interessa porzioni di tessuto. PROLIFERAZIONE E MORTE CELLULARE SONO EVENTI FISIOLOGICI ❖ Omeostasi tissutale (di tessuti dinamici); ❖ Sviluppo embrionale; ❖ Eliminazione di strutture corporee “inutili” Fasi di scultura/rimodellamento del corpo; ❖ Malattie connesse a difetti nel processo di morte cellulare ❖ Malattie neurodegenerative (neuroni con tendenza a morire superiore alla norma) ❖ Cancro (mancata morte cellulare);

Differenze tra necrosi e apoptosi: aspetti morfologici

APOPTOSI

La cellula perde acqua. Le giunzioni intercellulari si dissociano, in particolare le giunzioni gap si chiudono e le cellule si distaccano dalle cellule vicine, il citoscheletro collassa, il citoplasma si vac- uolizza e si contrae e la cellula diminuisce di volume. L’integrità della membrana e l’organizzazione interna è mantenuta almeno nelle fasi precoci del processo, mentre a livello nucleare si osserva: disgregazione del nucleolo/i, condensazione e taglio della cromatina, caratteristica figura a mezza- luna. I corpi apoptotici vengono fagocitati. ❖ La membrana plasmatica forma vescicolazioni ma rimane intatta; ❖ Condensazione cellulare senza lisi; ❖ Gli organelli rimangono intatti; ❖ Condensazione della cromatina e aggregazione alla membrana nucleare; ❖ Formazione di vescicole rivestite da membrana (corpi apoptotici); ❖ Processo attivo (in genere richiede sintesi proteica); ❖ Frammentazione del DNA ai siti internucleosomici; ❖ Processo regolato geneticamente; ❖ Morte di una singola cellula; ❖ Non evoca infiammazione.

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Apoptosi

Necrosi

Differenze tra necrosi e apoptosi: aspetti morfologici

APOPTOSI