Apoptosi o Morte cellulare

Apoptosi o Morte cellulare

Fenomeno fisiologico che comporta la degenerazione della cellula a conclusione del suo ciclo vitale; è di grande interesse per le sue implicazioni nei processi di invecchiamento e nello sviluppo di tumori o malattie degenerative. Alcuni autori definiscono il fenomeno con le espressioni "morte programmata" o "suicidio cellulare"; in effetti, ha senso usare i termini "programmata" e "suicidio" perché, come si è osservato, nel patrimonio genetico della cellula entrano in gioco alcuni geni specifici, prima inattivi, che portano la cellula ad autodistruggersi.

Cellula eucariote

Tutti gli organismi sono costituiti da una o più unità fondamentali dette cellule. Negli eucarioti - ossia protisti, animali, piante e funghi - la cellula è caratterizzata da un nucleo, in cui è racchiuso il patrimonio genetico, e da organuli membranosi deputati allo svolgimento di specifiche funzioni. Queste strutture sono protette dalla massa gelatinosa del citoplasma e da un involucro detto membrana plasmatica. Dunque, la cellula eucariote è suddivisa in zone funzionali in cui possono avvenire contemporaneamente reazioni metaboliche che richiedono differenti condizioni; per tale proprietà, definita compartimentazione, risulta più efficiente delle cellule dei procarioti (batteri e alghe azzurre), prive di organuli (possiedono solo ribosomi) e di nucleo. Rispetto al modello cellulare qui illustrato, tra gli eucarioti si possono riscontrare diversità nel numero e nella effettiva presenza di tutti gli organuli: ad esempio, molte cellule fungine, così come le fibre muscolari umane, possiedono numerosi nuclei; cellule dotate di mobilità, come molti protisti e gameti, sono dotate di flagelli e ciglia; le cellule vegetali, inoltre, possiedono alcune strutture caratteristiche (parete, cloroplasti e vacuoli).

CENNI STORICI

Il termine "apoptosi" fu utilizzato per la prima volta nel 1972 dal patologo australiano John Foxton Ross Kerr e dal biologo Jeffrey Searle, suo connazionale. Nel 1965 Kerr aveva iniziato le sue ricerche sulle cellule di fegato di ratto, nelle quali osservò una forma inconsueta di degenerazione o necrosi. Nei due decenni seguenti, identificata l'apoptosi come fenomeno differente dalla necrosi, gli studi di Kerr e di molti altri autori si moltiplicarono allo scopo di chiarire le relazioni tra l'apoptosi e i processi di sviluppo embrionale, spermatogenesi, cancerogenesi e la capacità di autoriparazione dei tessuti. In seguito, l'apoptosi divenne materia di ricerche anche nel campo dell'immunologia e della biochimica; furono riconosciute intere famiglie di enzimi coinvolte nella morte cellulare e fattori di crescita capaci di stimolare la cellula e impedire l'attivazione dei meccanismi di autodistruzione.

Finora sono stati descritti gran parte dei meccanismi con cui la cellula "esegue" la propria morte, mentre restano ancora da chiarire molti dei processi genetici e biochimici di regolazione e induzione, che operano a monte e "comandano" l'apoptosi di una determinata cellula. Di grande rilevanza le recenti scoperte effettuate dal biologo statunitense H. Robert Horvitz, dal biologo molecolare Sidney Brenner e dal biologo John E. Sulston, britannici, sul nematode Caenorabditis elegans, per le quali i tre scienziati furono insigniti nel 2002 del premio Nobel. Allo stesso Kerr fu attribuito, nel 2000, il Paul Ehrlich and Ludwig Darmstaedter Prize (condiviso con Horvitz), per aver identificato il fenomeno dell'apoptosi, onorificenza considerata seconda solo al Nobel.

La morte cellulare è attualmente ritenuta uno dei fronti più interessanti della ricerca biologica e genetica; dalla comprensione dei suoi meccanismi si auspica possano derivare applicazioni nella chemioterapia, nel trattamento del cancro, delle malattie autoimmuni e neurodegenerative.

APOPTOSI E NECROSI

Ciclo cellulare

Il ciclo cellulare rappresenta l'insieme delle fasi che una cellula attraversa dal momento della sua formazione alla sua divisione in due cellule figlie. Comprende una interfase, cioè uno stadio in cui la cellula attua reazioni metaboliche di mantenimento, e la mitosi vera e propria, in cui la cellula dà origine a due figlie geneticamente identiche alla madre.

L'apoptosi non deve essere confusa con la necrosi, processo anch'esso responsabile della morte delle cellule, senza che ciò comporti necessariamente la morte dell'organismo (si pensi, ad esempio, alla necrosi di alcuni tessuti a causa di congelamento o infarto). Nella necrosi si osserva la lisi (cioè la disgregazione) della cellula: il nucleo degenera e la membrana plasmatica si rompe riversando all'esterno il contenuto; ciò determina una reazione immunitaria dell'organismo e una risposta infiammatoria. La necrosi è dunque un fenomeno patologico. Nell'apoptosi, invece, il nucleo degenera ma la membrana non si rompe; la cellula viene fagocitata dalle cellule specializzate (fagociti). La cellula, insomma, originatasi dalla divisione di una cellula-madre, si differenzia in cellula adulta e va incontro a un certo numero di divisioni mitotiche, secondo il tipo cui essa appartiene; quindi, subisce una fase di quiescenza e senescenza e, infine, l'apoptosi.

La morte programmata delle cellule è fondamentale nel controllo numerico delle cellule stesse; le cellule in apoptosi, infatti, bilanciano quelle che si dividono per mitosi. Tale equilibrio contribuisce all'omeostasi di ciascun tessuto dell'organismo e assicura il normale ricambio delle cellule, soprattutto nei tessuti epiteliali soggetti a rapido rinnovamento. Quando l'equilibrio viene alterato da un fenomeno patologico, se prevale la componente mitotica si originano fenomeni di ipertrofia, cioè di aumento abnorme del numero di cellule, come nei tumori; se invece prevale l'apoptosi il tessuto tende ad atrofizzarsi.

L'alterazione dell'equilibrio tra mitosi e apoptosi può avvenire anche fisiologicamente, ad esempio quando l'organismo deve promuovere lo sviluppo o l'eliminazione di una determinata struttura. Un caso importante è quello dello sviluppo embrionale, in cui dopo un periodo iniziale di intensissima attività mitotica, l'apoptosi interviene nel riassorbimento di strutture fetali come, ad esempio, le membrane tra le dita o le cellule nervose tra le quali non si siano create connessioni sinaptiche. Le cellule entrano in apoptosi anche per circoscrivere gli eventuali danni causati da una sostanza, ad esempio un composto tossico, radiazioni ionizzanti, farmaci, radicali liberi, capaci di indurre mutazione, oppure se vengono infettate da virus: infatti, se i danni, soprattutto a carico del DNA, non possono essere riparati, le cellule potrebbero non svolgere più la loro funzione all'interno del tessuto e danneggiarlo, oppure trasformarsi in cellule neoplastiche (tumorali) o diventare veicolo di propagazione del virus. Dunque, l'apoptosi assume in questo caso una funzione protettiva dell'intero organismo. Da notare che alcuni virus, a loro volta, sono in grado di produrre fattori inibitori dell'apoptosi, affinché la cellula continui a sopravvivere (e a "lavorare" per loro): si tratta di un interessante caso di coevoluzione.