4.13: Un'introduzione alla morte cellulare

Paradossalmente, la morte cellulare aiuta a plasmare la vita di un organismo. Proprio come qualsiasi organismo intero, le cellule possono morire a causa dell'invecchiamento, a causa di lesioni accidentali o a seguito di un'infiltrazione di agenti patogeni, una cellula può sacrificarsi per prevenire la diffusione dell'infezione. In queste circostanze, le cellule possono seguire diversi percorsi di morte come l'apoptosi, l'autofagia o la necrosi. Tutti questi tipi presentano caratteristiche morfologiche specifiche. L'apoptosi o la morte cellulare programmata porta al "blebbing" della membrana e frammentazione nucleare. L'autofagia, anch'essa regolata, porta alla formazione di grandi vacuoli che racchiudono componenti cellulari. Infine, la necrosi, che è "non pianificata" o accidentale, termina con la lisi cellulare.

Questo video discuterà importanti scoperte che hanno portato all'identificazione di questi percorsi, esplorerà le domande che i ricercatori si stanno ancora ponendo sulla morte cellulare, discuterà gli strumenti che usano per rispondere e infine esaminerà alcuni esperimenti di esempio.

Innanzitutto, esaminiamo alcuni ricercatori chiave che hanno contribuito a decifrare diversi percorsi di morte cellulare.

I termini moderni usati per descrivere questi percorsi possono essere fatti risalire a Ippocrate, un medico dell'antica Grecia. Usò il termine apoptosi, che significa "cadere", per descrivere la ?triturazione delle ossa? osservati a seguito di una frattura. Venendo all'era moderna, la prima menzione evidente di "necrosi" si è verificato nel 1859, quando Rudolf Virchow, nella sua raccolta chiamata Patologia cellulare, ha usato questo termine per descrivere la "disgregazione avanzata dei tessuti".

Con i progressi della microscopia e dell'istologia nel decennio successivo, nel 1877 Carl Weigert e Julius Cohnheim furono in grado di studiare la necrosi a livello cellulare. Hanno fornito informazioni sulle caratteristiche morfologiche associate a questo tipo di morte, come la perdita di nuclei.

Quasi 70 anni dopo, Christian de Duve scoprì l'"autofagia", Un processo in cui i componenti cellulari vengono inghiottiti e scomposti da organelli legati alla membrana chiamati autofagosomi, che si fondono con un altro tipo di organello, i lisosomi, per distruggere ulteriormente il loro contenuto. Ora sappiamo che l'autofagia svolge in realtà un duplice ruolo nella cellula, facilitando la sopravvivenza o inducendo la morte.

Nel 1972, John Kerr, A. R. Currie e Andrew Wyllie osservarono un altro tipo di morte cellulare con una morfologia peculiare. Poiché questo processo comportava la "caduta" di pezzi? di cellule morte, gli hanno dato il nome greco antico di apoptosi. Più tardi, l'apoptosi è stata riconosciuta come una forma di "morte cellulare programmata". nel 1977, quando H. R. Horvitz e John Sulston stavano studiando lo sviluppo di C. elegans. Hanno notato che cellule specifiche subivano l'apoptosi contemporaneamente in vermi diversi.

Poiché ciò stava accadendo all'inizio dello sviluppo, ha suggerito che i geni possono guidare l'apoptosi. Questa ipotesi è stata confermata dal gruppo di Horvitz negli anni '80, quando hanno osservato che le cellule con mutazioni in certe cellule di ced o "C. elegans death? I geni non sono morti durante lo sviluppo di questi vermi. Successivamente, Horvitz dimostrò che il gene ced-3 codifica per un enzima che degrada le proteine chiamato caspasi. Ora, sappiamo che ci sono diverse caspasi, che svolgono un ruolo importante nella morte cellulare.

Questi progressi nel campo della morte cellulare hanno aperto nuove strade da esplorare per i ricercatori. Diamo un'occhiata ad alcuni di essi.

C'è sempre stato interesse a scoprire quali fattori innescano la morte cellulare. Per identificarli, i ricercatori stanno attualmente esponendo le cellule a radiazioni, sostanze chimiche e molecole di segnalazione, e quindi alla ricerca di cambiamenti nel grado o nel tipo di morte.

Altri scienziati sono interessati a chiarire i percorsi biochimici coinvolti in ciascun meccanismo di morte cellulare. Attualmente, sappiamo che l'apoptosi segue un percorso in cui le caspasi sono gli enzimi chiave, mentre l'autofagia coinvolge proteine necessarie per la formazione dell'autofagosoma. Tuttavia, ci sono componenti in questi percorsi che sono sconosciuti e i ricercatori stanno cercando di capire come spiegarli. Inoltre, i ricercatori stanno anche studiando se ci siano "diafonia" si verifica tra le vie di morte cellulare. Se è presente una diafonia, lo stesso segnale può influire sull'apoptosi e sull'autofagia.

Infine, un'area di ricerca popolare riguarda la comprensione del motivo per cui alcune cellule, come le cellule tumorali, diventano immortali. Gli scienziati sono costantemente alla ricerca di mutazioni nelle cellule tumorali e valutano se qualcuna di esse influenza i geni che codificano i fattori coinvolti nelle vie di morte.

Queste sono tutte domande complicate, ma fortunatamente i ricercatori hanno una varietà di strumenti a loro disposizione per rispondere.

Il test del blu di tripano è uno strumento di screening comunemente usato per valutare l'effetto di un composto sulla morte cellulare. Il test si basa su un colorante che non può entrare nelle cellule vive, poiché possiedono "membrane selettive". ma possono facilmente entrare nelle cellule morte poiché le loro membrane sono "rotte". Questo test identifica la morte cellulare, ma non riesce a individuare la specifica via di morte cellulare.

Pertanto, gli scienziati hanno progettato tecniche come i saggi di attività delle caspasi. Poiché le caspasi vengono attivate durante l'apoptosi, gli scienziati possono aggiungere substrati per questi enzimi che emettono fluorescenza quando vengono attivati dalle caspasi. Questo aiuta nell'identificazione delle cellule apoptotiche.

Allo stesso modo, la frammentazione del DNA che si verifica durante l'apoptosi può essere facilmente identificata utilizzando il test TUNEL, che si basa su reagenti che marcano il ?intaccato? estremità del DNA danneggiato. Poiché questo metodo è relativamente facile da eseguire, è un test comunemente impiegato sul campo.

Quando gli scienziati vogliono determinare il meccanismo di morte cellulare che si verifica nella loro popolazione, possono accoppiare le colorazioni di annestina V e ioduro di propidio (PI) con l'analisi della citometria a flusso. L'annessina V si lega ai residui di fosfatidilserina nella membrana, mentre il PI entra attraverso le membrane danneggiate per associarsi al DNA. Studiando i dati risultanti, gli scienziati possono separare le cellule che subiscono diversi percorsi di morte.

Infine, gli scienziati possono utilizzare l'imaging di cellule vive per visualizzare il processo di morte cellulare in tempo reale. Si tratta di una tecnica onnicomprensiva che può essere utilizzata per identificare le cellule autofagiche, necrotiche o apoptotiche in base a caratteristiche morfologiche uniche.

Come hai visto, ci sono diversi metodi per rilevare la morte cellulare, alcuni dei quali non sono specifici, altri che possono aiutare a identificare le cellule apoptotiche e alcuni che distinguono tra diversi percorsi.

Ora, vediamo come gli scienziati stanno usando queste tecniche per studiare di più sulla morte cellulare.

La dieta svolge un ruolo importante per la salute e può influenzare la morte cellulare in diversi tessuti. In questo test in vitro, i ricercatori hanno esposto i neuroni di topo all'acido palmitico, un acido grasso saturo presente sia nei prodotti lattiero-caseari che nella carne, e quindi hanno utilizzato un test della caspasi per valutare l'apoptosi. Hanno scoperto che le cellule trattate con acido palmitico hanno dimostrato un aumento dell'attività delle caspasi e della morte cellulare.

Altri ricercatori stanno utilizzando questi saggi per determinare in che modo i farmaci inducono diversi meccanismi di morte. Qui, a topi transgenici con cellule tumorali marcate in fluorescenza è stata iniettata doxorubicina, un farmaco antitumorale. Gli scienziati hanno quindi analizzato le cellule negli animali vivi e, cercando i cambiamenti nella morfologia delle cellule tumorali, hanno determinato che il trattamento farmacologico ha innescato sia l'apoptosi che la necrosi.

Infine, alcuni scienziati stanno studiando se la morte cellulare può essere invertita. In questo esperimento, i ricercatori hanno esposto le cellule tumorali umane all'etanolo e hanno confermato attraverso una serie di saggi che questo trattamento le ha indotte a intraprendere il percorso dell'apoptosi. Dopo aver lavato via l'etanolo, le cellule colpite sono state in grado di riprendersi dall'apoptosi attraverso un processo chiamato "anastasi". Ciò ha fornito informazioni su come i tumori possono ripresentarsi dopo il trattamento farmacologico.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE ai percorsi di morte cellulare. Questo video ha esaminato la ricca storia della ricerca sulla morte cellulare – dall'antichità al 20° secolo – e poi ha discusso alcune domande attuali. Abbiamo anche spiegato i metodi più diffusi per valutare la morte cellulare e dimostrato come queste tecniche vengano utilizzate per comprendere meglio la connessione tra ambiente, malattia e morte cellulare. Come sempre, grazie per la visione!