La morte per apoptosi è un evento che caratterizza tutti i livelli filogenetici (non solo gli organismi superiori), infatti la descrizione di questi meccanismi è stata fatta attraverso degli studi sul nematode (anche detto Caenorhabditis elegans, verme).  

Viene chiamata anche “morte cellulare programmata” per il fatto che fa parte del programma di sviluppo di tutti gli organismi, ed è un evento programmato. Si tratta dunque di un evento fisiologico nell’ambito del programma di sviluppo e di mantenimento dell’omeostasi. Le cellule partecipano attivamente al programma di morte (è anche chiamata “suicidio”).  Nella necrosi sono tutte situazioni che la cellula subisce, mentre nell’apoptosi la cellula partecipa: esprime particolari geni e produce delle proteine per poter morire. La morte per apoptosi è un evento che caratterizza tutti i livelli filogenetici (non solo gli organismi superiori), infatti la descrizione di questi meccanismi è stata fatta attraverso degli studi sul nematode ( Caenorhabditis elegans).  

Osservazione di partenza per gli studi dell’apoptosi: durante lo sviluppo di tutti i C. elegans muoiono sempre 131 cellule per apoptosi ed è quindi un evento programmato durante il suo sviluppo.  

L'apoptosi serve ad eliminare quelle cellule che nell’ambito dell’omeostasi dell’organismo stesso non servono più. Muoiono per apoptosi le cellule dei tessuti che vengono definiti labili, detti anche tessuti ad elevato turnover cellulare. Serve per mantenere l’omeostasi tessutale e anche per eliminare cellule che hanno subito un danno irreversibile, come un danno al DNA che non può essere riparato o quando sono state infettate. Per mantenere intatto il patrimonio genetico è meglio eliminare una cellula con un DNA alterato piuttosto che mantenerla col rischio che possa dare origine ad un clone di cellule alterate. 

La morte per apoptosi non produce un processo infiammatorio e può essere innescata da segnali extracellulari (via estrinseca, parte da qualcosa di esogeno) e intracellulari (via intrinseca).

 Definizioni di apoptosi:

•    senza ripercussioni → non produce un processo infiammatorio perché non libera nessun componente cellulare; infatti, si formano i corpi apoptotici che poi vengono fagocitati;

•    selettiva → muoiono anche solo due o tre cellule per apoptosi, solo le cellule che devono essere eliminate dal tessuto;

•    regolata → ha una regolazione di tipo genico, quindi ci sono geni che la inducono o che la inibiscono  

Condizioni fisiologiche in cui l'apoptosi svolge un ruolo importante

L’apoptosi fa parte del programma di sviluppo embrionale, anche nell’uomo. Qui, gli eventi di apoptosi si verificano anche abbastanza precocemente. 

• Nell’uomo muoiono cellule per apoptosi prima e durante l’impianto dell’embrione perché hanno espletato il loro compito.  
• Durante la fase dello sviluppo si attraversa una fase in cui abbiamo delle membrane interdigitali che nella fase successiva vengono eliminate per apoptosi.
• Interviene l’apoptosi anche durante la formazione degli organi cavi (tra cui anche il cuore), perché è più facile formare una pallina piena e poi renderla cava per apoptosi.
• Si verifica apoptosi anche a carico di cellule del sistema nervoso centrale al termine del suo sviluppo. Infatti, durante lo sviluppo del SNC si formano più cellule di quelle che serviranno in modo da avere una ridondanza di cellule in caso dovesse succedere qualcosa nello sviluppo e si dovessero perdere delle cellule (se non succede niente e non uso la riserva le mando a morte per apoptosi al termine dello sviluppo). 

Mantenimento omeostasi dei tessuti a rapido turnover, es. epitelio.

Eliminazione di cellule per cessazione di uno stimolo:

• involuzione quando cessa uno stimolo di tipo ormonale (esempio della mammella e dell’utero al termine della gravidanza e allattamento; prima sono ipertrofiche e iperplastiche);
• durante il processo infiammatorio aumenta il numero dei granulociti e, quando questo termina, sono eliminati per apoptosi;
• stessa cosa vale per la risposta immunitaria con coinvolgimento dei linfociti che vanno incontro a clonazione.

Fasi  dell'apoptosi

L’evento di apoptosi è scandito dal succedersi di fasi:   

• Attivazione del programma di morte stesso 
• Attivazione delle proteine pro-apoptotiche.
• Durante la morte per apoptosi le componenti cellulari vengono degradate in modo molto regolato dall’attivazione di proteine speciali che vengono definite pro-apoptotiche.  
• Attivazione delle proteine esecutrici dell’apoptosi. 
• Vengono indicate con il termine di caspasi e ogni caspasi determina una degradazione di substrati cellulari ben specifici (ogni elemento viene degradato da una proteina specifica). Le caspasi sono pepsidasi e degradano specifiche proteine bersaglio.

Cambiamenti morfologici

Esaminiamo cosa succede a livello di membrane citoplasmatiche, nucleo e mitocondri.  

A livello della membrana si verificano gli eventi “più precoci” dell’apoptosi. 

• Le cellule all’inizio si isolano dal tessuto di cui fanno parte, si racchiudono su se stesse.
• Tutti gli organuli cellulari si condensano, pur rimanendo intatti.
• La cellula nel suo insieme va incontro ad una diminuzione di volume.
• Successivamente emette delle estroflessioni di membrana chiamate “blebs”. 

Quindi, prima si compatta e poi emette delle estroflessioni di membrana. 

Nel nucleo i cambiamenti sono abbastanza precoci e consistono in una prima compattazione; a questa compattazione corrisponde anche una condensazione della cromatina. 

La colorazione con ematossilina-eosina del nucleo è azzurrognola diffusa, a parte nel nucleolo. Nell’apoptosi, la cromatina si condensa e si dispone a spicchi al di sotto della membrana, quindi non è più uniforme. Quando la cromatina è condensata si verifica anche una frammentazione del nucleo.

A livello mitocondriale durante la morte per apoptosi si verifica un cambiamento del potenziale di membrana. Quindi cambia anche la loro normale permeabilità o non permeabilità. 

Questo vuol dire che rilasciano delle molecole che sono pro-apoptotiche, come il citocromo C.

La cellula perde gli elementi di contatto, si compatta, e dopo la formazione delle semilune nel nucleo va incontro a frammentazione (si formano un numero n di frammenti); tutti i pezzi però sono sempre circondati dalla membrana nucleare.  I frammenti nucleari andranno a fare parte di frammenti cellulari, nella cellula si formerà un numero n di frammenti con o senza frammenti di nucleo all’interno. Questi frammenti cellulari sono quelli che vengono chiamati corpi apoptotici (con o senza nucleo sono sempre circondati da plasmamembrana integra, senza alcuna perdita di componenti cellulari).  Il destino dei corpi apoptotici è di essere fagocitati dai fagociti professionisti (granulociti neutrofili e macrofagi) oppure dalle cellule normali non interessate dal processo di apoptosi che sono vicine a quelle morte.    

Cambiamenti biochimici

Una cellula che muore per apoptosi sintetizza proteine nuove per poter andare incontro a morte. Questa è una differenza rispetto alla morte per necrosi, ad esempio un dito su una piastra bollente del forno. In questo caso la cellula non ha il tempo di sintetizzare nuove proteine. Nell’apoptosi, la cellula contribuisce al proprio programma di morte sintetizzando proteine nuove.

Studi

Nella messa a punto di un nuovo farmaco attivo nelle cellule tumorali e capace di indurre a morte le cellule tumorali. l’apoptosi evita l’induzione del processo infiammatorio, sperando di ucciderle selettivamente. La diversa tipologia di frammenti che si forma in seguito all’apoptosi o alla necrosi può essere utile nell’ambito della ricerca per lo studio di molecole antitumorali e per comprendere se determinano la morte delle cellule tumorali per apoptosi (ciò che ci si aspetta) oppure per necrosi (da evitare in quanto sviluppa una risposta infiammatoria).

Gli studi in vitro su cellule in coltura per testare la nuova sostanza chiariscono che tipo di morte si verifica. Si estrae il DNA e lo si sottopone ad elettroforesi depositandolo nei pozzetti e analizzando come si dispongono e come corrono i frammenti di DNA sul gel di agarosio. È importante capire come si dispongono. Si depositano i frammenti nei pozzetti e poi si attiva il campo elettrico. La migrazione dipende dalla dimensione e dalle cariche delle componenti stesse.