Figure 1-1 Stages in the cellular response to stress and injurious stimuli. Downloaded from: StudentConsult (on 20 March 2010 04:07 PM) © 2005 Elsevier Malattie da accumulo intracellulare Mechanisms of protein folding and the role of chaperones. A, Chaperones, such as heat shock proteins (Hsp), protect unfolded or partially folded protein from degradation and guide proteins into organelles. UPR, unfolded protein Response: Dominio luminale Dominio citoplasmatico UPR citoprotettivaUPR citotossica proapoptotica Downloaded from: StudentConsult (on 20 March 2010 04:14 PM) © 2005 Elsevier Mechanisms of protein folding and the role of chaperones. B, Chaperones repair misfolded proteins; when this process is ineffective, proteins are targeted for degradation in the proteasome, and if misfolded proteins accumulate they trigger apoptosis. Downloaded from: StudentConsult (on 20 March 2010 04:14 PM) © 2005 Elsevier Figure 1-38 Protein reabsorption droplets in the renal tubular epithelium. (Courtesy of Dr. Helmut Rennke, Department of Pathology, Brigham and Women's Hospital, Boston, MA.) Downloaded from: StudentConsult (on 20 March 2010 04:14 PM) © 2005 Elsevier Malattie da accumulo extracellulare AMILOIDE e AMILOIDOSI • L amiloide è una sostanza proteica patologica, depositata tra le cellule in vari organi e tessuti del corpo sotto forma di fibrille di foglietti β-pieghettati in un ampia varietà di malattie. β- sheet basics The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. N C N C AMILOIDE e AMILOIDOSI • L amiloidosi è un disordine acquisito o ereditario che riguarda il folding delle proteine • frammenti o intere proteine normalmente solubili sono depositate nello spazio extracellulare come fibrille insolubili che si accumulano e distruggono la struttura e la funzione di organi e tessuti e causano malattia. • Nell amiloidosi sistemica i depositi possono essere presenti nel parenchima di tutti i tessuti, eccetto che nel cervello, in cui si ritrova una forma chimica di amiloide distinta organizzata in placche, così come nella parete dei vasi sanguigni. • Forme localizzate di amiloidosi nelle quali i depositi sono confinati a particolari organi o tessuti. AMILOIDE e AMILOIDOSI • Amiloide è un disordine del folding delle proteine nel quale normalmente proteine solubili sono depositate come fibrille anormali insolubili che distruggono la struttura del tessuto e causano malattia. • Sebbene circa 20 differenti proteine non correlate tra loro possano formare fibrille amiloidi in vivo, tali fibrille mostrano una struttura con un core di tipo beta in comune. • Alcune proteine naturali wild type sono inherently amiloidogeniche, formano fibrille e causano amiloidosi in età avanzata o se presenti per lungo tempo a concentrazioni elevate in maniera anomala. • Altre proteine amiloidi sono varianti acquisite o ereditate che contengono sostituzioni aminoacidiche che le rendono instabili così, in condizioni fisiologiche popolano parzialmente uno stato unfolded e tali intermedi poi aggregano in amiloide stabile. AMILOIDE e AMILOIDOSI • L amiloidosi non può essere definita un unica malattia ma come gruppo di malattie che hanno in comune il deposito di proteine simili • Gli organi in cui si è depositato l amiloide sono: – Più grandi – Più compatti – Più pallidi Common causes and consequences of systemic amyloidosis. In primary or myeloma-associated amyloidosis the AL amyloid comprises light chains secreted by neoplastic plasma cells. In reactive or secondary amyloidosis the production of AA amyloid by the liver is stimulated by cytokines secreted by chronic inflammatory cells. Downloaded from: StudentConsult (on 25 March 2012 06:13 PM) © 2005 Elsevier Microscopia • L amiloide appare come una sostanza extracellulare amorfa eosinofila e ialina che con il progressivo accumulo invade le cellule adiacenti provocandone l atrofia. – Rosso Congo: • Luce normale: colore rosso o rosa • Luce polarizzata: birifrangenza verde Sezione di fegato colorata con Rosso Congo (notare depositi di amiloide nella parete dei vasi sanguigni e nei sinusoidi Birifrangenza giallo-vede al microscopio a luce polarizzata Downloaded from: StudentConsult (on 17 October 2008 09:14 AM) © 2005 Elsevier Microscopia elettronica e cristallografia • L amiloide appare costituita largamente da fibrille non ramificate di lunghezza non costante e diametro di 7-10 nm • Conformazione a β-foglietti incrociati (responsabile della colorazione tipica e birifrangenza con Rosso Congo) Downloaded from: StudentConsult (on 17 October 2008 09:14 AM) © 2005 Elsevier Tutte le proteine dell amiloide hanno strutture a foglietti β-pieghettati • Caratteristica reazione al rosso Congo • Ultrastruttura fibrillare • Insolubilità delle fibrille di amiloide nei normali solventi fisiologici • Resistenza alla digestione proteolitica Microscopia a Forza Atomica Patogenesi • L amiloidosi è causata da un anomalo assemblaggio (folding) delle proteine, che sono depositate come fibrille nei tessuti extracellulari alterandone la funzione. • Le proteine mal assemblate sono spesso instabili e si autoassociano, portando in ultimo alla formazione di oligomeri e fibrille che vengono depositate nei tessuti • La variabilità delle condizioni associate con l amiloidosi può essere dovuta a eccessiva produzione di proteine predisposte al folding Le proteine che formano amiloidosi si raggruppano in due gruppi 1. Proteine normali che hanno intrinseca tendenza ad assemblarsi impropriamente, ad aggregarsi e formare fibrille, e a farlo quando sono prodotte in eccesso. 2. Proteine mutate che sono strutturalmente instabili e inclini a un folding difettoso con successiva aggregazione Accumulo di proteine male assemblate Cosa succede alle proteine male assemblate • Le proteine male assemblate sono normalmente degradate dentro le cellule nei proteosomi, o all esterno della cellula dai macrofagi Accumulo di proteine male assemblate Cosa succede alle proteine male assemblate • Le proteine male assemblate sono normalmente degradate dentro le cellule nei proteosomi, o all esterno della cellula dai macrofagi • Nell amiloidosi questo meccanismo fallisce e si verifica accumulo delle proteine male assemblate all esterno delle cellule. Accumulo di proteine male assemblate X Possibile patogenesi PRODUZIONE DI QUANTITA ABNORMI DI PROTEINA Stimolo Non noto (cancerogeno?) Proliferazione monoclonale linfociti B Plasmacellule Precursore proteico: proteina non correttamente ripiegata Catene leggere Immunoglobuline Proteolisi limitata FIBRILLE NON SOLUBILI PROTEINA AL Infiammazione cronica Attivazione dei macrofagi IL1 e IL6 Epatociti Proteina SAA Proteolisi limitata PROTEINA AA Possibile patogenesi PRODUZIONE DI QUANTITA NORMALI DI PROTEINA MUTATA Stimolo Precursore proteico: proteina non correttamente ripiegata Mutazione Transtieritina (lega e trasporta tiroxina e retinolo) Polineuropatie amiloidi familiari (geneticamente determinate FIBRILLE NON SOLUBILI PROTEINA ATTR Tre possibili classificazioni 1. Natura della proteina dell amiloide 2. Se l amiloide è acquisita o ereditaria 3. Distribuzione anatomica dei depositi di amiloide 3 1 Clinicopathologic Category Malattie associate Fibrille proteiche Precursore Proteico chimicamente correlato Amiloidosi Sistemica Immunocyte dyscrasias with amyloidosis (primary amyloidosis) Multiple myeloma and other monoclonal B-cell proliferations AL Immunoglobulin light chains, chiefly λ type Reactive systemic amyloidosis (secondary amyloidosis) Chronic inflammatory conditions AA SAA Hemodialysis-associated amyloidosis Hereditary amyloidosis Chronic renal failure Aβ2 m β2-microglobulin Familial Mediterranean fever - AA SAA Familial amyloidotic neuropathies (several types) - ATTR Transthyretin Systemic senile amyloidosis - ATTR Transthyretin Alzheimer disease Aβ APP Medullary carcinoma of thyroid - A Cal Calcitonin Islet of Langerhans Type II diabetes AIAPP Islet amyloid peptide Isolated atrial amyloidosis - AANF Atrial natriuretic factor Prion diseases Various prion diseases of the CNS Misfolded prion protein (PrPsc) Normal prion protein PrP Amloidosi Localizzata Senile cerebral Endocrine Natura chimica dell amiloide • 95% fibrille proteiche • 5% componente P glicoproteina il cui gene è sul cromosoma 1. Fa parte della famiglia delle pentraxine (glicoproteine pentameriche, es. Proteina C reattiva) • altre glicoproteine • 15 differenti forme di proteine dell amiloide • 3 sono le più diffuse Le forme proteiche più diffuse • AL (catena leggera dell amiloide) derivata da plasmacellule, contiene catene leggere delle immunoglobuline: – Catene leggere λ di Ig complete – Frammenti NH2-terminali di catene leggere – Entrambe • Le proteine fibrillari AL sono prodotte da cellule secernenti Immunoglobuline, e il loro deposito è associato con alcune forme di proliferazione monoclonale di cellule B Amiloide da catena monoclonale leggera delle immunoglobuline (AL) • Si tratta di una complicanza di una gammopatia monoclonale (come nel mieloma). • Le fibrille sono composte da frammenti di catene monoclonali leggere. • Qualsiasi organo può essere colpito Proteina AL (catena leggera amiloide) Amiloidosi associata a dialisi (Aβ2M) • Complicanza di una long-term emodialisi • β2-microglobulina, la catena leggera invariante dell MHC di classe I, è prodotta ad un rate di circa 200mg/giorno e filtrata nei glomeruli ed è esclusivamente catabolizzata nel tubulo renale prossimale. • La sua concentrazione plasmatica aumenta con il danno renale e rimane molto alta anche durante la dialisi in quanto non adeguatamente eliminata Amiloidosi sistemica reattiva • Emerge come complicanza di infezioni croniche e malattie infiammatorie nelle quali c è una overproduizione di proteina della fase acuta, Serum Amyloid A protein Le forme proteiche più diffuse • AA (amiloide-associata, amiloide sistemica reattiva): – Singola proteina di 8500 dalton non immunoglobulinica sintetizzata dal fegato: • Deriva da precursore sierico di 12000 dalton SAA (serum amyloidassociated, -26aa dall estremità carbossiterminale) sintetizzato nel fegato e circolante associato a alla sottoclasse delle lipoproteine HDL3 • SAA aumenta (1000x) in corso di danno tissutale e/o di infiammazione. • Segnali che ne stimolano la secrezione: IL-1, TNF-alfa e IL-6 – Presente nelle forme secondarie Le forme proteiche più diffuse • Aβ (amiloide-associata): – Peptide di 4000 dalton derivata da una glicoproteina transmembrana detta proteina precursore dell amiloide (APP) con funzione sconosciuta – Riscontrata nelle lesioni cerebrali della malattia di Alzheimer: • • • Costituisce il nucleo centrale delle placche cerebrali Depositata nelle pareti dei vasi sanguigni cerebrali ENCEFALOPATIE SPONGIFORMI: – Perdita neuronale – Aspetto spugnoso delle aree colpite del cervello dovuto a piccole cisti – Proliferazione reattiva di astrociti – Deposizione di amiloide nell area colpita e nei vasi sanguigni circolanti • • • • Trasmissibilità all interno della specie e attraverso specie differenti e la conversione delle proteine dell ospite in amiloide. L agente trasmissibile è una proteina ripiegata in maniera anomala codificata dal cromosoma 20. Questi agenti sono i prioni Malattie da prioni sono a volte considerate casi di amiloidosi locale: – le proteine prioniche male assemblate si aggregano nello spazio extracellulare nel sistema nervoso – Malattia di Creutzfeld-Jacobs (sporadica, ereditaria o trasmissibile) – Encefalopatia spongiforme bovina (BSE) Amiloidosi sistemica senile • La frequenza aumenta tra i 70 e i 90 anni. • Le fibrille sono composte da normal wild-type transtiretina e i depositi sono localizzati a livello microvascolare • Asintomatica ma… • Il massivo coinvolgimento cardiaco può condurre a danno cardiaco Amiloidosi sistemica ereditaria • Causata dal deposito di varianti proteiche in forma di fibrille amiloidi: transtiretina, cistatina C, gelsolina, apolipoproteina AI, lisozima, catena alfa del fibrinogeno. • Queste malattie sono ereditate in un pattern autosomico dominante con penetranza variabile Le forme proteiche più diffuse • AMILOIDOSI EREDITARIA SISTEMICA • Rare: colpiscono 1:100000 individui in USA • Autosomiche dominanti (eccetto febbre famigliare mediterranea) • Tre gruppi: – Neuropatiche – Cardiopatiche – Nefropatiche Le forme proteiche più diffuse • Neuropatiche • Cardiopatiche Il precursore proteico dell amiloide è una forma anomala di una proteina plasmatica chiamata finora PREALBUMINA (solo perché migra elettroforeticamente davanti all albumina). Oggi sappiamo che si tratta della TRANSTIRETINA che trasporta: – circa il 25% della tiroxina plasmatica – il retinolo
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