INCLUSINCLUSI DIDI MATERIALEMATERIALE SECRETORIOSECRETORIO
Si possono annoverare tra gli inclusi anche gli accumuli di materiale secretorio presenti in specifici tipi cellulari quali, per esempio, le cellule delle ghiandole: tramite vari processi, fondamentalmente l’esocitosi, la cellula può riversare all’esterno vari materiali sintetizzati nel reticolo endoplasmatico ruvido e modificati dall’apparato del Golgi che svolgono la loro funzione all’esterno della cellula. Le cellule che producono questo materiale “da esportazione” spesso lo accumulano nel citoplasma e qui lo trattengono finche non ne è richiesta l’esocitosi. Questi accumuli intracitoplasmatici di materiale secretorio in granuli di secreto23 rappresentano degli inclusi perché sono strutture che la cellula presenta in relazione alla sua funzione: potrebbe vivere anche se non avesse i granuli di secreto che invece ha in virtù del fatto che si è differenziata come cellula ghiandolare.
I
INCLUSINCLUSI DIDI PIGMENTIPIGMENTI
Come pigmenti vanno intesi materiali di tipo particolato dotati spontaneamente di colore.
I pigmenti sono di varia natura: le lipofuscine, esito dell’attività lisosomiale che è incapace di digerire completamente la componente lipidica, rimangono all’interne del corpo residue (o lisosoma terziario) e si ossidano per la presenza dell’ossigeno metabolico assumendo un colore giallastro. Pigmenti di usura di tipo lipofuscinico li possiamo ritrovare in vari tipi cellulari soprattutto a livello delle cellule che hanno vita lunga come le cellule nervose: nelle cellule nervose la quantità di inclusioni di questo tipo è direttamente proporzionale all’età dell’individuo cui queste cellule appartengono.
Diverse il significato di un altro tipo di inclusioni di pigmenti rappresentato dai granuli di melanina che ritroviamo a livello delle cellule dell’epidermide: l’epidermide è un tessuto costituito da tante cellule aderenti le une alle altre con specifici dispositivi giunzionali. Intercalati tra le cellule dell’epidermide ci sono cellule particolari che hanno una matrice embriologica comune alle cellule nervose e che sono dette
melanociti in relazione al fatto che sanno sintetizzare melanina. I granuli di melanina prodotti dai
melanociti vengono trasferiti alle cellule dell’epidermide che se ne tingono: nell’insieme i granuli di melanina depositati a livello dell’epidermide conferiscono a questa un tipico colore bruno.
La produzione di melanina ha una grande importanza per due ragioni strettamente connesse: la melanina è un filtro solare naturale in quanto riesce ad assorbire certe lunghezze d’onda della luce solare soprattutto nella banda degli ultravioletti: gli ultravioletti sono quelli potenzialmente più pericolosi perché hanno una tipico ormone steroideo che deriva da una molecola precursore rappresentata dal colesterolo.
70 Sezione di citologia – 13. Inclusi citoplasmatici lunghezza d’onda tale da interagire con le molecole di DNA somministrando loro un’energia che può essere impiegata per formare dei legami anomali producendo delle mutazioni. La quantità di melanina presente nell’epidermide aumenta infatti in relazione alla maggiore esposizione alla luce solare.
È stato visto inoltre che durante la sintesi della melanina24 si creano degli intermedi che agiscono da “spazzini” dei radicali liberi dell’ossigeno che si formano ogni volta che viene somministrata sufficiente energia ad un ambiente idratato: l’energia dei raggi ultravioletti può operare la sintesi tra ossigeno molecolare e molecole d’acqua (o di altre molecole) formando i cosiddetti ROS (Reactive Oxigen
Species) tra cui troviamo, per esempio, l’anione superossido. I ROS sono estremamente reattivi e possono
andare a legarsi con una grande quantità di molecole biologiche inattivandole o danneggiandole: l’azione mutagena degli ultravioletti sarebbe mediata in gran parte dalla produzione di questi ROS. Durante la sintesi della melanina si formano dei ROS scavenger (spazzini dei ROS). La melanina costituisce quindi direttamente ed indirettamente, attraverso la sua sintesi, una difesa contro agenti mutageni.
Sezione di citologia – 14. Nucleo 71
14.
14. NUCLEONUCLEO
Il nucleo della cellula contiene il genoma il quale appare sotto forme estremamente diverse a seconda della fase della vita cellulare che prendiamo in esame. Cominceremo a trattare il nucleo intercinetico ovvero il nucleo quale appare tra due successive divisioni.
Che il nucleo fosse qualcosa di cui le cellule non potevano fare a meno fu già chiaro agli inizi del secolo, prima ancora che si sapesse che dentro il nucleo c’era il DNA e soprattutto molto prima che si sapesse quale era la funzione degli acidi nucleici.
Furono fatti degli esperimenti utilizzando degli organismi monocellulari molto grandi e facili da manipolare in laboratorio quali le amebe: poiché vivono normalmente in acque stagnanti le amebe hanno bisogno di un mini mo apporto di nutrienti per poter crescere in una piastra di coltura in laboratorio. I ricercatori che realizzarono questi esperimenti presero uno di questi organismi e, molto delicatamente, attraverso tecniche di micromanipolazione, la divisero in due frammenti stando attenti a non lesionare la membrana cellulare: uno di questi frammenti conteneva il nucleo mentre l’altro ne era privo. Dopo un po’ di tempo il frammento nucleato era cresciuto fino a recuperare la taglia dell’individuo originario mentre il frammento anucleato andava incontro a lisi, ovvero moriva. Si osservo che la morte del frammento anucleato poteva essere prevenuta trapiantando in questa il nucleo di un altro individuo. Si concluse quindi che il nucleo era indispensabile per la sopravvivenza della cellula.
Un altro famoso esperimento portò alla conclusione che il nucleo era indispensabile non solo per la vita cellulare ma anche per il suo differenziamento; per fare questo esperimento ci si servi di un’alga monocellulare, l’acetabularia mediterranea, che presenta il nucleo all’altezza del rizoide, il “piede” con cui questo tipo di alga si ancora alla rocce; il resto del citoplasma ha la forma di un filo e termina con una sorta di ombrellino. Anche su acetabularia è possibile fare lo stesso esperimento condotto sulle amebe: se si taglia il rizoide si assiste al fatto che, in breve tempo, la parte anucleata, quella dell’ombrellino, degenera e muore mentre il frammento nucleato cresce per ricostruire un individuo complete.
Esistono due tipi di acetabularia che si distinguono essenzialmente per la forma della parte distale, ovvero dell’ombrellino: uno di questi ha un ombrellino molto più irregolare e sfrangiato dell’altro.
Se si prende il nucleo di un acetabularia ad “ombrellino sfrangiato” e lo si trapianta nella porzione anucleata di un’acetabularia a “ombrellino rotondo” l’individuo così costituito sopravvive e cambia gradualmente il proprio fenotipo, il suo aspetto esteriore: l’ombrellino rotondo diventa sempre più irregolare finche” col tempo si trasforma in ombrellino sfrangiato. Il nucleo dell’individuo a ombrellino sfrangiato ha condizionato il differenziamento della cellula ovvero ne controlla il fenotipo.
Questi esperimenti hanno di fatto innescato la ricerca del substrato molecolare di questo flusso di informazioni che va dal nucleo al citoplasma ed ha consentito di comprendere che il DNA è la sede in cui
72 Sezione di citologia – 14. Nucleo è inscritto il codice genetico,che gli mRNA sono le molecole che si incaricano di trasferire le informazioni al citoplasma, ecc.
Passiamo ora ad analizzare il nucleo dal punto di vista morfologico. Si dice che il nucleo occupa una posizione centrale nella cellula e tende a ripeterne la forma: quindi in una cellula sferica, come può essere una cellula sospesa in un liquido, il nucleo occupa il centra della cellula ed ha una forma sferica. Quando le cellule si uniscono e fanno degli aggregati la forma sferica si modifica e, solitamente si ha una forma poliedrica: anche in questo caso comunque il nucleo mantiene una posizione centrale e anche il nucleo poliedrico è comunque assimilabile ad una sfera. Quando la cellula tende ad assumere una forma allungata il nucleo tende ad assumere la forma di un bastoncino tanto più lungo e sottile quanto più lunga e sottile è la cellula. Questa è però una regola che ammette numerose eccezioni: in linea di massima le cose stanno cosi ma possono anche cambiare in relazione al grado di differenziamento della cellula. Ci sono cellule poliedriche specializzate per produrre materiale da esportazione accumulato nel citoplasma sotto forma di granuli di secreto: l’accumularsi di questo materiale fa si che l’intero citoplasma e con esso il nucleo venga a spostarsi eccentricamente. Un’altra eccezione la possiamo vedere in particolari tipi di globuli bianchi il cui nucleo presenta dei lobi uniti da piccoli ponti di materiale nucleare: parliamo in questo caso di nucleo polilobato e questo tipo di cellula è detta polimorfonucleata.
Perché il nucleo possa derogare dalla forma sferica è necessario che abbia della strutture che funzionino da impalcatura, strutture che comunque ritroviamo anche in cellule con nucleo sferico.
In linea di massima nelle cellule somatiche il nucleo contiene un corredo genetico diploide, contiene cioè due copie per ogni gene ereditate una per via paterna, l’altra per via materna. Esistono però delle cellule particolari che, avendo la necessita di avere attivo un gran numero di geni per la loro funzione, hanno escogitato un dispositive per aumentare la quantità di geni al loro interno: vanno incontro a duplicazioni successive del genoma non seguite da duplicazione cellulare in modo che un corredo genetico poliploide venga ad accumularsi in un’unica massa nucleare. Queste cellule quindi possiedono molto più materiale nucleare delle cellule normali e l’organizzano in un enorme nucleo che ha una forma bozzellata: parliamo di nucleo gemmante perché è come se le varie porzioni di materiale nucleare si organizzassero a formare delle bolle che si protendono verso l’esterno della massa centrale: questo espediente è un dispositivo per aumentare la superficie di scambio tra il nucleo e il citoplasma25. Questa grossa cellula poliploide con nucleo gemmante e il precursore di particolari elementi del sangue quali le piastrine e viene detta
megacariocita. Infine, il corredo cromosomico può essere aneuploide cioè può consistere di un numero
di cromosomi anormale che non è multiplo di quello aploide. Il patrimonio cromosomico di un cellula somatica umana è costituita da 46 cromosomi uguali a due a due: 23 coppie di cromosomi di cui un membro è di origine materna l’altro di origine paterna. 22 coppie sono costituite da autosomi, cioè da cromosomi portatori dei caratteri somatici; la ventitreesima coppia è data dagli eterocromosomi o
cromosomi sessuali, portatori, oltre che di caratteri somatici, dei geni responsabili del differenziamento
dei caratteri sessuali. Si chiamano eterocromosomi perché non seguono necessariamente la regola che i due membri della coppia debbano essere identici: negli individui di sesso femminile i due cromosomi sessuali sono identici e presentano gli stessi geni nella stessa sequenza; nel maschio invece c’è un cromosoma analogo a quello femminile e un altro cromosoma molto più piccolo che ha soltanto una parte 25 Se il nucleo fosse sferico sarebbe difficile per i geni posti al centro di una massa nucleare tanto grande scambiare liberamente con il citoplasma il loro contenuto informative.
Sezione di citologia – 14. Nucleo 73 in cui i geni sono analoghi a quelli del femminile, gli ami sono completamente diversi. I due cromosomi
della femmina vengono anche identificati con la lettera X: quindi la femmina da un punto di vista genomico è un individuo XX, il maschio ha un cromosoma X di derivazione materna ed un cromosoma Y di derivazione paterna. Anomalie legate al numero degli autosomi o degli eterocromosomi possono determinare la presenza nel nucleo di quantità maggiori o minori di cromatina. Si tratta di variazioni che derivano da errori nel corso della formazione dei gameti. Generalmente l’aneuploidia comporta una condizione patologica o risulta addirittura letale.
Fra le numerose anomalie legate al numero degli autosomi, particolarmente nota è la sindrome di Down dovuta alla trisomia del cromosoma 21. Le aneuploidie legate agli eterocromosomi sono anch’esse molto numerose e le riassumiamo nella seguente tabella:
Fenotipo Corpi di Barr* Cromosomi sessuali
Femmina normale Femminile 1 XX
Maschio normale Maschile 0 XY
Sindrome di Turner Femminile 0 X0
Sindrome di Klinefelter Maschile 1 XXY
Triplo X Femminile 2 XXX
Triplo X - Y Maschile 2 XXXY
Quadruplo X Femminile 3 XXXX
Quadruplo X - Y Maschile 3 XXXXY
Quintuplo X Femminile 4 XXXXX
* Vedi oltre.
Esistono eccezioni anche per la regola che afferma che ogni cellula ha un solo nucleo: esistono infatti cellule come i globuli rossi che, in virtù del loro grado di differenziamento, hanno perduto il nucleo: sono cellule che evidentemente vivono finche gli bastano le molecole che hanno a disposizione nel citoplasma esaurite le quali muoiono per essere immediatamente rimpiazzate. L’assenza del nucleo è quindi compatibile con la vita della cellula ma ne condiziona il destino che è quello di morire al termine di un lasso di tempo che può essere più o meno lungo a seconda del casi26.
Esiste anche la possibilità per le cellule di sviluppare delle dimensioni molto superiori alla norma senza il meccanismo della poliploidia ma con il meccanismo della polinuclearità che infrange ancora una volta la regola che ogni cellula possiede un solo nucleo: è possibile infatti che un’unica massa citoplasmatica, anche molto grande, sopravviva grazie alla presenza di numerosi nuclei al suo interno.
Esiste infatti un rapporto precise per ogni data cellula fra nucleo e citoplasma detto rapporto
nucleoplasmatico: se questo rapporto è molto elevato possiamo notare un grosso nucleo ed un citoplasma
proporzionalmente piuttosto ridotto; viceversa, se il citoplasma è molto abbondante rispetto al nucleo tale 26 In linea di massima si dice che un globulo rosso può sopravvivere nel sangue per circa 120 giorni.
74 Sezione di citologia – 14. Nucleo rapporto sarà piccolo. Ogni cellula non può derogare più di tanto dal proprio rapporto nucleoplasmatico perché ne va della propria sopravvivenza: la crescita del citoplasma oltre un valore ottimale rappresenta infatti uno stimolo per la divisione cellulare.
Gli elementi polinucleati possono formarsi attraverso due meccanismi: la divisione del nucleo può non essere seguita dalla divisione del citoplasma e porta alla coesistenza di due, quattro o più nuclei in un’unica massa citoplasmatica; questo meccanismo è definito meccanismo plasmodiale e da origine ai
plasmodi27. L’altra possibilità per generare elementi polinucleati è quella della fusione di elementi mononucleati precursori: singole cellule mononucleate confluiscono insieme, si toccano, le loro membrane si fondono e si forma un elemento polinucleato. Il meccanismo è detto meccanismo sinciziale e l’elemento polinucleato che si forma viene genericamente definito sincizio. In entrambi i casi il fine è quello di consentire ad una grossa massa plasmatica di sopravvivere perché ogni porzione di citoplasma dipende, per il mantenimento della sua integrità, dalle attività metaboliche del nucleo più prossimo. Con questo espediente possono esistere nel nostro organismo degli elementi che hanno un volume molto grande: di tale tipo sono infatti le fibre che costituiscono la muscolatura volontaria che sono cellule sincizio.
Parlando del nucleo intercinetico possiamo riconoscerne quattro costituenti fondamentali: l’involucro
nucleare, il nucleoscheletro, la cromatina e il nucleolo. Questo quattro entità sono molto precisamente
rilevabili. Da un punto di vista biochimico potremmo aggiungere una quinta componente che è il nucleoplasma che dal punto di vista morfologico non è invece rilevabile: è una soluzione acquosa che bagna e permea le quattro componenti morfologicamente rilevabili e in cui sono disciolti ioni, piccole molecole, molecole proteiche che servono per il funzionamento del nucleo e che non ha forma strutturata.