Dr. MIHAIL ATECU

PATOLOGIA MOLECULARAA PIELII- CETULE .

l-0'lEtDth

,.rlllEDITURA IvTEOICNIA

Bucuregti, 2006

t. 17171920262929303233333435

39394040465256

56

65

7693

105

il.

Cuprins

eneralACuprins in limba romdniCuprins in limba englezi

PRIVIRE GENERALA ASUPRA PIELII .........t.1. MEMBRANA cELULARA $t lNVELtguL curANAT.I.2. STRUCTURA PIELII

1.2.1. Epidermu1..............1.2.2. Dermul ...,................1.2.3. Hipodermul ............

1.3. FUNCTilLE p1ELil...........1.3.1. Funclia de barieri1.3.2. Funclia de termoreglare ............1.3.3. Funcfia de proteclie mecanici1.3.4. Funclia imunologica ..................1.3.5. Funclia senzoriali1.3.6. Funclia de comunicare socio-sexuali .............

KERATINOCITELE ..........1r.1. ASPECTE GENERA1E..................II.2. MORFOLOGIE

11.2.1. Organite.................I1.2.2. Citoscheletul11.2.3. Canale ionice ..........

il.3. METABOL|SM............11.3.1. Metabolismul glucidelor (glucoza; glicogenul; mucopolizaharidele;

glicoproteinele; acidulhialuronic;proteoglicanii; glicolipidele) ..

I1.3.2. Metabolismul lipidelor (aspecte generale; acizii gragi gi trigliceri-dele; fosfolipidele; ceramidele; sterolii; lipidele stratulul cornos)......

11.3.3. Metabolismul proteinelor (aspecte generale; involucrina; cistatinaA; elafina; descuamina; transglutaminazele; oligonucleotideleantisens)

11.3.4. Metabolismul microelementelor (calciu, cupru, zinc)11.3.5. Metabolismul vitaminelor (vitamina A, vitamina Bu, vitamina C,

vitamina D) .................11.3,6. Metabolismul hormonal (metabolismul hormonilor sexuali: hormonii

androgeni; hormonii estrogeni; progesteronul; hormonul eliberatorde cofticotrofina) ..............

I I.4. ADEZIUNEA KERATINOCITELOR11.4.'l . Molecule de adeziune (cadherine; integrine; selectine; superfamilia

de imunoglobuline)............

57

11

125140

141

Patologia moleculard a pielii. Celule

11.4.2. Joncfiuni celulare (joncliunea tight, joncliunile de ancorare -desmozomi; hemidesmozomi -; joncliunea gap).

ll.s. crToKrNE $t FAcToRl DE CRE$TERE................11.5.1. Aspecte generale11.5.2. Citokine cu spectru larg de acfiune (lL-1; lL-6; TNF) ...............11.5.3. Citokine cu activitate biologici specializati (lL-2; lL4; lL-5;

lL-7; lL-8; lL-12;lL-13; lL-18) ...........11.5.4. Citokine cu acfiune imunosupresoare (lL-10;TGF-B; MSH)....11.5.5. Factoride cregtere (EGF;TGFo; KGF; FGF; NGF; PDGF; CSF;

GM-CSF; amfiregulina; VEGF; IGF-1; serotonina gi melatonina)11.5.6. Chemokine

11.6. RECEPTORII $l LTGANZil KERATINOC|TAR| ........................................11.6.1. Aspecte generale11.6.2. Receptorii keratinocitari ...................11.6.3. Componente celulare cu posibil rol de receptor.....................

11.7. PROLTFERAREA $t DIFERENTTEREA KERATINOCITELOR1l,.7 .1 . Proliferarea keratinocitelor .................1l..7.2. Diferentierea keratinocitelor.................11.7.3 Factori reglatori ai diferenlierii terminale..ll.7 .4. Diferenlierea keratinocitelor qi apoptoza ................11.7.5. Celula stem epidermici ............

11.8. KERATrNIZAREA.............11.8.1. Filamentele intermediare ..................;..11.8.2. Keratinele11.8.3. Keratinizarea gi procesul de diferentiere terminali ...........11.8.4. Alteriri genetice ale keratinelor................

II.9. CICLUL DE ACTIVARE AL KERATINOCITELORII.1O. PROCESE GENETICE KERATINOCITARE

11.10.1. Noliuni introductive1r.10.2. Structuri gi procese genetice la nivelul keratinocitelor

(muta[ia, dele[ialadilia, mutatia missens, transmitereapoligenicd, oncogene gi protooncogene) ...........

11.10.3. Cromozomii11.10.4. Telomeraza11.10.5. Transcriplia (factori de transcriplie: Nf-kb, ap-1, ap-2, hskn-1a,

foxn-1, famitia de proteine mad-1, slug-2, intedeukina 1) .......ll.1 0.6. Refacerea ADN .............ll.'10.7. Reglarea genetici a diferen$erii keratinocitelor.................

III. CELULA MERKEL

IV. CELULELELANGERHANS

V. CELULA ENDOTELIALA

157179179181

188193

198211222222224235239239246252257264289289291295298305

320334338

340350353

366

386

310310

374

VI. FIBROBLASTUL 397

Cuprins

VII. CELULELE T DENDRITICE EPIDERMICE

Vlll. MELANOCITELE .........;...........VIII.1. ASPECTE GENERA1E.............

Vlll.1.1. MorfologieVIIl.1.2. Melano2omii....................Vlll.1.3. Citoschelet 9i dendriteVlll.1.4. Dezvoltarea embrionari a melanocitelor .............Vlll. 1 .5. Nevomelanocitele...........

v|il.2. MELANOCTTELE 9t V|TAMINA D3 ................VIII.3. ADEZIUNEA MELANOCITELOR ..........

Vlll.3.'l . Molecule de adeziune (cadherine; integrine; selectine;superfamilia de imunoglobuline)

Vlll.3.2. Joncfiuni celulare fionc[iunile gap 9i tight)v1il.4. clToKrNE $r FAcToRr DE CRE$TERE................

Vlll.4.1. Hormonul stimulator al melanocitelor............V 111.4.2. EndotelineleVlll.4.3. Citokine (GM-CSF; PFGF; Lif: SCF; HGF; lL-6) ................Vlll.4.4. Chemokine (lL-8; factorul MGSA: RANTES; lL-10)..........Vlll.4.5. Citokine diverseVlll.4.6. Melanocitele in sistemele neuroendocrine cutanate....

vllr.5. RECEPTOR!MELANOCrAR!.......... .

VIII.6. MELANOGENEZAVlll.6.1. MelaninaVlll.6.2. Melanozomii ....................Vlll.6.3. Reglarea melanogenezei .................Vlll.6.4. Proprietili gi funcfii ale me1aninei.................

VIII.7. PROCESE GENETICE MELANOC]TAREVlll.7.1. Aspecte generaleVlll.7.2. Tulburiri genetice ale procesului de pigmentare.........Vlll.7.3. Afecliuni datorate sciderii numirului de melanocite

vitiligoVlll.7.4. Tulburiri genetice in cursul proliferirii tumorale a

melanocitelor ...................VIll.7.5. Factori de transcriplie ................Vlll.7.6. lnstabilitatea genetici

411

415415416417419420422425427

427435440440442443445446448452459460463465466471471471

476

477484488

PRIVIRE GENERALA ASUPRA PIELII

r.l. MEMBRANA CETUTARA $t INVELI$UL CUTANAT

Existenla 9i funclionarea sistemelor biologice - ca sisteme pa(ialdeschise - a necesitat aparilia unei structuri capabile si separe eficientsistemul biologic de mediul extern, sd permitd schimburi selective dingi inspre mediu celular gi sd se poatd autoregenera.

La nivelul organismelor unicelulare 9i al celulelor din organismelepluricelulare acest rol este indeplinit de membrana celulard saumembrana plasmaticS. Ca structurd, se consideri cd marea majoritatea membranelor biologice au o organizare asemdndtoare fiind formatedin lipide gi proteine in care lipidele sunt organizate sub forma unuibistrat fosfolipidic, iar proteinele - fie cd sunt proteine transmembranare,proteine legate prin lipide, sau proteine periferice - contribuie larealizarea structurii membranei plasmatice.

Evolulia organismelor unicelulare spre organisme pluricelulare,trec6nd prin faza coloniilor pluricelulare, a necesitat o specializareaccentuatd a celulelor gi o diviziune a funcliilor lor, pdstrdndu-se insdo anumitd plurivalenld de dezvoltare la nivelul codului genetic alfiecdruigrup de celule specializate. Apar, astfel, la mamiferele inferioare gi laom, unele tipuri de lesuturi (respectiv celule) cu aceeagi structurd 9ifunclie ca lesutul epitelial, lesutul conjunctiv, lesutul muscular sausAngele.

Jesutul epitelial este format din celule la care existd o bundlegdturd intre celule cu substan!5 intercelulard redusS. Acest lesutformeazd o serie de structuri care acoperd in intregime suprafa{acorpului, dar cdptugegte 9i cavitatea gi conductele organelor interne.Celulele lesutului epitelial s-au specializat la r6ndul lor, realiz6nd ofunclie anume: funclia de proteclie gi acoperire a corpului realizate deepiteliul tegumentar (pielea); funclia de absorblie (celulele carecdptugesc intestinul sublire) 9i funcliile de secretie (celule glandulare).

Existenla unui organism pluricelular superior, cu numeroaselesuturi gi structuri supraspecializate care funclioneazd ca un sistem

biologic complex, necesitd aparilia unei structuri specializate complexe,

Oar t6t cu aceleagi caracteristici: separarea eficientd de mediul extern,

schimb selectiv de substanle 9i energie cu mediul. structura trebuie

sd 1e autoregenerabilS gi sd indeplineasci 9i alte funclii legate de

activitSlile complexe ale acestui tip de sistem'

EpiteliuldeacoperiresimplunuputeaindepliniaceastSfuncliecomplex6.Astfel,peparcursulevolulieiapareUnnouorgan_pielea- sau tegumentul, cu o structurd adecvatS unei funclionalitali complexe

adaptatJ unor noi cerinle ?n cadrul unui sistem biologic complex'-uncliile

principale ale acestei noi structuri de proteclie care necesitd

,n ,.hi*b selectiv cu mediul 9i autoregenerare (pe care le presupunea

membrana unui organism unitelular) Junt in mare aceleagi, dar modul

derealizareestecomplex,specializat,giadecvatunorcerinlesuperioare.

ca structurS de organ, pielea pdstreazd matricea de bistratalitate'

dar cele doud straturi su-nt foimate din doud lesuturi distincte: epidermul

gidermul(lesutconjunctiv),separateprintr-omembrandbazald'LaianOrt seu,'in cadrul fiecdrui lesut, existd celule cu funclii diferite care

contribuie direct sau indirect ia realizarea funcliilor pielii' Mai mult' au

aparut structuri derivate din piele (foliculul pilos, glande) care, de

asemenea, contribuie la realizarea funcliilor pielii'

Vertebratele - ?n totalitate - prezinia aceastd structurd binard a

organului de Tnvelig, respectiv prezintd un strat extern pluristratificat

denumit epiderm, trr" ," poate reinnoi permanent plecAnd de la

celulele bazale, strat care prezinti o serie de modificiri metabolice

care ii permit s5 acumuleze keratind, devenind aproape impenetrabil

pentru api 9i un strat intern, respectiv dermul 9i hipodermul' format

din lesut conlunctiv despd(it de epiderm prin membrana bazalS' O

exceplie o constituie epidermul animalului marin Amphioxus, component

al planctonului, care prezint6 notocord in loc de coloand vertebrali' La

amphioxus epidermul este format dintr-un singur strat de celule

epidermale, atagat de o membrani bazald subiacenti formatS din

doua straturi de colagen intre care se gdsegte o zond.gelatinoasa [2]'

Trecerea verte6ratelor la viala terestrd a dus la aparilia unor

structuri anexe ale pielii, cum ar fi glandele, pirul' unghiile' unele cu

origine epidermalS sau mai rar cu origine mixt5'

Mamiferelegi-audezvoltattegumentulcareac6gtigatinflexibilitate, a devenit mai impenetrabil, fiind mai adaptat deplasdrii

terestre. De asemenea, tegumentul mamiferelor a preluat atribulii

Privire generald asupra pielii

importante in termoreglare gi in funclie de senzor pentru transmitereade semnale spre scoa(a cerebrald prin intermediul unor structuri maimult sau mai pu{in specializate [1, 3].

Tegumentul la om este similar cu cel de la gorild 9i cimpanzeu.Cea mai importantd diferenld este cdderea pdrului de pe toatd suprafalacorporalS cu excepfia scalpului, a axilei 9i zonei genitale. Cddereapdrului, progresivd cu vdrsta la bdrbafi, intdlnita in zona scalpului, seintdlnegte sub diverse forme gi la cimpanzei gi la gorile. La om glandeleapocrine dispar de pe suprafafa corpului cu exceptia axilei, areolei, giperineului. Uneori se mai Tnt6lnesc sub formd vestigialS. in schimb,glandele ecrine se int6lnesc pe toatd suprafata corpului [1, 3].

Tendinla la nuditate, prin absenla pdrului la om de pe cea maimare suprafa{d a corpului, a fost diferit interpretatd, gene16ndnumeroase controverse. Se consideri cd Australopitecus prezintd unpdr lung pe tot corpul, omul de Neanderthal prezintd pdr pe piept,zonele genitale gi mai pulin la nivelul membrelor 9i al scalpului, in timpce omul de Cro-Magnon ar fi avut tot corpul acoperit cu par [1].

S-au exprimat o serie de opinii care au cdutat sd explice cddereap6rului de pe corp la omul modern, dintre acestea citdm: seleclienaturald, schimbarea metabolismului, mersul biped cu modificareaexpunerii la soare, cregterea rezistenlei la ectoparazili, cregterea roluluipielii in semnalizare, cregterea capacitdlii termoreglatorii etc. P6nd inprezent, nu s-au adus argumente certe pentru vreuna din ipoteze [1,2, 47.

I.2. STRUCIURA PIELII

Cunogtinlele despre structura pielii s-au accentuat, urmAnd caleaclasicd a acumuldrii de cunogtinle de la aspectele histologice p6n6 lanoliuni de biologie moleculard cutanatd, acumul6nd pe parcurscunogtinlele de biochimie, imunologie, fiziologie gi biofizicd cutanatS.Pe baza acestor cunogtinle se poate considera in prezent cd pieleaeste un organ complex, format din mai multe tipuri de celule 9icomponente extracelulare, grupate in mai multe straturi: epiderm, dermgi hipoderm gi care tormeazd o serie de structuri derivate, denumiteanexele pielii (foliculul pilos, unghiile gi glande ecrine gi apocrine) [3].straturile pielii sunt bine individualizate: in cazul epidermului gi dermuluiau origine embrionard diferitd, cu functionalitate diferitd, gi sunt

'19

20 Patologia moleculard a pielii. Celule

delimitate de o structurd bine individualizatd, denumitd membrandbazald.

in cazul dermului gi hipodermului nu existd o structurd dedemarcalie intre ele, limita fiind greu de identificat, fiind apreciatd cuaproximafie pe preparatele histologice prin schimbarea imaginiihistologice. Degi cu funclii gi structuri diferite, cum este cazulepldermului gi dermului, sau asemdndtoare, cum este cazul dermuluigi hipodermului, straturile pielii sunt interdependente Tntre ele, realiz6ndo unitate funclionald. Astfel, fiecare regiune a pielii sau strat al pieliieste integrat cu lesutul sau stratul subiacent pentru modularea funcliei9i structurii sale, la nivel celular sau molecular de organizare [3]. Degiexistd o str6nsd interdependenfd intre straturile pielii, atdt din punct devedere structural cAt gi funclional, prezentdm pe scurt straturile pieliiintr-o ordine clasicd: epiderm, derm, hipoderm.

1.2.1, Epidermul

Epidermul reprezintd stratul exterior al pielii in contact direct cumediul extern. Ca structurd, epidermul este un epiteliu stratificat,continuu autoregenerativ ce se diferenliazi progresiv de la membranabazald pe care se sprijind, cdtre structurile superficiale. Termenul deepiteliu a fost dat de Ruysch in secolul XVlll-lea, desemnAnd un lesutcare cregte deasupra altuilesut. Apa(in6nd lesutului epitelial, epidermulprezintd caracteristicile principale ale acestui tip de lesut fundamental:celule strdns legate intre ele, in contact direct 9i substanla fundamentalSredusd [5]. La aceste doud caracteristici se adaugd in cazul epidermuluicapacitatea de a forma keratina, ca substanli protectoare, fiind deciun epiteliu keratinizat.

Din punctul de vedere al celularitdlii, epidermul este format dinmai multe tipuri de celule cu origini embrionare diferite. Keratinocitele,melanocitele, celulele Langerhans, celulele Merkel, la care se adaugiin mod tranzitoriu gi in mare mdsurd accidental limfocitele sau altecelule sanguine. Principalele celule care formeazd epidermul suntkeratinocitele care constituie 90-95% din celulele epidermului.Keratinociiele au o dinamicd proprie, dar care sb intdlnegte gi la alteepitelii pluristratificate, respectiv migrarea de la stratul bazal spreexterior. Aceastd migrare este asociatd cu o diferenliere de tip terminal,pe baza unui adevdrat program de diferenliere. Datoritd acestei

Privire generala asupra pielii

diferenlieri progresive, keratinocitele vor forma mai multe straturi decelule cu diferen!ieri asemenetoare mai mult sau mai pu{ini ndividualizate. Straturile epidermul u i vor desem na atAt caracteristicileindividuale ale keratinocitelor, c6t gi pozilia gi stadiul de diferenliere alacestor celule. Astfel au fost individualizate urmdtoarele straturi: stratulbazal, stratul spinos, stratul granulos gi stratul cornos.

Procesul de diferenliere terminald a keratinocitelor este cuplatcu procesul de producere gi acumulare de keratind, ceea ce face casfArgitul procesului de keratinizare si coincidd cu terminarea diferenlieriigi moartea celulei, dar cu persistenla keratinei care formeazd primabarierd de proteclie a organismului. Practic se poate considera unsingur proces de diferenliere terminald sau keratinizare. Prindescuamare o parte din stratul de keratind este indepdrtat, iar stratulde keratind este menlinut constant prin formarea de noi cantitdli dekeratind. Procesul de diferenliere terminald gi de keratinizare este unproces controlat genetic, dar care poate fi perturbat in diverse faze dediferenliere gi keratinizare, de evenimente rnetabolice, morfologice saude cauze diverse, inclusiv de agen{i externi. Perturbarea acestui procesconstituie cauza principald sau asociatd a numeroase boli cutanate.

Procesul de kbratinizare a celulelor epidermului presupune oserie de modificdri morfologice 9i metabolice care apar progresiv imediatdupd mitozd. Cele mai importante sunt:

- pierderea capacitdlii de proliferare;- cregterea in dimensiuni;- aparilia de noi organite, reorganizarea celor existente gi eventual

pierderea altor organite;- schimbdri metabolice centrate pe sinteza de noi molecule de

proteine gi lipide;- schimbarea (alterarea) proprietalilor membranelor citoplas-

matice, membranei celuiare, precum gi a receptorilor;- degradarea organitelor celulare gi in special fragmentarea

cromatinei nucleare intr-un mod asemdndtor apoptozei;- deshidratarea [1, 9].Procesul de diferenliere terminalS sau keratinizare este un proces

complex, nu o simplS acumulare pasivd de keratinS, proces carecuprinde keratinocitul in totalitate, dar gi structurile de adeziune celulardsau lipidele intercelulare. Apar in final celulele cornoase anucleatecare protejeazd de mediul extern celulele viabile din straturile subiacenteale epidermului gi odatd cu acestea ?ntregul organism [3].

21