Apoptose: Morte Celular Programada

Prévia do material em texto

MORTE CELULAR 
(APOPTOSE)
Prof. Dr. Cleber Machado de Souza
Introdução 
Célula normal 
(homeostasia)
Adaptação 
celular Lesão celular
Morte celular
Estímulo 
nocivo
Estímulo 
não-nocivo
Incapacidade
para se adaptar
Morte celularNecrose 
celular
Introdução 
A morte celular “programada”
tem por característica básica:
A eliminação de células de um 
tecido em formação ou maduro
Sem alterar a sua ontogênese, 
cito-arquitetura e função...
Introdução 
A apoptose é a “via”
de morte celular que 
é induzida por...
Programa intracelular 
altamente regulado
Histórico da 
apoptose...
Apoptose_histórico
Em 1858 fez a descrição...
Da existência de mais de um tipo 
de histológico de morte celular
(Patologista Virchow)
Um deles foi chamado 
de “necrobiose”
Apoptose_histórico
Em 1964, foi proposto o termo...
Para designar um tipo de 
morte celular que ocorre 
de forma não acidental
(Lockshin & Williams)
"morte celular programada”
Apoptose_histórico
Em 1972, sugeriram o 
termo apoptose para 
indicar morte celular...
(John Kerr & James Cormac)
Apoptose: do grego
Decadência, cair... 
Principais 
eventos na 
apoptose
Eventos na apoptose 
A morte celular por 
apoptose é responsável 
por numerosos eventos
Fisiológicos e patológicos
A apoptose 
em eventos 
fisiológicos
Apoptose em eventos fisiológicos
A morte celular por apoptose é um 
processo normal que elimina células 
que não são mais necessárias...
A destruição programada de células 
durante a embriogênese
A involução dependente de hormônios 
nos organismos adultos
A eliminação celular em populações 
celulares em proliferação, por 
exemplo na cripta intestinal
A eliminação de células que já
cumpriram o seu propósito, por 
exemplo as hemácias
Apoptose em eventos fisiológicos
A apoptose 
em eventos 
patológicos
Apoptose em eventos patológicos
A morte produzida por vários estímulos 
nocivos, por exemplo radiação
A morte celular em certas doenças
viróticas, por exemplo hepatite viral
Alterações na 
apoptose...
Existem alterações marcantes
durante o processo de apoptose
Bioquímicas
Alterações na apoptose
Morfológicas
Células em apoptose apresentam 
vários aspectos distintos de 
alterações bioquímicas...
Que funcionam como a base
Alterações bioquímicas na apoptose
Para as alterações morfológicas
Ocorre a hidrólise de proteínas
Degradação de proteínas
Com a ativação de enzimas 
da família das proteases
Essa degradação é a base 
das alterações morfológicas
As proteases ativam DNAses
Decomposição do DNA
O DNA é quebrado em 
pedaços de 50 a 300kb
Com a apoptose a mitocôndria 
lesada libera citocromo c
Essa saída reflete na produção 
deficiente de ATP...
Queda de potencial de membrana
Falha nas bombas...
Queda do potencial de membrana
Queda de potencial de membrana
Reconhecimento fagocitário
Alterações bioquímicas permitem...
Reconhecimento fagocitário
Eliminando a célula sem 
afetar o tecido circundante
Reconhecimento precoce
pela célula fagocitária
Fosfatidil-serina
Fosfolipídeo: fosfatidil-serina
Reconhecimento fagocitário
Foram esses eventos que 
originalmente ajudaram 
na caracterização do 
processo de apoptose
Alterações morfológicas na apoptose
Retração da célula
- Pela desorganização dos 
componentes do citoesqueleto
Alterações morfológicas na apoptose
- Perda da aderência com a 
matriz extracelular e as
células vizinhas
Alterações morfológicas na apoptose
Retração da célula
Alterações morfológicas na apoptose
- Células com
tamanho menor
- Ajuda o citoplasma a 
ficar denso
Organelas celulares
- Exceção às mitocôndrias
(podem mostrar ruptura da ME)
Alterações morfológicas na apoptose
- Inicialmente mantêm a sua morfologia
Alterações morfológicas na apoptose
Organelas celulares
- Núcleo fica mais denso
- A cromatina sofre condensação e 
marginalização
- A membrana nuclear nesta fase 
ainda está intacta
- Membrana nuclear passa a formar 
protuberâncias (blebs)
- O núcleo desintegra-se em fragmentos
contidos pela membrana nuclear
Alterações morfológicas na apoptose
Organelas celulares
Alterações morfológicas na apoptose
Membrana citoplasmática
- Que ao aumentarem de número e 
tamanho acabam rompendo-se
- Originando estruturas que contêm 
todo o conteúdo celular
Corpos apoptóticos
- Forma vários prolongamentos
Alterações morfológicas na apoptose
Corpos apoptóticos
- atraem os macrófagos
- fagocitose e reciclagem
A estrutura da membrana está
Alterações morfológicas na apoptose
modificada e atrai células 
fagocíticas...
Sem a presença de 
processo inflamatório
Ao final do processo...
Alterações morfológicas na apoptose
Estudos iniciais 
na apoptose
A base genética dos estudos 
sobre a apoptose iniciou-se 
com experimentos envolvendo
Caenorhabditis
elegans
(C. elegans)
Estudos em apoptose
Estudos em apoptose
Desenvolvimento do C. elegans
Tempo
131 de 1091
Descobriu-se que a “morte 
fisiológica” destas células 
Era controlada por 3 genes da 
família ced (cell death abnormal)
Estudos em apoptose
ced-3, ced-4 e ced-9
Esses três genes, e seus 
produtos protéicos são...
Estudos em apoptose
E homólogos em mamíferos
Filogeneticamente conservados
ced-3 possui homologia com ICE
(interleukin-1 converting enzyme)
Posteriormente....
Estudos em apoptose
ICE
Foi rebatizada de CASPASE-1
Ca
sp
as
es
Cisteína
(sítio catalítico)
Proteínas-alvo 
(resíduos de aspartato
ou ácido aspártico)
Estudos em apoptose
A apoptose é
mediada por 
uma cascata 
proteolítica
A maquinaria intracelular 
responsável pela apoptose é
similar em todas as células 
Depende da família de proteases
Cascata proteolítica
Caspases
As caspases são produzidas
como precursores inativos
Cascata proteolítica
Chamados de 
procaspases
Cascata proteolítica
A molécula de uma 
procaspase é dividida:
Subunidade grande
Subunidade pequena
Pró-domínios CARD 
(domínio efetor de morte)
caspase recruitment domain
Cascata proteolítica
Procaspases � Caspases
As subunidades são 
reagrupadas em 
heterodímeros... 
Cascata proteolítica
Com 4 unidades
(tetrâmeros)
Caspases (ativas)
Cascata proteolítica
Caspases
ativas
Caspases
ativas
Procaspases � Caspases
Algumas das procaspases
que operam na apoptose 
agem no início da cascata
Cascata proteolítica
Procaspases iniciadoras
Procaspases iniciadoras
quando ativadas fazem...
Cascata proteolítica
Procaspases executoras
Clivagem e ativam 
outras procaspases...
Cascata proteolítica
Procaspases
iniciadoras
(inativas)
Caspases
iniciadoras
(ativas) 
Procaspases
executoras
(inativas)
Caspases
executoras
(ativas) 
Apoptose
Caspases
ativas
Tipos de caspases
Caspases iniciadoras: 2, 8, 9 e 10
Caspases executoras: 3, 6 e 7
Cascata proteolítica
Caspases
(proteases)
Cascata proteolítica
Substratos 
específicos
Cascata proteolítica
Vias de ativação 
da apoptose
Existem vias de sinalização 
que podem ativar a cascata de 
caspases levando a apoptose
Vias de ativação da apoptose
Pela via extrínseca (outras células)
Pela via intrínseca (mitocondrial)
Via extrínseca
Via extrínseca
Caspases
executoras
Caspases
iniciadoras
Procaspases
iniciadoras
Procaspases
executoras
Regulador
Via extrínseca
Diversas proteínas de sinalização 
extracelular ligam-se à receptores 
localizados na superfície celular
Disparando a via 
extrínseca da apoptose
Via extrínsecaEssa via é iniciada pela ativação
de receptores de membrana...
Via extrínseca
Essa via é iniciada pela ativação
de receptores de membrana...
Que são membros da família 
de receptores do fator de 
necrose tumoral (TNFR)
Receptores de morte
Receptores de morte
Os mais conhecidos no 
processo de apoptose...
Receptores de TNF tipo 1 (TNFR1)
Receptores de Fas (FasR=CD95)
Para realizarem o processo de 
sinalização intracelular....
Complexo protéico trimérico
Receptores de morte
Os receptores (TNFR) devem 
estar organizados em um... 
Receptores de morte
Dom. extracelulares
Dom. intracelulares 
(Death Domain)
Complexo protéico trimérico
Receptores de morte
Domínio de morte é a região 
citoplasmática do receptor...
São capazes de promover
a interação entre proteínas 
localizadas no citoplasma
Receptores de morte
Proteínas adaptadoras
Via extrínseca
�Macrófagos
� Linfócitos citotóxico (matador)
TNF
Células envolvidas nessa via:
Ligante Fas (FasL ou CD95L)
Via extrínseca
São proteínas
transmembrana
triméricas
(homotrímero) 
Receptores
de morte
Via extrínseca
Os domínios 
externos dos 
receptores 
de morte
Recebem os...
Ligantes
externos
Receptor de 
morte Fas
Via extrínseca
Recrutam...
Proteínas 
adaptadoras
Os domínios 
internos dos 
receptores 
de morte
Receptor de 
morte Fas
Domínio de morte
Proteínas 
adaptadoras
Via extrínseca
Domínio efetor 
de morte
FADD
(FADD)
Receptor de 
morte Fas
Via extrínseca
As proteínas 
adaptadoras 
irão atrair as... 
Procaspases
iniciadoras
procaspase-8, 
procaspase-10
(FADD)
Receptor de 
morte Fas
Via extrínseca
Proteínas 
adaptadoras Proteína 
Adaptadora
(FADD)
Procaspase
iniciadora
Complexo de 
sinalização 
indutor de morte*
+ 
Procaspases
iniciadoras
* DISC (Death-inducing signaling complex)
Via extrínseca
Proteína 
Adaptadora
(FADD)
Procaspase
iniciadora
Caspases
ativas
Essa estrutura
(DISC) induz a 
clivagem de 
procaspases...
Via extrínseca
O complexo 
DISC induz a 
clivagem...
Procaspases
iniciadoras
Procaspases
iniciadoras
Caspases
iniciadoras
Caspases
iniciadoras
DISC
Via extrínseca
Caspases
iniciadoras
Procaspases
executoras
Caspases
executoras
Procaspases
executoras
Caspases
iniciadoras
Caspases
executoras
Via extrínseca
Caspases
executoras
Indução da 
apoptose 
Via extrínseca
-> Linfócitos citotóxico
Ligante Fas
Via extrínseca
FasL + FasR
Atraindo a proteína 
adaptadora FADD
Via extrínseca induzida por TNF
Apoptose
-> Linfócitos citotóxico
Ligante Fas
-> Macrófagos
TNF
Via extrínseca induzida por TNF
Inflamação
Apoptose
FADD ou TRAF
A ligação de TNF 
ao seu TNFR-1
Atrai a proteína 
adaptadora: TRADD
(TRADD)
Macrófago
TNF
Receptor de TNF
(Robbins, 33)
Via extrínseca induzida por TNF
(FADD)
(TRAF)
Podendo atrair 
tanto...
+
FADD
TNF + TNFR-1
TRADD
(TRADD)
Macrófago
TNF
(Robbins, 33)
(FADD)
Procaspase
Receptor de TNF
Via extrínseca induzida por TNF
Apoptose
+
TRAF
TNF + TNFR-1
TRADD
(TRADD)
Macrófago
TNF
(Robbins, 33)
(FADD)
Receptor de TNF
Via extrínseca induzida por TNF
Inflamação
TNF pode atuar como yin & yang
Depender do tipo da proteína 
adaptadora que é atraída após 
a ligação de TRADD...
TRADD-FADD � morte (apoptose)
TRADD-TRAF-NF-κB �sobreviver
Então...
Via extrínseca induzida por TNF
FADD
TRAF
TNF + TNFR-1
TRADD
(TRADD)
Macrófago
TNF
(Robbins, 33)
(FADD)
(TRAF)
-> Apoptose
-> Inflamação
Receptor de TNF
Via extrínseca induzida por TNF
(TRADD)
Macrófago
TNF
Receptor de TNF
(Robbins, 33)
(FADD)
(TRAF)
Via extrínseca induzida por TNF Via extrínseca
Caspases
executoras
Caspases
iniciadoras
Procaspases
iniciadoras
Procaspases
executoras
Regulador
Ligante
+
Receptor
+
Adaptador
Caspases
executorasCaspases
8 e/ou 10
(iniciadoras)
Procaspases
executoras
Proaspases
8 e/ou 10
(iniciadoras)
Vias de ativação 
da apoptose
Existem vias de sinalização 
que podem ativar a cascata de 
caspases levando a apoptose
Vias de ativação da apoptose
Pela via extrínseca (extra-celular)
Pela via intrínseca (mitocondrial)
Via intrínseca
As células podem ativar os 
programas de apoptose
a partir do seu interior...
Via intrínseca
Haverá a liberação de moléculas 
pró-apoptóticas no citoplasma
Sem a participação dos 
receptores de morte
Via intrínseca
Falta de fatores tróficos
Uma série de alterações 
ambientais, tais como...
Agentes lesivos do DNA
Mitocôndrias
Via intrínseca
Mitocôndrias ativam essa via...
Proteínas mitocondriais 
Que residem no espaço 
intermembranas...
Liberando no citoplasma...
Via intrínseca Via intrínseca
Uma proteína crucial liberada 
da mitocôndria nessa via é o...
Citocromo c
Um componente da cadeia 
transportadora de elétrons
Via intrínseca Via intrínseca
O citocromo c
no citossol...
Apaf1
(Apoptosis activating factor-1)
Será ligado a 
uma proteína 
adaptadora Domínio 
CARD
Via intrínseca
O citocromo c
ligado a Apaf1
Apoptossomo
“Provoca” a 
oligomerização
Formando um 
heptâmero
Via intrínseca
Procaspases
iniciadoras (no 9)
As proteínas
Apaf1 (ativas) 
no apoptossomo
recrutam...
Via intrínseca
Que são ativadas em 
caspases iniciadoras (9)
Esse “complexo”
fornece condições
para modificar
as procaspases
iniciadoras (9)
Caspases
ativas
Via intrínseca
Caspases-9 
(ativadas)
Procaspases
executoras
Apoptose
Caspases
executoras
Via intrínseca
Caspases
ativas
A via intrínseca 
é regulada pelas 
proteínas da 
família Bcl2
Via intrínseca e a família Bcl2
Essa via é firmemente 
regulada para assegurar
que as células “morram”
apenas quando apropriado 
Via intrínseca e a família Bcl2
Família Bcl2...
(B-cell lymphoma 2)
Formam a principal classe 
de proteínas reguladoras 
intracelulares da apoptose
Via intrínseca e a família Bcl2
Essas proteínas possuem 
domínios de ligação...
Permitem a formação de 
diferentes agrupamentos
Família Bcl2...
Via intrínseca e a família Bcl2
Quatro (4) domínios de 
homologia de ligação (BH)
Variação em BH: subfamílias
Família Bcl2...
Via intrínseca e a família Bcl2
O balanço entre as atividades pró
e anti apoptótica desses grupos
Determina se células devem 
viver ou morrer pela via 
intrínseca da apoptose
Via intrínseca e a família Bcl2
Sub-
famílias
Repressoras 
(anti-apoptóticas)
Promotoras 
(pró-apoptóticas)
Bcl-2 Bcl-2; Bcl-XL
BH123 Bak; Bax
BH3-
apenas
Puma; Noxa; 
Bad; Bid; Bim
Subfamília BH123 Subfamília BH123
A proteína Bak está ligada
firmemente à membrana 
mitocondrial externa
A proteína Bax está localizada
no citoplasma da célula
Subfamília BH123
Subfamília BH123
Bak e Bax podem formar 
oligômeros e assim permitir a 
saída de moléculas do espaço 
intermembranas da mitocôndria
Ativando assim a via 
intrínseca da apoptose
Subfamília BH123 Subfamília BH123
Caspases
ativas
Subfamília BH123
Apaf-1
citocromo c
Bak
Estímulo 
apoptótico
Subfamília BH123
Apoptose
Sub-
famílias
Repressoras 
(anti-apoptóticas)
Promotoras 
(pró-apoptóticas)
Bcl-2 Bcl-2; Bcl-XL
BH123 Bak; Bax
BH3-
apenas
Puma; Noxa; 
Bad; Bid; Bim
Subfamília Bcl2
Asproteínas Bcl-2 e Bcl-XL
estão ligadas na superfície 
citossólica da membrana 
mitocondrial externa
Além de serem encontradas no 
citossol, no retículo e núcleo
Subfamília Bcl2Subfamília Bcl2
A via intrínseca da apoptose 
está constantemente inibida
Pelas proteínas Bcl2 e Bcl-XL
Elas podem ligar-se Bax/Bak
Subfamília Bcl2
E assim impedir o importante 
processo de oligomerização
Subfamília Bcl2
Apaf-1
citocromo c
Apoptose
Bcl-2B
ak
Subfamília Bcl2
Sub-
famílias
Repressoras 
(anti-apoptóticas)
Promotoras 
(pró-apoptóticas)
Bcl-2 Bcl-2; Bcl-XL
BH123 Bak; Bax
BH3-
apenas
Puma; Noxa; 
Bad; Bid; Bim
Subfamília BH3-apenas
As proteínas da subfamília 
BH3-apenas (Puma, Noxa, Bid)
perfazem a maior classe...
Subfamília BH3-apenas
A célula tanto as produz
quanto as ativa em resposta 
a um estímulo apoptótico
Elas são conhecidas por 
promoverem a apoptose
Principalmente por efetuarem 
a inibição das proteínas anti-
apoptóticas (Bcl2 e Bcl-XL) 
Subfamília BH3-apenas
Seus domínios BH3 ligam-se 
a uma fenda hidrofóbica nas 
proteínas anti-apoptóticas...
Inativando a Bcl2 e Bcl-XL
Subfamília BH3-apenas Subfamília BH3-apenas
Caspases
ativas
Subfamília BH3-apenas
A via apoptótica extrínseca
recruta a via intrínseca
Para amplificar a cascata de 
caspases e melhora a potência 
em matar a célula-alvo...
Subfamília BH3-apenas
A proteína Bid é a responsável
pela conexão das duas vias
Subfamília BH3-apenas
Sinal + receptor de morte Ativa a via extrínseca 
Caspase iniciadora-8 Cliva a Bid � tBid
tBid � mitocôndria Inibe a Bcl2
Estimula a agregação de BH123Libera citocromo c
Exemplos de 
apoptose
A exposição de células à
radiação ou a agentes 
quimioterápicos...
Faz a indução da apoptose
Apoptose mediada por dano ao DNA
Danifica o material genético
Apoptose mediada por dano ao DNA
Apoptose
Em resposta ao DNA danificado
A proteína p53 se acumula... 
E sem condições de reparo
Apoptose mediada por dano ao DNA
Proteínas BH3-apenas (Puma e Noxa)
A proteína p53 se acumula... 
Ativando a transcrição de genes 
pró-apoptóticos específicos... 
Apoptose mediada por dano ao DNA
(Alberts, 1123)
Apoptose mediada por dano ao DNA
Proteína Apaf-1 e Bax/Bak
Além da proteína BH3-apenas
A p53 também acaba ativando a 
transcrição de outros genes
Apoptose mediada por dano ao DNA
(Robbins, 33)
A apoptose na 
prática clínica
Apoptose na prática clínica
A morte celular programada
é alvo para um potencial
uso terapêutico...
Apoptose na prática clínica
A estratégia de utilizar 
a apoptose se baseia:
Induzir a morte nas 
células tumorais
Apoptose na prática clínica
* Bloquear genes/proteínas da família 
Bcl-2 (anti-apoptótica)
Indução da apoptose 
nas células tumorais
** Estímular genes/proteínas das famílias 
BH3-apenas ou BH123 (pró-apoptótica)
*sondas genéticas ou **moléculas recombinantes
Apoptose na prática clínica
A simples redução na 
atividade de Bcl-2
É suficiente para induzir 
a célula a entrar no 
processo de apoptose
APOPTOSE
Prof. Dr. Cleber Machado de Souza
Fatores de 
sobrevivência
Os sinais extracelulares
regulam muitas atividades...
Inclusive a apoptose
Fatores de sobrevivência
Esse controle tem como 
objetivo “o bem maior 
do organismo”
Fatores de sobrevivência
Algumas moléculas sinalizadoras
Fatores de sobrevivência
Podem estimulam o processo da 
apoptose e outras podem inibir
Moléculas sinalizadoras que 
estimulam a apoptose
Fatores de sobrevivência
FasL + FasR
Bone morphogenetic proteins
Hormônio da tireóide (girino)
Via extrínseca
FasL + FasR
Fatores de sobrevivência
Bone morphogenetic proteins
Fatores de sobrevivência
Hormônio da tireóide (girino)
Fatores de sobrevivência
Muitas células requerem 
sinalização contínua de 
outras células...
Para evitar assim o 
processo de apoptose
São ligados a receptores 
da superfície celular
Ativando as vias de sinalização 
intracelular que mantêm o
programa de morte reprimido 
Fatores de sobrevivência
Fazem esse controle pela 
estimulação da síntese de 
membros da família Bcl-2
Fatores de sobrevivência
Aumentam as anti-apoptóticas (Bcl-2)
Inibem as pró-apoptóticas (Bad)
Fatores de sobrevivência