Aula 02 Intr. Pato Morte Celular 2016 Farmácia

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MORTE CELULAR
Roger Frigério Castilho 
Depto. Patologia Clínica / FCM
E-mail: roger@fcm.unicamp.br
Classificação da Morte Celular*
 Apoptose 
 Necrose 
 Morte Celular Autofágica 
 …outros (cornificação, mitose catastrófica, …)( )
*Baseada sobretudo em critérios morfológicos 
(Nomenclature Committee on Cell Death 2009)
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Morte Celular Programada
Exemplos:p
 Embriogênese 
 Renovação de células epiteliais e hematopoiéticas 
 Desenvolvimento do Sistema Nervoso Central Desenvolvimento do Sistema Nervoso Central 
Exemplos de Morte Celular Programada
Alberts et al, 2002.
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Morte Celular Programada pode ser realizada 
através de: 
 APOPTOSE
 MORTE CELULAR AUTOFÁGICA 
 CORNIFICAÇÃO, ... 
 Atenção: Apoptose e Morte Celular Autofágica também
ocorrem não relacionadas à Morte Celular Programada. 
Definição de Necrose e Apoptose
Necrose: “... which must be violent and lead to rapid incapacitation 
of major functions and to collapse of internal homeostasis ”of major functions and to collapse of internal homeostasis. 
Apoptose/Morte Celular Programada: “... which appears to play a
complementary but opposite role to mitosis in the regulation of animal 
cell populations its morphological features suggests that it is an active, 
inherently programmed phenomenon which can be initiated or inhibited 
by a variety of environmental stimuli, both physiological and pathological.”
(Kerr, Wyllie e Currie - Br. J. Cancer 26: 239, 1972)
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Necrose Apoptosex
Necrose
Alterações mitocondriais
Cariólise
Ruptura da membrana
normal inchamento inchamento desintegração
Estrutura mitocondrial 
preservada
Membranas intactas
Apoptose
Picnose
normal condensação fragmentação corpos apoptóticos
Alterações nucleares Corpos apoptóticos
Apoptose
 células de um Linfoma agressivo
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Apoptose
 células epiteliais mamárias humanas em cultura
Apoptose
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Necrose
 Miocárdio normal  Miocárdio após infarto
Necrose
 Miocárdio após infarto
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Necrose
 Condensação central da cromatina 
(picnose), seguida de desaparecimento 
tardio do núcleo (cariólise) 
Apoptose
 Condensação da cromatina na 
periferia do núcleo, compactação em 
massas uniformemente densas 
Cli i t l l d DNA  Clivagem aleatória do DNA
 Perda da integridade das 
organelas
 Perda da integridade da 
membrana
 Clivagem internucleossomal do DNA
 Fragmentação do núcleo e da célula
(formação de corpos apoptóticos) 
 Aparente manutenção da integridade 
das organelas
 Extravasamento do 
conteúdo citoplasmático
 Inflamação exudativa
 Manutenção da integridade da 
membrana 
 Fagocitose silenciosa 
 Participação de caspases e ATP
Vias Intracelulares da Apoptose
Proteínas da 
Família Bcl-2
 Pro-apoptóticas
Bax, Bak, Puma
Mello e Castilho, 2013
Proteínas da 
Família Bcl-2
 Anti-apoptóticas
Bcl-2, Bcl-xL
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Vias Intracelulares da Apoptose
Lesão em 
DNA
Proteínas da 
Família Bcl-2
 Pro-apoptóticas
Bax, Bak, Puma
Mello e Castilho, 2013
Proteínas da 
Família Bcl-2
 Anti-apoptóticas
Bcl-2, Bcl-xL
Hector et al.
Expressão da proteína APAF-1
no prognóstico de indivíduos com 
câncer de colon no estadio III.
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Morte Celular Autofágica
 Autofagia de partes do citoplasma 
 Desencadeada por estresses como privação crônica de 
nutrientes e fatores tróficos 
http://www.imgenex.com
Morte Celular Autofágica
 Resposta adaptativa a agentes estressores
 Autofagia pode inibir o desencadeamento da morte celular
ou levar à morte celular autofágica
www.biochemsoctrans.org
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Autofagia em fibroblasto submetido a privação de nutrientes 
m: mitocôndria
e: retículo endoplasmático 
: autofagossomo
Nat. Cell Biol. 12: 823 (2010) 
500 nm
APOPTOSE x MORTE CELULAR AUTOFÁGICA x NECROSE
Diferenças e Semelhanças
APOPTOSE MORTE CELULAR AUTOFÁGICA NECROSE 
 Morte ativa (suicídio) Morte ativa (suicídio) Morte passiva (homicídio) 
 Clivagem internucleosso-
mal do DNA
 Fragmentação do núcleo e
da célula
 Manutenção da integridade
das organelas
 Manutenção da integridade
 Desencadeada por privação 
de nutrientes
 Sequestro de partes do cito-
plasma por vacúolos de mem-
brana dupla (as vezes múltiplas) 
 Fusão dos autofagossomas 
com lisosomas, endosomas ou 
l t d G l i lib
 Cariólise 
 Clivagem aleatória do DNA
 Perda da integridade 
das organelas
 Perda da integridade 
da membrana plasmática 
 Extravasamento do conteú-
da membrana plasmática
 Exposição de fosfatidilserina
 Participãção de caspases
 Fagocitose silenciosa
 Dependente de energia
elemetos do Golgi com libera-
ção de hidrolases ácidas 
 Não há ativação de caspases
 Não há liberação de citocromo c
 Dependente de energia 
 Fagocitose silenciosa 
do citoplasmático
 Inflamação 
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O que define uma célula como morta?
 Perda da integridade da membrana plasmática; 
 Fragmentação da célula e do núcleo com formação 
de corpos apoptóticos; e/ou
 Engolfamento da célula (ou de seus fragmentos) por 
células adjacentes.
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Perda da Homeostase Intracelular de Ca2+
e Estresse Oxidativo
 Processos intimamente envolvidos no 
desencadeamento da morte celular
(apoptose/necrose) em situações patológicas
( i i / f ã d t id )(p.ex.: isquemia/reperfusão de tecidos). 
[Ca2+] < 0,1 M[Ca2+] = 1,3 mM Ca
2+
IP
Receptor
Homeostase Intracelular de Cálcio e Morte Celular
citosolextracelular
[Na+] = 5-15 mM
[K+] = 140 mM
[Na+] = 145 mM
[K+] = 5 mM
2 K+
Na+ K+ ATPase
Na+
Trocador
Na+/Ca2+
Ca2+
Ca2+-ATPase
ATP
ADP P
Ca2+
ADP
IP3
Ca2+ +
ATPCa2+
H+
-
++
+ + +- -
- -
-
+
R.E.
3 Na+
Na , K -ATPase
Ca2+
VDCC+ + + +
- - - -
ADP + PiCa2+
Ca2+
Na+
H
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Exemplos da participação de Ca2+ na sinalização intracelular
 Secreção de insulina por células beta pancreáticas
 Liberação do neurotransmissor glutamato
 Regula atividade de enzimas mitocondriais envolvidas na 
produção de ATP 
Exemplo da participação de Ca2+ na sinalização intracelular
Schematic excitatory synapse. When action potentials mediated by voltage-gated sodium and potassium 
channels invade the presynaptic terminal, voltage-gated calcium channels are activated. Ca2+ entering through 
the channels stimulates glutamate release from synaptic vesicles. (Rogawski, Epilepsy Curr 11: 56; 2011).
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Normal Após   Ca2+ citosólico
Apoptose Necrose
Morte Celular – Como o Ca2+ citosólico pode aumentar ? 
 Aumento da entrada de Ca2+ (lesão da membrana plasmática, 
ativação excessiva de canais de Ca2+, …)
 Falha no efluxo celular de Ca2+ em condições de privação 
energética. 
 Liberação excessiva de Ca2+ do retículo endoplasmático Liberação excessiva de Ca2+ do retículo endoplasmático
(estresse do retículo por acúmulo de proteínas mal 
enoveladas) 
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Homeostase Intracelular de Cálcio e Morte Celular
 Ca2+ citosólico
sinalização intracelular
“controlado, transitório
e localizado”
“massivo, não-controlado, 
sustentado”
Ativação de:
proteases, 
endonucleases e
Grande acúmulo 
de Ca2+ por 
it ô d isinalização intracelular
fosfolipases
Morte celular (necrose, apoptose)
mitocôndrias
*
Grande acúmulo de Ca2+ pela mitocôndria
Transição de Permeabilidade Mitocondrial
*
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Modificações tempo-dependentes 
na estrutura mitocondrial associadas à 
Transição de Permeabilidade Mitocondrial e Morte Celular
Transição de Permeabilidade Mitocondrial
O que induz a Transição de Permeabilidade Mitocondrial:
Transição de Permeabilidade Mitocondrial e Morte Celular
 Altas concentrações citosólicas de Ca2+
 Grande aumento de Ca2+ intramitocondrial Estresse Oxidativo
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Transição de Permeabilidade Mitocondrial e Morte Celular
Formação de poros não-seletivos
na Membrana Mitocondrial Interna
Rompimento das Membranas 
Mitocondriais
(entra íons + H2O)
Transição de Permeabilidade Mitocondrial e Morte Celular
 Consequências:
  da produção de ATP p ç
 Inchamento Mitocondrial 
 Liberação de fatores mitocondriais 
pró-apoptóticos (p.ex.: citocromo c) 
 A Transição de Perm. Mitocondrial tem um importante papel na 
morte celular em situações de isquemia/reperfusão e hipoglicemia. 
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• Imunossupressor: inibição de calcineurina, 
uma proteína fosfatase
 Inibição da ativação de linfócitos T
Ciclosporina A
 Inibição da ativação de linfócitos T
Li ã i ibi ã d i l fili D it d i l• Ligação e inibição de ciclofilina D mitocondrial
 Inibição da abertura do poro de TPM
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Efeito da inibição da Transição de Permeabilidade
Mitocondrial no infarto agudo do miocárdio
ClinicalTrials.gov
“Cyclosporine and Prognosis in 
Acute Myocardial Infarction Patients”
 Condition: Acute Myocardial Infarction
 ~1000 patients
 Intervention: one single intravenous bolus injection 
of 2.5 mg/kg cyclosporin. 
 Estimated study completion date: February 2017
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Estresse Oxidativo e Morte Celular
 Formação de Espécies Reativas de Oxigênio:
O2 + elétron (e-) O2 H2O2
ONOO HO
Fe2+
Proteínas Lipídios DNA
NO
Proteínas Lipídios DNA
O2 = radical ânion superóxido
H2O2 = peróxido de hidrogênio
HO = radical hidroxila
ONOO = ânion peroxinitrito
NO = óxido nítrico
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Estresse Oxidativo e Morte Celular
 Fontes de Espécies Reativas de Oxigênio:
 Fontes Endógenas:  Cadeia respiratória mitocondrial
 Citocromo P450 do retículo endoplasmático
 NADPH oxidases intracelulares
(p.ex.: na fagocitose em macrófagos)
 Óxido nítrico sintases Óxido nítrico sintases
e outros sistemas ...
 Fontes Exógenas
Estresse Oxidativo e Morte Celular
 Antioxidantes:
 Superóxido dismutase (SOD) p ( )
 Catalase 
 Glutationa Peroxidase 
 Moléculas antioxidantes: 
vitamina E, vitamina C, -caroteno, glutationa, cisteina, , ,  , g , ,
coenzima Q10, resveratrol e outros. 
 outros ...
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Estresse Oxidativo e Morte Celular
Conceito de Estresse Oxidativo (Desbalanço Redox):
“Desbalanço entre a produção de Espécies Reativas de Oxigênio eDesbalanço entre a produção de Espécies Reativas de Oxigênio e
a capacidade fisiológica de Defesa Antioxidante”.
No Estresse Oxidativo haverá dano em moléculas, DNA, 
membranas e organelas, isso poderá resultar em Morte Celular. 
Estresse Oxidativo
Lesão em DNA
Peroxidação 
Lipídica
Oxidação 
de Proteínas
Mutações e
Oxidação de 
aminoácidos
Compromete:
estrutura,
Lesão de 
membranas 
Compromete:
permeabilidade, 
gradientes iônicos
Ativação de 
p53
Ativação 
de vias 
de apoptose
Mutações e
encurtamento
de telômeros
Alterações de 
divisão e função
celular 
função 
gradientes iônicos,
e função 
Morte Celular
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Possíveis Aplicações dos conhecimentos sobre Morte Celular
• Modular negativamente expressão de Bcl-2 (Bcl-2 antisense -
Oblimersen de sódio): Aumento da eficácia de alguns tratamentos
quimioterápicos. (Clin Cancer Res, 2009, 15: 1126-32)
• Inibição da Transição de Permeabilidade Mitocondrial:
Reduz lesão cerebral e cardíaca em situações de 
isquemia/reperfusão. (N Engl J Med, 2008, 359: 473-81)
• Inibidores de Caspases: Transplante de células e órgãos;
isquemia/reperfusão. (Am J Transplant, 2007, 7: 218-25;
Transplantation, 2012, 94: 30-5)
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Suplementar
Proteínas da Família Bcl-2
Bcl-2, Bcl-xL
BAX, BAK
BID, BAD, PUMA