Apoptose (prof)

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Apoptose
“Morte Celular Programada” 
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Apoptose
Origem grega – sig. queda de folhas e/ou pétalas de plantas
Funções
remoção de células 
que não são mais necessárias
que estão em excesso (neurônios durante o desenvolvimento)
infectadas por vírus 
transformadas (câncer)
com danos ao seu material genético
organização do desenvolvimento embrionário e homeostase de tecidos
	(controla quantidade e desenvolvimento celular) 
ativação de um mecanismo de suicídio celular morfologicamente diferente do processo de necrose. 
Ocorre em todos organismos multicelulares
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Apoptose e Desenvolvimento 
Muitas estruturas são perdidas durante o desenvolvimento
desenvolvimento embrionário inicial de vertebrados 
	formação de túbulos pró-nefríticos que dão origem aos rins de peixes e anfíbios, que são perdidos em mamíferos.
desenvolvimento do aparelho reprodutor em humanos
	a estrutura que dá origem ao útero (duto de Müllerian) é perdida no homem, enquanto que a estrutura que dá origem ao órgãos reprodutores masculinos (duto de Wolffian) é perdida na mulher. 
desenvolvimento de sapos e rãs
	perda da cauda do girino para gerar energia para o desenvolvimento de órgãos e membros.
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Histórico
1858: R. Virchow descreveu as mudanças progressivas que ocorrem nos tecidos logo após a morte e foi o primeiro a descrever dois tipos diferentes de morte celular → necrobiose.
1951: A. Glucksmann foi o primeiro a observar morte celular durante o desenvolvimento embrionário.
1972: J. Kerr, A. Wyllie e A.R. Currie: idéia de que a morte celular programada consiste de um processo ordenado. Foram os primeiros a se dar conta das implicações do processo de morte celular programada em biologia celular e em doenças. surgimento do termo apoptose (James Cormack – prof. de língua grega). 
1976: J. Sulston e H. Horvitz deram início aos estudos genéticos da apoptose utilizando o nemátoda Caernohabditis elegans como modelo. Demonstraram que aproximadamente 13% das células somáticas no embrião deste organismo morrem logo depois de seu aparecimento. 
1986: H. Robert Horvitz identificou os dois primeiros genes relacionados à apoptose, Ced-3 e Ced-4, respectivamente Apaf-1 e caspase-3 em mamíferos.
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Histórico
 Prêmio Nobel de Medicina, 2002: por suas descobertas relativas à “regulação genética do desenvolvimento de órgãos e da morte celular programada” 
Sydney Brenner 
The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA 
H. Robert Horvitz 
Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA 
John E. Sulston 
The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom 
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Visão Geral da Apoptose
1ª fase - Indução (via receptor ou danos ao DNA)
2ª fase - Resposta intracelular (sinalização celular) 
3ª fase - Fase efetora (alterações morfológicas e bioquímicas) 
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Apoptose x Necrose
Apoptose
 Processo ativo
 Murchamento da célula
 Condensação da cromatina
 Clivagem internucleossômica do DNA 	(fragmentos de 180 kDa)
 Alterações mitocondriais, queda do potencial transmembrânico
 Membrana plasmática intacta
fagocitose dos restos celulares 
	(corpos apoptóticos)
ausência de resposta inflamatória 
Necrose
 Processo passivo 
 Inchamento da célula
 Clivagem aleatória do DNA
 Ruptura da membrana plasmática 
 resposta inflamatória 
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Necrose
Apoptose
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Indutores de Apoptose
Mediados por receptores
CD95L/FasL, TNF
Agentes químicos
Estaurosporina, etoposídeo, curcumina
Agentes que causam danos ao DNA
Radiação ionizante, radiação UV, quimioterápicos contra câncer 
Outros: retirada de fatores de crescimento, perforina/granzima B, espécies reativas de oxigênio (EROs)…
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Controle do processo de apoptose
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Papel da proteína p53 em apoptose
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Papel da proteína p53 em apoptose
p53, através dos pontos de checagem de danos ao DNA, induz a parada do ciclo celular para reparo do DNA lesado. 
Isto se dá pela estabilização de p53 que tem seus níveis dramaticamente aumentados após danos ao DNA. 
Se os danos ao DNA são muito extensos e os mecanismos de reparo não podem revertê-los, p53 sinaliza para indução de apoptose.
ativação transcripcional de proteínas envolvidas em apoptose, como Bax, Fas, Killer/DR5 e APAF-1 (fator de ativação de protease apoptótica), entre outros. 
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Proteases expressas como precursores inativas (pro-caspases) que são ativadas por clivagem auto-catalítica ou por outras proteases.
Clivam proteínas após resíduos de ácido aspártico.
Atuam em cascata, ou seja, uma caspase, após ativada, ativa outras.
Dividem-se em caspases iniciadoras (caspases 8 e 9), e efetoras (caspase, 3, 6 e 7)
Principais proteínas efetoras na apoptose: caspases
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Proteínas alvo de degradação por caspases
complexos ciclinas-Cdk  parada do ciclo celular.
lâminas nucleares
	 desestruturação da membrana nuclear.
actina 
invaginações da membrana. 
ICAD (inibidor da nuclease CAD)
	DNAse ativada por caspase
		fragmentação do DNA.
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Proteínas que regulam a apoptose
Família Bcl-2: proteínas citosólicas ou localizadas na membrana mitocondrial. Dividem-se em pró-apoptóticas (Bax, Bad, Bid…) e anti-apoptóticas (Bcl-2, Bcl-XL…). 
IAPs: inibidores de apoptose que impedem a ativação ou inativam caspases.
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Vias extrínseca e intrínseca para a indução de apoptose
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Apoptose e Doenças - Câncer
O câncer resulta de um processo desordenado de proliferação celular. É o resultado de mutações em oncogenes ou genes supressores de tumor que resultam num descontrole no ciclo celular ou na indução de apoptose nestas células. 
O gene supressor de tumor p53 se encontra mutado em mais da metade dos tumores humanos. Mutações neste gene podem impedir o processo de reparo de mutações no DNA, além de comprometer o processo de apoptose. 
Alguns tipos de câncer podem apresentar níveis aumentados de proteínas anti-apoptóticas como Bcl-2. 
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Apoptose e Doenças - Autoimunidade
Doenças autoimunes são devidas a falhas no sistema imune que fazem com que células do próprio organismo sejam reconhecidas como estranhas e sejam destruídas por desencadeamento de apoptose.
Diabetes dependente de insulina (diabetes tipo I)
É uma doença crônica, caracterizada pela deficiência devida à destruição das células b do pâncreas, responsáveis pela produção de insulina. 
A destruição das células produtoras de insulina deve-se à uma série de fatores como indução de apoptose por linfócitos T citotóxicos. 
Lupus eritomatoso sistêmico
Doença crônica multisistêmica. As principais manifestações clínicas são erupções na pele, artrite e comprometimento renal. Podem ocorrer também complicações pulmonares e do sistema nervoso central. Autoanticorpos contra DNA dupla-fita e anticorpos contra ribonucleoproteínas e histonas são encontrados no sangue de indivíduos afetados. 
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Apoptose e Doenças - Doenças Neurodegenerativas
Alzheimer, Parkinson e Esclerose Lateral Amiotrófica (ALS)
Uma série de indícios implicam o processo de apoptose como responsável pela perda de neurônios característica destas doenças.
Na ALS, mutações no gene da enzima superóxido dismutase estão associadas com a perda da capacidade de detoxificação de espécies reativas de oxigênio, por parte dos neurônios motores, com conseqüente aumento da susceptibilidade à apoptose. 
Esclerose Múltipla
Um processo inflamatório crônico que causa perda de mielina destruição das células produtoras de mielina (oligodendrócitos) no sistema nervoso central, com conseqüente perda de função neuronal. 
Um dos mecanismos envolvidos é a apoptose dos oligondrócitos mediada por linfócitos T citotóxicos, astrócitos e macrófagos. 
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Modulação de apoptose no tratamento de doenças
Uma série de estratégias estão em estudo para a utilização terapêutica da indução de apoptose no tratamento de doenças.
Terapia gênica com p53  reativação do controle do ciclo celulare indução de apoptose em tumores com p53 mutante.
Quimioterápicos contra o câncer atuam induzindo apoptose nas células tumorais por danos ao DNA.
Além disso, a ativação de receptores de morte celular ou a ativação direta de caspases, têm sido estudadas em culturas de células e em animais com o intuito de induzir apoptose em células tumorais.
Por outro lado, a inibição de caspases é uma estratégia promissora em doenças autominunes.
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Indução de apoptose no tratamento da obesidade
Kolonin e cols. Nature Medicine, 2004. 
Indução de apoptose dirigida para a vasculatura do tecido adiposo branco em camundongos obesos resultou em rápida perda de peso sem efeitos colaterais aparentes. Os camundongos perderam 30 % do peso em 4 semanas de injeções diárias de um peptídeo que induz apoptose nestes vasos sangüíneos. 
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Parte do Simpósio: RESPOSTAS CELULARES A LESÕES EM DNA Coordenador: Menck
1-Radio-resistência e reparação de DNA em Deinococus radiodurans Carlos Eduardo Bonacossa de Almeida - Instituto de Radioproteção e Dosimetria/CNEN, Rio de Janeiro, RJ
2- Meu
3-Expressão gênica diferencial analisada por cDNA arrays em células de mamíferos, em resposta à radiação ionizante Elza Tiemi Sakamoto Hojo - Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto/USP, Ribeirão Preto, SP 4-Uma reflexão sobre as bases moleculares da anemia de Fanconi Januário Bispo Cabral Neto - Instituto de Biofísica/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ 
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Metazoa
\Met`a*zo"a\, n. pl. [NL., fr. Gr. ? after + ? an animal.] (Zo["o]l.) Those animals in which the protoplasmic mass, constituting the egg, is converted into a multitude of cells, which are metamorphosed into the tissues of the body. A central cavity is commonly developed, and the cells around it are at first arranged in two layers, -- the ectoderm and endoderm. The group comprises nearly all animals except the Protozoa. A subdivision of the animal kingdom that includes all multicellular animal organisms having cells that are differentiated and form tissues and organs. 
Protozoa
: a phylum or subkingdom of chiefly motile protists (as amebas, trypanosomes, sporozoans, and paramecia) that consist of a protoplasmic body either naked or enclosed in an outer covering, that have holophytic, saprophytic, or holozoic modes of nourishment, that reproduce asexually by nuclear division usually with a more or less modified mitosis associated with cytoplasmic binary fission or with multiple fission or budding or often sexually by various means, that have the life cycle simple (as in an ameba) or extremely complex (as in many sporozoans), that are represented in almost every kind of habitat, and that include pathogenic parasites of humans and domestic animals —compare METAZOA 1 
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Estaurosporina: Inibidor de proteina quinase
Etoposídeo: inibidor de topoisomerase II
Curcumina: induction of apoptosis through generation of reactive oxygen species
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Estaurosporina: Inibidor de proteina quinase
Etoposídeo: inibidor de topoisomerase II
Curcumina: induction of apoptosis through generation of reactive oxygen species
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PATHWAY DESCRIPTION:
Apoptosis, or programmed cell death, is a regulated physiological process leading to cell death characterized by cell shrinkage, membrane blebbing and DNA fragmentation. Caspases, a family of cysteine proteases, are central regulators of apoptosis. Initiator caspases (including 8, 9, 10 and 12) are closely coupled to pro-apototic signals. Once activated, these caspases cleave and activate downstream effector caspases (including 3, 6 and 7) which in turn cleave cytoskeletal and nuclear proteins and induce apoptosis. Cytochrome C released from mitochondria is coupled to the activation of caspase 9, a key initiator caspase. Pro-apoptotic stimuli include the FasL, TNF, DNA damage and ER stress. Fas and the TNFR activate caspases 8 and 10; DNA damage leads to the activation of caspase 9; and ER stress leads to the calcium-mediated activation of caspase 12. Anti-apoptotic ligands including growth factors and cytokines activate AKT and p90RSK, which inhibit Bad and prevent cytochrome C release. TNFR can also stimulate an anti-apoptotic pathway by inducing IAP, which directly inhibits caspases 3, 7 and 9. 
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Lamin A: Lamins are nuclear membrane structural components that are important in maintaining normal cell functions such as cell cycle control, DNA replication and chromatin organization. Lamin A is cleaved by caspase-6 and serves as a marker for caspase-6 activation. During apoptosis, the 70 kDa lamin A is specifically cleaved to a large (40-45 kDa) and a small (28 kDa) fragment. The cleavage of lamins
results in nuclear disregulation and cell death.
Actin: Cytoskeletal proteins are found in highly organized arrays within the cytoplasm of higher eukaryotic cells. These proteins are intimately involved in functions such as cell and intracellular organelle movement, maintenance of cell shape and endocytosis. The cytoskeleton of most
eukaryotic cells is comprised of at least three fibrous systems each with accessory proteins: the microfilaments, composed of actin; the microfibrils, composed of tubulin; and the intermediate filaments composed of vimentin.
Gas-2: Growth arrest-specific protein 2 is a cytoskeletal protein component of the microfilament system. Gas2 colocalizes with actin fibers at the cell border and along the stress fibers in growth-arrested mouse fibroblasts. 
Fodrin: In non erythroid cells, a spectrin like protein has been identified as fodrin and found to contain two subunits (alpha subunit of 240 kDa MW and a beta subunit of 235 kDa MW). Immunological and biochemical analyses indicate that non-erythroid fodrin and erythrocyte spectrin share a large amount of sequence homology. Fodrin is believed to be involved in stabilizing membrane structures, maintaining cell shape and linking the cytoskeleton to plasma membranes or intracellular vesicles. In particular, fodrin is known to mediate the association of actin filaments with the plasma membrane. Fodrin has also been shown to interact closely with a receptor associated tyrosine phosphatase (e.g. leukocyte common antigen CD45) during lymphocyte activation. Most recently, fodrin has been found to be a substrate for tyrosine kinases. Together, these data suggest that fodrin is involved in signal transduction during cell activation.