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MORTE CELULAR Apoptose e Necrose APOPTOSE Apoptose, ou morte celular programada, é um processo essencial para a manutenção do desenvolvimento dos seres vivos, sendo importante para eliminar células supérfluas ou defeituosas. Durante a apoptose, a célula sofre alterações morfológicas características desse tipo de morte celular. Tais alterações incluem a retração da célula, perda de aderência com a matriz extracelular e células vizinhas, condensação da cromatina, fragmentação internucleossômica do DNA e formação dos corpos apoptóticos. Muitas são as moléculas envolvidas no controle das vias de ativação da apoptose, dentre estas, as proteínas antiapoptóticas e pró-apoptóticas, além das caspases. Esse fenômeno biológico, além de desempenhar um papel importante no controle de diversos processos vitais, está associado a inúmeras doenças, como o câncer. A compreensão dos mecanismos apoptóticos permitiu o desenvolvimento de novas estratégias no tratamento do câncer. Tais estratégias são embasadas na indução da morte nas células tumorais e em uma maior resposta aos tratamentos com radiação e agentes citotóxicos. INTRODUÇÃO O desenvolvimento e a manutenção dos organismos multicelulares dependem de uma interação entre as células que o constituem. No desenvolvimento embrionário, muitas células produzidas em excesso são levadas à morte, contribuindo para a formação dos órgãos e tecidos. Durante muito tempo, a morte celular foi considerada um processo passivo de caráter degenerativo, que ocorre em situações de lesão celular, infecção e ausência de fatores de crescimento. Como consequência, a célula altera a integridade da membrana plasmática, aumenta o seu volume e perde as suas funções metabólicas. Entretanto, nem todos os eventos de morte celular são processos passivos. Organismos multicelulares são capazes de induzir a morte celular programada como resposta a estímulos intracelulares ou extracelulares. Os processos de morte celular podem ser classificados de acordo com suas características morfológicas e bioquímicas em: apoptose, autofagia, necrose, mitose catastrófica e senescência. Alterações na coordenação desses tipos de morte celular estão implicadas na tumorigênese. Autofagia é um processo adaptativo conservado evolutivamente e controlado geneticamente. Ela ocorre em resposta a um estresse metabólico que resulta na degradação de componentes celulares. Durante a autofagia, porções do citoplasma são encapsuladas por membrana, originando estruturas denominadas autofagossomos. Estes irão se fusionar com os lisossomos. A seguir, o conteúdo dos autofagossomos será degradado pelas hidrolases lisossomais. A necrose é um tipo de morte na qual as células sofrem um insulto que resulta no aumento do volume celular, agregação da cromatina, desorganização do citoplasma, perda da integridade da membrana plasmática e consequente ruptura celular. Durante a necrose, o conteúdo celular é liberado, causando dano às células vizinhas e uma reação inflamatória no local. É considerada uma resposta passiva à injúria celular, entretanto estudos recentes sugerem que a necrose também pode ser regulada geneticamente. Assim como a necrose, a mitose catastrófica é um processo passivo; porém, alguns estudos sugerem que ela também pode apresentar uma regulação genética. A mitose catastrófica envolve uma mitose aberrante, resultando em uma segregação cromossômica errônea. Geralmente, não é considerada uma forma de morte, mas sim uma sinalização irreversível para a morte. A senes- cência é um processo metabólico ativo essen- cial para o envelheci- mento. Ocorre por meio de uma programação genética que envolve deterioração dos telômeros e ativação de genes supressores tumorais. As células que entram em senescência perdem a capacidade proliferativa após um determinado número de divisões celulares. Em 1964, foi proposto o termo "morte celular programada" para designar um tipo de morte celular que ocorre de forma não acidental. Em 1972, Kerr, Wyllie e Currie sugeriram o termo apoptose para indicar esse tipo de morte celular16. A apoptose ocorre nas mais diversas situações, como por exemplo, na organogênese e hematopoiese normal e patológica, na reposição fisiológica de certos tecidos maduros, na atrofia dos órgãos, na resposta inflamatória e na eliminação de células após dano celular por agentes genotóxicos. A apoptose pode ser reconhecida por características morfológicas muito marcantes e coordenadas (Figura 1). De um modo geral, a apoptose é um fenômeno bastante rápido: ocorre uma retração da célula que causa perda da aderência com a matriz extracelular e células vizinhas. As organelas celulares mantêm a sua morfologia, com exceção, em alguns casos, das mitocôndrias, que podem apresentar ruptura da membrana externa. A cromatina sofre condensação e se concentra junto à membrana nuclear, que se mantém intacta. A seguir, a membrana celular forma prolongamentos (blebs) e o núcleo se desintegra em fragmentos envoltos pela membrana nuclear. Os prolongamentos da membrana celular aumentam de número e tamanho e rompem, originando estruturas contendo o conteúdo celular. Estas porções celulares envoltas pela membrana celular são denominadas corpos apoptóticos. Os corpos apoptóticos são rapidamente fagocitados por macrófagos e removidos sem causar um processo inflamatório. (Figura 1). Outra característica muito marcante da morte por apoptose é a fragmentação internucleossômica do DNA, a qual possui um padrão característico. Uma endonuclease é ativada e produz fragmentos de DNA de tamanhos variáveis, mas sempre múltiplos de 200 pares de base. A demonstração de que a apoptose é um mecanismo inato de defesa antineoplásica e que vários agentes quimioterápicos agem através da indução desse tipo de morte celular levou a uma intensa investigação dos mecanismos moleculares da apoptose e sua aplicação no tratamento do câncer. CARACTERÍSTICAS MOLECULARES DA APOPTOSE Controle Genético da Apoptose A apoptose é um programa de morte celular extremamente regulado e de grande eficiência, que requer a interação de inúmeros fatores. As alterações morfológicas observadas são consequência de uma cascata de eventos moleculares e bioquímicos específicos e geneticamente regulados. Os estudos envolvendo a participação de genes no controle da apoptose iniciaram-se com o nematódio Caenorhabditis elegans (C. elegans). VIAS DE ATIVAÇÃO DA APOPTOSE Diversos são os fatores que podem desencadear a apoptose, entre eles: ligação de moléculas a receptores de membrana, agentes quimioterápicos, radiação ionizante, danos no DNA, choque térmico, deprivação de fatores de crescimento, baixa quantidade de nutrientes e níveis aumentados de espécies reativas do oxigênio3. A ativação da apoptose pode ser iniciada de duas diferentes maneiras: pela via extrínseca (citoplasmática) ou pela via intrínseca (mitocondrial). Via Extrínseca A via extrínseca é desencadeada pela ligação de ligantes específicos a um grupo de receptores de membrana da superfamília dos receptores de fatores de necrose tumoral (rTNF). Esta ligação é capaz de ativar a cascata das caspases (Figura 3). Todos os membros da família rTNF possuem um subdomínio extracelular rico em cisteína, o qual permite que eles reconheçam seus ligantes. Tal fato resulta na trimerização e consequente ativação dos receptores de morte específicos (Figura 3). A sinalização a seguir é mediada pela porção citoplasmática desses receptores que contém uma sequência de 65 aminoácidos chamada "domínio de morte" sendo, por isso, chamados de "receptores de morte celular”. Quando os receptores de morte celular reconhecem um ligante específico, os seus domínios de morte interagem com moléculas conhecidascomo FADD/ MORT- 1. Essas moléculas têm a capacidade de recrutarem a caspase-8 que irá ativar a caspase-3, executando a morte por apoptose. Via Intrínseca A via intrínseca é ativada por estresse intracelular ou extracelular como a deprivação de fatores de crescimento, danos no DNA, hipóxia ou ativação de oncogenes. Os sinais que são transduzidos em resposta a estes insultos convergem principalmente para a mitocôndria. Inúmeros estudos sobre apoptose apontam a mitocôndria como o principal mediador desse tipo de morte. Essa organela integra os estímulos de morte celular, induzindo a permeabilização mitocondrial e consequente liberação de moléculas pró-apoptóticas nela presentes. Apoptose e Câncer Embora o câncer exiba características muito heterogêneas, todos os tumores malignos adquiriram a propriedade de crescer além dos limites impostos às células normais. A expansão clonal de uma célula transformada depende de um descontrole da sua capacidade proliferativa e de uma crescente incapacidade de morrer por apoptose. Portanto, apesar da enorme variabilidade do câncer, evidências demonstram que a resistência à apoptose é uma das características mais marcantes da maioria dos tumores malignos. De fato, a análise do processo de tumorigênese revela que a capacidade de resistir à morte pode ser adquirida por diferentes mecanismos e acontecer em vários momentos do desenvolvimento tumoral. Entre estes, a resistência à morte por apoptose em células que escaparam do controle do crescimento e da diferenciação normais exercidos por fatores solúveis ou por contatos célula-célula ou célula-matriz extracelular até aquela induzida por lesões no DNA, por hipóxia ou por espécies reativas do oxigênio. A apoptose na prática clínica é alvo para um potencial uso terapêutico da morte celular programada ou para a compreensão dos mecanismos de resistência à radioterapia e à quimioterapia. A elucidação de alguns dos mecanismos moleculares da apoptose abriram perspectivas de modulação desses processos. As estratégias se baseiam em induzir a morte nas células tumorais através do bloqueio de genes com oligonucleotídeos antisense e drogas convencionais, ou ainda a substituição de função desses genes com o uso de moléculas recombinantes. Diversos estudos clínicos e pré-clínicos com drogas que têm por alvo membros da família Bcl-2 estão em andamento. A redução na atividade do Bcl-2 e Bcl-XL é suficiente para induzir a célula a entrar em apoptose. Resultados de diferentes estudos indicam que a survivina é um fator celular envolvido na quimiorresistência e radiorresistência em tumores humanos, sugerindo que a inibição dessa proteína pode levar a uma sensibilização aos tratamentos contra o câncer. Neste sentido, foi demonstrado, em estudos in vitro e in vivo, que a inibição da expressão da survivina induziu a apoptose, reduziu o crescimento do tumor e sensibilizou o tumor à quimioterapia. CONSIDERAÇÕES FINAIS A maioria dos tecidos sofre um constante processo de renovação celular graças ao equilíbrio entre proliferação e morte das células, caracterizada por um processo ativo de alterações morfológicas e bioquímicas, a apoptose. A apoptose é também um mecanismo de defesa, que é ativado sempre que ocorre uma invasão por agentes patogênicos, ou ainda quando o DNA for lesado. A compreensão dos mecanismos e das alterações nos componentes das vias apoptóticas e sua correlação com a ocorrência do câncer são importantes para o desenvolvimento de novas terapias e métodos de prevenção do câncer. Resumindo e compreendendo Apoptose é um fenômeno de morte celular programada, reconhecida morfologicamente como um fenômeno distinto de morte há mais de 30 anos por Kerr, Wyllie e Durrie (1972), que ocorre individualmente, sendo que a morte de uma célula não leva à morte de outras células. A morte celular por apoptose participa de várias situações fisiológicas tais como o colapso endometrial durante a menstruação, a deleção de células nas criptas intestinais e na embriogênese. Assim, é um mecanismo rigidamente controlado por expressões genéticas decorrentes da interação célula e meio externo, levando à produção de várias moléculas com atividades específicas que resultam em alterações celulares funcionais expressas morfologicamente por condensação e fragmentação cromatínica e formação de protuberâncias na superfície celular. Este processo de morte celular possui um papel essencial na manutenção da homeostase tecidual e é importante em certas condições patológicas, incluindo o câncer. Após o reconhecimento do processo apoptótico como um mecanismo celular fundamental, a biologia da apoptose continuou a ser investigada avaliando-se as alterações morfológicas e bioquímicas características, a natureza das vias intracelulares, a complexa biologia molecular de genes e elementos efetores, a sua relação no desenvolvimento embrionário, o seu papel na homeostase celular e o seu envolvimento na patogênese de várias doenças, tais como doenças auto imunes, infecções parasitárias, doenças neurodegenerativas, lesões isquêmicas e o câncer. Com o surgimento de novos conhecimentos na biologia do câncer e, consequentemente, na indução química da apoptose, os tratamentos tornam-se mais eficazes, pois terapias utilizando drogas anti-tumorais convencionais são pouco seletivas e efetivas. NECROSE Necrose é o tipo de morte celular que está associado à perda da integridade da membrana e extravasamento dos conteúdos celulares, culminando na dissolução das células, resultante da ação degradativa de enzimas nas células lesadas letalmente. Os conteúdos celulares que escapam sempre iniciam uma reação local do hospedeiro, conhecida como inflamação, no intuito de eliminar as células mortas e iniciar o processo de reparo subsequente (Capítulo 2). As enzimas responsáveis pela digestão da célula são derivadas dos lisossomos das próprias células que estão morrendo ou dos lisossomos dos leucócitos que são recrutados como parte da reação inflamatória às células mortas. A necrose de um conjunto de células em um tecido ou órgão, por exemplo, na isquemia miocárdica, resulta em morte de todo o tecido e, algumas vezes, do órgão inteiro. Existem vários padrões morfológicos distintos de necrose tecidual, os quais podem fornecer pistas sobre a causa básica. Embora os termos que descrevem esses padrões não reflitam os mecanismos básicos, são de uso comum e suas implicações são compreendidas por clínicos e patologistas. A maioria desses tipos de necrose possui aparência macroscópica distinta; a necrose fibrinoide é detectada apenas por exame histológico. MORFOLOGIA A necrose é caracterizada por alterações no citoplasma e no núcleo das células lesadas. Alterações citoplasmáticas. As células necróticas exibem aumento da eosinofilia (isto é, coloração rósea do corante eosina) atribuível em parte às proteínas citoplasmáticas desnaturadas que se ligam à eosina e, em parte, à perda do RNA citoplasmático, perdendo a basofilia (basofilia refere-se à coloração azul do corante hematoxilina, o “H” no “H&E”). A célula pode ter aparência homogênea mais vítrea do que as células viáveis, principalmente por causa da perda de partículas de glicogênio. As figuras de mielina são mais evidentes nas células necróticas do que nas células com lesão reversível. Quando as enzimas já digeriram as organelas citoplasmáticas, o citoplasma se torna vacuolado e parece “roído por traças”. À microscopia eletrônica, as células necróticas caracterizam-se pela descontinuidade das membranas das organelas e das membranas plasmáticas, pela dilatação acentuada das mitocôndrias com a presençade grandes densidades amorfas, pelo rompimento dos lisossomos e figuras de mielina intracitoplasmáticas. Alterações nucleares. As alterações nucleares assumem um dos três padrões, todos devidos à degradação da cromatina e do DNA. A basofilia da cromatina pode esmaecer (cariólise), provavelmente devido à atividade da desoxirribonuclease (DNase). Um segundo padrão é a picnose, caracterizada pela retração nuclear e aumento da basofilia; o DNA se condensa em uma massa sólida e encolhida. No terceiro padrão, a cariorrexe, o núcleo picnótico sofre fragmentação. Dentro de 1-2 dias, o núcleo da célula morta desaparece totalmente. A microscopia eletrônica mostra profundas alterações nucleares que culminam na dissolução do núcleo. Destino das células necróticas. As células necróticas podem persistir por algum tempo ou ser digeridas por enzimas e desaparecer. As células mortas são substituídas por figuras de mielina que são fagocitadas por outras células ou, mais tarde, degradadas em ácidos graxos. Esses ácidos graxos se ligam a sais de cálcio, resultando em células mortas calcificadas. O extravasamento de proteínas intracelulares através da membrana celular rompida e, por fim, para a circulação fornece meios de detectar a necrose tecido-específica, usando-se amostras de sangue ou de soro. Por exemplo, o músculo cardíaco contém uma isoforma única da enzima creatina cinase e da proteína contrátil troponina, enquanto o epitélio do ducto hepático biliar contém uma isoforma, resistente à temperatura, da enzima fosfatase alcalina, e os hepatócitos contêm transaminases. A lesão irreversível e a morte celular nesses tecidos são caracterizadas por níveis séricos aumentados dessas proteínas, e as medidas desses níveis séricos são usadas clinicamente para diagnosticar o dano a esses tecidos. EM RESUMO: Alterações Morfológicas nas Células Lesadas Lesão celular reversível: tumefação celular, alteração gordurosa, bolhas na membrana plasmática e perda das microvilosidades, tumefação das mitocôndrias, dilatação do RE, eosinofilia (devida à diminuição do RNA citoplasmático). Necrose: aumento da eosinofilia; retração, fragmentação e dissolução nuclear; rompimento da membrana plasmática e das membranas das organelas; abundantes figuras de mielina; extravasamento e digestão enzimática dos conteúdos celulares. Padrões de necrose tecidual: sob diferentes condições, a necrose tecidual assume padrões específicos: de coagulação, liquefativa, gangrenosa, caseosa, gordurosa e fibrinoide. Mecanismos da Lesão Celular Depleção de ATP: falha das funções dependentes de energia → lesão reversível → necrose. Lesão mitocondrial: depleção de ATP → falha nas funções celulares dependentes de energia → finalmente, necrose; sob algumas condições, extravasamento de proteínas que causam apoptose. Influxo de cálcio: ativação de enzimas que danificam os componentes celulares e podem também disparar a apoptose. Acúmulo de espécies reativas do oxigênio: modificação covalente de proteínas celulares, lipídios, ácidos nucleicos. Aumento da permeabilidade das membranas celulares: pode afetar a membrana plasmática, membranas lisossômicas, membranas mitocondriais; tipicamente culmina em necrose. Acúmulo de DNA danificado e proteínas mal dobradas: dispara a apoptose. Resumindo – APOPTOSE Mecanismo regulado de morte celular, que elimina células indesejadas e células lesadas de modo irreparável, com reação mínima do hospedeiro. Caracterizada por degradação enzimática de proteínas e DNA, iniciada pelas caspases; reconhecimento e remoção das células mortas pelos fagócitos. Iniciada por duas vias principais: A via mitocondrial (intrínseca) é iniciada pela perda dos sinais de sobrevivência, lesão de DNA e acúmulo de proteínas mal dobradas (estresse do RE); associada ao extravasamento de proteínas pró-apoptóticas da membrana mitocondrial para o citoplasma, onde inicia a ativação das caspases; inibida por membros antiapoptóticos da família Bcl, os quais são induzidos por sinais de sobrevivência, incluindo os fatores de crescimento. Via do receptor de morte (extrínseca) é responsável pela eliminação de linfócitos autorreativos e lesão por linfócitos T citotóxicos; é iniciada pela participação dos receptores de morte (membros da família do receptor de TNF) pelos ligantes nas células adjacentes. Exercício 1. O que é o processo Saúde/doença? 2. Defina o estado de homeostasia e o que este contribui no processo saúde doença. 3. Diferencie os processos de adaptação celular: Hipertrofia, Hiperplasia, Atrofia e Metaplasia. 4. (CASO) Um homem de meia idade, 54 anos, trabalhador rural, queixava-se já há algum tempo de dores de cabeça. Numa certa manhã, ao levantar-se da cama, começou a vomitar e queixou-se de fortes dores no peito. Sua esposa e sua filha o levaram ao hospital, ao Pronto Atendimento, onde chegou inconsciente. Durante o atendimento de emergência o paciente sofreu duas paradas cardiorrespiratórias, foi reanimado e encaminhado para o setor de unidade intensiva devido ao seu estado grave. No exame físico foi sugerido infarto do miocárdio e acidente vascular encefálico. Foram colhidas amostras de sangue para dosagem de creatina quinase e outras enzimas que são indicadoras de lesão celular. Posteriormente o paciente foi avaliado pelo neurologista e cardiologista, que informaram a família de que ele havia entrado em estado de coma. Realizou-se o exame de imagem ressonância magnética e foi diagnosticada lesão cerebral devido ao infarto agudo do miocárdio e às duas paradas cardiorrespiratórias. Depois de quatro semanas o paciente já havia saído do estado de coma e voltado ao seu estado de consciência, porém com sequelas significativas. Recebeu alta hospitalar e iniciou acompanhamento médico e fisioterapêutico periodicamente. Na consulta com o neurologista, a esposa relatou que o paciente era fumante há 36 anos, que fazia ingestão de bebida alcoólica todos os dias e que era hipertenso, porém não tomava o medicamento diariamente, como recomendado pelo médico. Na avaliação fisioterapêutica foi observada sequela de hemiplegia à direita, associada à perda da sensibilidade, da fala (afasia) e da visão. Encontra-se acamado, em processo de reabilitação. Qual a relação das informações dadas pela esposa ao médico com o estado patológico do paciente? Qual adaptação celular teria acontecido e qual a correlação da descrição feita pela esposa com o quadro clínico do paciente infartado e com AVE? 5. O que é o processo de necrose e apoptose. Diferencie estes dois processos e caracterize-os. 6. Quando a morte celular é ativa ou passiva? 7. Entre os principais fatores etiológicos de lesão celular destaca-se a hipoxemia. Qual das alternativas descreve este processo? A) Trauma mecânico do tecido. B) Choque elétrico no tecido. C) Redução do fluxo sanguíneo no tecido. D) Queimadura do tecido. E) Apoptose no tecido. Justifique: 8. Assinale a alternativa correta na definição da patologia que apresenta o acúmulo de triglicerídeos no interior da célula. A) Acidente vascular encefálico hemorrágico. B) Anemia. C) Diverticulite. D) Esteatose. E) Hemorragia. Fale sobre este processo. Quais os órgãos que ele atinge? E nestes órgãos quais estruturas? 9. Assinale a alternativa correta na definição de lesão celular irreversível. A) Dano temporário da célula. B) Lesão que leva à morte celular. C) Lesão que leva à hipotrofia. D) Lesão que leva à hiperplasia celular. E) Lesão que leva à metaplasia celular. Exemplifique. 10. No caso sugerido ao lado, o paciente sofreu um infarto agudo do miocárdio, o que gerou uma área de necrose celular no tecido. Qual o tipo de necrosedesenvolvido? Quais as características deste tipo de necrose? 11. Qual das alternativas descreve o processo de necrose por liquefação? A) Forma do tecido é mantida íntegra por alguns dias, com textura firme devido à desnaturação das enzimas, retardando a proteólise do tecido morto. B) Digestão imediata das células mortas por enzimas digestivas, o que resulta numa área líquida devido ao acúmulo de exsudato inflamatório. C) Encontrada geralmente nos casos de tuberculose e sua aparência é semelhante ao queijo, região comprometida é branca e friável. D) Ferimento causado por agente externo e ocorre geralmente nas extremidades do corpo em locais que sofrem de isquemia. E) Encontra-se geralmente nas lesões associadas à sífilis na fase tardia ou terciária e apresenta aspecto elástico, como borracha. 12. Qual das alternativas descreve o processo de necrose por gangrena? A) Forma do tecido é mantida íntegra por alguns dias, com textura firme devido à desnaturação das enzimas, retardando a proteólise do tecido morto. B) Digestão imediata das células mortas por enzimas digestivas, o que resulta numa área líquida devido ao acúmulo de exsudato inflamatório. C) Encontrada geralmente nos casos de tuberculose e sua aparência é semelhante ao queijo, região comprometida é branca e friável. D) Ferimento causado por agente externo e ocorre geralmente nas extremidades do corpo em locais que sofrem de isquemia. E) Encontra-se geralmente nas lesões associadas à sífilis na fase tardia ou terciária e apresenta aspecto elástico, como borracha. 13. Qual das alternativas descreve o processo de necrose caseosa? A) Forma do tecido é mantida íntegra por alguns dias, com textura firme devido à desnaturação das enzimas, retardando a proteólise do tecido morto. B) Digestão imediata das células mortas por enzimas digestivas, o que resulta numa área líquida devido ao acúmulo de exsudato inflamatório. C) Encontrada geralmente nos casos de tuberculose e sua aparência é semelhante ao queijo, região comprometida é branca e friável. D) Ferimento causado por agente externo e ocorre geralmente nas extremidades do corpo em locais que sofrem de isquemia. E) Encontra-se geralmente nas lesões associadas à sífilis na fase tardia ou terciária e apresenta aspecto elástico, como borracha. 14. Qual as alterações que ocorrem no ambiente intracelular para qye se identifique a necrose.
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