MECANISMOS DE APOPTOSE - RESUMO

Prévia do material em texto

Patologia
Professor Renato
APOPTOSE
 Apoptose é a morte celular que é induzida por um programa intracelular altamente regulado no qual as células destinadas a morrer ativam enzimas que degradam seu DNA e as proteínas plasmáticas;
 A membrana celular permanece intacta, mas sua estrutura é alterada de forma que a célula apoptótica se torna alvo das células fagocíticas (macrófagos);
 A célula morta é eliminada rapidamente antes que seu conteúdo passe para o meio extracelular;
 Este processo não desencadeia reação inflamatória. Em condições normais, é um mecanismo importante na remodelação de órgãos durante a embriogênese e na vida pós-natal. Além disso, o mecanismo de apoptose está envolvido em processos fisiológicos temporários como a redução da proliferação dos ductos mamários após a fase de lactação e dos linfócitos quando terminada a inflamação; 
Diferença entre necrose e apoptose
 Apoptose é fundamentalmente diferente da necrose, pois nesta frequentemente ocorre reação inflamatória do hospedeiro e pode ser caracterizada pela perda da integridade das membranas e digestão enzimática das células. Entretanto algumas vezes a apoptose e a necrose coexistem, podendo ter algumas características e mecanismos em comum.
Causas que levam ao processo de apoptose
Ocorre normalmente 
Serve para eliminar células indesejáveis ou potencialmente danosas 
Eliminar células que tem o seu DNA alterado por algum tipo de lesão como neoplasia, mutação ou vírus. 
O apoptose é responsável por eventos fisiológicos 
Eventos de adaptação fisiológicos 
Eventos patológicos: vírus, hipóxia, radicais livres, substâncias químicas, agressão imunitária, radiações ionizantes, etc. 
Apoptose em situações fisiológicas
Destruição programada de células durante embriogênese 
A involução dependente de hormônios nos adultos 
A eliminação celular em populações celulares em proliferação mantendo um número constante neste tecido 
Mortes de células do hospedeiro que já cumpriram seu propósito tais como neutrófilos na resposta inflamatória aguda, linfócitos na resposta imune e ductos mamários durante a lactação.
Eliminação de linfócitos auto-reativos durante o processo de seleção dos linfócitos
Morte celular induzido por célula T citotóxica
Apoptose em condições patológicas
Morte celular induzida por estímulos nocivos, como radiações e drogas anticancerígenas 
Os mecanismos de reparo do DNA não podem lidar com a lesão, neste caso ocorre mutação e transformação maligna 
Lesão celular em certas doenças viróticas 
Atrofia patológica dos órgãos parenquimatosos após obstrução de ductos
Morte celular nos tumores 
Estímulos nocivos que afetam a permeabilidade mitocondrial (irradiações UV ou ionizantes, estresse oxidativo, agressão química e hipóxia).
OBSERVAÇÃO: Independentemente do estímulo, a apoptose resulta sempre da ativação de proteases, as quais induzem modificações funcionais e morfológicas características do processo. Embora a ativação de proteases seja induzida por rotas diferentes segundo o fator desencadeante, algumas são mais utilizadas: (1) ativação direta de membros de uma família de cisteíno-proteases, as caspases; (2) alterações de Mitocôndrias que também resultam em ativação de caspases; (3) ação de proteínas citosólicas reguladoras da apoptose (FILHO G.B, 2011).
Características morfológicas
Encolhimento celular e condensação citoplasmática;
Condensação da cromatina;
O núcleo se fragmenta (cariorrexe), ao mesmo tempo em que a membrana citoplasmática emite projeções e forma brotamentos que contêm fragmentos do núcleo;
O brotamento termina com a fragmentação da célula em numerosos brotos, que passam a constituir os corpos apoptóticos, os quais são endocitados por células vizinhas e macrófagos ou permanecem livres no interstício;
Degradação de proteínas na apoptose 
- Caspases - 
Estão presentes em células normais como pré- enzimas inativas 
As caspases ativas clivam muitas proteínas celulares como as lamininas destruindo a estrutura nuclear e o citoesqueleto 
As caspases ativam as DNAses 
São as bases das alterações estruturais nucleares e citoplasmáticas e morfológicas das células apoptóticas. 
- Decomposição do DNA -
Nas células apoptóticas ocorre uma decomposição característica do DNA em grandes pedaços de 50 a 300 quilobases 
Ocorre a clivagem internucleossomal em oligonucleossomos , em múltiplos de 180 a 200 pares de base por endonucleases dependente de cálcio e magnésio 
A atividade de endonucleases também forma a base para detectar a morte celular através de técnicas citoquímicas que reconhecem a ruptura da dupla hélice do DNA
Reconhecimento fagocitário
Expressão da fosfatidilserina na camada mais externa 
Estes fosfolipídios pularam (Flip-Flop) da camada mais interna da membrana para a mais externa 
Em alguns tipos de apoptose a trombospondina, uma glicoproteína adesiva, também se expressa na superfície dos corpos apoptóticos
Estas alterações permitem o reconhecimento precoce pelo macrófago resultando na fagocitose da célula sem extravasamento de proteínas proteolíticas que induzem inflamação
Fosfatidilserina
Mecanismos da apoptose 
A apoptose é induzida por uma cascata de eventos moleculares que podem ser iniciados de modos distintos, culminando a ativação das caspases 
Modelo de estudo da apoptose Caenorhabditis elegans 
Os estudos deste nematódeo permitiram identificar genes específicos denominados de genes Ced, do inglês death abnormal 
Mecanismos 
 O processo de apoptose pode ser dividido em duas fases: A primeira é a de ativação, na qual as caspases se tornam cataliticamente ativas; A segunda fase, a de execução, na qual estas enzimas atuam provocando a morte celular.
- O inicio da apoptose ocorre através de dois sinais -
Via extrínseca: morte celular iniciada por receptor
Via intrínseca: mitocondrial
- Via extrínseca -
É iniciada pela ativação de receptores de morte celular presentes em várias células
Estes receptores são membros da família de receptores do fator de necrose tumoral.
Contém um domínio citoplasmático envolvido nas interações proteína-proteína chamada de domínio de morte, pois é essencial para sinais apoptóticos.
Os receptores são:
Receptores TNF 1 (TNFR1)
FAS (CD 95) 
Receptores com domínio de morte pertencem à família do TNF. O receptor mais conhecido deste grupo é o TNFR1 e a proteína Fas (first apoptotic signal). Apoptose por esta via inicia-se por ativação do receptor, por exemplo pelo ligante do Fas (FasL). FasL existe na superfície de: (a) Linfócitos T que reconhecem autoantígenos e, portanto, atuam para eliminar linfócitos autorreatores; (b): linfócitos T CD8+ que destroem células neoplásicas ou células infectadas por vírus. Após estímulo, o receptor sofre dimerização e alteração conformacional no segmento intracitoplasmático que expõe o domínio da morte (DD, de death domain), o qual recruta uma proteína de adaptação. Esta expõe sítios para ligação de uma proteína efetuadora do domínio da morte (proteína DED, de death effector domain), a qual se liga à pró-caspase ativadora 8 ou 10, por meio de domínios específicos denominados CARD (caspase recruitment domain ). Caspase 8 ativada ativa as caspases efetuadoras 3, 6 e 7, responsáveis por ativação das proteases que completam o processo. Além de ativar as caspases efetuadoras, a caspase 8 cliva a BID, originando um fragmente que se liga às proteínas BCL-2 e BCL-XL, alterando a permeabilidade mitocondrial e favorecendo a saída do citocromo C, AIF e SMAC, que ativam a caspase 9 ou as caspases efetuadoras (3, 6 e 7). Portanto, a ativação da caspase 8 aciona também o mecanismo mitocondrial de indução de apoptose (Filho G.B, 2011)
- Via intrínseca – 
Resulta do aumento da permeabilidade mitocondrial e da liberação de moléculas pró apoptóticas
Não há participação de receptores de morte
Fatores de crescimento e outros sinais de sobrevivência estimulam a produção de proteínas antiapoptóticas da família Bcl-2
Estas proteínas antiapoptóticasresidem na membrana da mitocôndria e no citoplasma
Sobrevivência e apoptose
Fase efetora 
As proteases que participam da fase efetora são altamente conservadas em diferentes espécies e pertencem a família das caspases
O nome caspase é baseado em duas propriedades:
- “c” se refere Cistino-protease no seu centro ativo
- “aspase” se refere à habilidade dessas enzimas de clivar moléculas logo após o ácido aspártico
A família das caspases inclui mais de 10 membros
Podem ser divididas em dois grupos: Iniciadoras e Efetoras
Elas existem como pró-enzimas inativas
Devem sofrer uma clivagem para serem ativadas e iniciar a apoptose
As caspases possuem os seus próprios sítios de clivagem que podem ser hidrolizados por outras caspases ou autocataliticamente
Quando uma caspase iniciadora é clivada o programa de morte é iniciado pela ativação rápida e sequencial das caspases
Caspases Iniciadores efetoras
Exemplos de apoptose
Apoptose após privação de fatores de crescimento
Apoptose mediada por dano no DNA
Apoptose induzida pela família de receptores de TNF
Apoptose mediada pelo linfócito T citotóxico
Apoptose após privação de fatores de crescimento
As células sensíveis a hormônios quando privadas daquele hormônio, em particular linfócitos que não são estimulados por antígenos, citocinas e neurônios privados do fator de crescimento de nervos, morrem por apoptose.
Em todas estas situações a apoptose é desencadeada pela via intrínseca (mitocondrial), sendo atribuída a um excesso de membros pró-apoptóticos da família Bcl em relação aos membros antiapoptóticos.
Apoptose mediada por dano no DNA
A exposição de células à radiação ou agentes quimioterápicos induz apoptose por um mecanismo iniciado pelo dano ao DNA, pois envolve o gene supressor de tumor p53.
Há acúmulo da p53 quando o DNA é danificado e causa a suspensão do ciclo celular (na fase G1) para dar tempo para que a célula se restabeleça.
Entretanto, se o processo de reparo do DNA falhar, a p53 desencadeia a apoptose.
Quando ocorre mutação na p53 ou está ausente, a célula é incapaz de induzir a apoptose, favorecendo a sobrevida da célula, como ocorre em determinados tipos de câncer.
A p53 parece funcionar como um interruptor de vida e morte.
Entre as proteínas estimuladas pela p53 se encontram vários membros pró-apoptóticos da família Bcl, especialmente Bax, Bak, assim como a Apaf-1. Essas proteínas ativam as caspases e causam a apoptose.
Apoptose induzida pela família de receptores de TNF
O receptor de superfície Fas(CD95) induz apoptose quando é conjugado com o ligante (FasLou CD95L), que é produzido pelas células do sistema imunológico.
Ele tem importância na eliminação de linfócitos que reconhecem auto-antígenos, e mutações no Fase Fasl, que resultam em doença auto-imunes.
O TNF, uma citocina, é um mediador importante da reação inflamatória , como também é capaz de induzir apoptose. O nome fator necrosantetumoral não se deve ao fato desta citocinamatar células tumorais diretamente, mas porque ela causa trombose dos vasos sanguíneos tumorais, levando a morte do tumor por isquemia.
A ligação do TNF ao TNFR1 associa o receptor à proteína adaptadora TRADD ( do inglês TNF receptor-associateddeathdomainconteiningproteín).
Por consequência o FADD leva a célula a apoptose através da ativação das caspases, assim como ocorre com as interações Fas-FasL
As principais funções do TNF não se dão através da indução da apoptose, mas da ativação do importante fator de transcrição nuclear κB (NF-κB).
Apoptose mediada pelo linfócito T citotóxico
Os linfócitos citotóxicos (CTLs) reconhecem antígenos estranhos presentes na superfície das células infectadas no hospedeiro.
Ao serem reconhecidos as células CTLs secretam perforina, uma molécula a qual forma um poro transmembrânico que permite a entrada de um grânulo serino-protease chamado de gramzima B.
A gramzima B tem a habilidade de clivar proteínas nos locais em que se encontram os aspartatos, sendo capaz de ativar várias caspases celulares.
As células citotóxicas CTLs também expressam FasL na sua superfície e destroem a célula alvo ligando-se aos receptores Fas.
Apoptose desregulada
Desordens associadas com apotose defeituosa e aumento do tempo de sobrevida
1-Cânceres especialmente tumores com uma mutação na p53 ou tumores dependentes de hormônios tais como câncer de mama, próstata e ovários.
2-Doenças auto-imunes que poderiam surgir se os linfócitos auto-reativos não fossem eliminados.
Desordens associadas com um aumento da apoptose e excesso de morte celular
1-Doenças neurodegenerativas, manifestadas pela perda de conjuntos específicos de neurônios, como nas atrofias musculares medulares
2-Lesão isquêmica como ocorre no infarto do miocárdio, no derrame cerebral
3-Destruição das células infectadas por vírus
Resumo apoptose
As células têm um conjunto de proteínas capazes de atuar como armas de autodestruição. Enquanto a célula é útil ao organismo, ela reprime este mecanismo. Se, no entanto, a célula comprometer a saúde do organismo ou deixar de ser necessária, a apoptose é desencadeada, levando à morte celular.
Na grande maioria das células em apoptose, observa-se a destruição do material genético, o ácido desoxirribonucleico (DNA). Células eucariotas têm cromossomos formados por unidades repetitivas, os nucleossomas. Antes da morte da célula, o DNA é cortado por enzimas em regiões específicas entre os nucleossomas. Para a ativação dessas enzimas, por exemplo, CAD (caspase-activated DNAase), deve ocorrer toda uma cascata de eventos moleculares.
A apoptose pode ser ativada por vários fatores como a remoção de sinais químicos da célula (fatores de crescimento ou de sobrevivência), o ignorar de mensagens químicas por alguns receptores internos e externos, ou pela presença de sinais com informação contraditória.
Pode ocorrer, como sinal apoptótico externo, a ativação de receptores da superfície celular, como FAS-receptor. O FAS-ligante se liga ao FAS-receptor da membrana-chamados "deathreceptors"-, clivam o APAF (fator de ativação de proteases apoptóticas), iniciando a cascata de caspases.
O primeiro vínculo entre a ação de uma caspase e o corte do DNA foi constatado há pouco. Várias proteínas são apontadas como "alvos" das caspases. Caspases são um grupo de proteases com importância fundamental no processo de apoptose. Encontram-se no citoplasma celular sob a forma inativa. Existem dois tipos de caspases: caspases iniciadoras e caspases efetoras. Caspases iniciadoras (por exemplo caspase-8, caspase-9) clivam pro-formas inativas de caspases efetoras, ativando-as. Caspases efetoras (por exemplo caspase-3, caspase-7) por sua vez clivam outras proteínas da célula resultando no processo apoptótico.
A caspase efetora, já ativada, cliva uma proteína (ICAD, de inhibitor of caspase-activated ADNse) normalmente ligada a uma DNAase (CAD) no citoplasma. CAD se torna ativo, entra no núcleo e começa a cortar pontos específicos de DNA (clivagem entre nucleossomos), desencadeando o processo de morte celular programada.
OBSERVAÇÃO: Os mecanismos de regulação de apoptose estão descritos na 8ª Ed. (oitava edição) – Bogliolo, Patologia – Geraldo Brasileiro Filho.