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Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 1 EXTENSÃO DE NIASSA APOPTOSE E NECROSE O desenvolvimento e a manutenção dos organismos multicelulares dependem de uma interacção 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 carácter degenerativo, que ocorre em situações de lesão celular, infecção e ausência de factores 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. A apoptose é um programa de morte celular extremamente regulado e de grande eficiência, que requer a interacção de inúmeros factores. As alterações morfológicas observadas são consequência de uma cascata de eventos moleculares e bioquímicos específicos e geneticamente regulados. A autofagia é um processo adaptativo conservado evolutivamente e controlado geneticamente. Ela ocorre em resposta a um stress 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 fundir com os lisossomas. 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 reacção 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. Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 2 A mitose catastrófica envolve uma mitose aberrante, resultando em uma segregação cromossômica errónea. Geralmente, não é considerada uma forma de morte, mas sim uma sinalização irreversível para a morte. A senescência é um processo metabólico activo essencial para o envelhecimento. Ocorre por meio de uma programação genética que envolve deterioração dos telômeros e activação de genes supressores tumorais. As células que entram em senescência perdem a capacidade proliferativa após um determinado número de divisões celulares. A célula muitas vezes está exposta a condições que podem levar à lesão celular. Essa lesão pode ser reversível até certo ponto, depois do qual a célula morre. A morte celular pode seguir a via da necrose ou da apoptose, sendo a primeira sempre patológica, enquanto a segunda pode acontecer também em processos fisiológicos normais do organismo. O estímulo nocivo desencadeará vários processos intracelulares, como o dano à membrana, que afecta a mitocôndria (levando à diminuição da produção de ATP e morte celular), os lisossomos (causando digestão enzimática dos componentes celulares) e a membrana plasmática em si, culminando na perda do conteúdo celular. Há também aumento do cálcio intracelular e das espécies reactivas de oxigénio (radicais livres, como o O2-, H2O2, OH-), o que leva a proteólise e dano ao DNA. O cálcio activa muitas enzimas que levam a degradação celular, como as endonucleases e as proteases. Acontece diminuição da quantidade de ATP, levando a perda das funções celulares dependentes de energia. A actividade da bomba de sódio e potássio ATPase na membrana plasmática diminui, acumulando sódio intracelularmente e levando à perda de potássio para o meio externo. Acontece edema celular e dilatação do Retículo Endoplasmático, formando bolhas. O metabolismo energético alterado contribuirá para o aumento da glicólise anaeróbica e diminuição das reservas de glicogénio, aumentando o ácido láctico e fosfatos inorgânicos. Esse aumento de produção ácida causa diminuição do pH, prejudicando a actividade de muitas enzimas celulares. É a deficiência na bomba de cálcio, devido à falta de energia, que leva ao aumento intracelular dessa substância, conforme o descrito. Por fim, a diminuição da síntese protéica resulta em dano às membranas mitocondriais e lisossomiais. A morte celular, definida como perda irreversível da estrutura e funções vitais da célula, ocorre por dois processos morfologicamente distintos: necrose e apoptose. Sabe-se actualmente que os dois fenómenos contribuem para a morte celular nas doenças hepatobiliares e que a opção da célula por uma dessas formas de morte é influenciada pelo seu estado energético (reserva de ATP). Como processo activo, a apoptose requer reservas de ATP (pelo menos nas fases iniciais), ao passo que a necrose se instala quando há depleção total do ATP. Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 3 Apoptose Apoptose, conhecida como "morte celular programada" (a definição correcta é "morte celular não seguida de autólise") é um tipo de "auto-destruição celular" que ocorre de forma ordenada e demanda energia para a sua execução (diferentemente da necrose). Está relacionada com a manutenção da homeostase e com a regulação fisiológica do tamanho dos tecidos, mas pode também ser causada por um estímulo patológico (como a lesão ao DNA celular) . O termo é derivado do grego, que se referia à queda das folhas das árvores no Outono - um exemplo de morte programada fisiológica e apropriada que também implica renovação, ou, Apoptose é um tipo de morte celular programada, processo necessário para a manutenção do desenvolvimento dos seres vivos, pois está relacionada com a manutenção da homeostase e com a regulação fisiológica do tamanho dos tecidos e também, quando há estímulos patológicos. Existem diversos processos distintos, além da apoptose, que resultam em morte celular como: autofagia, necrose, mitose catastrófica e senescência. No ano de 1964, foi proposto o termo “morte celular programada” para designar o processo que ocorre de uma forma não acidental. Já no ano de 1972, Kerr, Wyllie e Currie sugeriram o nome apoptose para este processo. Características da apoptose A apoptose é a via de morte celular programada e controlada intracelularmente através da activação de enzimas que degradam o DNA nuclear e as proteínas citoplasmáticas. A membrana celular permanece intacta (o que difere bastante das situações de necrose), com alteração estrutural para que a célula seja reconhecida como um alvo fagocitário. A célula é eliminada rapidamente, de maneira a não dar tempo de o seu conteúdo extravasar, causando uma reacção inflamatória que poderia assemelhar-se à necrose tecidual. A apoptose acontece tanto em eventos patológicos como em eventos fisiológicos. Morte de células nos processos embrionários; involução dependente de hormônios nos adultos; eliminação celular em populações celulares em proliferação; neutrófilos e outros leucócitos após término de reações inflamatórias ou imunológicas; eliminação de linfócitos auto-reativospotencialmente danosos; morte celular induzida por células T citotóxicas são exemplos de apoptose fisiológica. Já a patológica ocorre principalmente na presença de vírus, estímulos nocivos (como radiação e drogas citotóxicas anticancerosas), atrofia patológica dos órgãos e tumores. A apoptose pode ocorrer por duas vias: Intrínseca e Extrínseca. A via Intrínseca ou Mitocondrial ocorre quando da retirada de fatores de crescimento ou de hormônios, ou quando acontece lesão ao DNA por radiação, toxinas ou radicais livres. Ela é regulada por membros da família Bcl-2, ativando moléculas pró-apoptóticas, como o citocromo c. http://www.infoescola.com/citologia/apoptose/ http://www.infoescola.com/fisiologia/homeostase/ http://www.infoescola.com/citologia/necrose/ http://www.infoescola.com/citologia/senescencia-celular/ Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 4 Além disso, há a participação do gene supressor p53. Tudo isso culmina na activação de caspases iniciadoras e efectoras, levando às alterações celulares e à morte. A via Extrínseca acontece por meio da interacção receptor-ligante, como por exemplo o Faz e o receptor de TNF. Isso activará uma cascata de proteínas adaptadoras, que também culminará na activação das caspases. A apoptose pode acontecer após a privação de factores de crescimento; mediada por danos ao DNA; induzida pela família de receptores do Factor de Necrose Tumoral (TNF) ou mediada pelo linfócito T citotóxico. Factores da apoptose Os factores mais comuns da apoptose são: ausência de oxigénio (hipóxia); agentes físicos (traumas, temperatura, radiação, choque); agentes químicos e drogas; agentes infecciosos; reacções imunológicas; distúrbios genéticos e desequilíbrios nutricionais. A apoptose e a necrose por vezes coexistem e compartilham mecanismos e características. Causas da Apoptose Como foi dito anteriormente, a apoptose pode ter causas fisiológicas e patológicas. Apoptose Causada por Estímulos Fisiológicos É útil na manutenção do equilíbrio interno dos organismos multicelulares, sendo que nos humanos pode ocorrer em certas situações, como: Nos casos de involução de estruturas fetais durante o desenvolvimento embrionário do feto; Situações de corte no suprimento de hormonas estimulatórios (como menopausa); Tecidos onde há uma constante renovação celular; Apoptose estimulada pelo linfócito T citotóxico; Após uma resposta imunológica do organismo a um agente biológico; Nas células fibrosas que originam o cristalino. Apoptose Causada por Patologias Casos de lesão do material genético (DNA) da célula, através de estímulos radioactivos, químicos ou virais; Nos casos de lesão por isquemia ou hipóxia pode resultar em necrose ou apoptose. Certos estímulos à morte celular por necrose também desencadeiam a morte celular por apoptose. http://www.infoescola.com/embriologia/desenvolvimento-embrionario-humano/ http://www.infoescola.com/embriologia/desenvolvimento-embrionario-humano/ http://www.infoescola.com/embriologia/feto/ http://www.infoescola.com/hormonios/menopausa/ http://www.infoescola.com/citologia/apoptose/ http://www.infoescola.com/citologia/linfocitos/ http://www.infoescola.com/visao/cristalino/ http://www.infoescola.com/biologia/codigo-genetico/ http://www.infoescola.com/biologia/dna/ http://www.infoescola.com/medicina/isquemia/ http://www.infoescola.com/doencas/hipoxia/ Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 5 Este processo ocorre muito rápido, sendo que primeiramente há a retracção celular, que gera perda de aderência com a matriz extracelular e células vizinhas. Com excepção das mitocôndrias, que podem apresentar ruptura da membrana externa, as outras organelos mantêm sua morfologia. Por conseguinte, a cromatina se condensa e se concentra próxima à membrana nuclear. Logo após, a membrana celular gera prolongamentos, havendo desintegração nuclear. Esses prolongamentos aumentam de número e de tamanho e se rompem, dando origem a estruturas contendo o conteúdo nuclear. Estas partes envoltas pela membrana celular recebem o nome de corpos apoptóticos, sendo esses fagocitados pelos macrófagos e removidos rapidamente para não resultar em um processo inflamatório. Morfologia da Apoptose Morfologicamente, as células apoptóticas apresentam encolhimento celular (citoplasma denso e organelos mais agrupadas); condensação da cromatina (a cromatina se agrega na periferia do núcleo, em massas densas de várias formas e tamanhos. O próprio núcleo pode se romper em dois ou mais fragmentos); formação de bolhas citoplasmáticas e corpos apoptóticos. Fagocitose das células ou corpos apoptóticos pelos macrófagos principalmente. As células saudáveis do tecido migram e proliferam para ocupar o espaço da célula morta. A degradação intracelular de proteínas ocorre por meio de enzimas denominadas caspases, outrora inactivas. Elas clivam muitas proteínas nucleares vitais e do citoesqueleto, além de activarem DNAases. A apoptose pode ocorrer por duas vias, Intrínseca e Extrínseca. Características da Apoptose A apoptose, por vezes também designada de morte celular programada, caracteriza-se pela ocorrência de várias alterações morfológicas nas células afectadas, nomeadamente ao nível da simetria dos folhetos fosfolipídicos da membrana, condensação e agregação da cromatina e fragmentação nuclear, terminando com a formação de corpos apoptóticos. Estas alterações morfológicas são o reflexo de uma sucessão de acontecimentos bioquímicos que culminaram na http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/06/apoptose.jpg http://www.infoescola.com/citologia/apoptose/ http://www.infoescola.com/biologia/mitocondrias-organelas-celulares/ http://www.infoescola.com/genetica/cromatina/ http://www.infoescola.com/citologia/apoptose/ http://www.infoescola.com/biologia/fagocitose/ http://www.infoescola.com/citologia/macrofagos/ Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 6 activação de uma família de proteases de cisteína, conhecidas como caspases, as quais possuem especificidade para resíduos de ácido aspártico. As caspases, uma vez activadas, clivam uma variedade de proteínas e substratos importantes para a viabilidade celular, numa função considerada de “execução”, sendo as proteases envolvidas designadas de “caspases executoras”. Exemplos de doenças que resultam de elevados níveis de apoptose Doenças Hepáticas Numa grande variedade de doenças hepáticas, como os carcinomas ou as doenças virais e imunológicas, foram observadas alterações morfológicas e bioquímicas características de um processo de morte celular por apoptose. Parece, também, claro que a acumulação de ácidos biliares hidrófobos no interior do hepatocito poderá desempenhar um papel central nas lesões hepáticas durante a colestase, a qual ocorre em muitas doenças hepáticas crónicas incluindo a cirrose biliar primária, a obstrução maligna e iatrogénica dos ductos biliares e a atrésia biliar. A toxicidade induzida pelos ácidos biliares hidrófobos foi durante muito tempo caracterizada pelo aumento de volume do hepatocito, destruição da membrana plasmática e libertação dos constituintes celulares, tendo tal poder citotóxico sido atribuído à capacidade detergente daqueles compostos. Hoje, acredita-se que os ácidos biliares hidrófobos, essenciais para a absorção intestinal de gorduras, são também capazes de induzir a morte celular por apoptose no tecido hepático in vivo, bem como em culturas primárias de hepatocitos de rato e em linhas celulares de hepatoma humano. Doenças Neurodegenerativas A morte prematura de células neuronais tem sido muitas vezes associada ao aparecimento de doenças neurodegenerativas, como as doenças de Alzheimer, de Parkinson ede Huntington. No cérebro de um doente de Alzheimer encontram-se múltiplas placas senis, que contêm um núcleo de substância amilóide predominantemente constituído pelo péptido -amilóide, rodeado por células mortas. Necrose Pode-se definir necrose como as alterações morfológicas que acontecem após a morte celular em um tecido vivo, devido à acção progressiva de enzimas nas células que sofreram uma lesão letal. A necrose é o correspondente macroscópico e histológico da morte celular causada por uma lesão exógena irreversível. Assim que a célula morre, ela ainda não é necrótica, pois esse é um processo progressivo de degeneração. As células necróticas não conseguem manter a integridade da membrana plasmática, extravasando seu conteúdo e podendo causar inflamação no tecido adjacente. Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 7 Morfologia da Necrose Morfologicamente, as células necróticas apresentam um aumento da eosinofilia, devido à perda da basofilia causada pelo RNA no citoplasma normal e devido também ao aumento da ligação da eosina às proteínas plasmáticas desnaturadas. O citoplasma apresenta vacúolos e o citoplasma com um aspcto corroído, podendo haver calcificações. As células mortas podem ser substituídas por grandes massas de fosfolipídeos, denominadas figuras de mielina, que serão posteriormente fagocitadas por outras células ou degradadas em ácidos graxos. As células necróticas são vistas ao microscópio electrónico com descontinuidade de membranas plasmáticas e organelos. Causas de necrose Agentes agressores produzem necrose por: 1- Redução de energia: Por obstrução vascular (isquemia, anóxia); Inibição processos respiratórios; 2- Produção de radicais livres; 3- Acções directas sobre as enzimas (agentes químicos e toxinas); 4- agressão direta a membrana citoplasmática (formações de canais hidroElicos) Características da necrose A necrose se caracteriza pela perda da integridade da membrana plasmática quanto a sua permeabilidade. Diferentes insultos patológicos como isquemia, hipoxia, hipertermia, irradiação e metabólitos tóxicos podem levar à perda abrupta da integridade da membrana plasmática (citólise) e à alteração de seus gradientes electroquímicos. De um modo geral, a necrose ocorre quando existe um colapso da homeostasia celular, isto é, sempre que a célula sofre variações extremas das suas condições fisiológicas, como a hipotermia ou a hipóxia, sendo acompanhada por lise da membrana celular e subsequente libertação de componentes intracelulares para o exterior. Como consequência deste processo catastrófico, a necrose provoca quase sempre inflamação. Pelo contrário, a apoptose é um processo de morte celular activo, mas silencioso, que ocorre em condições fisiológicas, de resposta a uma variedade de estímulos fisiológicos ou patológicos e em que a célula participa na sua própria destruição. Normalmente, como não há perda da integridade membranar, a apoptose não é acompanhada de reacções inflamatórias drásticas. A fragmentação inespecífica do DNA leva a alterações nucleares que podem aparecer na forma de três padrões: cariólise (DNA em degradação, diminuição da basofilia nuclear), picnose (encolhimento do núcleo e aumento da basofilia, pela condensação do DNA) cariorréxis (fragmentação do núcleo, com seu posterior desaparecimento). Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 8 Há vários padrões morfológicos de necrose, sendo os principais: necrose de coagulação, necrose liquefativa, necrose caseosa e necrose gordurosa. A necrose de coagulação acontece caracteristicamente quando da morte celular por hipóxia em todos os tecidos, à excepção do cérebro. Nesse tipo de necrose, predomina a coagulação protéica, e tende a acontecer em tecidos com alto teor de proteínas. Os tecidos afetados apresentam uma textura firme. A acidose intracelular desnatura proteínas e enzimas, bloqueando a proteólise celular. Há manutenção da arquitetura básica e contorno das células por, pelo menos, alguns dias. A necrose de liquefacção é característica de infecções, pois essas promovem o acúmulo de células inflamatórias; e também da morte por hipóxia do sistema nervoso. Esse tipo de necrose ocorre quando há o predomínio de liquefacção enzimática; acontece quando o tecido tem grande teor gorduroso. As células mortas são completamente digeridas e há transformação do tecido em uma massa viscosa A necrose caseosa é uma forma distinta de necrose de coagulação, encontrada comumente em focos de tuberculose. Esse termo é derivado da aparência branca, semelhante a queijo, da área necrótica. Essa área, nos focos tuberculosos, é cercada por uma borda inflamatória (reação granulomatosa). A necrose gordurosa se refere a áreas de destruição de gordura que ocorre como resultado da liberação de lípases pancreáticas activadas na cavidade abdominal, quando de uma pancreatite aguda, por exemplo. A maioria das células necróticas e de seus fragmentos acaba desaparecendo, devido à digestão enzimática e à fragmentação, seguidas da fagocitose por macrófagos e leucócitos. Se essa fagocitose e destruição dos restos celulares necróticos não ocorrer rapidamente, sais de cálcio e outros minerais podem ser atraídos, acontecendo calcificação no local. Esse fenómeno é denominado calcificação distrófica. Importância da morte celular A morte celular é importância para a homeostasia do organismo. A apoptose participa de funções importantes como o remodelamento de órgãos e tecidos durante o desenvolvimento e da resposta imune. Após o estímulo de morte ocorrem reacções químicas intracelulares que vão culminar na degradação do material nuclear, que é o DNA, até a célula realmente completar o processo de apoptose e ser retirada daquele ambiente para ter uma morte silenciosa. Quando esse ciclo de morte das células não ocorre, pode acarretar em patologias pelo excesso ou pela ineficiência de apoptose, como por exemplo, as doenças neurodegenerativas (Alzheimer, Parkinson) e o câncer, respectivamente”, reforça. Resumo das aulas de Biologia Celular e Molecular | 2020 Elaborado por: Balduíno Milton Aleixo 9 Tabela 1: Características morfológicas, bioquímicas e fisiológicas que distinguem a necrose da apoptose Características Necrose Apoptose Morfológicas Perda da integridade membranar Lise total da célula Não há formação de vesículas Desintegração dos organitos celulares Não há perda da integridade membranar Agregação e marginalização da cromatina Diminuição do volume citoplasmático e condensação do núcleo Fragmentação da célula em corpos apoptóticos Aumento da permeabilidade mitocondrial Bioquímicas Perda da regulação da homeostasia iónica Não requer energia Digestão aleatória do DNA Processo altamente regulado, envolvendo activação enzimática Dependente de ATP Digestão não aleatória do DNA Libertação de vários factores mitocondriais Activação da cascata de caspases Alterações na assimetria da membrana plasmática Fisiológicas Afecta grupos de células Iniciada por estímulos não fisiológicos Fagocitose por macrófagos Resposta inflamatória Afecta células individuais Induzida por estímulos fisiológicos Fagocitose por células adjacentes ou por macrófagos Sem resposta inflamatória Se a morte celular ocorre num organismo vivo e é seguida de autólise, o processo recebe nome de Necrose. Autólise: Degradação enzimática dos componentes da célula por enzimas da própria célula liberadas dos lisossomas (pode ser no indivíduo vivo ou morto). Apoptose: Morte por processo activo no qual a célula sofre contracção e condensação de suas estruturas, fragmenta-se e é fagocitadas por células vizinhasou por macrófagos, não ocorrendo o processo de autólise. Ex.: processos de metamorfose. Morte celular não pode ser entendida como sinónimo de necrose. Necrose = morte celular no indivíduo vivo seguido de autólise.