Apoptose e Necrose- Cap22

Prévia do material em texto

A morte celular 
22- 1. A morte celular programada é um fenômeno comum no organismo 
A morte das células é um fenômeno comum durante o desenvolvimento embrionário , necessá-
rio para remover tecidos provisórios (por exemplo, as membranas interdigitais durante a forma-
ção dos dedos), eliminar células supérfluas (como ocorre com quase a metade dos neurônios no 
curso da neurogênese), originar duetos, formar orifícios etc. 
Também ocorrem mortes celulares durante a vida pós-natal, quando o organismo necessita 
remodelar tecidos ou remover células danificadas , desnecessárias, redundantes, envelhecidas ou 
perigosas para a saúde, como o são as células infectadas, as células tumorais ou as auto-reativas 
(por exern.,lo, os linfócitos T que reagem contra o próprio organismo). 
Tendo em vista que as células destinadas a morrer podem perecer para que as restantes do cor-
po sobrevivam, podemos dizer que protagonizam um tipo de imolação biológica. Estas mortes 
celulares fisiológicas ou programadas ocorrem ao final de uma série de alterações morfológicas 
que recebem o nome de apoptose (do grego, apo, separado de, e ptósis, queda), termo usado para 
diferenciá-las das mortes celulares acidentais - produzidas por traumatismos, substâncias tóxi-
cas, obstruções vasculares etc. - conhecidas como necrose. 
22-2. A apoptose produz alterações celulares características 
As modificações que as células sofrem quando morrem por apoptose são características. São 
devidas à ativação de certas proteases citosólicas especiais chamadas caspases (do inglês, çysteinyl 
@Jlartate proteinases) e ocorrem na seguinte ordem (Fig. 22.1): 
1) O citoesqueleto se desmonta devido à ruptura de seus filamentos . Como conseqüência, a 
célula perde contato com suas vizinhas (ou com a matriz extracelular) e se torna esférica . 
\ 
Corpo apoptótico 
Macrófago 
22 
Fig. 22.1 Modificações celulares 
que ocorrem durante a apoptose. 
Observe-se a fagocitose das 
vesículas apoptóticas a cargo de 
um macrófago . 
350 • A MORTE CELULAR 
2) A célula se encolhe porque o citosol e as organelas se condensam sem que suas estruturas 
sejam afetadas. A condensação é devida à alteração da permeabilidade das membranas celulares. 
3) Os filamentos laminares (laminofilamentos) se dissociam, com a conseqüente desintegra-
ção do envoltório nuclear. 
4) A cromatina se compacta e as moléculas de DNA se seccionam por ação de uma endonucle-
ase, o que di vide o núcleo em pequenos fragmentos que se distribuem no citoplasma. 
5) Na superfície da célula surgem numerosas protrusões, quase todas com fragmentos nuclea-
res no seu interior. 
6) Depois as protrusões se desprendem, convertidas em frações celulares chamadas corpos 
apoptóticos. Cabe assinalar que suas organelas estão relativamente bem conservadas. 
7) As fosfatidilserinas das membranas que envolvem os corpos apoptóticos - previamente 
localizadas na monocamada citosólica da membrana plasmática (Cap. 3-3) - se trasladam para a 
monocamada externa. 
8) Finalmente, atraídos por estas fosfatidilserinas, numerosos macrófagos acorrem ao lugar da 
apoptose e fagocitam os corpos apoptóticos. 
Como vemos, diferentemente da necrose, a remoção das células mortas por apoptose preser-
va a arquitetura original dos tecidos, já que não dá lugar a reações inflamatórias nem produz ci-
catrizes. 
22-3. A apoptose é ativada por causas distintas 
A maior parte das mortes celulares por apoptose ocorre quando: 1) são suprimidos os fatores 
tróficos que mantêm as células vivas ; 2) substâncias que induzem a morte celular se ligam are-
ceptores específicos; 3) o DNA nuclear é afetado por mutações capazes de pôr em perigo o orga-
msmo. 
Em seguida, veremos que estas causas desencadeiam vias de sinais intracelulares diferentes 
entre si, que convergem para um segmento final comum. 
22-4. A apoptose que é ativa.da quando os fatores tróficos são 
suprimidos é mais generalizada 
Cada tipo de célula é mantida viva por uma substância indutora específica, chamadafator tró-
fico ou fator de sobrevivência, que lhe chega das células vizinhas (Cap. 11-1) (Fig. 11.lB). A 
maioria das mortes celulares por apoptose ocorre quando se suprimem essas substâncias. 
Os fatores tróficos mais estudados são as glicoproteínas CSF (do inglês, colony stimulating 
factors) e o grupo de substâncias chamadas neurotrofinas. As CSF estimulam a sobrevivência, o 
crescimento e a diferenciação dos glóbulos sangüíneos. Já as neurotrofinas - substâncias segre-
gadas pelos tecidos inervados , a cuja família pertence o NGF visto nos Caps. 11-12 e 18-28 -
têm por função manter vivos os peurônios e estimular o crescimento de seus axônios. 
A Fig. 22.2A mostra o modo pelo qual os fatores tróficos interagem com os receptores das células 
induzidas, situados na membrana plasmática. Cabe esclarecer que embora essa figura ilustre o fator 
trófico que interage com o receptor que possui atividade de tirosinocinase (Cap. 11-12) (Fig. 11.11) 
existem fatores que interagem com receptores acoplados às proteínas G13 ou Gi (Cap. 11-20) (Fig. 
11.21). 
Nos Caps. 11-12, 11-14 e 11-20 vimos que, quando ativados, esses receptores se ligam e ati-
vam diversas fosfatidilinositol 3-cinases (PI 3-K). Também vimos que com fosfatos de molécu-
las de ATP, as PI 3-K ativadas fosforilam o inositol do fosfatidilinositol 4,5-difosfato (PIP2) da 
membrana plasmática e o convertem em fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP 3) (Figs. 11.11, 
11.21 e 11.22). 
Em seguida, sem abandonar a membrana plasmática, um PIP
3 
se liga à cinase PDKl (do in-
glês, phosphatidylinositol dependent-protein kinase) e outro à serina-treonina cinase B, o que faz 
ambas as enzimas ficarem próximas entre si. 
A PDKl fosforila a cinase B, que é ativada e se separa do PIP3• Em seguida, a cinase B ativada 
fosforila uma proteína chamada Bad (do inglês, Bcl-2 antagonist of cell death), que se inativa e se 
liga à proteína citosólica denominada 14-3-3. 
Fator trófico 
A 
Na condição descrita, a Bad está separada da Bcl-2 (do inglês, B cell leukemia), uma proteína 
pertencente à membrana mitocondrial externa que se deriva do protooncogene bcl-2. Devemos 
acrescentar que quando está separada da Bad, a Bcl-2 encontra-se ativa e impede que a célula morra 
por apoptose. Em seguida, veremos que ela previne a m011e celular porque mantém fechado um 
canal da membrana mitocondrial interna chamado PTPC (do inglês, permeahility transition por e 
complex). 
Vejamos agora como se desencadeia a apoptose. A Fig. 22.2B mostra que, na ausência do fator 
trófico, a Bad - que carece de fosfato - ativa-se, desvincula-se da proteína 14-3-3 e se liga à 
Bcl-2 no lado citosólico da membrana mitocondrial externa. 
Como a Bad inativa a Bcl-2, o PTPC se abre e a passagem de moléculas entre os compartimen-
tos da mitocôndria se descontrola, o que distorce a estrutura da membrana mitocondrial externa e 
permite que dois componentes presentes normalmente no espaço intetmembranoso dessa organe-
la - a proteína AIF e o citocrorno c (Cap. 8-11) (Fig. 8.12) - escapem para o citosol. 
Uma vez no citosol , a AIF (do inglês, apoptosis inducing factor) se dirige à membrana plasmá-
tica e inverte a posição das fosfatidilserinas que, corno vimos na Seção 22-2, se transladam para a 
rnonocarnada externa da membrana e atraem os rnacrófagos . Além disso, a AIF entra no núcleo, induz 
a condensação da cromatina e ativa a endonuclease que degrada as moléculas de DNA. 
Com relação ao citocromo e, combina-se com a proteína adaptadora Apaf-1 (do inglês, 
apoptosis protease activating fa ctor). Isso a une à pró-caspase-9 , que se cinde e se converte em 
caspase-9. Depois , esta cinde a pró-caspase-3 , que se transforma em caspase-3 e ativa as enzimas 
que produzem as mudanças apoptóticas enumeradas na Seção 22-2. 
Devemos acrescentar que nas células moribundas, o Ca2+ citosólico aumenta consideravelmente. 
Quando se trata de células epiteliais, o Ca2+ fecha as conexões e evita a passagem de elementos 
que possam danificaras células vizinhas (Cap. 6-14). 
A MORTE CELULAR • 351 
Fig. 22.2 A. Célula mantida viva 
pela ligação de um fator trófico 
ao seu receptor. PS, 
fosfatidilserina; MME, 
membrana mitocondrial externa; 
MM!, membrana mitocondrial 
interna; EIM, espaço 
intermembranoso. 
352 • A MORTE CELULAR 
Fig. 22.2 B. Apoptose produzida 
pela supressão do fator trófico. 
PS, fosfatid ilserina; MME, 
membrana mitocondrial externa; 
MM!, membrana mitocondrial 
interna; EIM, espaço 
intermembranoso. 
- Fator trófico 
-~ Receptor 
MME EIM MMI --------------= == = == o=:::::=o ();::::::.:::::::::O == e:= ~ e=:= =o = == 
Bad ativa c:::J~ 6 ~ ~ 
j s(flj J3va f ~~ 
= -·=--.=.--~= •-!!ll!!!!l!!!!!!!!!lmpTPC == = == = == = == == ~= 
Citocromo e-;., • = ~ ~ 
[jlfl] Apaf-1 ô=~ ~~ 
P~ó-caspase-9 ílíl -·---•@ caspase-9 
l 
Caspase-3 @ •------ ~ Pró-caspase-3 
l 
APO PTOSE l 
B 
22-5. A apoptose devida à ativação de receptores específicos é mais rápida 
que a estudada na seção anterior 
Durante algumas respostas imunes, na membrana plasmática de certas células infectadas e 
cancerosas, aparecem receptores especiais cuja ativação conduz à apoptose de uma maneira mui-
to mais rápida que a analisada na seção anterior. Algo similar ocorre na membrana plasmática dos 
linfócitos T específicos que sobram ao final dessas respostas imunes. 
Os receptores que estão sendo analisados chamam-se TNF-R e Fas. São compostos de três 
subunidades protéicas iguais entre si e pertencem a uma categoria diferente das descritas no Cap. 
11-9, já que seus domínios citosólicos - que contêm uma seqüência de aminoácidos conhecida 
como domínio de morte - ativam as caspases, quer dizer, enzimas proteolíticas. 
As substâncias indutoras que interagem com esses receptores são chamadas TNF e FasL. Tam-
bém são homotriméricas e, como seus nomes sugerem, combinam-se com os receptores TNF-R e 
Fas, respectivamente. 
O TNF (do inglês, tumor necrosis factor) é segregado das células situadas na vizinhança -
principalmente macrófagos e linfócitos T - por causa de diversas infecções (Figs. 11. lB e 22.3). 
O ponto de partida da via de sinais induzida pelo TNF é a união de suas três subunidades com os 
domínios externos das três subunidades do receptor TNF-R (Fig. 22.3). Isso reúne estas últimas 
- o receptor se trimeriza - e faz com que seus domínios citosólicos se conectem com a proteína 
adaptadora TRADD (do inglês, TNF receptor-associated death domain) que por sua vez se une a 
outras três proteínas adaptadoras denominadas FADD (do inglês, Fas receptor-associated death 
domain ), RIP (do inglês, receptor-interacting protein) e TRAF (do inglês, TNF receptor-associ-
atedfactor). 
As duas últimas proteínas relacionam-se parcialmente com a apoptose, diferentemente da FADD, 
que se liga a pró-caspase-8, cinde-a e a transfonna em caspase-8. Logo, esta enzima ativa a pró-
TRAF TRADD 
RIP FADO 
Caspase-s @ •----- Pró-caspase-8 
i 
Pró-caspase-9ílíl -----•@ Caspase-9 
i 
CM-·'?•·--- ~ e<ó<-~·' 
1 APOPTOSE 1 
caspase-9 e a converte em caspase-9 que, como vimos na seção anterior, cinde a pró-caspase-3 e 
a transforma em caspase-3. Os passos que seguem até chegar à apoptose são similares aos descri-
tos na Seção 22-4. 
O FasL (do inglês,fascicle ligated) é elaborado por linfócitos T citotóxicos e linfóéitos assas-
sinos naturais (natural killer) por causa de alguns cânceres e infecções. Visto que o FasL não é 
segregado e fica situado na membrana plasmática, para interagir com o receptor Fas é necessário 
que os linfócitos mencionados entrem em contrato com as células cancerosas ou infectadas (Figs. 
11.lE e 22.4) . 
A via de sinais induzida pelo FasL se diferencia da impulsionada pelo TNF porque é mais cur-
ta, já que os domínios citosólicos do receptor Fas se conectam com a proteína F ADD e não por 
intermédio da TRADD e sim diretamente (Fig. 22.4). 
22-6. A apoptose devida a mutações no DNA evita o aparecimento de 
diferentes tipos de cânceres 
Outra condição biológica que leva à apoptose ocorre quando o DNA apresenta alterações devi-
das ao envelhecimento celular (Cap. 17-9), à replicação (Caps. 17-7 e 17-19), à ação de agentes 
ambientais (raios -y, raios X, radiação solar ultravioleta, substâncias químicas, vírus etc.) (Cap. 
17-18) ou ao acúmulo na célula de peróxido de hidrogênio (Hp
2
) ou de ânions superóxido (0
2 
- ) 
(Caps. 10-2 e 10-3). · 
Ante a presença dessas alterações pode intervir a proteína P53, derivada do gene supressor de 
tumores p53. No Cap. 18-29, dissemos que a proteína P53 estabiliza o ciclo celular na fase G 1 e 
controla a presença de alterações no DNA para procurar seu reparo. Quando este reparo não tem 
êxito e a célula é perigosa para o organismo, a própria proteína P53 induz a sua morte, a fim de 
impedir a transferência do DNA danificado às células-filhas. Para isso, a P53 inativa a Bcl-2, o 
que põe em marcha o mecanismo que conduz à apoptose e descrito na Seção 22-4 (Fig. 22.2B). 
O próprio gene p53 está freqüentemente alterado e, por isso, dá origem a uma· proteína P53 
defeituosa, incapaz de controlar o estado do DNA e de conduzir a célula "ao suicídio". Por conse-
qüência, se se trata de um tipo celular que se divide, as células que dele descendem acumulam 
alterações ao longo das sucessivas divisões. Este fato é grave quando genes implicados na regula-
ção da proliferação celular são afetados, já que podem dar lugar a diferentes tipos de cânceres 
(Cap. 18-32). 
A MORTE CELULAR • 353 
Fig. 22.3 Apoptose produzida pela 
ativação do receptor TNF-R. 
354 • A MORTE CELULAR 
LINFÓCITO T CITOTÓXICO 
OU ASSASSINO NATURAL 
CÉLULA INFECTADA 
OU TUMORAL FADD 
Caspase-8 @ •------ Pró-caspase-8 
! 
Pró-caspase-9ílíl---- • @ caspase-9 
i 
C,,P"'o·3 t ······ ~ Pffi·ra'P""·3 
APOPTOSE J 
Fig. 22.4 Apoptose produzida pela ativação do receptor Fas. 
BIBLIOGRAFIA 
Ashkenazi A. and Dixit V.M. (1998) Death receptors: Signaling and 
modulation. Science 28 1: 1305. 
Banin S. et al. (1998) Ehhanced phosphorylation of p53 by ATM in 
response to DNA damage. Science 281:1674. 
Barinaga M. (1994) Cell suicide: by ICE, not fire . Science 263 :754. 
Barinaga M. (1996) Forging a path to cell death. Science 273:735. 
Barinaga M. (1998) Death by dozens of cuts. Science 280:32. 
Beutler B. and van Huffel C. (1994) Umaveling function in the TNF 
ligand and receptor families. Science 264:667. 
Bissonnette R.P. , Echeverri F. , Mahboubi A. and Green D.R. (1992) 
Apoptotic cell death induced by c-myc is inhibited by bcl-2. Nature 
359:552. 
Brenner C. and Kroemer G. (2000) Mitochondria: the death signal 
integrators. Science 289: 1150. 
Cardone M.H. et al. (! 998) Regulation of cell death protease caspase-9 
by phosphorylation. Science 282:1318. 
Chang H.Y et ai. (1998) Activation of apoptosis signal regulating kinase 
1 (ASKl) by the adapter protein Daxx. Science 281 :1860. 
Chen G. and Goeddel D.V. (2002) TNF-Rl signaling: a beautiful 
pathway. Science 296:1634. 
Cheng J. et al. (1994) Protection from Fas-mediated apoptosis by a 
soluble form of the Fas molecule. Science 263 : 1759. 
Chinnaiyan A.M. et al. (1997) Interaction of Ced-4 with Ced-9: a mo-
lecular framework for cell death . Science 275: 1122. 
Cohen J.J. (1993) Apoptosis. Immunol. Today 14:126. 
Demaurex N. and Distelhost C. (2003) Apoptosis-The calcium 
connection. Science 300:65. 
Duke R.C., Ojcius D.M. and Ding-E Young J. (! 997) Cell suicide in 
health and disease. Sei. Am. 275 (6):48. 
Ellis R.E., Yuan J.V. and Horvitz H.R. (1991) Mechanisms and functions 
of cell death. Annu . Rev. Cell Biol. 7:663. 
Enoch T. and Norbury C. (1995) Cellular responses to DNA damage: 
cell-cycle checkpoints, apoptosis and the roles of p53 and ATM. 
TIBS 20:426. 
Fes.ik S.W. and Shi Y. (200 1) Controlling the caspases . Science 
294:1477. 
Finkel E. (2001) The mitochondrion: is it central to apoptosis? Science 
292:624. 
Gerschenson L.E. and Rottello R.J. (1992) Apoptosis: a different type 
of cell death. FASEB J. 6:2450. 
Goldstein P. (1997) Controllingcell death. Science 275:1081. 
Goldstein P. (2000) FasL binds preassembled Fas. Science 288:2328 . 
Green D.R. and Reed J.C. (1998) Mitochondria and apoptosi s. Science 
281: 1309. 
Hengartner M.O. (1995) Life and death decisions: ced-9 and program-
med cell death in Caenorhabditis elegans. Science 270:931. 
Hermeking H. and Eick D. (1994) Mediation of c-Myc-induced apop-
tosis by p53 . Science 265:2091. 
Hunot S. and Flavell R.A. (2001) Death of a monopoly? Science 
292 :865. 
Jacobson M.D. (1996) Reactive oxygen species and programmed cell 
death. TIBS 21 :83. 
Jiang Y. et al. (1999) Prevention of constitutive TNFreceptor 1 signaling 
by silencer of death domains. Science 283:543. 
Li C. and Thompson C.B. (2002) DNA damage, deamination and death. 
Science 298:1346. 
Martin S.J ., Green D.R. and Cotter T.G. (1994) Dicing with death: 
dissecting the components of the apoptosis machinery. TIBS 
19:26. 
Marx J. (1994) New link found between p53 and RNA repair. Science 
266: 1321. 
McCabe M.J. , Nicotera P. and Orrenius S. (1992) Calcium-dependent 
cell death. Ann. N.Y. Acad. Sei. 663:269. 
Nagata S. and Goldstein P. (1995) The Fas death factor. Science 
267:1449. 
Nicholson D.W. and Thomberry N.A. (1997) Caspases: killer protea-
ses . TIBS 22:299. 
Rude] T. and Bokoch G.M. (1997) Membrane and morphological chan-
ges in apoptotic cells regulated by caspase-mediated activation of 
PAK2. Science 276:1571. 
Soengas M.S . (1999) Apaf-1 and caspase-9 in p53-dependent apopto-
sis and tumor inhibition. Science 284: 156. 
Steller H. (1995) Mechanisms and genes of cellular suicide. Science 
267: 1445. 
A MORTE CELULAR • 355 
Wajant H. (2002) The Fas signaling pathway: more than a paradigm. 
Science 296: 1635. 
Wang C.Y. (1998) NF-kB antiapoptosis: induction of TRAFl and c-
IAPl and c-IAP2 to suppress caspase-8 activation. Science 281: 1680. 
Wright S.C. et al. (1997) Calmodulin-dependent protein kinase II 
mediated signal transduction in apoptosis . FASEE J. 11 :843.