Apoptose - Morte celular programada

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Apoptose 
Profa Dra Ana Lúcia Kern
Biologia Celular
Apoptose
Também conhecida como morte celular programada
É um processo fisiológico comum no desenvolvimento embrionário; para remodelar tecidos ou remover células desnecessárias, danificadas, envelhecidas ou potencialmente perigosas (tumorais, infectadas), etc.
Existem diversos processos distintos, além da apoptose, que resultam em morte celular como: autofagia, necrose e senescência
Autofagia
É um processo celular que degrada e recicla componentes do citosol e organelas celulares danificadas, em condições adversas (privação de nutrientes, presença de patógenos e toxinas). 
 Porções do citoplasma são encapsuladas por membrana, originando os autofagossomos que irão se fusionar com os lisossomos; a seguir, o conteúdo dos autofagossomos é degradado pelas hidrolases lisossomais
Senescência
Processo metabólico ativo essencial para o envelhecimento
Ocorre 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
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 
conseqüente ruptura celular 
O conteúdo celular é liberado, causando dano às células vizinhas e reação inflamatória 
É considerada uma resposta passiva à injúria celular; entretanto, estudos recentes sugerem que a necrose também pode ser regulada geneticamente
Necrose 
É a morte celular estimulada por fatores como falta de nutrientes, toxinas ou anóxia (falta de oxigênio). 
Por exemplo: o infarto do miocárdio impede a chegada de sangue, e consequentemente, de oxigênio e nutrientes às fibras musculares cardíacas, impedindo o movimento de sístole (contração), afetando toda a distribuição de sangue no organismo, podendo levar à morte.
Apoptose
Em 1964 - proposto o termo “morte celular programada” para designar o processo que ocorre de uma forma não acidental
Em 1972 - Kerr, Wyllie e Currie sugeriram o nome apoptose para este processo
Apoptose
Ocorre em células defeituosas (lesão no material genético)
Não atinge células vizinhas (contrário da necrose)
Citoesqueleto é destruído
Núcleo é degradado
Fragmentação do DNA
Superfície da célula é alterada – fagocitose da célula por macrófagos e células vizinhas
Os processos bioquímicos da apoptose
Apoptose
(Liberam enzimas)
APOPTOSE
NECROSE
CRITÉRIOS MORFOLÓGICOS E BIOQUÍMICOS
Destruição de cel. únicas
Morte de grupos de células
Membrana íntegra
Perda da integridade da membrana
Encolhimento da célula (Corpos apoptóticos)
Células “inchadas” e lisas
Sem resposta inflamatória
Significante resposta inflamatória
Fagocitose por células normais adjacentes e alguns macrófagos
Fagocitose somente por macrófagos
Lisossomos intactos
Lisossomos ativados
Compactação uniforme da cromatina formando densas massas
Agregação bem definida de cromatina
Induzida por distúrbios fisiológicos
Evocada por distúrbios patológicos 
Requer energia e síntese de macromoléculas 
Sem energia e não há síntese de macromoléculas
Transcripção de gene
Sem transcripção de genes
Fragmentação não randômica de DNA
Digestão randômica de DNA
APOPTOSE x NECROSE
	A necrose é caracterizada pela perda de integridade da membrana plasmática, floculação da cromatina, inchaço seguido de lise celular com extravasamento do conteúdo intracelular e desintegração das organelas
	Apoptose envolve alteração de permeabilidade de membranas, condensação cromatínica, fragmentação do DNA, encolhimento celular, formação de corpos apoptóticos sem desintegração de organelas
Controle da apoptose
	A apoptose em condições biológicas é uma resposta celular a variações
	No meio extracelular
	Na membrana citoplasmática
	No interior da célula
	O mesmo estímulo pode desencadear apoptose num tipo de célula, ser inócuo noutro, e desencadear a proliferação noutro
	A resposta de um tipo de célula a um dado estímulo pode ser variável pois depende de outros fatores celulares (ex:fase de maturação) e ambientais (outros estímulos)
Funções da apoptose
Moldar os tecidos na embriogênese
Eliminar células alteradas
Eliminar células que deixaram de ser necessárias (ex. Sistema Imunológico)
Apoptose
Apoptose durante a metamorfose de um girino em rã
Apoptose na pata de um camundongo em desenvolvimento (embriogênese)
Processos fisiológicas em que ocorre apoptose
Apoptose auxilia no ajuste do número de neurônios em desenvolvimento ao de células-alvo com as quais fazem contato
Apoptose - Patológica
Estímulos lesivos variados
 Vírus
 Atrofia patológica
 Morte celulares em tumores
 Acompanhando a necrose
Apoptose
Ocorre a síntese de proteases ativadas por sinais que induzem a morte
CASPASES: grupo de enzimas envolvidas na Apoptose
Apoptose
CASPASES
A maioria das Caspases ocorrem na forma inativa no citosol: pró-caspases que são ativadas por clivagem clivagem protéica (proteólise)
Podem também ser encontradas no espaço intermembrana da mitocôndria (caspases 2 , 3 e 9)
Apoptose
CASPASES
	Existem 3 tipos de caspases: 
	INICIADORAS (2, 8, 9 e 10) – ativam outras caspases
	EFETORAS (ou executoras: caspases 3, 6 e 7) – são ativadas pelas iniciadoras , clivam proteínas que processam a apoptose
	Grupo de caspases com função inflamatória (caspases 1, 4 e 5)- seu papel no processo apoptótico não está bem definido
Apoptose
CASPASES
	Clivam/degradam proteínas requeridas para a função normal da célula: proteínas estruturais do citoesqueleto, proteínas do núcleo, enzimas de reparo do DNA e outras
	São responsáveis pelas alterações morfológicas e bioquímicas das células apoptóticas
	Ativam outras enzimas degradativas, como as enzimas DNAses, que clivam o DNA nuclear (fragmentação do DNA)
Ativação de caspases
Apoptose 
A ativação da apoptose pode ser iniciada por duas vias básicas: 
	pela via intrínseca (ou mitocondrial)
	pela via extrínseca (ou receptores de morte)
Apoptose 
Tanto a via intrínseca quanto a extrínseca apresentam 3 fases:
Iniciação
Decisão
Degradação 
Via intrínseca
	Inicia na mitocôndria
	Agentes químicos, físicos ou biológicos podem convergir para a mitocôndria e iniciar o processo apoptótico
	Pode ser ativado por vários agentes:
	Exposição à radiação
	Exposição à drogas químicas (genotóxicas)
	Exposição viral
	Privação de fatores de crescimento ou inanição
	Estresse oxidativo induzido por radicais livres
Via intrínseca
Ativação de caspase 3 ou 9
	Na mitocôndria ocorre um aumento na permeabilidade das membranas pela indução de diversas proteínas, formando um megaporo (poro de transição de permeabilidade mitocondrial)
	Através desse poro ocorre a liberação do citocromo c e outras proteínas – as pró-caspases 3 e 9 para o citoplasma (desacoplamento da cadeia respiratória)
	
Via intrínseca
Ativação da caspase-9
	No citosol, o citocromo c forma um complexo com a APAF-1 (Apoptotic Protease-Activating Factor -1; proteína citosólica) e com a pró-caspase-9, formando um apoptossomo, ocorre a clivagem da pró-caspase-9, ativando-a
	A caspase-9 ativada, ativa outra caspases efetoras (caspase-3 e caspase 7) induzindo a apoptose da célula- alvo; também induz a ativação de outras caspases (6 e 2)
	
Via intrínseca da apoptose 
via mitocôndrial
2. Ligação do citocromo c em Apaf 1 formando um complexo
1. Mitocôndria recebe um estímulo apoptótico e libera citocromo c no citosol
5. Caspase 9 ativa as procaspases executoras que induzem apoptose 
3. Formação de um apotossomo (várias moléculas de complexo (Apaf1-cit c)
4. Ativação de uma procaspase 9 que se torna ativa
Via intrínseca da apoptose 
via mitocôndrial
Recentemente, foi descrita a participação, na via mitocondrial, de uma flavoproteína conhecida por Fator Indutor de Apoptose (AIF). 
Este fator migra da mitocôndria para o núcleo da célulaapós um estímulo e induz a condensação da cromatina e fragmentação do DNA independente da ativação das caspases
Via extrínseca 
Ativação de caspases associados à “receptores de morte” que incluem:
	Receptores de necrose tumoral (TNF1), 
	Receptores Fas (também chamado de CD95 ou Apo-1)
	TRAIL ( TNF-Related Apoptosis-Inducing Ligand)
	Granzima B (produzido por linfócitos T citotóxicos)
Via extrínseca
 Ativação de caspase-8 (ou 10) 
	Quando os receptores de morte celular (tipo Fas) presentes na membrana celular reconhecem um ligante específico, os seus domínios interagem com moléculas que têm a capacidade de ativar e recrutar a Caspase-8 (ativadora) que, por sua vez, irá ativar a Caspase-3 (executora) promovendo a apoptose
Via extrínseca da apoptose ativada por receptores Fas
1. Ligante Faz (FasL) na superfície de um linfócito matador ativa receptor de membrana na célula alvo
2. Fas recruta uma proteína adaptadora que recruta procaspases iniciadoras (8 e/ou10)
3. Complexo formado entre todas as proteínas envolvidas na apoptose
5. Caspases executoras são ativadas e iniciam o processo apoptótico 
4. Ativação das procaspases
Família de proteínas reguladores da apoptose
	Família de proteínas BCL
	Anti-apoptóticos: proteínas presentes na membrana mitocondrial externa: Bcl-2, Bcl-xl – reprime a resposta suicida frente aos danos celulares
	Pró-apoptóticos: proteínas Bax e Bad presentes no citoplasma – induz apoptose
Reguladores da apoptose
	Proteínas Inibidoras de apoptose: IAP- inibem a ativação de caspases. 
	Proteína p53- Supressor de tumor. Regulador da proliferação e apoptose; regula a família BCL-2
p53 e apoptose
	A proteína p53 pode interromper o ciclo celular em G1 para reparar o dano ao DNA ou induzir apoptose
	A apoptose está aumentada na maioria dos tumores malignos
Imagens de eritrócitos de serpentes submetidos ao teste cometa.
 a. Controle.
 b. Apoptose. 
c. Necrose (experimental)
Fonte: Carvalho e Recco-Pimentel (2007)
Referências 
Alberts, B.; Bray, D.; Hopkin, K. et al. Fundamentos da Biologia Celular: uma Introdução à Biologia Molecular da Célula. 2ª edição. Porto Alegre: Artmed, 2006. 740 p. 
Cooper, G. M. A Célula - Uma Abordagem Molecular. 2ª edição Porto Alegre: Artmed, 2001. 712 p
Carvalho, H.F.; Recco-Pimentel. A célula, 2ª ed. São Paulo: Manole, 2007. 380 p.
Anazetti, M.C & Melo, P.S. Morte Celular por Apoptose: uma visão bioquímica e molecular. Metrocamp Pesquisa, v. 1, n. 1, p. 37-58, 2007. Disponível em: www.metrocamp.com.br/pesquisa