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G a b ri e la T o m a si Objetivos; U Detalhar o ciclo celular (intérfase), U Explicar os mecanismos de diferenciação e maturação, U Diferenciar os mecanismos de necrose e apoptose. Junqueira – Capítulo 9 Z O Ciclo celular (crescimento e divisão): x Intérfase (período entre duas divisões sucessivas), x Divisão. Para que se conserve constante o tamanho celular nas células filha, o crescimento deve ser compensado com a divisão celular. Isso significa que a duração do ciclo tem que se ajustar perfeitamente com o tempo de que a cél necessita para dobrar seu tamanho. Assim evidencia-se que a cél fique cada vez maior ou menor, dependendo da duração do ciclo em relação à massa celular Æ Mecanismos de Controle. x O processo de controle deste ciclo é feito por diversos produtos gênicos, que são regulados por fatores extracelulares que fazem com que a divisão ocorra concomitantemente com as necessidades do organismo. x Estudos mostram as semelhanças evolutivas desse ciclo em ancestrais, indicando a conservação de características do mesmo. Problema 02 G a b ri e la T o m a si Z Fases do Ciclo celular: � Intérfase; dura aproximadamente 95% ao todo (variável dependendo da cél). x A duração também varia conforme a temperatura, pressão, idade celular, disponibilidade de hormônios, ciclo circadiano e etc (condições fisiológicas), x Em geral dura 12h em mamíferos com crescimento acelerado e 24h naqueles com crescimento mais lento, x Em organismos unicelulares duração mais curta em torno de 1h30, � G1, � S, � G2. � G significa abreviatura de (gap) intervalo, � Para estudos destas fases existem várias formas, uma delas é com o corante de Feulgen, que se liga a pontos do DNA. x Em função da variação do tempo de proliferação, as cél podem ser classificadas como: � Cél que se dividem continuamente, (cél embrionárias, cél de tecidos de renovação rápida- tec epitelial -as dos folículos capilares, tec linfático e da medula óssea) Æ Esses tecidos são extremamente sensíveis a radiações ou fármacos. Por isso são os mais facilmente lesados em tratamentos de quimioterapia ou radioterapia. x As cél da epiderme por terem proliferação mais lenta, demoram mais tempo para manifestarem uma alteração. � Cél que ordinariamente não se dividem, mas podem fazê-lo em resposta a estímulos, são as cél em G0 (período de latência ou quielescência). x Elas não têm fatores de crescimento, tem baixo metabolismo, baixa velocidade de síntese de macromoléculas, geralmente tamanho reduzido, DNA não duplicado, x Podem entrar em proliferação por um estímulo (nutrientes, GH, estímulo mecânico (lesão)). Começam então a partir de G1 (momento pouco anterior da transição de G1->S, chamado de Ponto de Restrição (Ponto R), que seria um ponto crítico que precisa ser vencido pela cél para ir para S, processo lento e irreversível, demorando o dobro de tempo para ocorrer), G a b ri e la T o m a si x Se em uma cél normal demoraria 6h, nessas cél demoram 12h. x Algumas cél que estão em G0, mas podem ir para S: Hepatócitos, fibroblastos da pele, cél renais, cél do músculo liso, do pâncreas, do ovário, do pulmão, cél endoteliais, cél da gl. adrenal, cél óssea, � Cél terminalmente diferenciadas. x Neurônios, cél musculatura esquelética e cardíaca, x Permanecem em G0 para sempre, x Existem cél como cél sanguíneas, cél do epitélio colunar das porções mediana e apical das vilosidades do intestino delgado, cél da camada mais externa da epiderme, tem vida curta e não precisam voltar a se proliferar, � OBS: Existem anti-mitóticos são drogas que impedem a proliferação das células cancerígenas. x G1/período pós-mitótico/período pré-sintético; É o período que mais sofre com influências externas!! o Vários inibidores e mutações são capazes de bloquear a proliferação, o Cél embrionárias iniciais não possuem esta fase, o É o momento de crescimento celular, o Tem tempo de duração mais variável, (2-4h), o Intensa síntese de RNA e proteínas, (80% de RNAr), o Síntese de RNA em picos e de proteínas de forma contínua, o Síntese de enzimas que serão usadas na síntese de DNA, como trifosfato de desoxirribonucleosídeos, enzimas da síntese das DNA- polimerases e enzimas ativadoras dos genes que codificam as proteínas histonas, o Decisão importante da fase; continuar proliferando ou retirar-se do ciclo e entrar em G0. {Essa decisão é determinada primeiro por fatores de crescimento, externos, que desencadeiam as respostas}. Ponto de Restrição (Ponto R), o Essas respostas são monitoradas por controladores internos do ciclo (proteínas reguladoras), o Essas proteínas reguladoras atuam em diversos pontos, o O período R seria transposto só quando houver acumulo de proteínas sintetizadas, dando um Ok para que passe de G1 para S, o Se a cél passou por esse período crítico, ela vai terminar as fases sem sofrer influências externas, G a b ri e la T o m a si o Se há danos no DNA há uma pausa temporária para que seja reparado. o A proteína P53 é a que dá o sinal de parada, sendo que se há dano, essa proteína começa a proliferar-se. o Proteína Prb participa da checagem também. o A Cdk 4 e 6 e a Ciclina d atuam estimulando a passagem de uma fase para outra. � Em vários casos de câncer se encontra mutação da P53, fazendo com que a mesma perca sua atividade de controle. x S; o Não depende dos controles extracelulares, apenas dos intra, o Duplicação ou síntese do DNA, o Tem tempo de duração mais constante, (7-8h), o No começo do período S também há síntese de RNA, o Passa de 2C para 4C, o Duplica-se também a quantidade de proteínas histonas que estão aderidas as fitas de DNA, a síntese dessas proteínas está confinada nesse período, o Síntese dos primórdios de novos centríolos (pró-centríolos), o Atuação da Cdk 2, x G2/período pré-mitórico/período pós-sintético; o 4C, o É nele que ocorre a maior parte da checagem dos danos do DNA, o Se ocorrerem danos a cél envia sinais negativos para que cesse o processo, o Ocorre a síntese de proteínas não histonas que irão se associar aos cromossomos na condensação, o Síntese de RNA, principalmente, extranuclear e proteínas, o Ocorre acúmulo de um complexo não proteico, ciclina-Cdk 1, que é responsável por controlar todo o ciclo e a transição de G2 para M, o Proteínas cipe/kip e as ink-4/Arf inibidores de Cdk são as que vão inibir o ciclo, o Já os estimuladores são os fatores de crescimento, de transcrição, etc. x Entre G1 e G2; Há intensa síntese de RNA extranuclear, produção em picos, x Tanto na fase S quanto na G1: Inibe a Cdk. x Eventos Bioquímicos da Intérfase; � Período de máxima atividade, G a b ri e la T o m a si � Cromossomos condensados, � Replicação da molécula de DNA! o Modelo do DNA proposto por Watson e Crick, o Desenrolamento da dupla hélice Æ Cópia de cada cadeia, o Modelo semiconservativo, � Esse processo pode ser estudado pela utilização da Timidina-H3. o Duplicação assincrônica, o A eucromatina (ativa) começa a replicar no início do período S, heterocromativa (inativa) é a última, o A replicação tem origens em vários pedaços do DNA, para que demore menos tempo, (o número de origens varia em cada organismo e tipo celular), o Cada local de duplicação é chamado de Réplicons, o Cada Réplicon replica só uma vez dentro de um único período S, o A replicação é bidirecional, o A replicação acontece dos dois lados, até se encontrar, em qualquer ponto, o A replicação é sem descontínua, ou seja, a DNA-polimerase se move sempre de 3’Æ 5’ (fitas são antiparalelas), o A cópia da cadeia 3’Æ 5’ avança na direção 5’Æ 3’ (cadeia líder/cadeia contínua), o A outra cadeia parental 5’Æ 3’ tem de ser copiada de forma descontínua, ou seja em pedaços que depois serão unidos. Chama Cadeia Descontínua/Retardatária.Os fragmentos dessa cadeia descontínua chamam-se Fragmentos de Okasaki, o A replicação do DNA é realizada por enzimas, G a b ri e la T o m a si o Os precursores do DNA estão contém as bases: A T C G o Esses precursores são moléculas estruturais e fornecem energia para a síntese da nova cadeia, o Quando são quebradas as pontes de hidrogênio elas fornecem energia, o A sequência de bases da cadeia nova depende exclusivamente da cadeia da fita antiga, o O crescimento da cadeia se da sempre de 5’ Æ 3’, o A enzima DNA-polimerase não pode formar um novo DNA, mas sim alongar, pois ela precisa do segmento inicial (primer). o Células eucariontes apresentam pelo menos 4 DNA-polimerase no núcleo. DNA-polimerase alfa (descontinua) e delta (contínua) são as responsáveis pela replicação. Elas exercem função simultaneamente! o A pol epsílon está relacionada com os mecanismos de reparo, assim como a pol B, G a b ri e la T o m a si o A pol gama é responsável pela replicação do DNA nas mitocôndrias, o Para desenrolar as fitas precisa da enzima helicase desenrola em ambas as direções e só age depois da ação da proteína DnaA que causa a separação das cadeias nas origens da replicação, o A helicase também quebra as pontes de hidrogênio usando ATP, o Para estabilizar as porções desenroladas do DNA há ação da proteína SSP. Ela impede que as pontes de hidrogênio entre as bases se refaçam, mantendo então as fitas separadas, além de protegerem as fitas de degradação por nucleases, o A enzima DNA-girase/DNA-topoisomerase impede que o superenovelamento ocorra, pois com o desenrolamento das fitas cria-se um superenrolamento positivo. Impede que as fitam enrolem novamente. o Essas enzimas para relaxarem o estresse contorcional que ocorre usam quebras seguidas de reuniões das ligações fosfodiéster na molécula de DNA, que consome ATP, o A sequência inicial aonde a DNA pol vai se fixar chama primer, que são segmentos curtos de RNA com 1-60 nucleotídeos de comprimento, com a sequência complementar do DNA, o Os primers fazem parte dos fragmentos de Okasaki na fita descontínua tb e são produzidos pela RNA especial, primase, o A replicação das proteínas histonas envolve a montagem de novas fitas que se ligam as histonas nucleossomas e as transferem ao DNA, primeiramente associando os tetrâmeros das histonas H3 e H4, seguida da associação dos dímeros de H2A, H2B. G a b ri e la T o m a si o As cél apresentam mecanismos para manter a integridade do DNA. Isso faz com que os erros ocorram com menor frequência. A DNA pol possui uma capacidade de conferir as bases, à medida que as adiciona ao novo filamento de DNA Æ “Leitura de Prova”. o Se há um erro a DNA pol remove a base imediatamente antes de terminar a síntese. o Mesmo assim, pode ser que alguma base errada escape dessa correção. o Algumas influencias externas e substâncias químicas podem estimular erros no DNA, o Vários são os mecanismos de defesa da ocorrência de erros. Os íons superóxidos são destruídos pela enzima superóxido- desmutase, o Os íons H+ são neutralizados, oxidações intracel são reduzidas. o As alterações ocorridas em uma cél embrionária são ainda mais danosas. o O reparo do DNA é feito em duas fases: 9 A primeira: identificar a parte defeituosa e sua remoção (corta através da endonuclease), 9 A segunda: segmento removido e substituído por um correto. � Divisão – Mitose: x Prófase; o Condensação gradual para formar os cromossomos, (tornam-se visíveis), participando a prot condensina. A condensação é induzida pelo complexo ciclina-Cdk, o As cromátides são unidas pelas coesinas dos centrômeros, o Com a condensação as cromatinas vão se inativando, deixando de transcrever RNA, parando de RNAm e RNAr, as de RNAt param bastante, o Como para RNAr, vários componentes do nucléolo deixam de ser produzidos, as já existentes se associam a componentes fibrilar denso do nucléolo, fazendo com que fique mais condensado, o Algumas subunidades de RNA pol 1 se dissociam das NOR e deixam o centro fibrilar do nucléolo, o Outros componentes também deixam o nucléolo, como Fibrilarina, B23, o Estes grudam nos cromossomos e constituem a região pericromossômica ou então ficam dispersos pelo cito, o Assim os nucléolos se desorganizam nesta fase, o No citoplasma; G a b ri e la T o m a si � Centrossomos começam a formar o fuso, como centros nucleadores da polimerização da tubulina em microtúbulos, � Centrossomo = constituído por um par de centríolos + material perialveolar eletrondenso, da qual partirão as fibras... É o Áster, o As membranas nucleares se rompem em vários pontos, o Interações microtúbulos dos cromossomos com o envoltório nuclear geram forças mecânicas que contribuem com a ruptura das lâminas em um movimento mediado pela dineína. Mas a fosforilação de proteínas intrínsecas da membrana nuclear é fator crucial para o desmantelamento do envoltório Æ quem faz essa fosforilação é o complexo ciclina-Cck e por quinases, o Com a ruptura do envoltório nuclear, alguns microtúbulos se prendem aos cinetócoros, que, na altura dos centrômeros dos cromossomos, agora estão maduros, Æ Microtúbulos cinetocóricos, o São eles que direcionam os cromossomos para a parte equatorial da cél, o Esses últimos eventos são considerados, por alguns autores pertencentes à prometáfase, x Metáfase; o Cromossomos muito condensados, o Cromossomos estão na placa equatorial da cél, chamada Placa Metafásica, o Os microtúbulos do fuso que os mantém assim, por curto período de tempo, o O fuso: � É composto de três tipos de fibras; - as polares (partem dos Centrossomos e se interligam na região central da cél, sem G a b ri e la T o m a si alcançar o polo oposto), - as cinetocóricas (ligam os cromossomos aos dois polos opostos) e – as fibras livres (mais curtas e não ligadas aos polos ou aos cinetócoros), o Superfície dos cromossomos coberta pela região pericromossômica (menos nos centrômeros), constituída por componentes de processamento do RNAr, o Todas as proteínas transmembrana foram deslocadas para os túbulos do RE, o O RE está uma densa rede de túbulos e não em cisternas (na metáfase e anáfase), o A colchicina e a vamblastina são agentes antimitóticos que despolimerizam os microtúbulos, fazendo a divisão parar nesta fase, � No finalzinho da metáfase e inicio da anáfase ocorre duplicação dos centrômeros. x Anáfase; o Separação e migração das cromátides irmãs passam a ser chamadas de Cromossomos-filhos, o Essa segregação é por conta da degradação da coenzima centromérica pela protease separase, o Os dímeros dos microtúbulos alguns são perdidos e encurtam, aproximando os cromossomos-filhos dos polos, o Moléc de tubulina são adicionadas a extremidade distal (livre) dos microtúbulos polares, que, ao crescerem, aumentam a distância entre os polos, o Ocorre deslizamento das fibras polares do fuso que estão interdigitadas na porção central, o Algumas estruturas dispersas no citoplasma se empacotam, G a b ri e la T o m a si o No final da anáfase se inicia o processo de refazer o envoltório nuclear e reestabelecer a identidade do núcleo, x Telófase; o Início com o desaparecimento total dos microtúbulos cinetocóricos, o Reconstitui o núcleo e a divisão do citoplasma, o Descondensa cromatina, o Readquire capacidade de transcrição, o Reorganiza nucléolo e envoltório nuclear (fusão de membranas, incorporação de complexos do poro), o Esses eventos ocorrem, pois desativou a ciclina-Cck, logo fosfatases entram em atividade desfosforilando proteínas, o A Proteína Ran, uma GTPase é importante no recrutamento e deposição de proteínas. Como também na fusão de membranas, o A NucleoporinaPOM121 + Complexo Nup107 faz a fusão de membranas com a montagem dos poros, o Proteínas nucleares voltam para o núcleo pelos poros, o Retorno da transcrição de RNAr a partir do DNA e reagrupamento dos componentes do nucléolo, o Região pericromossômica se fragmenta, o Microtúbulos polares restantes se despolarizam, o Citocinese. Região de estrangulamento possui actina e miosina, G a b ri e la T o m a si � O Ciclo celular é influenciado por fatores de crescimento e outros sinais extracelulares; x Existe o Fator de crescimento do nervo, fator de crescimento epidérmico, o fator de crescimento de fibroblastos, o fator de crescimento de plaquetas e os semelhantes à insulina são àqueles que influenciam a progressão de G1-S, x Impulsionam a passagem do Ponto R para que a divisão continue, x Eles também impulsionam as células que estão em G0 para passarem para G1, x Estes envolvem a ação de receptores de membrana, estimulando vias de sinalização intracelular, que deverão agir de maneira reguladora sobre as proteínas centrais que fazem o controle do ciclo celular, x Inúmeros são os sinais inibitórios de proliferação; agentes que danificam o DNA, fatores ambientais e contatos celulares Æ agem, na maioria, inibindo a prot ciclase-Cck, x Em alguns tecidos a atividade mitótica é inibida pelas Calonas. Elas impedem a proliferação excessiva das células, (EX: quando parte do fígado é retirada a quantidade de calonas diminui, e então a regeneração aumenta), x As calonas estão ligadas com a Hipertrofia Compensatória, x Os pontos de controle (checkpoints) estão frequentemente averiguando se há erros celulares, G a b ri e la T o m a si Junqueira – Capítulo 11 Z Diferenciação celular: Cada célula tem duas características; x Diferenciação: É o grau de especialização de uma célula, x Potencialidade: É a capacidade que uma célula tem de originar outros tipos celulares, Quanto maior a potencialidade, menor a diferenciação e vice-versa. Os Blastômeros possuem potencialidade de 100%, sendo cél totipotentes, já os neurônios e cél cardíacas são inversos. A idade celular e o microambiente que as células estão inseridas são fatores muito importantes. � Células mais jovens possuem maior plasticidade, o que as faz responderem aos sinais externos, � Células mais maduras estão menos suscetíveis as influencias dos sinais externos, pois já passaram por fazes de diferenciação. É na Gastrulação que a diferenciação é iniciada. Há a diferenciação dos três folhetos embrionários (ecto, meso, endo). � Cél iniciam a transcrição, ocorrendo à expressão gênica a partir do genoma (materno e paterno), � Ocorre rearranjo celular (microambiente muito importante), � A matriz celular e as moléculas intracelulares interagem para a formação do citoesqueleto e migração. � Na Clivagem as Fases G1 e G2 são suprimidas, para que as mitoses aconteçam mais rapidamente. Então o genoma utilizado é somente o materno, pois os RNA presentes são os acumulados no citoplasma durante a formação do Oócito, apenas na Gastrulação que começa a ser utilizado o genoma paterno também. A diferenciação resulta de uma série de expressões gênicas controladas. Por exemplo, um neurônio possui genes para produção de proteínas da hemácia, mas ele mobiliza apenas os genes para a produção de proteínas neurais. Isso resulta de ativação e inativação de determinados genes. Leticia Dorsa Leticia Dorsa G a b ri e la T o m a si O controle transcricional é exercido no DNA, regulando a intensidade de transcrição da maioria dos genes, determinando, portanto, a atividade gênica. Os mecanismos pós-transcricional agem entre a transcrição do RNAm e a tradução da proteína. � A ativação gênica é mediada por proteínas nucleares (fatores de transcrição), que reconhecem sequências específicas no DNA e favorecem a aproximação das proteínas necessárias para a transcrição propriamente dita, como a RNA-polimerase, � A inativação gênica pode ser pela ligação de fatores nucleares inibitórios até modificações ultraestruturais da cromatina regidas por modificações covalentes de nucleotídeos. A impressão gênica é a modificação do DNA genômico. Existem regiões Hipometiladas e Hipermetiladas. A importância do equilíbrio dessas regiões está na regulação da atividade gênica, podendo ser observado em cél cancerosas. A diferenciação celular não se restringe a embriões e continua no organismo adulto, ela não cessa ao nascimento e sim vai completando-se ao longo de toda uma vida. O processo de diferenciação não é irreversível. Isso é conhecido como Desprogramação Nuclear, é o mecanismo de virar novamente totipotentes. Na regeneração ocorre um tipo de desprogramação nuclear, por exemplo, na retirada de parte do fígado. As cél desde voltam parcialmente às condições embrionárias. As células tronco são reservas celulares e podem ser embrionárias e não- embrionárias. � Embrionárias: derivam da massa celular interna do blastocisto. � Pluripotentes: geram tudo menos os anexos (cél da porção fetal da placenta), � Multipotentes: tem um potencial de diferenciação mais restrito que as embrionárias. As cél tronco adultas quando transportadas para nichos diferentes dos seus podem se diferenciar em outros tipos celulares que não podiam anteriormente Æ Importância do microambiente. O tecido nervoso, a medula óssea e o tecido adiposo Æ Descobertas de multipotencialidades e possíveis curas e tratamento de doenças... Porém diversas questões devem ser consideradas como; geração de tumores. G a b ri e la T o m a si As células apresentam mecanismos de autodestruição pela Apoptose que é a compactação da cél inteira, incluindo o núcleo, que junto ao citoplasma diminui de volume também e ao microscópio aparece condensado e escuro. � Cromatina do núcleo condensado (núcleo picnótico) é partida em fragmentos regulares por uma endonuclease que ataca o DNA, � Cél emitem brotamentos que são fagocitados por macrófagos, Z Necrose; É o resultado da desnaturação de proteínas intracelulares e da digestão enzimática das células lesadas letalmente. Há sempre perda da integridade da membrana, com extravasamento do conteúdo intracelular, podendo causar inflamação dos tecidos ao redor. Seguida de fenômenos de autólise! x Um infarto no miocárdio é a necrose de uma porção do coração causada pela morte de muitas células. x Perda da permeabilidade da membrana, logo compostos penetram na célula e causam lesões, x Liberação de enzimas lisossomais, que autodegradam a cél, G a b ri e la T o m a si x Lesões no DNA, acúmulo de radicais livres, alterações na síntese proteica, x Depleção de ATP, (hipóxia), x Após esse rompimento da membrana ocorre a formação de figuras de mielina por conta da exposição dos fosfolipideos da membrana, Alterações morfológicas; x Eosinofilia aumentada, corante avermelhado, (presença de RNA), x Aumento do volume celular, x Alterações no núcleo � Picnólise (condensação e contração da cromatina no núcleo, cél mais contraída e mais escura, corada), � Cariólise, (núcleo perdendo sua cor, sumindo, quase ausência do núcleo), � Cariorrexe (fragmentação do núcleo). Padrões de necrose tecidual; x Necrose de Coagulação; o Estrutura dos tecidos é preservada, pelo menos por alguns dias, o Tecidos com textura firme, o Lesão desnatura também as proteínas estruturais e enzimas o que bloqueia a proteólise das células mortas, o Células sem núcleos persistem por alguns dias, o Há então infiltração de leucócitos que digerem por fagocitose os restos celulares e liberam lisossomos para digerir as células mortas, o Quando há obstrução de um vaso que nutre um tecido pode haver um Infarto, causando a necrose de coagulação, x Necrose Liquefativa; o Digere cél mortas e o tecido vira uma massa viscosalíquida, o Ex; infecções bacterinas, fúngicas, porque estes agentes estimulam o acumulo de leucócitos e a liberação de substâncias advindas deles, o Os leucócitos também morrem e formam o Pus, o Morte por Hipóxia de células do sistema nervoso central, x Necrose Gangrenosa; o Membro que tenha perdido seu suprimento sanguíneo, o Envolve várias camadas do tecido, o Quando uma infecção bacteriana se superpõe ocorre muita lesão liquefativa por conta da ação das enzimas degradativas nas bactérias e nos leucócitos atraídos originando a gangrena úmida. G a b ri e la T o m a si x Necrose Caseosa; o Focos de infecção tuberculosa, o Aspecto branco, aspecto de queijo, o Formação dos granulomas, o Células rompidas em fragmentos e restos granulares amorfos, dentro de uma borda inflamatória. x Necrose Fibrinóide; o Reações imunes que envolvem os vasos sanguíneos, o Complexos de antígenos e anticorpos se depositam nas paredes das artérias. Isso + Fibrina leva a uma aparência rosa brilhante, o Vasculites Imunológicas, o Endocardite. x Necrose Gordurosa; o Áreas de destruição gordurosa, o Liberação de lipase pancreática ativada na substância peritoneal. Essa lipase encontra gordura e destrói tecido, o Ocorre na pancreatite aguda, com a liberação de enzimas que se espalham no peritônio, o Produz áreas brancas, pois há saponificação da gordura. Se as células necróticas e restos celulares não forem destruídos e reabsorvidos, tenderão a atrair sais de cálcio e outros minerais e tornarem-se calcificadas Æ Calcificação Distrófica. Z Apoptose; Morte celular programada e limpa. Células destinadas a morrer ativação enzimas que degradam seu DNA e as proteínas nucleares e citoplasmáticas, endonucleases. Ocorre naturalmente ao longo de todo nosso desenvolvimento. G a b ri e la T o m a si x Cél apoptóticas se quebram em fragmentos, chamados Corpos Apoptóticos que contém porções do citoplasma e do núcleo. x Membrana plasmática dos corpos Apoptóticos permanece integra, porém há uma alteração que atrai os fagócitos para que fagocitem essas porções, x O conteúdo não extravasa e elas são fagocitadas, x Não há resposta inflamatória, x A apoptose pode progredir para necrose em certas situações. x Tanto na apoptose patológica quanto na fisiológica tem a presença da proteína Caspase. É um marco para sabermos que a cél está sofrendo apoptose. Alterações Morfológicas; x Retração celular, cél menor em tamanho, citoplasma denso, organelas compactadas, x Condensação da cromatina, ela se agrega perifericamente, sob a membrana nuclear, em massas densas de várias formas e tamanhos. O núcleo pode romper-se formando dois ou mais fragmentos, x Formação dos corpos Apoptóticos e bolhas citoplasmáticas. Primeiro cél mostra bolhas superficiais extensas, sofrendo então fragmentação em corpos Apoptóticos envoltos por membranas compostos de citoplasma e organelas acondicionadas, com ou sem fragmentos nucleares. x Fagocitose das cél apoptóticas. Fagócito os ingere e digere por meio de enzimas lisossômicas. Acredita-se que as membranas plasmáticas permaneçam intactas durante a apoptose, até os últimos estágios, quando se tornam permeáveis aos solutos normalmente retidos. Essa descrição clássica é precisa no que diz respeito a apoptose em condições fisiológicas, como a embriogênese e a deleção de células imunes. Contudo, formas de morte celular com características de necrose bem como de apoptose não são incomuns após muitos estímulos ofensivos. Sob essas condições, a intensidade, em vez da natureza do estímulo, determina a via de morte celular, sendo a necrose a principal via quando há depleção de ATP e lesão à membrana acentuada. Situações Fisiológicas; x Involução de tecidos hormônio dependentes quando há restrição hormonal; Involução de células endometriais durante o ciclo menstrual, a atresia folicular durante a menopausa, a regressão da mama lactante após o desmame e a atrofia prostática após castração, G a b ri e la T o m a si x Perda celular em populações celulares proliferativas; linfócitos imaturos na MO e no timo, linfócitos B no centro germinativo, epitélio de cripta intestinal, x Eliminação de linfócitos autorreativos potencialmente nocivos; pode ser antes ou depois de eles terem completado a maturação, para impedir reações contra nossos próprio tecidos, x Morte de células que já tenham cumprido seu papel; neutrófilos nas respostas inflamatórias aguda e os linfócitos ao término da resposta imune. Elas sofrem apoptose porque são privadas dos sinais de sobrevivência necessários, como fatores de crescimento. Situações Patológicas; x Alterações anormais das proteínas Caspases, x A apoptose elimina células que são lesadas de modo irreparável, sem produzir reação do hospedeiro, limitando, assim, lesão tecidual paralela. A morte por apoptose é responsável por perda de células em várias situações patológicas: x Lesão de DNA. A radiação, as drogas citotóxicas anticâncer e a hipóxia, podem lesar o DNA diretamente ou através da produção de radicais livres. Se os mecanismos de reparo não podem competir com a lesão, a célula dispara mecanismos intrínsecos que induzem a apoptose. Nessas situações, a eliminação da célula pode ser a melhor alternativa do que arriscar em mutações no DNA lesado, as quais podem progredir para uma transformação maligna. Esses estímulos nocivos causam apoptose se o insulto for leve, mas doses maiores do mesmo estímulo resultam em morte celular por necrose. x Acúmulo de proteínas anormalmente dobradas. As proteínas impropriamente dobradas podem surgir de mutações nos genes que codificam estas proteínas ou devido a fatores extrínsecos, como a lesão causada por radicais livres. O acúmulo excessivo dessas proteínas no RE leva a uma condição conhecida como estresse do RE, que culmina em morte apoptótica das células. A apoptose causada pelo acúmulo de proteínas anormalmente dobradas foi considerada como base de várias doenças degenerativas do sistema nervoso central e de outros órgãos. x Morte celular em certas infecções, particularmente as infecções virais, nas quais a perda de células infectadas é devida em grande parte a apoptose que pode ser induzida pelo vírus (como nas infecções por adenovírus e vírus da imunodeficiência humana) ou pela resposta imune do hospedeiro (como na hepatite viral). Uma resposta importante do hospedeiro aos vírus consiste em linfócitos T citotóxicos específicos para as proteínas virais, que induzem apoptose das células infectadas G a b ri e la T o m a si na tentativa de eliminar os reservatórios de infecção. Durante esse processo pode ocorrer lesão tecidual significativa. O mesmo mecanismo mediado por célula T é responsável pela morte celular em tumores e na rejeição celular aos transplantes. x Atrofia patológica no parênquima de órgãos após obstrução de ducto, como ocorre no pâncreas, na parótida e no rim. Características Bioquímicas; x Ativação das Proteínas Caspases. Uma característica específica da apoptose é a ativação de vários membros de uma família de cisteína proteases denominados Caspases. o O termo Caspases é baseado em duas propriedades desta família de enzimas: o “c” refere-se à cisteína protease (enzima com cisteína no seu sítio ativo) e “aspase” refere-se à habilidade dessas enzimas em clivar, depois, os resíduos de ácido aspártico. A família Caspases, incluindo mais de 10 membros, pode ser funcionalmente dividida em dois grupos; o Desencadeadoras e Executoras – dependendo da ordem na qual são ativados durante a apoptose. As Caspases desencadeadoras incluem caspase-8 e caspase-9. Várias outras Caspases, incluindo caspase-3 e caspase-6, agem como executoras. Como muitas proteases, as Caspases existem como pró-enzimas inativas ou zimogênios, e devem sofrer clivagem enzimática para tornarem-se ativas. A presençade Caspases ativas, clivadas, constitui um marcador para células que estão sofrendo apoptose. x Quebra do DNA e Proteína. As células apoptóticas exibem quebras típicas do DNA em grandes fragmentos. Subsequentemente, há clivagem do DNA por endonucleases dependentes de Ca2+ e Mg2+ em fragmentos, refletindo clivagem entre subunidades nucleossômicas. Os fragmentos podem ser visualizados por eletroforese como “escadas ” de DNA. A atividade de endonuclease também forma a base para a detecção de morte celular por técnicas citoquímicas que reconhecem as quebras do duplo filamento de DNA. x Alterações da Membrana e Reconhecimento pelos Fagócitos. A membrana plasmática das células apoptóticas se altera em vias que promovem o reconhecimento de células mortas pelos fagócitos. Uma dessas alterações é o movimento de alguns fosfolipídios (notavelmente a fosfatidilserina) do folheto interno para o folheto externo da membrana, onde são reconhecidos por um número de receptores nos fagócitos. Esses lipídios são também detectáveis pela ligação de uma proteína chamada anexina V; desse modo, a coloração para anexina V é usada comumente para identificar células apoptóticas. Mecanismos da Apoptose; Leticia Dorsa Leticia Dorsa Leticia Dorsa G a b ri e la T o m a si Estudos de vermes mutantes permitiram a identificação de genes específicos (denominados genes ced, do inglês, cell death abnormal) que iniciam ou inibem a apoptose. O processo de apoptose pode ser dividido em; x Fase de iniciação, durante a qual algumas Caspases se tornam cataliticamente ativas, x Fase de execução, durante a qual outras Caspases iniciam a degradação de componentes celulares críticos. O início da apoptose ocorre principalmente por sinais originados de duas vias distintas: x Via intrínseca ou mitocondrial, envolve a ação de sensores e efetores da família Bcl-2, que induzem o extravasamento de proteínas mitocondriais. Estão também mostradas algumas das proteínas antiapoptóticas (reguladoras) que inibem o extravasamento das mitocôndrias e a ativação de Caspases dependente do Citocromo c na via mitocondrial. x Via extrínseca ou morte iniciada por receptor, a ligação dos receptores de morte leva à ativação direta das Caspases. Os reguladores dos receptores de morte mediados pela ativação das Caspases não estão mostrados. RE, retículo endoplasmático; TNF, fator de necrose tumoral. Essas vias são induzidas por diferentes estímulos e envolvem grupos diferentes de proteínas, embora haja entre elas alguma interconexão. As duas vias convergem para a ativação das Caspases, que são os mediadores reais da morte celular. G a b ri e la T o m a si Via Intrínseca (Mitocondrial) da Apoptose; A via mitocondrial é o principal mecanismo da apoptose em todas as células mamíferas. x Essa via de apoptose é o resultado do aumento de permeabilidade mitocondrial e liberação de moléculas pró-apoptóticas (indutoras de morte) dentro do citoplasma. x As mitocôndrias são organelas notáveis por conterem proteínas como o Citocromo c, essenciais para a vida, mas algumas dessas proteínas, quando liberadas dentro do citoplasma (uma indicação de que a célula não está saudável), iniciam o programa de suicídio da apoptose. x A liberação dessas proteínas mitocondriais é controlada por equilíbrio finamente orquestrado entre membros pró e antiapoptóticos da família Bcl de proteínas. Essa família foi chamada depois de Bcl-2, a qual foi identificada como um oncogene em linfoma de célula B. Existem mais de 20 membros da família Bcl e a maioria deles regula a apoptose. x Fatores de crescimento e outros sinais de sobrevivência estimulam a produção de proteínas antiapoptóticas, principalmente Bcl-2, Bcl-x e Mcl-1. Essas proteínas residem normalmente no citoplasma e nas membranas mitocondriais, onde controlam a permeabilidade mitocondrial e impedem o extravasamento de proteínas mitocondriais que possuam capacidade de disparar a morte celular. x Quando as células são privadas de sinais de sobrevivência ou seu DNA é lesado, ou proteínas anormalmente dobradas induzem ao estresse do retículo endoplasmático, os sensores de lesão ou estresse são ativados. Esses sensores também são membros da família Bcl e incluem as proteínas Bim, Bid e Bad. Os sensores, por sua vez, ativam dois efetores críticos (pró-apoptóticos), Bax e Bak, que formam oligômeros que se inserem na membrana mitocondrial e criam canais permitindo que as proteínas da membrana mitocondrial interna extravasem para o citoplasma. x As proteínas apenas BH3 podem também se ligar a Bcl-2 e Bcl-x e bloquear suas funções, declinando, ao mesmo tempo, a síntese de ambas. O resultado final da ativação Bax-Bak, em conjunto com a perda das funções protetoras dos membros antiapoptóticos da família Bcl, é a liberação para o citoplasma de várias proteínas mitocondriais que podem ativar a cascata de Caspases. Uma dessas proteínas é o Citocromo c. Uma vez liberado no citosol, o Citocromo c liga-se a uma proteína chamada Apaf-1 que forma o Apoptossomo. x Esse complexo é capaz de se ligar à caspase-9, a Caspases desencadeante crítica da via mitocondrial, e a enzima cliva moléculas adjacentes de caspase-9, iniciando, assim, um processo de autoamplificação. Outras proteínas mitocondriais, com nomes misteriosos como Smac/DIABLO, entram no citoplasma, onde se ligam e G a b ri e la T o m a si neutralizam as proteínas citoplasmáticas que funcionam como inibidores fisiológicos da apoptose (denominadas IAPs). x A função normal das IAPs é bloquear a ativação das Caspases, incluindo executoras como a caspase-3, e manter as células vivas. x Portanto, a neutralização dessas IAPs permite o início da cascata de Caspases. Fatores de crescimento e outros sinais Desequilíbrio entre fatores pró e antiapoptóticos, Diminui a produção de prot. antiapoptóticas como Bcl-2, Bcl-x e Mcl-1. Aumenta a produção de proteínas pró-apoptóticas como Bax e Bak Estas criam canais na membrana mitocondrial que permite que as prot internas dessa organela extravasem Citocromo C liberado no citosol Citocromo C ligado a Apaf-1 --> Apoptossoma Esse complexo liga-se a Caspase-9 Cliva moléculas e aumenta a liberação de moléculas pró- apoptóticas Smac/DIABLO neutraliza inibidores fisiológicos da apoptose, como IAPs. Apoptose G a b ri e la T o m a si Via Extrínseca da Apoptose (Morte Iniciada por Receptor) Esta via é iniciada pelo envolvimento dos receptores de morte da membrana plasmática em uma variedade de células. x Os receptores de morte mais bem conhecidos são o receptor TNF tipo 1 (TNFR1) e uma proteína relacionada denominada Fas (CD95) O mecanismo de apoptose induzido por esses receptores de morte é bem ilustrado pelo Fas, um receptor de morte expresso em muitos tipos celulares. O ligante para Fas é chamado de Fas ligante (FasL). x O FasL é expressado nas células T que reconhecem antígenos próprios (e agem eliminando os linfócitos autorreativos) e alguns linfócitos T citotóxicos (que eliminam células tumorais e infectadas por vírus). x Quando o FasL se liga ao Fas, três ou mais moléculas de Fas se reúnem e seus domínios de morte citoplasmáticos formam um sítio de ligação para uma proteína adaptadora que também contém um domínio de morte e é denominada FADD. x A FADD, que é aderida aos receptores de morte, por sua vez, liga-se a uma forma inativa da caspase-10 novamente através de um domínio de morte. Múltiplas moléculas de pró-caspase-10 são então trazidas para a proximidade e se clivam entre si para gerar caspase-10 ativa. x A enzima então inicia a cascata de ativação de Caspases através de clivagem, ativando, desse modo, outras pró-Caspases; as enzimas ativas medeiam a fase de execução da apoptose. x Essa via de apoptose pode ser iniciada por uma proteína chamada FLIP, que se liga à prócaspase10, mas que não pode clivar e ativar a Caspases porque é desprovida de domínio protease, x Alguns vírus e células normais produzem FLIP e usam este inibidor para se protegerem da apoptose mediada por Fas. G a b ri e la T o m a si A Fase de Execução da Apoptose As duas vias de iniciação convergem para uma cascata de ativação de Caspases que modulam a fase final da apoptose. x Como já vimos, a via mitocondrial leva à ativação de caspase-9 desencadeante e a via de receptor de morte, às Caspases 8 e 10 desencadeantes. x Depois que uma Caspases desencadeante é clivada para gerar sua forma ativa, o programa enzimático de morte é posto em movimento por ativação rápida e sequencial das Caspases executoras. As Receptor Fas Ligação do Fas Ligante (FasL) 3 ou mais moléculas de Fas se reúnem formando um sítio de ligação para uma prot. adaptada FADD Liga-se a Procaspase 10, que é a forma inativa da Caspase 10 Ativação da Caspase 10 pela clivagem da procaspase 10. Cascata de ativação de caspases com as clivagens G a b ri e la T o m a si Caspases executoras, como as caspases-3 e -6, atuam em muitos componentes celulares. x Por exemplo, uma vez ativadas, essas Caspases clivam um inibidor de uma DNase citoplasmática, tornando-a enzimaticamente ativa; esta enzima induz a clivagem típica do DNA em fragmentos do tamanho de nucleossomas, descrito anteriormente Æ endonucleases. x As Caspases também degradam os componentes estruturais da matriz nuclear, promovendo, assim, a fragmentação do núcleo. x Algumas das etapas da apoptose não estão bem definidas. Remoção das Células Mortas A formação de corpos apoptóticos quebra as células em fragmentos menores que são comestíveis para os fagócitos. x As células apoptóticas e seus fragmentos sofrem também várias alterações em suas membranas que promovem ativamente sua fagocitose de tal modo que são removidos antes de sofrer necrose e liberar seus conteúdos (o que resultaria em inflamação lesiva). x Em células saudáveis, a fosfatidilserina está presente no folheto interno da membrana plasmática, mas nas células apoptóticas este fosfolipídio move-se para fora e é expresso na camada externa da membrana, onde é reconhecido por vários receptores dos macrófagos. As células que estão morrendo por apoptose secretam fatores solúveis que recrutam os fagócitos. x Alguns corpos apoptóticos expressam trombospondina, uma glicoproteína adesiva que é reconhecida pelos fagócitos, e os próprios macrófagos podem produzir proteínas que se ligam às células apoptóticas (mas não às células vivas) e direcionam, assim, as células mortas para o engolfamento. x Os corpos apoptóticos podem também ser revestidos por anticorpos naturais e proteínas do sistema complemento, notavelmente C1q, os quais são reconhecidos pelos fagócitos. x Esse processo de fagocitose das células apoptóticas é tão eficiente que as células mortas desaparecem, dentro de minutos, sem deixar traços, e a inflamação é ausente mesmo em face da extensa apoptose. G a b ri e la T o m a si Exemplos de Apoptose Privação de Fator de Crescimento. As células sensíveis a hormônios privadas de um hormônio relevante, os linfócitos que não são estimulados por antígenos e citocinas e os neurônios privados de fator de crescimento nervoso, morrem por apoptose. Em todas essas situações, a apoptose é iniciada pela via intrínseca (mitocondrial) e é atribuível à diminuição de síntese de Bcl-2 e Bcl-x, ativação de Bim e outros membros pró-apoptóticos da família Bcl. Lesão de DNA. A exposição das células à radiação ou a agentes quimioterápicos induz apoptose por um mecanismo que é iniciado por lesão de DNA (estresse genotóxico) e que envolve o gene supressor tumoral p53. A proteína p53 acumula-se quando o DNA é lesado e interrompe o ciclo celular (na fase G1) para conceder tempo para o reparo. Contudo, se a lesão for muito intensa para ser reparada com sucesso, o p53 desencadeia a apoptose. Quando o p53 está mutado ou ausente (como em certos cânceres), ele é incapaz de induzir apoptose, favorecendo a sobrevivência das células com o DNA lesado. Em tais células, a lesão de DNA pode resultar em mutações ou translocações que levam à transformação neoplásica. Portanto, o p53 atua como chave fundamental da “vida ou morte” no caso do estresse genotóxico. O mecanismo pelo qual o p53 desencadeia a maquinaria efetora da morte distal – as caspases – é complexo, mas parece envolver sua função na ativação da transcrição. Dentre as proteínas cuja produção é estimulada pelo p53 estão vários membros da família Bcl, notavelmente Bax, Bak e algumas proteínas apenas BH3. Proteínas Anormalmente Dobradas. As chaperonas no retículo endoplasmático controlam o dobramento de proteínas recém-sintetizadas, e os polipeptídios mal dobrados são ubiquitinados e direcionados para a proteólise, nos proteossomas. Se, contudo, proteínas não dobradas ou anormalmente dobradas se acumulam no retículo endoplasmático, devido a mutações herdadas ou ao estresse, elas desencadeiam um número de respostas celulares, coletivamente chamadas de resposta de proteína não dobrada. Essa resposta ativa via de sinalização que aumentam a produção de chaperonas, aumenta a degradação proteossômica das proteínas anormais e diminui a translação da proteína, reduzindo, assim, a carga de proteínas anormalmente dobradas na célula. Entretanto, se essa resposta citoprotetora for incapaz de lidar com o acúmulo de proteínas anormalmente dobradas, a célula ativa as caspases e induz a apoptose. Esse processo é conhecido como estresse de retículo endoplasmático. O acúmulo intracelular de proteínas anormalmente dobradas, causado por mutações genéticas, envelhecimento, ou fatores ambientais desconhecidos, é atualmente reconhecido como uma característica de várias doenças neurodegenerativas, incluindo as de Alzheimer, Huntington e Parkinson e, provavelmente, diabetes tipo 2. G a b ri e la T o m a si A privação de glicose e oxigênio, e estresse, como calor, também resultam em proteína mal dobrada, que culmina em lesão e morte celular. Apoptose Induzida pela Família de Receptores TNF. O FasL nas células T se liga ao Fas dos mesmos linfócitos ou linfócitos vizinhos. Essa interação atua na eliminação de linfócitos que reconhecem antígenos próprios, e mutações que afetam o Fas ou FasL resultam em doenças autoimunes. A citocina TNF é um importante mediador da reação inflamatória, mas ela é capaz, também, de induzir apoptose. O nome “fator de necrose tumoral” surgiu não porque a citocina elimina as células tumorais diretamente, mas porque ela induz a trombose dos vasos sanguíneos do tumor, o que resulta em morte do tumor por isquemia. De fato, as principais funções fisiológicas do TNF são mediadas não por induzir apoptose, mas por ativar o importante fator de transcrição NF-κB (fator nuclear-κB), que promove a sobrevida celular estimulando a síntese de membros antiapoptóticos da família Bcl-2 e, ativa uma série de respostas inflamatórias. Apoptose Mediada por Linfócitos T Citotóxicos. Os linfócitos T citotóxicos (LTCs) reconhecem antígenos estranhos, apresentados na superfície de células hospedeiras infectadas. Sob ativação, os LTCs secretam perfurina, uma molécula formadora de poro transmembrana, a qual promove a entrada de grânulos do LTC contendo serina-proteases chamadas granzimas. As granzimas têm a capacidade de clivar proteínas em resíduos de aspartato, ativando, assim, uma série de caspases celulares. Desse modo, o LTC destrói células-alvo diretamente, induzindo a fase efetora da apoptose. Os LTCs expressam também FasL na sua superfície e podem destruir células-alvo através da ligação de receptores de Fas. Distúrbios Associados à Apoptose Desregulada A apoptose desregulada tem sido associada à explicação para uma ampla gama de doenças. Distúrbiosassociados com apoptose defeituosa e aumento da sobrevida celular. Uma taxa impropriamente baixa de apoptose permite a sobrevida de células anormais, com uma série de consequências. x Por exemplo, se células que exibem mutações em p53 forem submetidas à lesão de DNA, elas, além de não morrerem, ficarão susceptíveis ao acúmulo de mutações devido ao DNA defeituoso, e essas anormalidades darão origem ao câncer. A importância da apoptose na prevenção do desenvolvimento do câncer é enfatizada pelo fato de que a mutação do p53 é a anomalia genética mais comum encontrada em cânceres humanos, G a b ri e la T o m a si x Em outras situações, a apoptose defeituosa resulta em falha para eliminar células potencialmente danosas, como os linfócitos que podem reagir contra os próprios antígenos e falha em eliminar células mortas, uma fonte potencial de antígenos próprios. x Portanto, a apoptose defeituosa pode ser à base dos distúrbios autoimunes, Distúrbios associados com o aumento da apoptose e morte celular excessiva. Essas doenças caracterizam-se por uma perda de células e incluem doenças neurodegenerativas, manifestadas por perda de grupos específicos de neurônios, nos quais a apoptose é causada por mutações e proteínas anormalmente dobradas; lesão isquêmica, como no infarto miocárdico e acidente vascular cerebral; e morte de células infectadas por vírus, em muitas infecções virais.
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