Morte celular programada e autofagia - Alberts

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Morte celular programada e autofagia 
APOPTOSE NECROSE 
Membrana intacta Rompimento da membrana 
Não-inflamação Inflamação 
Diminui volume celular Aumenta o volume celular 
“Programada” “Acidental” 
Gasta ATP Não gasta ATP 
DNA quebrado por endonucleases; 
cromatina condensa (picnose); núcleo 
forma pedaços (cariorrexe). 
DNA se desfaz completamente; 
cromatina condensa (picnose); núcleo 
forma pedaços (cariorrexe); núcleo se 
desfaz (cariólise). 
Corpos apoptóticos 
 
Cascata proteolítica intracelular mediada por Caspases 
• A apoptose é disparada por proteases intracelulares especializadas que clivam 
sequências específicas em numerosas proteínas dentro da célula, proporcionando 
mudanças dramáticas que levam a morte celular e ao engolfamento. 
• Essas proteases têm cisteína no seu sítio ativo e clivam suas proteínas-alvo em ácidos 
aspárticos específicos, elas são chamadas de CASPASES. 
• As caspases são sintetizadas na célula como precursores inativos e são ativadas 
durante a apoptose. 
• Caspases iniciadoras: iniciam o processo apoptótico. Existem como monômeros 
solúveis e inativos no citosol. Um sinal apoptótico dispara a montagem de 
plataformas proteicas que congregam múltiplas caspases iniciadoras em complexos. 
Dentro desses complexos, pares de caspases se associam para formar dímeros, 
resultando na ativação da protease. A principal função das caspases iniciadoras é de 
ativar as caspases executoras (cliva as procaspases efetoras em caspases ativas). 
• Caspases executoras: existem como dímeros inativos. Quando são clivadas por uma 
caspase iniciadora o sítio ativo é rearranjado de uma conformação inativa para ativa. 
Um complexo de caspase iniciadora pode ativar muitas caspases executoras, 
resultando em uma amplificação da cascata proteolítica. Uma vez ativada, as 
caspases executoras catalisam os diversos eventos de clivagem de proteínas que 
matam a célula. 
• Cascata de caspase é irreversível. 
Caspases iniciadoras Caspases 2, 8, 9, 10. 
Caspases executoras Caspases 3, 6, 7. 
Caspases da via extrínseca Procaspases 8, 10. 
Caspases da via intrínseca Caspases 2, 9. 
 
 
 
 
 
 
Via Extrínseca 
• A via extrínseca da apoptose é disparada pela ligação de proteínas de sinalização 
extracelular a receptores de morte na sua superfície. 
• Receptores de morte: proteínas transmembrana que contém um domínio 
extracelular de ligação ao ligante; um domínio transmembrana único e um domínio 
de morte intracelular. 
• Receptores são homotrímeros e pertencem a família de receptores de fator de 
necrose tumoral (TNF), o qual inclui um receptor para o próprio TNF e o receptor de 
morte Fas. 
• O passo inicial para a indução da apoptose pela via extrínseca é a trimerização de 
Fas e FasL. 
• Receptores de morte disparam a via extrínseca da apoptose através da ativação de 
Fas na superfície da célula alvo pelo FasL (Fas ligante) na superfície de um linfócito 
(citotóxico) matador. Quando ativado pelo ligante, domínios de morte na cauda 
citosólica ligam-se a proteínas adaptadoras intracelulares, que, por sua vez, ligam 
caspases iniciadoras (caspase-8), formando um complexo de sinalização indutor de 
morte (DISC). 
• Ao dimerizar e ativar a DISC, as caspases iniciadoras clivam seus parceiros e ativam 
caspases executoras a jusante (downstream) para induzir a apoptose. 
• Em algumas células, a via extrínseca recruta a via apoptótica intrínseca para 
amplificar a cascata de caspase e matar a célula. 
• Existem proteínas inibidoras que agem tanto extracelular quanto intracelularmente 
para controlar a via extrínseca. Algumas células produzem receptores armadilha, 
que possuem um domínio de ligação ao ligante, mas não um domínio de morte; 
como podem se ligar ao ligante de morte, mas não podem ativar a apoptose, as 
armadilhas competitivamente inibem os receptores de morte. 
• As células também podem produzir proteínas bloqueadoras que agem para 
controlar a via extrínseca. Algumas produzem a proteína FLIP que se assemelha à 
caspase iniciadora mas não possui atividade de protease pela falta da cisteína-chave 
no seu sítio ativo. A FLIP dimeriza-se com a caspase-8 no complexo DISC; a caspase-
8 não é clivada no sítio requerido para sua ativação estável e então, o sinal 
apoptótico é bloqueado. Tais mecanismos inibidores ajudam a prevenir a ativação 
inapropriada da via extrínseca da apoptose. 
• FLIP: molécula anti-apoptótica capaz de inibir a via extrínseca através do bloqueio 
da clivagem da procaspase-8/10. 
 
 
 
Via Intrínseca 
• Ativação dos programas de apoptose de dentro da célula, em resposta ao estresse, 
tal como dano do DNA ou em resposta a sinais de desenvolvimento. 
• Vias apoptóticas intrínsecas ou mitocondriais dependem da liberação de proteínas 
mitocondriais no citosol, que normalmente residem no espaço intramembrana 
dessas organelas. 
• Proteína-chave na via intrínseca é o citocromo c, um componente solúvel em água 
da cadeia transportadora de elétrons da mitocôndria. 
• Bak e Bax formam o poro para a liberação do citocromo c. 
• Quando liberado no citosol assume uma nova função: liga-se a proteína Apaf1 (fator 
1 de ativação da protease apoptótica) promovendo a oligomerização de Apaf1 em 
apoptossomo. 
• As proteínas Apaf1 no apoptossomo recrutam as proteínas caspase-9 iniciadoras 
que são ativadas e, consequentemente, ativam as caspases executoras para induzir 
apoptose. 
• Apoptossomo (Citocromo c + Apaf1 + Procaspase-9). Há gasto de energia na 
formação do apoptossomo. 
• Proteínas Bcl2 regulam a via intrínseca da apoptose controlando a liberação, no 
citosol, de citocromo c e outras proteínas mitocondriais intramembrana. 
• Proteínas pró-apoptóticas: promovem a apoptose através do aumento da 
libertação. 
• Proteínas anti-apoptóticas: inibem a apoptose através do bloqueio da libertação. 
• Ambas podem se ligar para formar heterodímeros (inibem as funções uma da outra). 
• Em resposta ao dano do DNA que não pode ser reparado, as proteínas p53 
supressoras de tumor se acumulam e ativam a transcrição de genes que codificam 
proteínas BH3-apenas Puma e Noxa. Essas proteínas BH3-apenas disparam a via 
intrínseca, eliminando, desse modo, uma célula potencialmente perigosa que 
poderia se tornar cancerosa. 
• A proteína BH3-apenas Bid é a conexão entre as duas vias (extrínseca e intrínseca). 
Bid está normalmente inativa. Contudo, quando receptores de morte ativam a via 
extrínseca em algumas células, a caspase iniciadora, caspase-8, cliva Bid, produzindo 
uma forma ativa de Bid que se transloca para a membrana externa mitocondrial e 
inibe proteínas anti-apoptóticas da família Bcl2, amplificando assim o sinal de morte. 
Anti-apoptóticos Bcl2; BCL-XL. 
Pró-apoptóticos BH123 (Bax, Bak); BH3. 
 
• BH3 (Bad, Bid): bloqueiam as anti-apoptóticas. 
• Bax e Bak: formam o poro para liberar citocromo C e anti-IAPs. 
• Bid, Bim e Puma: Ativadores BH3-apenas mais potentes da família Bcl2 indutores de 
apoptose. 
IAPs e anti-IAP 
• Mecanismo para assegurar que as proteases sejam ativadas apenas quando 
necessário. 
• Linha de defesa fornecida pelas proteínas chamadas inibidores de apoptose (IAPs). 
• Domínios BIR permitem a todas IAPs ligarem-se e inibirem caspases ativadas. Outras 
IAPs também podem marcar caspases para serem destruídas por proteassomos. 
• IAPs estabelecem um limiar inibidor que as caspases devem cruzar para disparar a 
apoptose. 
• Anti-IAPs pode neutralizar a barreira inibidora produzida pelas IAPs. 
• As anti-IAPs possuem um N-terminal de ligação a IAP que se liga ao domínio BIR das 
IAPs, impedindo que este domínio se ligue a uma caspase. 
• Anti-IAPs são liberadas do espaço intramembrana mitocondrial quando a via 
intrínseca da apoptose é ativada, bloqueando IAPs no citosol e, dessa maneira, 
promovendo a apoptose. 
Fosfatidilserina 
• Se desloca para a camada externa, servindo como marcador que sinaliza células-
vizinhas e macrófagosa fagocitarem e, também bloqueiam a inflamação associada 
a fagocitose. 
• A célula apoptótica e seus fragmentos não se rompem e liberam seus conteúdos, 
estas, permanecem intactas para serem eficientemente fagocitadas por células 
vizinhas, não deixando traços sem disparar nenhuma resposta inflamatória. 
• Esse processo de engolfamento depende de modificações químicas na superfície das 
células apoptóticas, que disparam sinais de recrutamento de células fagocíticas. 
• Uma modificação especialmente importante ocorre na distribuição de fosfolipídeos 
fosfatidilserina carregados negativamente na superfície celular. Esse fosfolipídeo em 
células apoptóticas está virado para a folha externa. 
• A exposição externa da fosfatidilserina depende da clivagem pela caspase de 
algumas proteínas envolvidas na distribuição de fosfolipídeos na membrana. 
• Proteínas “de ponte” solúveis interagem com fosfatidilserinas expostas em células 
apoptóticas. Essas proteínas também interagem com receptores específicos na 
superfície de células da vizinhança ou macrófagos, disparando modificações do 
citoesqueleto que iniciam o processo de engolfamento. 
• Os macrófagos não fagocitam células saudáveis no animal. As células saudáveis 
expressam proteínas-sinal na sua superfície, as quais interagem com receptores 
inibitórios nos macrófagos que bloqueiam a fagocitose. Assim, além de expressar 
sinais na superfície celular, tal como as fosfatidilserinas que estimulam a fagocitose, 
células apoptóticas devem perder ou inativar o sinal de “não me coma” que bloqueia 
a fagocitose. 
Apoptose e o aparecimento de doenças 
• Existem doenças humanas nas quais o número excessivo de células que entram em 
apoptose contribuem para o dano no tecido. 
• Ataques do coração e derrames. 
• Nessas condições agudas, muitas células morrem por necrose como resultado de 
isquemia (suprimento inadequado de sangue), mas algumas das células menos 
afetadas morrem por apoptose. Espera-se que, no futuro, drogas que bloqueiam a 
apoptose – como inibidores específicos de caspases – mostrem sua utilidade 
poupando tais células. 
• Existem outras circunstâncias onde poucas células morrem por apoptose. As 
mutações que inativam genes que codificam o receptor de morte Fas ou o ligante 
Fas, impedem a morte normal de alguns linfócitos, causando o acúmulo excessivo 
dessas células no baço e nas glândulas linfáticas. Isso leva à doença autoimune, na 
qual os linfócitos reagem contra tecidos do próprio indivíduo. 
• A apoptose diminuída também faz uma importante contribuição a muitos tumores, 
visto que as células de câncer frequentemente regulam o programa apoptótico 
anormalmente. O gene Bcl2, por exemplo, foi primeiramente identificado em uma 
forma comum de linfócitos de câncer em humanos, onde uma translocação 
cromossômica causa uma produção excessiva da proteína Bcl2; de fato, Bcl2 recebeu 
seu nome desse linfoma de célula B. O alto nível da proteína Bcl2 em linfócitos que 
carregam a translocação promove o desenvolvimento de câncer pela inibição da 
apoptose, prolongando a sobrevivência de linfócitos e aumentando o seu número; 
isso também diminui a sensibilidade dessas células a fármacos anticâncer, que 
comumente funcionam levando as células de câncer a entrarem em apoptose. 
• Similarmente, o gene que codifica a proteína supressora de tumor p53 é mutado 
em cerca de 50% dos cânceres humanos, sendo que isso não promove mais a 
apoptose ou a parada do ciclo celular em resposta ao dano no DNA. A falta da função 
de p53 permite que a célula cancerosa sobreviva e prolifere mesmo quando seu DNA 
está danificado; dessa maneira, as células acumulam mais mutações, algumas das 
quais produzem câncer mais maligno. 
• Como muitos fármacos anticâncer induzem a apoptose (e a parada do ciclo celular) 
por um mecanismo dependente de p53, a perda da função de p53 também produz 
células de câncer menos sensíveis a esses fármacos. Se a diminuição da apoptose 
contribui para muitos cânceres, então se poderia tratar esses cânceres com drogas 
que estimulam a apoptose. 
Estímulos capazes de induzir a morte celular programada 
• Ausência de fatores de crescimento. 
• Dano no DNA. 
• Estresse no retículo endoplasmático. 
• Radiação ultravioleta. 
 
Autofagia 
• Autofagia é um termo genérico para todas as vias pelas quais os materiais 
citoplasmáticos são entregues ao lisossomo. Existem aproximadamente três classes 
de autofagia: macroautofagia, microautofagia e autofagia mediada por chaperonas. 
• A macroautofagia usa a organela intermediária "autofagossomo". Uma membrana 
de isolamento sequestra uma pequena porção do citoplasma, incluindo materiais 
solúveis e organelas, para formar o autofagossomo. O autofagossomo se funde com 
o lisossomo para se tornar um autolisossomo e degradar os materiais contidos nele. 
Os autofagossomos podem se fundir com os endossomos antes da fusão com os 
lisossomos. 
NUCLEAÇÃO → FECHAMENTO DO AUTOFAGOSSOMO → FUSÃO COM 
LISOSSOMO → DIGESTÃO 
• Na microautofagia, o próprio lisossomo engloba pequenos componentes do 
citoplasma por meio da invaginação interna da membrana lisossomal. 
• Autofagia mediada por chaperonas. Esta classe não envolve reorganização de 
membranas; em vez disso, as proteínas do substrato translocam-se diretamente 
através da membrana lisossomica durante a autofagia mediada por chaperonas. 
• Funções relacionadas ao processo de autofagia: Digestão de proteínas velhas no 
citoplasma; gerar energia durante privação de nutrientes; reciclagem de organelas 
envelhecidas; suprir as necessidades metabólicas da célula.