Fundação Universidade Federal de Rondônia – UNIR

Núcleo de Saúde – NUSAUMedicina – 1º Período

Biologia Celular e MolecularDocente: Gleicilaine Sena Casseb

Discentes: Antônio SerpaJeise Vieira

Moisés OliveiraRodrigo RaniériTiago Pinheiro

Walesca Agustini

Apoptose: Morte Celular Programada

Apoptose, Definição

• Do grego “queda como as folhas de uma árvore”

• “ Se as células não são mais necessárias, elas cometem o suicídio, ativando uma programada morte intracelular”.

• Morte Celular Programada

Quantidade de Apoptoses

• Desenvolvimento do sistema nervoso de vertebrados, mais da metade das células morrem logo após serem formadas.

• Em um humano adulto saudável bilhões de células morrem a cada hora na medula óssea e no intestino.

• PARECE UM GRANDE DESPERDÍCIO, Não?

Qual o propósito dessa massiva morte celular?

Tem-se respostas claras em alguns casos:

CASO 1

Patas de um camundongo: iniciam com o formato de pá (período embrionário), e os dedos separam-se somente quando as células entre eles morrem

Caso 2

Quando um girino transforma-se em rã, as células da cauda morrem , e a cauda, que não é mais necessária para a rã, desaparece.

Caso 3

Desenvolvimento do Sistema Nervoso, a morte celular, ajusta o número de células nervosas necessárias para o número de células-alvo que necessitam de enervação.

Funções da Apoptose

• Elimina células danificadas ou prejudiciais

• Renovação de células epiteliais e hematopoiéticas

• Manutenção do número constante de células em tecidos adultos

• Colapso endometrial durante a menstruação

• Deleção de células nas criptas intestinais

• Na regressão de tumores

Funções da Apoptose

• Atua no desenvolvimento embrionário:

Eliminação do tecido larval durante metamorfose (anfíbios e insetos)

Regressão da cauda do girino

Eliminação de tecidos entre os dedos (membrana interdigital)

Eliminação de neurônios em excesso

• Mecanismo de defesa:

Células infectadas por vírus

Células com danos no DNA

Células cancerosas

Exemplos da importância da Apoptose no desenvolvimento

Exemplos

Exemplos

Exemplos

Apoptose x NecroseNECROSE:NECROSE:

Processo patológico Processo patológico (autólise das células):(autólise das células):

• Resultado de uma lesão Resultado de uma lesão maciça no tecido maciça no tecido caracterizada por:caracterizada por:

• Inchaço citoplásmatico e Inchaço citoplásmatico e mitocondrial;mitocondrial;

• Ruptura da membrana Ruptura da membrana celular e vazamento do celular e vazamento do plasma celular;plasma celular;

• Resposta inflamatória e Resposta inflamatória e reação de tecido reação de tecido patológico; patológico;

• Grande número de células Grande número de células afetadas simultaneamente.afetadas simultaneamente.

APOPTOSE:APOPTOSE: Evento de morte celular, Evento de morte celular,

geneticamente programada, geneticamente programada, que envolve uma série de que envolve uma série de alterações morfológicas e alterações morfológicas e fisiológicas (processo de fisiológicas (processo de eliminação celular controlado) eliminação celular controlado) sequência de eventos que sequência de eventos que levam a morte celular em uma levam a morte celular em uma variedade de diferentes variedade de diferentes sistemassistemas.

Alterações morfológicas nas células durante a apoptose

• Cromatina se compacta e o citoesqueleto se desarma ( a célula perde o contato com a célula “vizinha”) e se torna esférica

• Moléculas de DNA se fragmentam

• O citosol e as organelas se condensam

• Consequência direta da Fragmentação do DNA, tem-se a Fragmentação do Núcleo

• Na superfície celular aparecem protrusões

• Cada protrusão irá se desprender da superfície celular e virar uma vesícula apoptótica

• As vesículas apoptóticas são fagocitadas por macrófagos

Maquinaria intracelular responsável pela apoptose

• É aparentemente semelhante em todas as células animais

• Dependente de uma família de proteases que apresenta uma cisteína no sítio ativo clivando proteínas-alvo em ácido aspártico específico.

• Elas são denominadas CASPASES.

 

Caspases

• Caspases 2, 8, 9 e 10 Iniciadoras: clivam e ativam caspases efetoras

• Caspases 3, 6 e 7 Efetoras: quando ativadas fazem a clivagem de várias proteínas

Maquinaria intracelular responsável pela apoptose

• As caspases são sintetizadas na célula com um precursor inativo, ou procaspases, que são ativados pela clivagem do ácido aspártico por outras caspases.

• Uma vez ativadas, as caspases clivam e ativam outras procaspases, formando uma cascata de amplificação proteolítica.

• Algumas clivam a lâmina nuclear, outras uma proteína que mantém a enzima degradadora do DNA ( DNAse) inativa, liberando-a para digerir o DNA.

• Assim a célula se desmancha de forma rápida e ordenada, sendo rapidamente digerida por outras células.

Como são ativadas as procaspases para iniciar a cascata da caspase?

• A ativação é feita por proteínas adaptadoras;

• Múltiplas cópias de procaspases iniciadoras se unem em um complexo;

• Quando forçadas a entrar no complexo, sua proximidade faz com que uma clive a outra.

MÚTUA ATIVAÇÃO

 

A caspase ativada no topo da cascata cliva a próxima procaspase para estimular o sinal de morte que estende-se para toda célula.

Ativação da apoptose por via extrínseca

• Ocorre pela ativação de “receptores da morte” na superfície da célula.

• Linfócitos “assassinos” podem induzir apoptose produzindo a proteína ligante Fas.

Ligante Fas:

Receptor da morte na Superfície da Célula-alvo

1 - Agrupamento (Proteínas Fas) 2 - Recruta adaptadores (proteínas intracelulares) 3 - Ligam e agregam 4 - Clivam e ativam procaspases-8 uma à outra 5 - Caspase-8 ativada

→ Ativam as próximas procaspases 6 - Apoptose.

• Quando as células estão estressadas ou danificadas podem matar a si próprias desencadeando a agregação das procaspases e a ativação dentro da célula.

Ativação da apoptose por via intrínseca

1) Mitocôndrias induzidas

2) Citocromo C se liga e ativa a liberar citocromo C para a proteína adaptadora: Apaf-1 dentro do citosol (apoptossomo)

3) Apaf-1 recruta caspase 9 que ativa a caspase 3 que vai atuar na APOPTOSE

Exemplo:

1) O DNA danificado pode desencadear a apoptose. Esta reação depende da proteína p53, que pode ativar a transcrição dos genes codificadores de proteínas que promovem a liberação do citocromo C da mitocôndria. Estas proteínas pertencem a família da Bcl-2.

Apoptose e regulação interna

São proteínas localizadas nas membranas intracelulares (mitocôndrias, RE e membrana perinuclear) que ajudam a regular a ativação das procaspases.

Algumas proteínas dessa família inibem parcialmente a apoptose, ao bloquear a liberação do citocromo c da mitocôndria, são elas: Bcl-2 e Bcl-XL.

Outras são ativadoras da morte celular, são elas: Bad, Bax e Bak.

A proteína Bad, funciona como uma proteína adaptadora e as Bax e Bak estimulam a liberação do citocromo c da mitocôndria. Essas duas últimas são ativadas pela Bid.

Família Bcl-2

O excesso de Bcl-2, embora não seja suficiente para causar câncer, favorece a ação de outros oncogenes.

Células que normalmente têm mais Bcl-2 quando são acometidas por câncer costumam ser mais resistentes e de difícil tratamento por serem menos sensíveis aos mecanismos de apoptose. Ex: melanócitos e melanoma.

O gene p-53 é o responsável por desencadear a apoptose. Além disso esse gene quando ativado, ativa também a dimerização da Bax

A proteína Bcl-2 está ligada a Apaf-1.

Família IAP (inibidoras de apoptose)

São proteínas que inibem a apoptose por duas vias:

se ligam a algumas procaspases para evitar sua ativação;

se ligam as caspases inibindo sua atividade.

Quando a mitocôndria libera o citocromo c para ativar a Apaf-1, elas também liberam uma proteína que bloqueia as IAPs, aumentando em muito a eficiência do processo de ativação da morte celular.

O programa de morte celular intracelular é regulado por sinais extracelulares que podem ativar ou inibir a apoptose.

Estes sinais moleculares atuam regulando os níveis ou atividade dos membros da família Bcl-2 e IAP.

INDUTORES DA APOPTOSE

•Esteroides;

•Glicocorticoides;

•Progesterona;

•Radicais livres;

•Óxido nítrico.

INIBIDORES DA APOPTOSE

•Testosterona;

•Progesterona;

•Prolactina;

•Hormônios de crescimento;

•Interleucinas.

Controle extracelular da divisão celular, do crescimento celular e da apoptose

• Mitógenos: Estimulam a divisão celular, primeiramente pela liberação intracelular dos controles negativos que, de certa forma, bloqueiam o progresso do ciclo celular. Atuam também no crescimento, sobrevivência, diferenciação ou migração, dependendo das circunstâncias e do tipo celular;

• Fatores de crescimento: Estimulam a célula a crescer (aumento da massa celular) ao promover a síntese de proteínas e de outras macromoléculas e pela inibição de sua degradação;

• Fatores de sobrevivência: Suprimem a apoptose.

Sinais de proliferação anormal causam parada no ciclo celular ou morte celular

• Oncogenes: Muitos componentes das vias de sinalização intracelulares são codificados por genes que foram originariamente identificados como genes promotores de câncer.

• A mutação de um aminoácido da Ras torna a proteína permanentemente superativada, levando à constante estimulação das vias de sinalização Ras-dependentes, mesmo na ausência de estimulação mitogênica.

• Do modo semelhante, mutações na Myc promovem excessivo crescimento celular e proliferação, resultando no desenvolvimento do câncer.

Sinais de proliferação anormal causam parada no ciclo celular ou morte celular

• No entanto, quando experimentalmente superativadas, a ativação dos mecanismos do ponto de checagem leva à parada no ciclo celular ou à apoptose.

Excessivas estimulações mitogênicas produção de P19ARF inibe Mdm2: Responsável pela degradação da p53

Aumento nos níveis de p53 = parada no ciclo celular ou apoptose

• Obs.: Células possuem limitação intrínseca no número de divisões

Fatores mitogênicos

• Oncogenes ativados (Ras e Myc) desafiam os mecanismos de saída do ciclo em caso de falha. Detectando sinais de crescimento inapropriados, o ponto de checagem intacto pode forçar a saída da célula do ciclo (inibidor de CDK4, INK4A e o inibidor de Mdm2, p19ARF).

• Por exemplo, ativação de Ras oncogênico (GTPase = cascata cinase MAP) leva a uma superregulação de INK4A, que bloqueia a hiperfosforilação mediada por ciclina-D–CDK4 de RB, e provoca senescência celular.

• Myc constitutivamente ativada, por outro lado, induz ARF, que bloqueia a atividade de MDM2 que degrada p53, e assim ativa este que, dependendo do tipo celular e das condições extracelulares, causa parada no ciclo ou apoptose.

Fatores mitogênicos

Fatores mitogênicos

Os fatores de sobrevivência extracelulare a apoptose

• Fatores de sobrevivência: São moléculas que se ligam aos receptores da superfície celular e ativam as vias sinalizadoras que mantém o programa de morte (apoptose) suprimido.

Os fatores de sobrevivência extracelulare a apoptose

Os fatores de sobrevivência extracelulare a apoptose

Proteínas-sinal inibitórias

• As TGF-β são as proteínas-sinal mais bem entendidas por inibirem a proliferação de vários tipos celulares, bloqueando a progressão do ciclo celular na G1 ou estimulando a apoptose.

• Proteína morfogênica do Osso (BMP)

A apoptose e as doenças

• Controle de tumores e a regulação de populações de células do sistema imune.

• Alterações nos genes responsáveis pela autodestruição podem ser desastrosas.

• Por ser indispensável à vida, a morte da célula deve seguir um plano meticuloso. Qualquer distúrbio de sua regulação (tanto o excesso quanto a insuficiência) pode provocar uma variedade de doenças.

A apoptose e as doenças

APOPTOSE INSUFICIENTE

CÂNCER

DOENÇAS AUTO-IMUNES

INFECÇÕES VIRÓTICAS

APOPTOSE EXCESSIVA

AIDS

DOENÇAS NEURODEGENERATIVAS

SÍNDROMES MIELODISPLÁSICAS

LESÕES ISQUÊMICAS

OSTEOPOROSE

Doenças associadas com diminuição da apoptose

• Câncer - Células normais danificadas de modo irreversível são eliminadas através da apoptose. Células cancerígenas evitam a apoptose e continuam a multiplicar-se de maneira desregulada.

• Doenças autoimunes - falhas (no timo) na apoptose de células T que reagem com substâncias do próprio organismo.

• Infecções virais - inibem apoptose das células infectadas.

Doenças associadas com aumento da apoptose

• AIDS - Destruição apoptótica dos linfócitos T/CD4 indução da permeabilização da membrana mitocondrial.

• Doenças neurodegenerativas - Alzheimer e Parkinson apoptose precoce dos neurônios demência progressiva, perda cognitiva e memória.

• Infarto do miocárdio por isquemia - Necrose das células que dependem dos vasos afetados e apoptose das células vizinhas pela geração de ROS.

• Osteoporose - Perda da massa óssea.

Mal de Alzheimer

• Caracterizado como uma desordem crônica e progressiva, marcada pela perda seletiva e simétrica de neurônios motores, sensoriais e do sistema cognitivo.

• As placas são acúmulos encontrados do lado de fora dos neurônios e são constituídas por uma pequena proteína chamada beta-amilóide, ou A-beta. Os emaranhados ficam dentro dos neurônios e de suas projeções ramificadas (axônios e dendritos) e são formados por filamentos da proteína tau.

Cascata do amiloide

• O acúmulo do b-amilóide cerebral desencadearia uma série de eventos que culminaria na morte neuronal e precipitação de proteínas, mediante a formação das placas amiloidais e dos emaranhados neurofibrilares.

• Sua presença é tóxica para os neurônios adjacentes, pois induz a entrada descontrolada de cálcio para dentro dos mesmos, o que dá início à cascata apoptótica através da ativação das caspases

Processo de formação das placas neuríticas a partir da ação de uma Preselina mutante sobre a APP, produzindo a proteína beta-

amilóide.

Emaranhados Neurofibrilares

• Proteína normalmente presente nos neurônios, mas que na DA encontra-se anormalmente hiperfosforilada.

• A proteína tau é importante para manter a integridade do sistema dos microtúbulos que fazem o transporte de fatores tróficos, neurotransmissores e proteínas entre o corpo celular e dendritos e axônios e vice-versa.

• Quando hiperfosforilada não se liga às proteínas dos microtúbulos, agrega-se na forma de filamentos helicoidais pareados e acumula-se.

Como prevenir

• Os fatores induzidos pelos exercícios físicos, juntamente com a dieta restrita, podem agir como protetores das proteínas contra os radicais oxidantes, atuando na homeostase do cálcio intracelular e inibindo a cascata bioquímica da apoptose, além de contribuir para o crescimento de novas células nervosas. Esses são, portanto, fatores neurotróficos, os quais contribuem para a neurogênese.

CÂNCER

Câncer e apoptose

• As células cancerosas se dividem mais rapidamente do que as normais e geralmente são bem desorganizadas. Com o tempo, podem se empilhar umas sobre as outras, formando uma massa de tecido chamada tumor.

• Elas estão sempre procurando maneiras de se tornarem insensíveis aos fatores apoptóticos consequentes da privação do fator de crescimento e de perda de contatos com as células vizinhas.

Câncer e apoptose

• Morte da célula é impedida pela excessiva produção de proteína inibidora do suicídio, a Bcl-2.

• Alguns tumores impedem a Fas de emitir sinais para ativar a maquinaria da apoptose ou produzem Fas-ligante para evitar a apoptose imunomediada.

DEFEITOS NAS VIAS DE SINALIZAÇÃO DA APOPTOSE

CÂNCER

ALTERAÇÃO DA APOPTOSE

INICIAÇÃO DO TUMOR

Apoptose e Câncer

APOPTOSE: elimina as células com DNA lesado ou ciclo celular desregulado

AUMENTA A PROGRESSÃO TUMORAL E PROMOVE METÁSTASES: Permitem as células tumorais sobreviverem durante o trânsito na circulação sanguínea e crescerem em sítios de tecidos ectópicos, sem os fatores de crescimento.

Câncer e Apoptose

Oncogenes:

• Regulam ou controlam o crescimento e a proliferação celular

•Atuam no controle do mecanismo da morte celular

BCL-2 IAP INIBEM A APOPTOSE

FUNÇÃO DA PROTEÍNA P53 ~50% dos cânceres

humanos apresentam mutação de p53 (fator de transcrição):

-parada do ciclo celular

-reparo do DNA

-apoptose

Mutação de p53

Resistência à quimio e radioterapia: células não entram em Apoptose

Tratamento citotóxico: radiação ou

quimioterapia

Resposta apoptótica:

Dependente da dose

Candidato da Terapia Antitumoral:

Aumentando a resposta apoptótica de tecidos

cancerosos ou inibindo a resposta apoptótica de

tecidos normais

Limiar aumentado da apoptose: Pode conferir às células cancerosas resistência a várias formas de terapia.

Apoptose: Tem uma função importante na regulação do crescimento tumoral e resposta do tumor à terapia.