Breves notas sobre morte de células programadas
A morte celular programada é um processo induzido e ordenado, no qual a célula participa ativamente na sua própria morte.
A morte celular programada é um fator crítico para a manutenção da regulação homeostática de muitos tipos de células. Para cada célula há um tempo para viver e um tempo para morrer. Todos os dias, milhões de leucócitos são produzidos e liberados da medula óssea para a circulação. Os leucócitos têm uma meia-vida de poucos dias apenas. Depois de alguns dias, os leucócitos morrem por morte celular programada. Se os leucócitos não morrerem, haverá acúmulo de leucócitos no sangue, o que pode interferir na natureza fluida do sangue.
O prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina 2002 foi concedido em conjunto a três cientistas, Sydney Brenner, Robert Horvitz e John Sulston, por suas descobertas sobre "regulação genética do desenvolvimento de órgãos e morte celular programada". Eles usaram o nematóide “Caenorhabditis elegans” como modelo e identificaram os principais genes que regulam a morte celular programada. C. elegans é um pequeno verme transparente com tempo de geração curto, que ajuda a acompanhar a divisão celular diretamente sob o microscópio. A morte celular programada ou apoptose é um processo evolutivamente conservado. Os vertebrados desenvolveram todas as famílias de genes que se assemelham aos genes da morte celular dos nematoides.
Existem duas razões para as células sofrerem morte celular programada ou apoptose:
1. A morte celular programada é necessária para o desenvolvimento adequado do organismo.
Eu. A apoptose causa a reabsorção da cauda do girino no momento de sua metamorfose em uma rã.
ii. A morte apoptica das células leva à remoção de tecidos entre os dedos das mãos e pés do feto.
iii. A descamação do endométrio (o revestimento interno do útero) no início da menstruação ocorre por apoptodis.
2. A morte celular programada é necessária para eliminar as células hospedeiras, o que pode ser uma ameaça para o hospedeiro.
Eu. Células infectadas com vírus devem ser removidas do corpo. Os linfócitos T citotóxicos (CTLs) induzem a morte apoptica de células infectadas por vírus através da enzima granzima.
ii. Após um período desejado de resposta imune mediada por células, os CTLs devem ser eliminados. Caso contrário, os CTLs podem causar danos ao host. Os CTLs induzem a apoptose entre si. Além disso, um CTL pode induzir apoptose em si mesmo.
As células que sofrem morte celular programada exibem muitas alterações morfológicas, que são referidas como apoptose.
As seguintes alterações morfológicas são observadas em uma célula que sofre morte apoptótica:
Eu. Diminuição no volume da célula.
ii. Modificações no citoesqueleto, resultando em bolhas de membrana.
iii. Condensação da cromatina e degradação do DNA em pequenos fragmentos.
A célula apótica lança muitos corpos apóticos ligados à membrana contendo organelas intactas. Os corpos apoptóticos são fagocitados por macrófagos. Durante a morte apoptica, os conteúdos da célula de tingimento não são liberados para o exterior (se forem liberados para o exterior, eles afetarão as células próximas e induzirão uma resposta inflamatória). Os conteúdos da célula apótica são liberados como corpos apóticos de membrana e os corpos apóticos são fagocitados pelos macrófagos.
As características de uma célula que está morrendo devido a um trauma (conhecido como necrose) diferem das características de uma célula que está morrendo devido à apoptose. As proteases liberadas de uma célula necrótica podem danificar as células vizinhas e os materiais liberados da célula necrótica estimulam uma resposta inflamatória, levando ao convite de células inflamatórias para o local da célula necrótica. Considerando que, o vazamento do conteúdo celular de uma célula apoptica é minimizado de modo que as células vizinhas não sejam afetadas e as respostas inflamatórias não sejam induzidas.
O estímulo ou sinal para apoptose pode vir de fora das células (extrínsecos) ou de dentro das células (intrínsecas ou mitocondriais).
Eu. Os sinais extrínsecos induzem a apoptose por (a) ligação dos ligantes indutores de morte extrínseca aos receptores da superfície celular e (b) pela ação da enzima granzima secretada pelas células T citotóxicas. Granzyme induz a morte apoptica de células infectadas com vírus e células neoplásicas.
ii. Após um estresse nas células (como exposição a radiação ou produtos químicos ou infecções virais), os sinais intrínsecos são iniciados. Em geral, os sinais intrínsecos iniciam a apoptose através do envolvimento das mitocôndrias.
Caspases:
Caspases são proteases citoplasmáticas. Caspases diferem de outras proteases em que as caspases têm uma cisteína essencial em seus locais ativos. Também as caspases clivam as proteínas alvo em determinados resíduos asparados. As caspases estão presentes no citoplasma em formas precursoras inativas chamadas procaspases. Procaspases são clivadas para liberar as caspases ativas. As procaspases no citoplasma são ativadas por muitos sinais intracelulares e extracelulares. Até agora, mais de 10 caspases humanas foram identificadas.
Durante a apoptose, o DNA cromossômico é clivado em pequenas unidades nucleossômicas. As enzimas citoplasmáticas caspases causam degradação nuclear através de diferentes mecanismos.
Eu. Uma enzima, a ADNase activada por caspase (CAD) provoca a fragmentação do ADN em unidades nucleossómicas (tal como observado nos ensaios de escalonamento do ADN). Normalmente CAD existe como um complexo inativo com ICAD (inibidor de CAD; fator de fragmentação de DNA 45). As caspases, incluindo a caspase-3, clivam a ICAD e liberam a CAD, que por sua vez causa a rápida fragmentação do DNA nuclear.
ii. A enzima poli (ADP-ribose) polimerase (PARP) está envolvida no reparo de DNA danificado. A caspase-3 cliva o PARP e impede as funções de reparação do DNA do PARP.
iii. As caspases inativam a enzima nuclear topoisomerase II do DNA, que é essencial para a replicação e reparo do DNA.
iv. As caspases decompõem as proteínas estruturais da matriz nuclear e do citoesqueleto e levam ao colapso do núcleo e do citoplasma. As laminas são proteínas intranucleares que mantêm a forma do núcleo e medeiam as interações entre a cromatina e a membrana nuclear. A caspase-6 degrada as laminas, resultando na condensação da cromatina e na fragmentação nuclear.
v. As caspases quebram as proteínas necessárias para a adesão célula-célula, resultando na liberação de células apopticas de células adjacentes.
vi. Um número de moléculas de sinalização, reguladores do ciclo celular e fatores de transcrição são degradados por caspases.
As caspases funcionam de forma cascata, como a ativação em cascata dos componentes do complemento durante a ativação do complemento. Existem vários mecanismos pelos quais a cascata de caspases pode ser ativada.
1. Os ligantes indutores de morte ligam-se aos receptores da superfície celular.
↓
Caspases iniciadoras, como caspase-8 ou caspase-10, são ativadas.
↓
As caspases iniciadoras ativam outras caspases em uma cascata.
↓
Essa cascata acaba levando à ativação de caspases efetoras, como caspase-3 e caspase-6. Essas caspases efetoras são responsáveis pela clivagem das principais proteínas celulares que levam às alterações morfológicas nas células que sofrem apoptose.
2. Células T citotóxicas secretam enzimas perforinas e granzima.
↓
A enzima perforina perfura pequenos orifícios na membrana celular da célula alvo (como uma célula infectada por vírus).
↓
A enzima granzima entra na célula através do poro e ativa as caspases 3, 7, 8 e 10. Os eventos subsequentes levam ao dano nuclear da célula.
3. As mitocôndrias são também reguladores chave da cascata de caspases e da apoptose.
O citocromo c liberado da mitocôndria se liga à proteína citosólica Apaf-1.
↓
A interacção acima é estabilizada por ATP e conduz à formação de uma estrutura semelhante a uma roda, consistindo em 7 moléculas, cada uma de Apaf-1, citocromo c e ATP. Esta estrutura em forma de roda, chamada apoptosomo, permite o recrutamento de 7 moléculas de procaspase-9 para o complexo.
↓
A procapase-9 é ativada para a caspase-9 (o mecanismo exato de ativação da procaspase-9 para a caspase-9 não é conhecido).
Proteínas Bcl-2 e Apoptose:
O gene Bcl-2 (linfoma de células B-2) codifica proteínas que inibem a apoptose. Inicialmente, o gene Bcl-2 foi descoberto em células B cancerosas, denominadas linfomas de células B. O gene Bcl-2 (no linfoma de células B) está no ponto de ruptura de uma translocação cromossômica. O gene Bcl-2 é movido para um locus de cadeia pesada de imunoglobulina, resultando em uma ativação transcricional do gene Bcl-2.
Consequentemente, há excesso de produção da proteína Bcl-2. O n�el aumentado de prote�as Bcl-2 inibe sinais celulares apopt�icos normais e previne a apoptose (acredita-se que os n�eis mais elevados da prote�a Bcl-2 na c�ula B transformada ajudam as c�ulas transformadas a tornar-se c�ulas cancerosas inibindo os sinais apopticos).
A apoptose através das vias mitocondriais é controlada por uma família de proteínas relacionadas à oncoproteína Bcl-2 humana. A maioria das proteínas Bcl-2 são proteínas integrais de membrana de organelas citoplasmáticas, como retículo endoplasmático, envelope nuclear externo, membrana plasmática interna e mitocôndrias.
Curiosamente, as proteínas da família Bcl-2 caem em dois grupos com efeitos biologicamente opostos. Algumas das proteínas promovem a apoptose (como Bad e Bax), enquanto outras (como Bcl-2 e BcIX L ) inibem a apoptose. O resultado de um sinal apoptico em uma clula pode depender do equilbrio de protenas Bcl-2 pr-apticas e anti-apticas. Excesso de proteínas pró-apopticas podem levar à morte celular, enquanto excessos de proteínas anti-apopticas podem prevenir a morte celular. Sugere-se que as ações pró-apopticas de Bax e Bad sejam prevenidas por Bcl-2 e BclX L.
Mitocôndrias e Apoptose:
As mitocôndrias desempenham papéis importantes na regulação da morte celular programada. O mecanismo pelo qual a proteína Bax atua na apoptose não é conhecido.
Sugere-se que as proteínas Bax formem poros na membrana externa mitocondrial
↓
O citocromo c mitocondrial e o fator indutor de apoptose (FIA) escapam através dos poros para o citoplasma.
↓
O citocromo c forma o apoptossomo (com Apaf-1 e ATP) e ativa a caspase-9.
Bcl-2 e BcIXl são pensados para impedir a formação de poros por Bat e Bax na membrana mitocondrial.
Receptores da Morte e Apoptose:
Os receptores da morte são receptores presentes na superfície das células. Após a ligação com ligandos específicos, os receptores de morte transmitem os sinais apóticos para a célula. Os receptores de morte pertencem à super-família do gene do fator de necrose tumoral (TNF). Além da apoptose, os receptores da morte também induzem muitas outras funções.
Os receptores de morte mais conhecidos são:
Eu. Fas (CD95)
ii. TNFRl (receptor 1 de TNF)
iii. TRAIL (ligante indutor de apoptose relacionado ao TNF)
Apoptose através da Fas Molecules:
As moléculas Fas do receptor de morte transmembrana estão presentes na superfície das células. As porções citoplasmáticas de Fas possuem domínios de morte (DD).
↓
Os linfócitos T citotóxicos (CTLs) expressam o FasL em sua superfície. FasL (ligando Fas) é um trímero. A associação de moléculas de Fas (na superfície celular alvo) com FasL (em CTL) promove a trimerização de moléculas de Fas.
↓
Após a trimerização das moléculas de Fas, os domínios de morte intracelular do Fas se agrupam.
↓
Uma proteína adaptadora chamada FADD (domínio de morte associado a Fas) associa-se aos domínios de morte de Fas.
↓
O FADD tem um domínio chamado domínio efetor da morte (DED). O domio efector da morte permite a ligao de procaspases-8 (tamb conhecido como FLICE) ao complexo CD95-FADD [O complexo de proteas CD95-FADD e procaspase-8 conhecido como DISC (complexo de sinalizao indutor de morte)].
↓
A procaspase-8 é clivada e a caspase-8 é formada. Caspase-8 desencadeia a ação de caspases de execução, como a caspase-9.
As Moléculas FAS Têm Papéis Apoptic Importantes em Três Situações:
1. A morte citotóxica de células infectadas por vírus é mediada pelas interações de Fas (em células infectadas por vírus) com FasL na superfície dos CTLs.
2. As moléculas de Fas na superfície dos CTLs ativados se ligam ao FasL (na mesma célula) e levam à apoptose dos CTLs. A eliminação mediada por Fas de CTL activados é um dos mecanismos responsáveis pela remoção de CTL activados quando a resposta imunitária mediada por células já não é requerida pelo hospedeiro.
3. Sugere-se que as células nos locais com imunidade privilegiada (como a câmara anterior do olho e os testículos) expressem altos níveis de FasL em sua superfície. O FasL nessas células se associa às moléculas de Fas nas células inflamatórias (que podem entrar nos locais privilegiados) e leva à eliminação de células inflamatórias. Consequentemente, as células nos locais imuno-privilegiados escapam do ataque inflamatório e sobrevivem. Acredita-se que as moléculas de FasL na superfície das células nos sítios imunológicos privilegiados sejam responsáveis pela natureza privilegiada dessas células.
Apoptose pelo TNFR1:
O fator de necrose tumoral (TNF) é produzido por células T e macrófagos ativados. O TNF liga-se ao receptor 1 do TNF (TNFRI) e inicia vários efeitos na célula.
Eu. A ligação do TNF-TNFR1 pode levar à ativação de NF-kB e AP-1, que por sua vez levam à indução de vários genes pró-inflamatórios e imunomoduladores.
ii. A ligação do TNF-TNFR1 pode levar à apoptose.
A ligação do TNF-TNFR1 leva à trimerização do TNFR1 e agrupamento dos domínios de morte intracelular do TNFR1.
↓
Uma molécula adaptadora chamada TRADD (domínio de morte associado ao TNFR) liga-se ao domínio de morte do TNFRI.
↓
O TRADD pode recrutar várias proteínas diferentes para o TNFR1 ativado.
↓
O recrutamento do TRAF2 (fator 2 associado ao TNFR) leva à ativação do NF-kB e da via de sinalização JNK / AF-1.
1. Recrutamento de FADD leva à indução de apoptose, através do recrutamento e clivagem da procaspase-8.
2. Outra proteína adaptadora chamada RAIDD pode estar associada ao TNFRI, o que leva ao recrutamento de caspase-2. Consequentemente, a apoptose é induzida.
Indução de Apoptose por TRAIL (Ligante Indutor de Apoptose Relacionado ao TNF):
A indução de apoptose por TRAIL é similar à indução de apoptose através de Fas de várias formas. TRAIL liga-se aos receptores DR4 ou DR5 nas superfícies celulares e induz a apoptose. No entanto, os mecanismos exatos ainda não são conhecidos.
Existem proteínas chamadas de proteínas decoy (DCR1 e CCR2), que competem com os receptores DR4 e DR5 pela ligação ao TRAIL. Esses receptores chamariz impedem a apoptose.
p53 e apoptose:
p53, uma proteína de ligação ao DNA é um ativador transcricional. Quando o DNA é danificado, as células danificadas aumentam sua produção de proteína p53. A p53 é um potente indutor da apoptose. Acredita-se que a p53 funcione como um sensor de danos no DNA e tenha sido chamada de “guardiã do genoma”.
Mutações no gene p53 podem interferir na morte apoptica de uma célula. O gene p53 mutado produzindo uma proteína p53 defeituosa é freqüentemente encontrado em muitos tipos de células cancerígenas.
Vírus e Apoptose:
Alguns vírus manipulam o mecanismo apótico a seu favor e garantem sua sobrevivência, evitando a morte apoptica da célula em que vivem.
Câncer e Apoptose:
Sugere-se que o mecanismo apoptótico seja inibido nas células cancerígenas. Consequentemente, as células cancerígenas não morrem por apoptose.
HIV e apoptose:
O número de células T CD4 + diminui gradualmente em indivíduos infectados pelo HIV. Os mecanismos por trás da diminuição das células T CD4 + em indivíduos infectados pelo HIV não são claramente conhecidos. A morte apoptica das células T CD4 + é sugerida como um dos possíveis mecanismos. Células T CD4 + infectadas pelo HIV e não infectadas pelo HIV expressam moléculas de Fas em sua superfície. As células T CD4 + infectadas pelo HIV também expressam altos níveis de FasL em sua superfície. O FasL nas células T CD4 + infectadas pelo HIV se ligam às moléculas de Fas nas células T CD4 + não infectadas e induzem a apoptose nas células não infectadas, resultando em uma diminuição no número de células T CD4 + . Acredita-se que o ne / gene do HIV seja responsável pelo alto nível de expressão de FasL em células T CD4 + infectadas pelo HIV.
Óxido Nítrico e Apoptose:
O óxido nítrico (NO) é uma importante molécula sinalizadora. O NO está envolvido na regulação de vários processos, como vasodilatação, função neuronal, inflamação e função imunológica. O NO é capaz de induzir apoptose e também pode proteger uma célula da apoptose. Os diversos efeitos do NO dependem da dose de NO, das células envolvidas e de muitos outros fatores.
O NO mostrou inibir a apoptose em leucócitos, hepatócitos, células endoteliais e trofoblastos.
Existem muitos mecanismos através dos quais o NO atua como um sinal anti-apoptico:
Eu. A nitrosilação de caspases, como a caspase 1, 3 e 8, resulta na inativação de caspases.
ii. O NO aumenta a proteína de choque térmico 70 e, consequentemente, bloqueia o recrutamento da procaspase-9 para o apoptossoma.
iii. O NO regula Bcl-2 e BcIX L e consequentemente, a libertação de citocromo c da mitocôndria é inibida.
