Diapositivo 1

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Mecanismos da Apoptose
Cerqueira, João Catarino, Isabel Fonseca,
Maria Guedes, João Neno, Miguel Coordenadora
Pinto, Marta Serviço de Biologia Celular da
Faculdade de Medicina da Universidade do
Porto Hospital S.João
Por definição, Apoptose ou Morte Celular
Programada é um modo de "autodestruição celular"
que requer energia e síntese proteica, exercendo
o papel oposto ao da mitose. O termo deriva do
grego, que se referia à queda das folhas das
árvores no Outono
A apoptose consiste num processo fisiológico de
morte celular, necessária e totalmente regulada
para a manutenção da saúde de todo o
organismo. A célula em apoptose encolhe-se,
destaca-se das células vizinhas e começa a
apresentar bolhas na sua superfície (zeiose). A
membrana, os organelos e o citoplasma não mostram
alterações evidentes. No entanto, no núcleo
observa-se uma fragmentação da cromatina,
formando-se um ou mais aglomerados nas bordas
internas da membrana nuclear, o que é suficiente
para levar as células à morte. Os corpos
apoptóticos formados são posteriormente
fagocitados pelos linfócitos (Fig.1) , podendo o
material celular ser reciclado. As células
também morrem de modo não fisiológico, por um
mecanismo totalmente distinto da apoptose, a
necrose. Na necrose, a célula incha provocando
danos nos organelos, em particular as
mitocôndrias, impedindo o equilíbrio interno e
levando à lise celular. A libertação do conteúdo
celular causa toxicidade directa para as células
vizinhas, podendo também levar a uma reacção
inflamatória intensa, por atracção excessiva de
células do sistema imune. Tal inflamação pode
limitar infecções ao remover os vestígios
celulares, no entanto, a actividade e as
secreções dos linfócitos podem danificar tecidos
vizinhos saudáveis.
Fig.3 - Formação dos dedos durante o
desenvolvimento embrionário.
Como é que as células praticam o suicídio?
As células têm um conjunto de proteínas capazes
de actuar como armas de autodestruição. Enquanto
a célula é útil ao organismo, ela reprime este
mecanismo. Se, no entanto, a célula comprometer a
saúde do organismo ou deixar de ser necessária, a
apoptose é desencadeada, levando à morte
celular. A apoptose pode ser activada por vários
factores como a remoção de sinais químicos da
célula (factores de crescimento ou de
sobrevivência), o ignorar de mensagens químicas
por alguns receptores internos e externos, ou
pela presença de sinais com informação
contraditória. Na maioria das células e dos
organismos multicelulares, o mecanismo de
suicídio tem por base as caspases, enzimas
sintetizadas nas células como percursores
inactivos (pro-caspases) e activadas por
clivagem, por outras caspases previamente
activadas. Tal processo pode ocorrer por
mecanismos extracelulares, através de receptores
(death receptors) na superfície da célula (FAS,
TNF, Granzima B), ou por mecanismos
intracelulares, quando existe dano ou stress
celular (stress oxidativo da mitocôndria). As
caspases resultantes desta cascata proteolítica
amplificada clivam proteínas-chave à
sobrevivência celular, levando ao desmantelamento
da célula e a morte celular. Por entre as
famílias de proteínas reguladoras da apoptose,
destaca-se a família das Bcl-2. Alguns membros
desta família, como a Bcl-2 e a Bcl-XL (impedem a
libertação do citocromo c da mitocôndria) inibem
a apoptose, enquanto que outros, como a Bad
(inibidora de proteínas que impedem a apoptose),
a Bax e a Bak (promovem a libertação do citocromo
c da mitocôndria) são promotores da apoptose. A
família IAP (inhibitor of apoptosis) é também uma
importante reguladora da apoptose, inibindo-a de
duas formas liga-se a algumas pro-caspases
impedindo a sua activação ou então liga-se às
caspases impedindo a sua acção.
Fig.4 - Artrite reumatóide, uma de muitas doenças
devid a distúrbios na morte celular programada.
Fig.2 - Ideias como morte e autodestruição são
sempre sinistras e trágicas, mas na natureza tais
conceitos podem muitas vezes significar a vida
TNF
TNF
TNFR
RIP
Granzima B
TRAF
RAIDD
TRADD
FADD
Pro- Caspase 2
p50
I kB
p65
Activação da esfingomielina
Fig.1 Fagocitose de uma célula apoptótica
Bcl-2
p50
Sobrevivência celular
Caspase 3 Caspase 6 Caspase 7
Caspases Efectoras
p65
Perforina
Ceramida
Fas
NF-kB
Fas-L
JNK/SAPK
FLIP
Fas
Pro- Caspase 6
Smac/ Diablo
FADD
Pro- Caspase 8
Mecanismos de Apoptose
IAP
Laminas
Endonucleases
DFF
p18
p18
p11
p11
Fas - Membro da superfamília dos receptores TNF
(tumor necrosis factor). A ligação do Fas ligando
(Fas-L) ao receptor, induz a trimerização do Fas
na membrana da célula alvo. A activação do Fas
causa a activação do FADD (Fas-associated protein
with death domain) que por sua vez activa a
pro-caspase 8. A caspase 8 pode então activar
outras nove pro-caspases levando à apoptose, ou
activar a Bid que promove a saída do citocromo c
da mitocôndria. Na presença de dATP, o citocromo
c forma um complexo com a Apaf-1, o apoptossoma,
que cliva a pro-caspase 9 e conduz à apoptose.
Além disso, a Smac/Diablo é libertada da
mitocôndria e vai inactivar a IAP. A apoptose
induzida pelo mecanismo Fas pode ser bloqueada
através de várias proteínas inibidoras da
apoptose, como a Flip e a Bcl-2. TNF A
activação do (TNFR) pelo TNF provoca uma
transdução de sinais reguladores de crescimento
para o interior da célula. Em células normais, o
TNF actua como estimulador da mitose, no entanto,
em células deficientes, ele estimula a apoptose.
Isso é devido ao agrupamento de proteínas
possuidoras de death domain (TRADD, RIP, RAIDD
e FADD), recrutadas aquando da ligação do TNF ao
TNFR. Por outro lado, a via de sobrevivência
induzida pelo mecanismo TNF é mediada pela
transcrição do factor NF-kB, cuja activação
ocorre através da fosforilação do IkB pelas
enzimas Ser32 e Ser36. Granzima B A granzima
B e a perforina são proteínas libertadas pelos
linfócitos t citotóxicos induzindo a apoptose nas
células alvo. A perforina forma poros
transmembranares que permite a passagem da
granzima B. Esta vai clivar proteínas efectoras
como a pro-caspase 3, que por sua vez activa a
pro-caspase 6, levando à clivagem de proteínas
necessárias para que possa ocorrer fragmentação
do DNA, como a DFF(DNA fragmentation factor), a
PARP e a SREBP, o que acaba por destruir o núcleo
e o DNA. Stress Oxidativo da Mitocôndria e
Radiação gama A produção de oxigénio reactivo
pela mitocôndria pode levar à morte celular via
apoptose ou necrose. O aumento de Ca2 citolítico
induz uma transição da permeabilidade na membrana
mitocondrial, que constitui o primeiro passo para
a apoptose. Esta transição de permeabilidade,
permite a saída de factores apoptogénicos, como o
citocromo c e o AIF (apoptosis inducing factor)
do espaço intermembranar da mitocôndria para o
citosol. O stress oxidativo assim como a radiação
gama, pode levar também ao aumento do oxigénio
reactivo no núcleo, activando a PARP, proteína
que leva a alterações conformacionais da
estrutura da cromatina que permite às proteínas
reparadoras de DNA e outros factores de
transcrição impedirem danos no DNA. Este processo
consome grandes quantidades de NAD, levando ao
esgotamento do ATP, que leva, em última análise,
à necrose.
PARP
SREBP
Fragmentação do DNA
Xiap
Pro- Caspase 3
Pro- Caspase 9
clAP1
clAP
Clivagem
Radicais Livres
Cito C
Pro- Caspase 9
APAF-1
Citocromo c
Bcl-2
APAF-1
Pro- Caspase 3
Apoptose
Cito C
Pro- Caspase 9
Bcl-XL
Energia
Bid
p17
p12
Apoptosoma
DNA danificado
dATP
Caspase 3
Caspases Efectoras
NAD
EndoG
AIF
Bcl-2
Apoptose
Necrose
Caspase 3 Caspase 6 Caspase 7
PARP
Apoptose para o Bem e para o Mal...
A apoptose é essencial para o organismo se
desenvolver e sobreviver. Virtualmente todos os
tecidos abrigam células apoptóticas nalguma fase
do seu desenvolvimento. Durante o
desenvolvimento embrionário (Fig.2), por exemplo,
a apoptose é essencial para formação do sistema
nervoso, da mão humana(Fig.3) e do olho. O mesmo
acontece após o nascimento e durante a vida
adulta, onde muitas células têm que morrer de
maneira a proteger e renovar o organismo, como
acontece na pele, na parede uterina, no timo e
nas microvilosidades intestinais. Assim como a
apoptose é essencial para o organismo, distúrbios
no processo aparentemente têm um papel importante
para uma grande variedade de doenças
humanas. Essas doenças podem ser de origem
viral (HIV/SIDA hepatite), em que a infecção vai
induzir a apoptose nas células infectadas
autoimune (artrite reumatóide (Fig.4)), em que
linfócitos autoreactivos reconhecem antigénios
específicos das células saudáveis do próprio
organismo, levando-as à morte por resistência à
apoptose (maioria dos cancros), em que as células
se recusam a morrer, seja pela desactivação do
gene p53, que codifica a proteína que leva à
activação da maquinaria apoptótica da célula
quando o DNA está danificado, seja pela produção
de grandes quantidades de Bcl-2, de modo inibir a
apoptose por mecanismos desconhecidos (Doença de
Alzheimer, Osteoporose, Doença de Parkinson).
Stress oxidativo da mitocôndria
Radiação Gama
Referências http//www.sciencemuseum.org.uk
http//www.pubmed.com ALBERTS, Bruce JOHNSON,
Alexander LEWIS, Julian RAFF, Martin ROBERTS,
Keith WALTER, Peter. Molecular Biology Of The
Cell, 4th edition. New York Garland Science,
2002. Agradecimentos Os nossos agradecimentos à
coordenadora Marta Pinto por toda paciência e
ajuda dada. À Joana PereiraSem ela este poster
não seria o que é. Ao departamento de Biologia
Celular, pela impressão do poster.