Morte Celular Programada (Apoptose)

eCâncer

Prof. Dra. Enilza M Espreafico

Morte Celular Programada: Significado Biológico

-É um processo ubíquo, encontrado em todos os organismos estudados, desde nematóides até o ser humano, plantas, fungos entre outros.

-Manutenção da homeostase dos organismos vivos - juntamente com a Proliferação Celular controla as populações celulares.

-Célula única organismo altamente complexo (milhares de eventos de Morte Celular no desenvolvimento. Porquê esse desperdício?)

-Fundamental na evolução dos organismos multicelulares

-Evolução X Alta pressão seletiva: promoveu a conservação de vários componentes (genes) do processo, que são homólogos mesmo em organismos tão distintos quanto nematóides e mamíferos.

- Século 17: não era ainda reconhecida como sendo um processo fisiológico.

-Glücksmann em 1951: foi o primeiro a notar a MC como um fenômeno típico do desenvolvimento

-Kerr, 1972: foi o primeiro a delinear as características morfológicas de uma célula em processo de morte celular (apoptose=do grego significa queda de folhas - outono )

-“Morte celular Programada” : mesmo entre processos de morte celular com morfologia e bioquímica variáveis há várias semelhanças do ponto de vista molecular (conservação do mecanismos fundamentais “core cell death machinery”).

-Última década: Morte Celular Programada está entre os principais tópicos da Ciência moderna, conferindo prêmios Nobel a pesquisadores como Robert Horvitz em 2002, devido sua relação com o câncer e doenças degenerativas e auto-imunes.

-Perspectiva: -Conhecimento dos componentes e regulação do processo de morte celular pode ser usado em prol da cura de doenças – Através de Terapia gênica ou outro tipo de terapia direcionada a um alvo molecular específico. 

Histórico

Morte Celular Fisiológica (Programada) ou Acidental (Necrose) 

-Nem todas as MC são fisiológicas,

-injúrias químicas e físicas (necrose)-necrose = morte celular acidental caracterizada por desequilíbrio

osmótico e “inchaço” celular culminando no rompimento da células-liberação do conteúdo celular para o meio extracelular provocando inflamação -acredita-se que nenhum programa genético seja ativado nesse processo.

-Morte Celular Fisiológica (Programada)-MCP. -Processo fisiológico que envolve a ativação e repressão de genes específicos.-Possui vias distintas de ativação. -Alterações morfológicas dinâmicas características que envolvem a participação ativa de um número gigantesco de proteínas.-MCP não induz respostas inflamatórias.

Alterações morfológicas típicas da necrose ou apoptose

Necrose

Apoptose

Principais tipos de MC

Apoptose - células isoladasAutofagia – Lisossômica – elimina orgãos ou tecidos inteiros

 

Apoptose: Mais estudada, apresenta morfologia característica envolvendo alterações citoplasmáticas e nucleares tais como:

-Compactação da cromatina-Distribuição periférica da cromatina-Diminuição dos volume celular (núcleo e citoplasma)-Alterações de Membrana (forma e composição)-Fragmentação da célula em vesículas revestidas por membranas (corpos apoptóticos)-Fagocitose dos corpos apoptóticos por células vizinhas (nem sempre macrófagos profissionais)-Não indução de Inflamação

Autofagia: (durante a metamorfose de insetos)

 

 

“… melhor morto que defeituoso…”Não ligado ao desenvolvimento

Funções e contexto Biologico 

-Na formação de Estruturas: -Formação dos dedos dos pés e mãos, (morte celular programada das membranas interdigitais de

mamíferos -Formação do tubo neural (invaginação)-Formação do Palato (evaginação)-Coração-Retina

 -Na Eliminação de estruturas (tecidos inteiros)-Eliminação da cauda de girinos (anfíbios)-intestino de anfíbios.-Tecidos larvais em Insetos (metamorfose)-Tecido mamário

-No controle das populações celulares-Neurônios-músculo de camundongos, -formação do olho (células pigmentares)-resposta á estímulos tróficos (atresia folicular)

 -Na eliminação de células anormais-células contendo mutações (tumores)-Danos irreparáveis ao DNA -células diferenciadas erroneamente (clones de Linfócitos auto-reativos desenvolvidos no timo).

-Atrofias e Regressão de Hiperplasias-Isquemias (hipóxia)-Radiação, Mutagênese química-Infecção viral

- 

Importância da Morte Celular Programada no desenvolvimento embrionário em anfíbios

Exemplos da importância da Morte Celular Programada no desenvolvimento embrionário em mamíferos

Morte Celular Programada atua na formação e manutenção tecidual durante toda a vida do indivíduo

REUTILIZAÇÃO DO MATERIAL CELULAR

A maquinaria molecular central da apoptose

A cascata das caspases

Maquinaria da morte celular e sua regulação

Apoptose --- Via extrínsecaMaquinaria da morte celular e sua regulação

Apoptose --- Via intrínseca papel chave da mitocôndria

Maquinaria da morte celular e sua regulação

Green, Cell 121:671, 2005

Morte via mitocondrial – necrose e apoptose

A via intrínseca da apoptose

BH3-only

Citocromo c mutante K72A preserva a atividade transferência de elétrons, mas perde sua função ligante de Apaf1

Citocromo c mutante K72A preserva a atividade de transferência de elétrons, mas perde sua função ligante de Apaf1

A apoptose é o destino automático de uma célula em um organismo multicelular...

...a menos que a célula receba sinalização por fatores tróficos (ou de sobrevivência)

Em outras palavras: Todas as células necessitam de ESTÍMULOS TRÓFICOS para sobreviverem, na ausência desses fatores cometem suicídio.

Maquinaria da morte celular e sua regulação

Conceito chave

Interações diretas entre proteínas pró-apoptóticas e anti-apoptóticas desencadeiam a apoptose na ausência de fatores de sobrevivência.

A ligação desses fatores na superfície celular altera tais interações resultando em sobrevivência celular.

Puthalakath et al.,

MV+DLC2+Bmf

microtúbulos+DLC1+Bim

1991 2001

As moléculas pró-apoptóticas BH3-only munição pronta para disparar em resposta a sinais

específicos do desenvolvimento ou injúria celular

Motores moleculares

O que previne o disparo?

Proteínas adaptadoras

Autoinibição

A família de proteínas Bcl2: uma classe pró-sobrevivência e duas classes pró-apoptóticas

Membros da família Bcl-2 – uma nova divisão na subclasse BH3-only (ativadores** e

sensibilizadores*)

**

*

Letai, Drug Discovery Today 2:145, 2005

A perda de um único alelo de Bim previne o retardo no crescimento e a morte prematura em camundongos

deficientes de Bcl2...

4 semanas

8 semanas

... Mas não previne a morte dos melanócitos que ocorre no segundo

ciclo de crescimento dos folículos pilosos...

...porém a remoção dos dois alelos de Bim previne 90%

da morte dos precursores dos

melanócitos foliculares...

...Portanto, a homeostase tecidual depende do perfeito equilíbrio entre moléculas pró e

anti apoptóticas!

Bouillet et al. Dev Cell 2001

Apoptose X Sobrevivência

Dois modos pelos quais fatores de sobrevivência celular suprimem apoptose

-A interação entre esses dois processos é determinante para manutenção do número adequado de células num tecido e além disso, controla a diferenciação.

-Os mesmos receptores de morte (death receptors) são também usados na ativação de proliferação celular em linfócitos T e B 

-Flip-uma proteína similar a caspases cumpre uma função de “chave liga-desliga” induzindo a escolha por proliferação celular na presença de IL-2.

-Essa decisão de Morte ou Proliferação ou Quiescência é tomada em um ponto específico do ciclo celular: PONTO DE CHECAGEM

Ciclo Celular (proliferação) X Morte Celular.

-No Ponto de checagem de G1 levando-se em conta vários fatores do ambiente e moléculas sinalizadoras e a própria célula, é tomada a decisão por seguir um dos três caminhos.

-Em casos de dano no DNA ou excesso de estímulo mitogênico, a proteína p53 tem papel chave --- parada no ciclo celular e/ou apoptose.

 -Células cancerosas fogem a esse controle por conterem mutações nessas proteínas. Portanto demonstrando que o conhecimento da MCP e sua interação com o ciclo celular são importantes na tentativa de se criar tratamentos eficazes para patologias importantes como Câncer e doenças degenerativas e auto-imunes.

Parada no cicloApoptose

senescência

Doenças X MCP

-A má regulação da MCP, tanto a ativação quanto repressão errônea podem levar a sérios danos ao organismo:

Tumorigênese: defeitos em proteínas importantes do ciclo celular ex: Mdm2 e p53 permitem o rompimento de checkpoints e a proliferação desordenada câncer.

-Mesmo na ausência de sinais de crescimento. Essas células também não apresentam sensibilidade a sinais inibitórios ou mesmo a citotoxidade de células imunes.

  Câncer = estímulo/dano (p53/Mdm2) + altos níveis de Bcl-2/Bax (antiapoptóticos) tolerância a quimioterapia

Doenças degenerativas ( Alzheimer) -Alzheimer- afeta milhões de pessoas somente nas américas com maior incidência na América do Norte (~4 milhões de pessoas)-Indivíduos apresentam diminuição de sinapses, formação de placas senis formada pela agregação de pequenos peptídios de 39 a 43 aa, peptídeo β-amiloide circundados por neuritos distróficos). -O acúmulo dos peptídeo β-amiloides é o fator central para o desenvolvimento da doença de Alzheimer, juntamente com sua associação a radicais livres dispara processos de stress oxidativo (peroxidação de lipídeos). A oxidação de lipídeos os torna componentes altamente reativos com aminoácidos promovendo então alterações conformacionais em um grande número de proteínas alterando metabolismo celular e induzindo a morte celular Neuronal

Doenças Auto-imunes Defeitos no reconhecimento do self/non-self devido a falta de MCP de clones de células auto-reativas com tecidos do organismo. (lupus eritematoso) 

Estímulo mitogênico excessivo leva a parada em G1 ou Apoptose