Apoptose Robbins – Patologia geral
A apoptose é a via de morte celular que é induzida por um programa intra-celular altamente regulado, no qual as células destinadas a morrer ativam enzimas que degradam seu DNA nuclear e as proteínas citoplasmáticas A membrana plasmática da célula permanece intacta, mas sua estrutura é alterada de !orma que a célula apopt"tica se torna alvo primário da !agocitose A célula morta é eliminada rapidamente, antes que seu conte#do possa e$travasar e, desse !orma, esse tipo de morte celular n%o desencadeia uma rea&%o in!lamat"ria pelo 'ospedeiro (onsequentemente, a apoptose é !und !undam ament entalm almen ente te di!er di!eren ente te da necro necrose, se, que que é caract caracter eriza izada da pela pela perd perdaa de inte integri grida dade de das das membranas, digest%o enzimática das células e onde !requentemente ocorre rea&%o do 'ospedeiro )ntretanto, )ntretanto, algumas vezes a apoptose apoptose e a necrose coe$istem, coe$istem, podendo ter algumas algumas características características e mecanismos em comum
Causas de apoptose
A apoptose !oi inicialmente recon'ecida em *+ por sua mor!ologia distinta e nomeada pela designa&%o grega para .decad/ncia0 )la ocorre normalmente em várias situa&1es graves e serve para eliminar células indese2áveis ou potencialmente danosas e células que 2á n%o mais #teis 3ambé ambém m é um even evento to pato patol" l"gi gico co quan quando do as célul células as s%o dani dani!ic !icad adas as e n%o n%o pode podem m mais mais ser recu recupe pera rada das, s, espe especi cial alme ment ntee quan quando do a les% les%o o a!et a!etaa seu seu DNA4 DNA4 ness nessas as situ situa& a&1e 1es, s, a célu célula la irremed irremediav iavelm elment entee dani!ic dani!icada ada é elimina eliminada da A apopto apoptose se é respons responsáve ávell por numer numeroso ososs evento eventoss !isiol"gicos, de adapta&%o a patol"gicos, listados a seguir Apoptose em situações fisiológicas
A morte por apoptose é um !en5meno ! en5meno normal que elimina células que 2á n%o s%o necessárias necess árias como, eg, durante o desenvolvimento, e para manter um n#mero estável de várias popula&1es celulares nos tecidos )la é importante nas seguintes !isiol"gicas6 destrui&%o i&%o program programada ada de células células durant durantee a embrio embriog/n g/nese, ese, inclui incluindo ndo a implant implanta&%o a&%o,, − A destru
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organog/nese, involu&%o inerente ao desenvolvimento e metamor!ose A e$press%o .morte celular programada0 !oi cun'ada originalmente para descrever a morte de determinados tipos celulares durante o desenvolvimento A apoptose é um termo genérico para esse padr%o de morte celular, independente do conte$to, mas é também usado alternadamente com o conceito de .morte celular programada0 A involu&%o dependente de 'orm5nios nos adultos, tal como o colapso endometrial durante o ciclo menstrual, a atresia !olicular ovariana na menopausa, a regress%o da mama lactante ap"s o desmame e a atro!ia prostática ap"s a castra&%o A elimina&%o celular em popula&1es celulares em proli!era&%o, tal como o epitélio da crista intestinal, para manter um n#mero celular constante 7orte das células do 'ospedeiro 'ospedeiro que 2á cumpriram seu prop"sito, prop"sito, tais como os neutr"!ilos, neutr"!ilos, na resposta in!lamat"ria aguda, e os lin!"citos ao !inal da resposta imunol"gica Nessas situ situa&1 a&1es es,, as célul células as so!r so!rem em apop apopto tose, se, pois pois s%o priv privad adas as dos dos sinais sinais nece necessá ssári rios os para para sobreviver, tais como os !atores de crescimento )limina&%o de lin!"citos auto-reativos potencialmente danosos, antes ou depois de terem completado seu amadurecimento amadurecimento 8capítulo 9: 9: A morte celular induzida pelas células 3 citot"$icas, um mecanismo de de!esa contra vírus e
tumores que serve para eliminar células in!ectadas com vírus ou células neoplásicas ; mesmo mecanismo é responsável pela re2ei&%o celular dos transplantes 8capítulo 9:
Apoptose em condições patológicas
A morte por apoptose também é responsável pela perda de células em uma variedade de estados patol"gicos6
− 7orte celular produzida por vários estímulos nocivos Por e$emplo, na les%o do DNA pela
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radia&%o e drogas citot"$icas anti-cancerosas, se os mecanismos de reparo n%o puderem lidar com a les%o, a célula ativa a via de apoptose Nessas situa&1es, a elimina&%o da célula pode ser uma alternativa mel'or do que arriscar o desenvolvimento de muta&1es e transloca&1es no DNA dani!icado, que podem resultar em trans!orma&%o maligna )sse estímulos pre2udiciais, assim como o calor e a 'ip"$ia, podem induzir a apoptose se a les%o !or moderada, mas doses maiores dos mesmos estímulos podem resultar em necrose ; estresse do retículo endoplasmático, que pode ser induzido pelo ac#mulo de proteínas n%odobradas, também estimula a morte celular por apoptose A les%o celular em certas doen&as vir"ticas, como a 'epatite viral, na qual a perda das células in!ectadas ocorre principalmente por apoptose A atro!ia patol"gica dos "rg%os parenquimatosos ap"s obstru&%o ductal, como ocorre no p
Antes de discutirmos os mecanismos da apoptose, descreveremos as características mor!ol"gicas e bioquímicas desse processo
Morfologia: Apoptose As seguintes características mor!ol"gicas, algumas mais visíveis com o microsc"pio eletr5nico, de!inem as células em apoptose6 − )ncol'imento celular ; taman'o da célula está diminuído4 o citoplasma denso4 e as organelas, apesar de aparentemente normais, est%o mais agrupadas − (ondensa&%o da cromatina )ste é o aspecto mais característico da apoptose A cromatina se agrega na peri!eria, sob a membrana celular, em massas densas de várias !ormas e taman'os ; pr"prio n#cleo pode se romper, produzindo dois ou mais !ragmentos − =orma&%o de bol'as citoplasmáticas e corpos apopt"ticos A célula apopt"tica primeiro apresenta uma e$tensa !orma&%o de bol'as na sua super!ície que depois so!rem !ragmenta&%o, !ormando corpos apopt"ticos ligados á membrana, compostos de citoplasma e organelas bem compactadas, com ou sem a presen&a de !ragmentos nucleares − =agocitose das células apopt"ticas ou corpos celulares, geralmente pelos macr"!agos ;s corpos apopt"ticos s%o rapidamente degradados nos lisossomos e as células saudáveis ad2acentes migram e proli!eram para substituir o espa&o ocupado pela célula apopt"tica eliminada >magina-se que as membranas plasmáticas permane&am intactas até os #ltimos estágios da
apoptose, quando se tornam permeáveis a solutos que s%o normalmente retidos )ssa descri&%o clássica é acurada em rela&%o á apoptose em condi&1es !isiol"gicas, como a embriog/nese e a elimina&%o de células imunol"gicas )ntretanto, !ormas de morte celular com características de necrose e de apoptose n%o s%o incomuns ap"s estímulos nocivos ?ob tais condi&1es, a s everidade, e n%o a especi!icidade, do estímulo determina a !orma pela qual a morte se e$pressa ?e as características necr"ticas predominam, ocorre les%o inicial da membrana plasmática e edema celular ao invés de redu&%o no taman'o da célula @istologicamente, nos tecidos corados pela 'emato$ilina e eosina a apoptose envolve células isoladas ou pequenos aglomerados de células A célula apopt"tica se apresenta como uma massa arredondada ou ovalada com citoplasma intensamente eosino!ílico e densos !ragmentos de cromatina nuclear (omo o encol'imento celular e a !orma&%o de corpos apopt"ticos ocorre rapidamente e os !ragmentos s%o rapidamente !agocitados, a apoptose em um tecido pode ser considerável antes de se tornar aparente nas se&1es 'istol"gicas Além disso, a apoptose – em contraste com a necrose – n%o estimula a in!lama&%o, tornando sua detec&%o 'istol"gica mais di!ícil
Características bioquímicas da apoptose
As células apopt"ticas geralmente e$ibem uma constela&%o distinta de modi!ica&1es bioquímicas que s%o as bases das altera&1es estruturais descritas anteriormente Algumas dessas características também podem ser vistas nas células necr"ticas, mas outras altera&1es s%o mais especí!icas Degradação de proteínas m aspecto característico da apoptose é a 'idr"lise das proteínas envolvendo a ativa&%o de vários membros de uma !amília de cisteíno-proteases c'amadas de caspases Bárias caspases est%o presentes nas células normais como pré-enzimas inativas e precisam ser ativadas para induzir a apoptose As caspases clivam muitas proteínas celulares vitais, tais como as lamininas, destruindo a estrutura nuclear e o cito-esqueleto4 além disso, as caspases ativam as DNAases, que degradam o DNA nuclear )ssas mudan&as s%o as bases das altera&1es estruturais vistas no n#cleo e no citoplasma das células apopt"ticas Decomposição do DNA As células apopt"ticas e$ibem uma decomposi&%o característica do DNA em grandes peda&os de C a E quilobases ?ubsequentemente, ocorre clivagem internucleossomal do DNA em oligonucleossomos, em m#ltiplos de *F a pares de bases, por endonucleases dependentes de (aG e 7gG ;s !ragmentos podem ser visualizados pela eletro!orese em gel de agarose com a !orma&%o característica de bandas de DNA A atividade de endonucleases também !orma a base para detectar a morte celular através de técnicas citoquímicas que recon'ecem rupturas na dupla 'élice do DNA )ntretanto, a clivagem internucleossomal do DNA n%o é especí!ica para a apoptose m padr%o .manc'ado0 de !ragmenta&%o do DNA é considerado indicativo de necrose, mas pode ser um !en5meno autolítico tardia e as bandas típicas de DNA também podem ser vistas em células necr"ticas Reconecimento fagocit!rio As células apopt"ticas e$pressam !os!atidilserina nas camadas mais e$ternas de suas membranas plasmáticas, pois os !os!olipídios .pularam0 da camada interna da membrana 8devido a essas altera&1es, as células apopt"ticas podem ser identi!icadas, pois se ligam a corantes especiais, como a Ane$ina B: )m alguns tipos de apoptose, a trombospondina, uma glicoproteína adesiva, também se e$pressa na super!ície dos corpos apopt"ticos, e outras proteínas secretadas pelas células !agocitárias podem se ligar ás células apopt"ticas e opsonizá-las para que se2am !agocitadas )ssas altera&1es permitem o recon'ecimento precoce das células mortas pelos macr"!agos, resultando na !agocitose sem a libera&%o de componentes celulares que induz a in!lama&%o Dessa maneira, a reposta apopt"tica elimina as células praticamente sem a!etar o tecido circundante
Mecanismos da apoptose
A apoptose é induzida por uma cascata de eventos moleculares que podem ser iniciados de modos distintos, culminando na ativa&%o de caspases (omo considera-se que muita ou pouca apoptose representa a base de várias doen&as, tais como as doen&as degenerativas e o cP, que liga I précaspase-F mas n%o consegue clivar e ativar a enzima, pois n%o possui atividade enzimática Alguns vírus e células normais produzem =K>P e usam esse inibidor para proteger células normais e in!ectadas da apoptose mediada pela =as ; es!ingolipídio ceramida !oi implicado como intermediário entre os receptores de morte e a ativa&%o das caspases, mas a import
membrana mitocondrial e s%o substituídas por membros pr"-apopt"ticos da !amília, com a La, La$ e Lim Juando os níveis de Lcl-MLlc-$ diminuem, a permeabilidade da membrana mitocondrial aumenta, e várias proteínas que podem ativar a cascata de caspases e$travasam ma dessas proteínas é o citocromo c, bem con'ecido pelo seu papel na respira&%o mitocondrial No citosol, a citocromo c se liga a uma proteína c'amada Apa!-* 8do ingl/s Apoptosis activating factor-1, 'om"loga I (ed-O do C. elegans:, e esse comple$o ativa a caspase-+ 8a Lcl- e a Lcl-$ também podem inibir a ativa&%o da Apa!-* diretamente e a diminui&%o da concentra&%o celular dessas proteínas permite que essa ativa&%o ocorra: ;utras proteínas mitocondriais, tais como o !ator de indu&%o da apoptose 8A>=:, entram no citoplasma, onde se ligam e neutralizam vários inibidores da apoptose, cu2a !un&%o normal é bloquear a ativa&%o das caspases ; resultado !inal é o início da cascata das caspases Assim, a ess/ncia da via intrínseca é o equilíbrio entre as moléculas pr"apopt"ticas e protetoras que regulam a permeabilidade mitocondrial e a libera&%o de indutores da morte que normalmente est%o presos dentro das mitoc5ndrias )$iste evid/ncia su!iciente de que a via intrínseca da apoptose pode ser desencadeada sem a participa&%o mitocondrial A apoptose pode ser iniciada pela ativa&%o das caspases a montante das mitoc5ndrias, e o consequente aumento da permeabilidade mitocondrial e libera&%o de moléculas pr"-apopt"ticas ampli!icam os sinais de morte )ntretanto, essas vias de desencadeamento da apoptose independentes das mitoc5ndrias n%o est%o bem de!inidas N"s descrevemos as vias e$trínseca e intrínseca como duas vias distintas, mas elas podem se sobrepor Por e$emplo, nos 'epat"citos, a sinaliza&%o da =as ativa um membro pr"-apopt"tico da !amília Lcl, c'amado de Lid, que por sua vez ativa a via mitocondrial N%o sabemos se tais intera&1es de coopera&%o entre as di!erentes vias de apoptose ocorrem na maioria dos tipos celulares A fase efetora A !ase !inal da apoptose é mediada por uma cascata proteolítica para a qual convergem os vários mecanismos iniciais As proteases que participam da !ase e!etora s%o altamente conservadas entre as di!erentes espécies e pertencem I !amília das caspases, como mencionado anteriormente )las s%o 'om"logas, nos mamí!eros, do gene ced - O do Caenorhabditis elegans ; nome caspase é baseado em duas propriedades dessa !amília de enzimas6 o .c0 se re!ere I cisteíno protease 8isto é, uma enzima que possui uma cisteína em seu sítio ativo: e .aspase0 se re!ere I 'abilidade dessas enzimas de clivar as moléculas de proteínas logo ap"s o ácido aspártico A !amília das caspases, que atualmente inclui mais de * membros, pode ser dividia !uncionalmente em dois grupos básicos – iniciadores e e!etoras -, dependendo da ordem em que s%o ativadas durante a apoptose As caspases iniciadoras, como 2á vimos, incluem a caspase-F e a caspase-+ Bárias caspases, incluindo a caspase-E e a caspase-9, s%o e!etoras Assim como várias proteases, as caspases e$istem como pr"-enzimas inativas, ou zimog/nios, e devem so!rer uma clivagem para serem ativadas e iniciar a apoptose As caspases possuem seus pr"prios sítios de clivagem, que tanto podem ser 'idrolisados por outras caspases quanto autocataliticamente Depois que uma caspase iniciadora é clivada para dar origem a sua !orma ativa, o programa de morte enzimática é iniciado pela ativa&%o rápida e sequencial das outras caspases As caspases e!etoras atuam em vários componentes celulares )las clivam proteínas do cito-esqueleto e da matriz nuclear rompendo, assim, o cito-esqueleto, e levando I destrui&%o do n#cleo No n#cleo, os alvos da ativa&%o das caspases incluem as proteínas envolvidas na transcri&%o, replica&%o e repara&%o do DNA )m especial, a ativa&%o da caspase-E ativa uma DNAase citoplasmática clivando um inibidor da enzima4 essa DNAase induz a clivagem internucleossomal característica do DNA, descrita anteriormente Remoção das c'lulas mortas Nos estágios iniciais da apoptose, as células agonizantes secretam !atores sol#veis que recrutam células !agocitárias >sso !acilita a retirada imediata das células apopt"ticas antes que so!ram necrose secundária e liberem seus componentes celulares 8que podem causar in!lama&%o: (omo 2á !oi mencionado, as células apopt"ticas e seus !ragmentos possuem marcadores de super!ície que !acilitam seu recon'ecimento imediato pelas células ad2acentes ou pelas células !agocitárias para serem eliminadas Há !oi demonstrado que vários receptores dos macr"!agos est%o envolvidos na liga&%o e captura das células apopt"ticas Além disso, os macr"!agos também podem secretar subst
apopt"ticas, mas n%o ás células vivas, e as opsonizam para serem !agocitadas )m contraste com os marcadores das células apopt"ticas, as células viáveis parecem prevenir sua pr"pria captura pelos macr"!agos através da e$press%o de determinadas moléculas de super!ície 8como o (DE*: )sse processo de !agocitose de células apopt"ticas é t%o e!iciente que as células mortas desaparecem sei dei$ar vestígios e a in!lama&%o está virtualmente ausente
(#emplos de apoptose ;s sinais que induzem a apoptose incluem a aus/ncia de !atores de crescimento ou de 'orm5nios, a a&%o especí!ica dos receptores de morte e determinados agentes nocivos Apesar de o clássico e$emplo de apoptose ser a morte programada de células durante a embriog/nese, ainda n%o sabemos o que desencadeia a apoptose nessa situa&%o )ntretanto, s%o con'ecidos muitos e$emplos bem de!inidos de apoptose Apoptose após pri"ação de fatores de crescimento) As células sensíveis a 'orm5nios, quando privadas daquele 'orm5nio em particular, lin!"citos que n%o s%o estimulados por antígenos e citocinas, e neur5nios privados de !ator de crescimento de nervos morrem por apoptose )m todas essas situa&1es a apoptose é desencadeada pela via intrínseca 8mitocondrial: e é atribuída a um e$cesso de membros pr"-apopt"ticos da !amília Lcl em rela&%o aos membros anti-apopt"ticos Apoptose mediada por dano ao DNA A e$posi&%o de células I radia&%o ou a agente quimioterápicos induz a apoptose por um mecanismo iniciado pelo dano ao DNA 8estresse genot"$ico:, pois envolve o gene supressor de tumor pCE @á ac#mulo do pCE quando o DNA é dani!icado e causa a suspens%o do ciclo celular 8na !ase Q*: para dar tempo para que a célula se restabele&a 8capítulo : )ntretanto, se o processo de reparo do DNA !al'ar, o pCE desencadeia a apoptose Juando ocorre muta&%o do pCE ou ele está ausente 8como ocorre em determinados tipos de cappa-L: ; sistema de regula&%o da transcri&%o N=appaLM>appa-L é importante para a sobreviv/ncia celular e, como veremos no capítulo , para vários respostas in!lamat"rias Há que o 3N= pode induzir a morte celular e promover a sobreviv/ncia da célula, o que determina o componente yin e yang de suas a&1es A resposta n%o está clara, mas provavelmente depende do tipo de proteína adaptadora que se liga ao receptor 3N=
ap"s a liga&%o da citocina 3RADD e =ADD !acilitam a apoptose, enquanto outras proteínas adaptadoras, c'amadas 3RA=s 8do ingl/s TNF receptor associated factors: !avorecem a ativa&a1 do N=-appaL e a sobreviv/ncia Apoptose mediada pelo linfócito , citotó#ico ;s lin!"citos 3 citot"$icos 8(3Ks: recon'ecem antígenos estran'os presentes na super!ície das células in!ectadas por 'ospedeiros 8capítulo 9: Ao serem recon'ecidos, os (3Ks secretam a per!orina, uma molécula que !orma um poro trans-membr
− Desordens associadas com a apoptose defeituosa e aumento do tempo de sobre"ida da
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c'lula Neste caso, uma ta$a e$tremamente bai$a de apoptose pode prolongar a sobreviv/ncia ou reduzir a substitui&%o de células anormais )sse ac#mulo de células pode originar6 8*: c
