Pro-Caspase 9

Fas

Fas

F

ADD

FLIP

Pro

-

Cas

pase

8

Pro-Caspase 3

Bcl-2

p17

p12

BidBcl-XL

Apoptose

Smac/Diablo

Citocromo c

dATP Apoptosoma

Pro-Caspase 9

CaspasesEfectoras

Caspase 3Caspase 6Caspase 7

IAP

TNFR

TNF

TRADD

RIP

RAIDD

FADD

TRAF

Pro-Caspase 2 Activação da

esfingomielina

Ceramida

JNK/SAPK

Endonucleases

Fragmentação do DNA

Apoptose

p50

p65I kB

Sobrevivência celular

Bcl-2

CaspasesEfectoras

NF-kB

p50

p65

Caspase 3Caspase 6Caspase 7

Stress oxidativo da mitocôndria

Bcl-2EndoG AIF

PARP

NAD+

Energia

Radicais Livres

DNA danificado

Necrose

p1

8

p1

8

p1

1

p1

1

Pro-Caspase 9

APAF-1APAF-1

Cito C

Cito C

Radiação Gama

Granzima B

Pro-Caspase 3

PARP

SREBP

DFF

Clivagem

Laminas

Pro-Caspase 6

Xiap

clAP1 clAP

Perforina

Fas-L

TNF

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.

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.

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.

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 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).

Fig.1 – Fagocitose de uma célula apoptótica

Fig.3 - Formação dos dedos duranteo desenvolvimento embrionário.

Fig.2 - Ideias como morte e autodestruição são sempre sinistras e trágicas, mas na natureza tais conceitos podem muitas vezes significar a vida…

Fig.4 - Artrite reumatóide, uma de muitas doenças devid a distúrbios na morte celular programada.

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 Pereira…Sem ela este poster não seria o que é. Ao departamento de Biologia Celular, pela impressão do poster.

Caspase 3

Cerqueira, João; Catarino, Isabel; Fonseca, Maria; Guedes, João; Neno, MiguelCoordenadora: Pinto, Marta

Serviço de Biologia Celular da Faculdade de Medicina da Universidade do PortoHospital S.João