Baixe morte celular por apoptose e outras Notas de estudo em PDF para Bioquímica, somente na Docsity! 335 Morte Celular por Apoptose Apoptosis: Programmed Cell Death 1Laboratório de Marcadores de Estresse Celular, Centro de Pesquisas em Ciências Médicas, Universidade Luterana do Brasil, Canoas (RS), Brasil 2Programa de Pós-graduação em Diagnóstico Genético e Molecular, Universidade Luterana do Brasil, Canoas (RS), Brasil 3Programa de Pós-graduação em Genética e Toxicologia Aplicada, Universidade Luterana do Brasil, Canoas (RS), Brasil Endereço para correspondência: Ivana Grivicich. Laboratório de Marcadores de Estresse Celular, Centro de Pesquisas em Ciências Médicas, Universidade Luterana do Brasil. Av. Farroupilha, 8001, Prédio 22, 5º andar - CEP: 92425-900 - Canoas (RS) - Brasil. E-mail: grivicich@terra.com.br Ivana Grivicich1,2,3, Andréa Regner1,2,3, Adriana Brondani da Rocha1,2,3 Resumo Apoptose, ou morte celular programada, é um processo essencial para a manutenção do desenvolvimento dos seres vivos, sendo importante para eliminar células supérfluas ou defeituosas. Durante a apoptose, a célula sofre alterações morfológicas características desse tipo de morte celular. Tais alterações incluem a retração da célula, perda de aderência com a matriz extracelular e células vizinhas, condensação da cromatina, fragmentação internucleossômica do DNA e formação dos corpos apoptóticos. Muitas são as moléculas envolvidas no controle das vias de ativação da apoptose, dentre estas, as proteínas antiapoptóticas e pró-apoptóticas, além das caspases. Esse fenômeno biológico, além de desempenhar um papel importante no controle de diversos processos vitais, está associado a inúmeras doenças, como o câncer. A compreensão dos mecanismos apoptóticos permitiu o desenvolvimento de novas estratégias no tratamento do câncer. Tais estratégias são embasadas na indução da morte nas células tumorais e em uma maior resposta aos tratamentos com radiação e agentes citotóxicos. Palavras-chave: Apoptose, Morte celular programada, Caspases Revisão de Literatura Apoptose Artigo submetido em 4/4/06; aceito para publicação em 25/1/07 Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335-343 336 Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335-343 Grivicich I, Regner A, Rocha AB INTRODUÇÃO O desenvolvimento e a manutenção dos organismos multicelulares dependem de uma interação entre as células que o constituem. No desenvolvimento embrionário, muitas células produzidas em excesso são levadas à morte, contribuindo para a formação dos órgãos e tecidos1. Durante muito tempo, a morte celular foi considerada um processo passivo de caráter degenerativo, que ocorre em situações de lesão celular, infecção e ausência de fatores de crescimento. Como conseqüência, a célula altera a integridade da membrana plasmática, aumenta o seu volume e perde as suas funções metabólicas2. Entretanto, nem todos os eventos de morte celular são processos passivos. Organismos multicelulares são capazes de induzir a morte celular programada como resposta a estímulos intracelulares ou extracelulares3. Os processos de morte celular podem ser classificados de acordo com suas características morfológicas e bioquímicas em: apoptose, autofagia, necrose, mitose catastrófica e senescência4-6. Alterações na coordenação desses tipos de morte celular estão implicadas na tumorigênese7. Autofagia é um processo adaptativo conservado evolutivamente e controlado geneticamente. Ela ocorre em resposta a um estresse metabólico que resulta na degradação de componentes celulares8,9. Durante a autofagia, porções do citoplasma são encapsuladas por membrana, originando estruturas denominadas autofagossomos. Estes irão se fusionar com os lisossomos. A seguir, o conteúdo dos autofagossomos será degradado pelas hidrolases lisossomais10. A necrose é um tipo de morte na qual as células sofrem um insulto que resulta no aumento do volume celular, agregação da cromatina, desorganização do citoplasma, perda da integridade da membrana plasmática e conseqüente ruptura celular (Figura 1). Durante a necrose, o conteúdo celular é liberado, causando dano às células vizinhas e uma reação inflamatória no local11. É considerada uma resposta passiva à injúria celular, entretanto estudos recentes sugerem que a necrose também pode ser regulada geneticamente12. Assim como a necrose, a mitose catastrófica é um processo passivo; porém, alguns estudos sugerem que ela também pode apresentar uma regulação genética6. A mitose catastrófica envolve uma mitose aberrante, resultando em uma segregação cromossômica errônea. Geralmente, não é considerada uma forma de morte, mas sim uma sinalização irreversível para a morte13. A senescência é um processo metabólico ativo essencial para o envelhecimento. Ocorre por meio de uma programação genética que envolve deterioração dos telômeros e ativação de genes supressores tumorais. As células que entram em senescência perdem a capacidade proliferativa após um determinado número de divisões celulares14. Em 1964, foi proposto o termo "morte celular programada" para designar um tipo de morte celular que ocorre de forma não acidental15. Em 1972, Kerr, Wyllie e Currie sugeriram o termo apoptose para indicar esse tipo de morte celular16. A apoptose ocorre nas mais diversas situações, como por exemplo, na organogênese e hematopoiese normal e patológica, na reposição fisiológica de certos tecidos maduros, na atrofia dos órgãos, na resposta inflamatória e na eliminação de células após dano celular por agentes genotóxicos17. A apoptose pode ser reconhecida por características morfológicas muito marcantes e coordenadas (Figura 1). De um modo geral, a apoptose é um fenômeno bastante rápido: ocorre uma retração da célula que causa perda da aderência com a matriz extracelular e células vizinhas. As organelas celulares mantêm a sua morfologia, com exceção, em alguns casos, das mitocôndrias, que podem apresentar ruptura da membrana externa. A cromatina sofre condensação e se concentra junto à membrana nuclear, que se mantém intacta. A seguir, a membrana celular forma prolongamentos (blebs) e o núcleo se desintegra em fragmentos envoltos pela membrana nuclear. Os prolongamentos da membrana celular aumentam de número e tamanho e rompem, originando estruturas contendo o conteúdo celular. Estas porções celulares envoltas pela membrana celular são denominadas corpos apoptóticos. Os corpos apoptóticos são rapidamente fagocitados por macrófagos e removidos sem causar um processo inflamatório11 (Figura 1). Outra característica muito marcante da morte por apoptose é a fragmentação internucleossômica do DNA, a qual possui um padrão característico. Uma Figura 1. Características morfológicas da apoptose e da necrose 339 Via Extrínseca A via extrínseca é desencadeada pela ligação de ligantes específicos a um grupo de receptores de membrana da superfamília dos receptores de fatores de necrose tumoral (rTNF). Esta ligação é capaz de ativar a cascata das caspases52 (Figura 3). Todos os membros da família rTNF possuem um subdomínio extracelular rico em cisteína, o qual permite que eles reconheçam seus ligantes. Tal fato resulta na trimerização e conseqüente ativação dos receptores de Figura 3. Via extrínseca de ativação da apoptose DD=domínio de morte; DED=efetor do domínio de morte morte específicos (Figura 3). A sinalização a seguir é mediada pela porção citoplasmática desses receptores que contém uma seqüência de 65 aminoácidos chamada "domínio de morte" sendo, por isso, chamados de "receptores de morte celular"53. Quando os receptores de morte celular reconhecem um ligante específico, os seus domínios de morte interagem com moléculas conhecidas como FADD/ MORT-1. Essas moléculas têm a capacidade de recrutarem a caspase-8 que irá ativar a caspase-3, executando a morte por apoptose54. Via Intrínseca A via intrínseca é ativada por estresse intracelular ou extracelular como a deprivação de fatores de crescimento, danos no DNA, hipóxia ou ativação de oncogenes. Os sinais que são transduzidos em resposta a estes insultos convergem principalmente para a mitocôndria3. Inúmeros estudos sobre apoptose apontam a mitocôndria como o principal mediador desse tipo de morte. Essa organela integra os estímulos de morte celular, induzindo a permeabilização mitocondrial e conseqüente liberação de moléculas pró-apoptóticas nela presentes55 (Figura 4). Figura 4. Via intrínseca de ativação da apoptose Apaf-1=fator de ativação de protease associada à apoptose 1 Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335-343 Apoptose 340 Quando sinais de morte alcançam a mitocôndria, levam ao colapso do potencial da membrana mitocondrial interna (Δψ), bem como a uma transição da permeabilidade mitocondrial (TPM). Ao mesmo tempo, a água do espaço entre membranas passa para a matriz mitocondrial, levando à ruptura da organela e conseqüente liberação de proteínas pró-apoptóticas para o citoplasma56,57. Além da liberação de moléculas pela mitocôndria, a indução do Δψ e TPM levam à perda da homeostasia celular, interrompendo a síntese de ATP e aumentando a produção de espécies reativas do oxigênio (EROS)58. O aumento nos níveis de EROS leva à oxidação de lipídios, proteínas e ácidos nucléicos, aumentando o colapso do Δψ59. A resposta da mitocôndria ao dano oxidativo é uma via importante no início da apoptose. Além disso, é sabido que as EROS induzem a ativação das caspases -9 e -360,61. Alguns estudos indicam que durante a apoptose ocorre a formação de um megaporo que contém diversas proteínas e abrange as membranas interna e externa da mitocôndria62. Através desse poro ocorre a liberação do citocromo c para o citoplasma onde participa da ativação da apoptose. Os diferentes sinais indutores de apoptose são detectados pela mitocôndria, fazendo com que ocorra um desacoplamento da cadeia respiratória e conseqüente liberação de citocromo c e proteínas ativadoras da apoptose para o citosol57. Quando no citosol, o citocromo c forma um complexo com a APAF- 1 e a caspase-9, o chamado apoptossomo, que promove a clivagem da pró-caspase-9, liberando a caspase-9, ativa52 (Figura 4). Uma vez ativada, a caspase-9 ativa a caspase-3 que vai ocasionar a apoptose24,28. Mais recentemente, foi descrita a participação, na via mitocondrial, de uma flavoproteína conhecida por Fator Indutor de Apoptose (AIF). A AIF migra da mitocôndria para o núcleo após um estímulo de apoptose e induz a condensação da cromatina e fragmentação do DNA em fragmentos de 50Kb, independente da ativação das caspases63. Apoptose e Câncer Embora o câncer exiba características muito heterogêneas, todos os tumores malignos adquiriram a propriedade de crescer além dos limites impostos às células normais. A expansão clonal de uma célula transformada depende de um descontrole da sua capacidade proliferativa e de uma crescente incapacidade de morrer por apoptose. Portanto, apesar da enorme variabilidade do câncer, evidências demonstram que a resistência à apoptose é uma das características mais marcantes da maioria dos tumores malignos4. De fato, a análise do processo de tumorigênese revela que a capacidade de resistir à morte pode ser adquirida por diferentes mecanismos e acontecer em vários momentos do desenvolvimento tumoral. Entre estes, a resistência à morte por apoptose em células que escaparam do controle do crescimento e da diferenciação normais exercidos por fatores solúveis ou por contatos célula- célula ou célula-matriz extracelular até aquela induzida por lesões no DNA, por hipóxia ou por espécies reativas do oxigênio64. A apoptose na prática clínica é alvo para um potencial uso terapêutico da morte celular programada ou para a compreensão dos mecanismos de resistência à radioterapia e à quimioterapia19,65. A elucidação de alguns dos mecanismos moleculares da apoptose abriram perspectivas de modulação desses processos. As estratégias se baseiam em induzir a morte nas células tumorais através do bloqueio de genes com oligonucleotídeos antisense e drogas convencionais, ou ainda a substituição de função desses genes com o uso de moléculas recombinantes19. Diversos estudos clínicos e pré-clínicos com drogas que têm por alvo membros da família Bcl-2 estão em andamento66,67. A redução na atividade do Bcl-2 e Bcl-XL é suficiente para induzir a célula a entrar em apoptose. O Oblimersen (G3139, Genasense, Genta, Berkeley Heights, NJ) é um oligonucleotídeo antisense anti Bcl-2 que está sendo testado em estudos clínicos de fase III, tendo demonstrado alguns resultados positivos66,68. Outro agente promissor é o ABT737, uma pequena molécula que inibe as proteínas Bcl-2, Bcl-XL e Bcl-w. Em estudo pré-clínico, utilizando um modelo xenográfico, o ABT737 levou à completa regressão de tumor de pulmão de pequenas células67. Resultados de diferentes estudos indicam que a survivina é um fator celular envolvido na quimiorresistência e radiorresistência em tumores humanos, sugerindo que a inibição dessa proteína pode levar a uma sensibilização aos tratamentos contra o câncer69. Neste sentido, foi demonstrado, em estudos in vitro e in vivo, que a inibição da expressão da survivina induziu a apoptose, reduziu o crescimento do tumor e sensibilizou o tumor à quimioterapia70. CONSIDERAÇÕES FINAIS A maioria dos tecidos sofre um constante processo de renovação celular graças ao equilíbrio entre proliferação e morte das células, caracterizada por um processo ativo de alterações morfológicas e bioquímicas, a apoptose. A apoptose é também um mecanismo de defesa, que é ativado sempre que ocorre uma invasão por agentes patogênicos, ou ainda quando o DNA for Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335-343 Grivicich I, Regner A, Rocha AB 341 lesado. A compreensão dos mecanismos e das alterações nos componentes das vias apoptóticas e sua correlação com a ocorrência do câncer são importantes para o desenvolvimento de novas terapias e métodos de prevenção do câncer. REFERÊNCIAS 1. Meier P, Finch A, Evan G. Apoptosis in development. Nature. 2000;407:796-801. 2. Yu SP, Choi DW. Ions, cell volume, and apoptosis. Proc Natl Acad Sci USA. 2000;97:9360-362. 3. Hengartner MO. The biochemistry of apoptosis. Nature. 2000;407:770-76. 4. Okada H, Mak TW. Pathways of apoptotic and non- apoptotic death in tumour cells. Nat Rev Cancer. 2004;4:592-603. 5. Dimri GP. What has senescence got to do with cancer? Cancer Cell. 2005;7:505-12. 6. Castedo M, Perfettini JL, Roumier T, Andreau K, Medema R, Kroemer G. Cell death by mitotic catastrophe: a molecular definition. Oncogene. 2004;23:2825-837. 7. Ricci MS, Zong WX. Chemotherapeutic approaches for targeting cell death pathways. Oncologist. 2006;11:342-57. 8. Danial NN, Korsmeyer SJ. Cell death: critical control points. Cell. 2004;116:205-19. 9. Lum JJ, DeBerardinis RJ, Thompson CB. Autophagy in metazoans: cell survival in the land of plenty. Nat Rev Mol Cell Biol. 2005;6:439-48. 10. Kelekar A. Autophagy. Ann NY Acad Sci. 2005;1066:259-71. 11. Ziegler U, Groscurth P. Morphological features of cell death. News Physiol Sci. 2004;19:124-28. 12. Zong WX, Thompson CB. Necrotic death as a cell fate. Genes Dev. 2006;20:1-15. 13. Weaver BA, Cleveland DW. Decoding the links between mitosis, cancer, and chemotherapy: the mitotic checkpoint, adaptation, and cell death. Cancer Cell. 2005;8:7-12. 14. Mooi WJ, Peeper DS. Oncogene-induced cell senescence - halting on the road to cancer. N Engl J Med. 2006;355:1037-1046. 15. Lockshin RA, Williams CM. Programmed cell death II. Endocrine potentiation of the breakdown of the intersegmental muscles of silkmonths. J Insect Physiol. 1964;10:643-49. 16. Kerr JF, Wyllie AH, Currie AR. Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer. 1972;6:239-57. 17. Ranganath RM, Nagashree NR. Role of programmed cell death in development. Int Rev Cytol. 2001;202:159-242. 18. Saraste A, Pulkki K. Morphologic and biochemical hallmarks of apoptosis. Cardiovasc Res. 2000;45:528-37. 19. Nicholson DW. From bench to clinic with apoptosis-based therapeutic agents. Nature. 2000;407:810-16. 20. Liu QA, Hengartner MO. The molecular mechanism of programmed cell death in C. elegans. Ann N Y Acad Sci. 1999;887:92-104. 21. Nicholson DW, Thornberry NA. Caspases: killer proteases. Trends Biochem Sci. 1997;22:299-306. 22. Boatright KM, Salvesen GS. Mechanisms of caspase activation. Curr Opin Cell Biol. 2003;15:725-31. 23. Denault JB, Salvesen GS. Caspases: keys in the ignition of cell death. Chem Rev. 2002;102:4489-500. 24. Rupnarain C, Dlamini Z, Naicker S, Bhoola K. Colon cancer: genetics and apoptotic events. Biol Chem. 2004;385:449-64. 25. Schuler M, Maurer U, Goldstein JC. p53 triggers apoptosis in oncogene-expressing fibroblasts by the induction of Noxa and mitochondrial Bax translocation. Cell Death Differ. 2003;10:451-60. 26. Borner C. The Bcl-2 protein family: sensors and checkpoints for life-or-death decisions. Mol Immunol. 2003;39:615-47. 27. Vander Heiden MGV, Thompson CB. Bcl-2 proteins: regulators of apoptosis or of mitochondrial homeostasis? Nat Cell Biol. 1999;1:E209-16. 28. Petros AM, Olejniczak ET, Fesik SW. Structural biology of the Bcl-2 family of proteins. Biochim Biophys Acta. 2004;1644:83-94. 29. Bronner MO, Culin C, Reed JC, Furth EE. The bcl-2 proto-oncogene and the gastrointestinal tumor progression model. Am J Pathol. 1995;146:20-26. 30. Murphy KM, Ranganathan V, Farnsworth ML, Kavallaris M, Lock RB. Bcl-2 inhibits Bax translocation from cytosol to mitochondria during drug-induced apoptosis of human tumor cells. Cell Death Differ. 2000;7:102-11. 31. Deveraux QL, Reed JC. IAP family proteins- suppressors of apoptosis. Genes Dev. 1999;13:239-52. 32. Shi Y. Mechanisms of caspase activation and inhibition during apoptosis. Mol Cell. 2002;9:459-70. 33. Seshagiri S, Miller LK. Baculovirus inhibitors of apoptosis (IAPs) block activation of Sf-caspase-1. Proc Natl Acad Sci USA. 1997;94:13606-611. 34. Verhagen AM, Ekret PG, Pakusch M, Silke J, Connolly LM, Reid GE, et al. Identification of DIABLO, a mammalian protein that promotes apoptosis by binding to and antagonizing IAP proteins. Cell. 2000;102:43-53. 35. Du C, Fang M, Li Y, Wang X. Smac, a mitochondrial protein that promotes cytochrome c-dependent caspase activation during apoptosis. Cell. 2000;102:33-42. 36. Chai J, Du C, Wu JW, Kyrin S, Wang X, Shi Y. Structural and Biochemical basis of apoptotic activation by smac/ DIABLO. Nature. 2000;406:855-62. 37. Badley AD, Pilon AA, Landay A, Lynch DH. Mechanisms Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335-343 Apoptose