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Apoptose

 

O que é

Por definição, Apoptose ou Morte Celular Programada é um tipo de "autodestruição celular" que requer energia e síntese protéica para a sua execução. Está relacionado com a homeostase na regulação fisiológica do tamanho dos tecidos, exercendo um papel oposto ao da mitose. O termo é derivado do grego "apoptwsiz", que referia-se à queda das folhas das árvores no outono - um exemplo de morte programada fisiológica e apropriada que também implica em renovação.

Fisiologicamente, esse suicídio celular ocorre no desenvolvimento embrionário, na organogênese, na renovação de células epiteliais e hematopoiéticas, na involução cíclica dos órgãos reprodutivos da mulher, na atrofia induzida pela remoção de fatores de crescimento ou hormônios, na involução de alguns órgãos e ainda na regressão de tumores. Portanto consiste em um tipo de morte programada, desejável e necessária que participa na formação dos órgãos e que persiste em alguns sistemas adultos como a pele e o sistema imunológico.

Apoptose: Sequencia de eventos

Apoptose
Seqüência de eventos na apoptose

Através de um mecanismo ainda desconhecido, o estímulo apoptótico ativa a expressão de "genes letais" que induzirão a síntese e ativação de uma endonuclease Ca+2 e Mg+2 dependente e de uma transglutaminase. A endonuclease causará a fragmentação internucleossômica do DNA, levando ao clássico "padrão em escada" na eletroforese em gel de agarose. A transglutaminase aumenta as ligações cruzadas das proteínas celulares, aumentando a estabilidade da membrana plasmática, limitando assim o vazamento de constituintes citoplasmáticos durante a fragmentação celular em corpos apoptóticos.

Ocorrência de apoptose fisiológica:

Apoptose Fisiológica
Membranas interdigitais
Desenvolvimento da mucosa intestinal
Fusão do palato
Involução normal de tecidos hormônio-dependentes
Atresia folicular ovariana
Leucócitos
Maturação linfóide e prevenção de autoimunidade
Citotoxidade

A apoptose é um processo rápido, que se completa em aproximadamente 3 horas e não é sincronizado por todo o órgão, portanto diferentes estágios de apoptose coexistem em diversas secções dos tecidos. Devido à taxa rápida de destruição celular é necessário que apenas 2 a 3% das células estejam em apoptose em determinado momento para que se obtenha uma regressão substancial de tecido, atingindo mesmo a proporção de 25% por dia

Diferenças básicas entre apoptose e necrose

Características  APOPTOSE Morte Celular Programada NECROSE  Morte Celular Acidental 
Estímulo   Fisiológico (Ativação de um relógio bioquímico, geneticamente regulado) ou patológico. Patológico (Agressão ou ambiente hostil).  
Ocorrência   Acomete células individuais, de maneira assincrônica. Eliminação seletiva de células. Acomete um grupo de células. Fenômeno degenerativo, conseqüência de lesão celular severa e irreversível.
Reversibilidade Irreversível, depois da ativação da endonuclease.    Irreversível, após o "ponto de não retorno"- Deposição de material floculento e amorfo na matriz mitocondrial.
Ativação da Endonuclease Sim, aparentemente Ca+2 e Mg+2 dependente, peso molecular varia entre 12 e 32 Kilodaltons. Não.
Morfologia:

Célula

  Enrugamento, projeções digitiformes da membrana celular e formação de corpos apoptóticos.   Tumefação celular, perda da integridade da membrana e posterior desintegração.
Adesões entre células e Membrana Basal  Perda (precoce). Perda (tardia).
Organelas citoplasmáticas Tumefação tardia.   Tumefação precoce. 
Liberação de enzimas lisossômicas Ausente. Presente.
Núcleo Convolução e fragmentação da membrana nuclear (cariorrexe). Desaparecimento (picnose, cariorrexe e cariólise).
Cromatina Nuclear  Compactação em massas densas uniformes, alinhadas no lado interno da membrana nuclear (Crescentes). Formação de grumos grosseiros e de limites imprecisos.  
Fagocitose pelas células da vizinhança Presente, antes mesmo da lise celular ("Canibalismo celular"). Ausente - Macrofagocitose pode ocorrer, após a lise celular.
Inflamação Exsudativa Ausente. Não há liberação de componentes celulares para o espaço extracelular. Presente, induzida pela liberação de componentes celulares para o espaço extracelular.
Formação de cicatrizes  Ausente.
 
Pode ocorrer, se a área de necrose for ampla.
Fragmentação do DNA  Internucleossômica, detectável em 1 ou 2 horas (máxima em 24 horas). Processo de "tudo ou nada ", de curta duração. Aleatória.
Padrão na Eletroforese do DNA em gel Agarose Em fragmentos com 180-200 pares de base ou múltiplo integrais, produzindo o típico "Padrão em escada ".  " Padrão em esfregaço".

Microscopicamente ocorre fragmentação nuclear e celular em vesículas apoptóticas. Diferente da necrose, não existe liberação do conteúdo celular para o interstício e portanto não se observa inflamação ao redor da célula morta. Outro fato importante é a fragmentação internucleossômica do DNA, sem nenhuma especificidade de seqüência, porém mais intensamente na cromatina em configuração aberta; conseqüência da atividade de uma endonuclease.

Essa fragmentação característica do genoma pode ser identificada in situ pela técnica de TUNEL (Terminal deoxinucleotidil transferase Uracil Nick End Labeling).

Pode ser também facilmente visualizada laboratorialmente pela eletroforese do DNA em gel de agarose, produzindo o clássico "padrão em escada", com a formação de bandas contendo múltiplos de 180-200 pb

Apoptose induzida por agentes patogênicos

Categoria Agente etiológico
Doenças imunossupressoras HIV/SIDA
Imunodeficiência dos Símios
Leucemia Felina a vírus
Imunodeficiência Felina a vírus
Doença Infecciosa da Bolsa de Fabricio
Doença de Newcastle
Toxinas Gliotoxina Ricina Bleomicina Menadione Cycloheximide Toxina Diftérica Dioxina Ionoforos do Cálcio
Alterações circulatórias Isquemia
Alterações da temperatura Hipertermia

A necrose difere da apoptose por representar um fenômeno degenerativo irreversível, causado por um agressão intensa. Trata-se pois da degradação progressiva das estruturas celulares sempre que existam agressões ambientais severas

É interessante salientar que o mesmo agente etiológico pode provocar tanto necrose quanto apoptose; sendo que a severidade da agressão parece ser o fator determinante do tipo de morte celular. Vários agentes etiológicos já foram confirmados como indutores de apoptose, entre eles diversas viroses, isquemia, hipertermia e várias toxinas

Evidências recentes suportam o conceito de que o crescimento tumoral "in vivo" depende da evasão dos mecanismos homeostáticos de controle que operam via indução de morte celular por apoptose.

A indução de apoptose seja através de mecanismos imunológicos, seja por outros mecanismos homeostáticos específicos, parece ser extremamente importante no processo de eliminação de células sofrendo transformação maligna. Danos não reparáveis no DNA (por mutações ou infecções virais) aparentemente iniciam o processo de apoptose.

É importante salientar que muitos dos genes que condicionam a proliferação celular (chamados oncogenes e genes supressores de tumores) estão também envolvidos na iniciação do processo de apoptose e que a inibição por si só do processo fisiológico da apoptose leva à sobrevivência prolongada das células, favorecendo o acúmulo de mutações e a transformação maligna.

Assim, a apoptose representa um mecanismo de eliminação seletiva de células cuja sobrevivência poderia prejudicar o bem estar do organismo.

Fonte: www.icb.ufmg.br

Apoptose

Apoptose: quando a célula programa a própria morte

Batizado de apoptose, o suicídio celular programado tem papel importante em diversos processos vitais e em inúmeras doenças. Sua investigação pode ajudar a desenvolver novas terapias e medicamentos.

Até recentemente os cientistas acreditavam que as células só morriam quando agredidas por fatores externos, por um processo chamado necrose.

Agora, sabe-se que existe outra forma: o suicídio celular programado, necessário para eliminar células supérfluas ou defeituosas.

Esse fenômeno biológico, batizado de apoptose, tem papel importante em diversos processos vitais e em inúmeras doenças e sua investigação pode ajudar a desenvolver novas terapias e medicamentos.

Idéias como morte e autodestruição são sempre sinistras e trágicas. Sempre? Se mudarmos o ponto de vista, veremos que não, pois na natureza tais conceitos podem muitas vezes significar a vida. Por mais cruel que pareça, o extermínio dos indivíduos mais fracos de uma espécie por predadores ou por morte espontânea daqueles que têm defeitos letais — ou seja, a sobrevivência dos mais aptos — ajuda essa espécie a se perpetuar forte e sadia. Esse mecanismo de seleção ocorre também em níveis menos visíveis, como o das células.

Muitas células de um organismo morrem para que o conjunto sobreviva. Assim como é preciso gerar novas células para manter processos vitais, é imprescindível eliminar as supérfluas ou defeituosas. No indivíduo adulto, se a multiplicação das células não é compensada de modo preciso por perdas, os tecidos e órgãos crescem sem controle, o que pode levar ao câncer. O que estudos recentes revelaram, porém, é que muitas células carregam instruções internas para "cometer suicídio" no momento em que não são mais úteis ao organismo. Tais instruções são executadas, como um programa, quando certos comandos são acionados.

Essa morte programada só atraiu o interesse dos cientistas nos últimos anos, mas sua compreensão já avançou muito. A morte de células já era conhecida há muito tempo, mas acreditava-se que era sempre prejudicial ao organismo. Hoje, ao contrário, sabe-se que seres pluricelulares só atingem sua forma final porque eliminam de modo seletivo certo número de células. A rã e os insetos são exemplos bem familiares. A rã inicia a vida como girino, forma adaptada ao ambiente aquático. Depois, ganha outras estruturas para viver em terra e ao mesmo tempo ter nadadeiras, guelras e a cauda. Essas perdas decorrem da morte das células.

Nos insetos, a mudança de larva para animal adulto (de lagarta para borboleta, por exemplo) exige a morte de milhões de células.

Outros exemplos são menos visíveis. Durante a fase embrionária de todos os vertebrados, certos neurônios devem enviar projeções longas e finas (axônios) até um músculo, que irá controlar. Se um neurônio não faz essa ligação ou a faz de modo inadequado, está fadado a morrer.

A formação da mão humana segue processo semelhante. No início, é um apêndice arredondado, sem dedos definidos. Estes são formados pela multiplicação de algumas células, enquanto as que estão nos espaços entre eles recebem o comando para morrer. Se isso não ocorresse, os dedos de nossas mãos seriam ligados por uma membrana, como nos patos.

Apoptose
Na apoptose, a célula encolhe, bolhas começam a se formar e a cromatina é compactada, formando massas concentradas nas bordas internas do núcleo, que se parte, levando à formação dos corpos apoptóticos

Necrose: a célula como vítima

Nos exemplos dados, a morte das células é um processo fisiológico normal, totalmente regulado. Mas as células também morrem de modo não-fisiológico, o que causa a maioria das doenças. A morte é patológica ou "acidental" quando a célula é impedida de manter seus processos vitais por lesões físicas ou químicas causadas por fatores externos, como temperaturas extremas, radiação, traumas, produtos tóxicos e falta de oxigênio (como no infarto do miocárdio e na gangrena). As lesões podem ter ainda origem biológica, como nas infecções por bactérias ou vírus. Esse tipo de morte celular, o único conhecido pelos cientistas mais antigos, é chamado de necrose.

A necrose é claramente visível por microscopia eletrônica: a célula incha e as organelas do citoplasma, em particular as mitocôndrias, são danificadas, mas o núcleo não sofre alterações significativas.

Tais lesões impedem o controle do equilíbrio interno: a água e alguns íons (em especial sódio e cálcio), normalmente bombeados para fora, fluem livremente para dentro da célula, que incha e se rompe.

A ruptura libera no tecido vizinho o conteúdo celular, rico em proteases (enzimas que "cortam" outras proteínas) e outras substâncias tóxicas.

Além da toxicidade direta para as células vizinhas, o derrame gera substâncias que atraem células do sistema imune, causando intensa reação inflamatória: alguns tipos de glóbulos brancos (em especial neutrófilos e macrófagos) convergem para o tecido em necrose e ingerem as células mortas. A inflamação, típica da necrose, é importante para limitar infecções e remover restos de células, mas a atividade e as secreções dos glóbulos brancos podem também danificar tecidos normais vizinhos, às vezes de maneira devastadora.

Apoptose: o suicídio silencioso

A morte celular fisiológica é totalmente distinta da necrose. Em primeiro lugar, a célula não incha. Ao contrário, encolhe-se, destaca-se das células vizinhas e começa a apresentar bolhas em sua superfície (processo chamado de zeiose). A membrana e as organelas mantêm sua estrutura intacta e não há alterações evidentes no citoplasma.

O núcelo, porém, sofre mudanças dramáticas: normalmente dispersa, a cromatina (conjunto dos cromossomos, que contêm o material genético) forma um ou mais aglomerados nas bordas internas da membrana nuclear. Isso basta para levar as células à morte.

As que demoram a morrer podem sofrer outras mudanças: o núcleo parte-se e a célula também divide-se em estruturas ("corpos apoptóticos") contendo porções do núcleo, tomando uma forma inconfundível ao microscópio eletrônico.

Em 1972, o australiano John Kerr e os colaboradores escoceses Andrew Wyllie e Alastair Currie descreveram os diferentes aspectos das células na morte programada e na patológica. Para distingui-los, batizaram o primeiro de "apoptose", em oposição à necrose. Em grego arcaico, a palavra apoptose significa "o ato de cair", como caem as pétalas das flores e as folhas das árvores no outono, e foi escolhida porque sugere perdas (a morte celular, no caso) benéficas, necessárias ao bom funcionamento e à sobrevivência do organismo.

Após outros estudos, os cientistas sugeriram que a morte celular programada ocorre não só durante o desenvolvimento, mas também em organismos maduros, ao longo da vida. Também sugeriram que na apoptose, ao contrário do que acontece na necrose, a célula participa da própria destruição, e que poderia haver ligação entre a ativação do suicídio celular e doenças degenerativas (como o mal de Alzheimer) e entre sua inibição "incorreta" e doenças replicativas (como o câncer).

Uma característica marcante é que a apoptose é "silenciosa". Não há, como na necrose, o "alvoroço" da inflamação. Em geral, as células apoptóticas são as reconhecidas por macrófagos (um tipo de glóbulo branco presente em todos os tecidos) e ingeridas antes que se desintegrem. Isso evita o derrame do conteúdo celular e, assim, não há inflamação e lesão do tecido, garantindo o seu funcionamento normal.

Fato interessante é que certas células apoptóticas não são removidas logo, continuando no local às vezes por toda a vida. É o caso dos queratinócitos, células da camada externa da pele. Ao migrar de camadas mais profundas para a superfície, eles morrem por apoptose, mas no processo substituem seu conteúdo pela proteína queratina e ganham uma "capa" impermeável. Assim, a camada protetora mais externa da pele é feita de células mortas, descamadas e trocadas por outras a cada 21 dias, em média. O cristalino (a lente) dos olhos também é formado por células mortas, que substituíram a maior parte de seu citoplasma por proteínas denominadas cristalinas.

As idéias inovadoras geradas pelo grupo de Kerr no início da década de 1970 passaram despercebidas por mais de uma década, até que suas previsões começaram a ser confirmadas. Hoje, inúmeros cientistas pesquisam a apoptose e, embora muitas questões continuem sem resposta, vários princípios básicos já foram descobertos.

As "armas" usadas pelas células

Certas proteases, recentemente chamadas de caspases (nome derivado de cisteína-protease que cliva — "corta" — após resíduos de ácido aspártico) têm papel central na apoptose, em todo o tipo de célula e em todo o organismo multicelular já estudado. A primeira enzima dessa família descrita em mamíferos foi a ICE (interleukin-1b converting enzyme), hoje caspase 1. O que levou à identificação da ICE foi sua função de ativar a interleucina-1b, proteína importante no sistema imune, mas depois ela atraiu maior atenção por seu papel na apoptose.

Outras enzimas, com características semelhantes, foram identificadas depois: a família já tem quatorze integrantes.

De início, atribuiu-se à caspase 1 um papel primordial na apoptose, mas estudos recentes, com camundongos "nocautes" para essa enzima (que não a produzem), mostraram que várias formas de apoptose ocorrem na sua ausência. Em alguns casos, no entanto, a caspase 1 é preponderante. Uma caspase pode clivar outras e esse "corte" parece ser essencial à ativação dessas enzimas. Ao ser ativada, uma caspase iniciadora cliva outras, em seqüência, até gerar uma caspase executora. Esta destrói proteínas essenciais à célula, ativa proteínas tóxicas ou destrói proteínas que protegem a célula da apoptose. Todos os casos levam à morte celular.

Vários experimentos em laboratório sugerem uma hierarquia na ativação das caspases, mas essa hierarquia e as caspases envolvidas podem diferir, dependendo do modo de indução da apoptose. A caspase 8 ou a caspase 10, dependendo do tipo de estímulo que a célula recebe, são fortes candidatas a caspases iniciadoras, e há indícios de que, em geral, a ativação da caspase 3 e da caspase 7 precede a ativação da caspase 6 (caspases executoras).

Apoptose
Na apoptose, a célula encolhe, bolhas começam a se formar e a cromatina é compactada,
formando massas concentradas nas bordas internas do núcleo, que se parte, levando à formação dos corpos apoptóticos

Decifrando o programa letal

Na grande maioria das células em apoptose observa-se a destruição do material genético, o ácido desoxirribonucléico (DNA). Células eucariotas (com DNA contido em núcleo limitado por membrana) têm cromossomos formados por unidades repetitivas, os nucleos em laboratório a altas concentrações de tiroxina morrem mesmo que o animal não tenha chegado à fase adulta. No entanto, se as concentrações de tiroxina são mantidas abaixo dos níveis normais a cauda persiste, mesmo na rã adulta.

Dois exemplos interessantes de indução de apoptose estão no sistema imune. Um deles é a morte prematura de linfócitos T capazes de atacar o pró- prio organismo que os gerou (figura acima). Originados na medula óssea, os linfócitos T "amadurecem" na glândula timo (daí o "T"), entram no sangue e no sistema linfático e passam a ter papel crucial na defesa contra microrganismos. Isso se dá por meio de moléculas receptoras produzidas em sua superfície,
durante sua maturação, que "reconhecem" substâncias estranhas e as combatem. Ainda no timo, por ém, algumas dessas células produzem receptores que se ligam a substâncias do próprio organismo, o que levaria à auto-agressão, se elas fossem liberadas.

Normalmente, porém, só saem do timo linfócitos que se ligam a componentes estranhos. Os demais, "inadequados", são selecionados e levados ao suicidio, graças à apoptose.

O outro exemplo está na ação dos linfócitos T chamados de "citotóxicos" contra uma infecção virótica. Os vírus só sobrevivem se estiverem dentro de uma célula.

Eles usam a máquina celular para produzir suas próprias proteínas e gerar novos ví rus, que invadem outras células sadias. Células infectadas, porém, expõem na superfície (figura acima) componentes do vírus, reconhecidos pelos linfócitos T citotóxicos. Com isso, o linfócito liga-se à célula-alvo e a bombardeia com pelo menos dois tipos de proteínas que, juntas, levam à morte celular (por necrose ou apoptose), evento escrito em 1991 em estudo do qual um dos autores (Young) participou.

Uma dessas proteínas é a perfurina, que se insere na membrana celular e forma "poros" ("furos") que expõem o interior da célula, como demonstrado pelos autores, junto com outros grupos. O dano à Figura acima.

O corte dos nucleossomas, formados pelo enrolamento do DNA em proteínas nucleares (histonas), libera fragmentos de cerca de 200 pares de bases ou múltiplos desse número membrana é suficiente para levar a célula à necrose. Outros grupos revelaram depois que a segunda proteína, a enzima granzima B, liga-se à superfície da célula- alvo e entra no citoplasma.

Ali, essa enzima ativa a cascata das caspases, provavelmente ao clivar a caspase 10, induzindo a apoptose.

Mas as células "citotóxicas? também induzem apoptose por meio da proteína Fas, presente na membrana de várias células.

Essa proteína mantém uma parte dentro da célula e outra fora, e pode ligar-se a outra proteína, a Fasligante (FasL), presente na membrana dos linfócitos T citotóxicos. Quando o linfócito liga-se à célula-alvo, a FasL une-se à Fas e altera a forma da parte externa dessa última. Essa alteração faz com que a parte interna ative a caspase 8, iniciando a cascata de caspases. Em certos casos, fatores acidentais podem ser o "gatilho" do programa de morte.

Os gatilhos do suicídio celular

A apoptose pode ser acionada por vários tipos de gatilhos. A ausência dos sinais químicos que mantêm a célula em atividade e multiplicação (os chamados fatores de crescimento) pode ser um deles. No caso da cauda do girino, o gatilho para o "suicídio" é o aumento da concentração do hormônio tiroxina, liberado por certas células da rã. Células expostas em laboratório a altas concentrações de tiroxina morrem mesmo que o animal não tenha chegado à fase adulta. No entanto, se as concentrações de tiroxina são mantidas abaixo dos níveis normais a cauda persiste, mesmo na rã adulta.

Dois exemplos interessantes de indução de apoptose estão no sistema imune. Um deles é a morte prematura de linfócitos T capazes de atacar o próprio organismo que os gerou. Originados na medula óssea, os linfócitos T "amadurecem" na glândula timo (daí o "T"), entram no sangue e no sistema linfático e passam a ter papel crucial na defesa contra microrganismos. Isso se dá por meio de moléculas receptoras produzidas em sua superfície, durante sua maturação, que "reconhecem" substâncias estranhas e as combatem. Ainda no timo, porém, algumas dessas células produzem receptores que se ligam a substâncias do próprio organismo, o que levaria à auto-agressão, se elas fossem liberadas. Normalmente, porém, só saem do timo linfócitos que se ligam a componentes estranhos. Os demais, "inadequados", são selecionados e levados ao suicídio, graças à apoptose.

O outro exemplo está na ação dos linfócitos T chamados de "citotóxicos" contra uma infecção virótica. Os vírus só sobrevivem se estiverem dentro de uma célula.

Eles usam a máquina celular para produzir suas próprias proteínas e gerar novos vírus, que invadem outras células sadias. Células infectadas, porém, expõem na superfície componentes do vírus, reconhecidos pelos linfócitos T citotóxicos. Com isso, o linfócito liga-se à célula-alvo e a bombardeia com pelo menos dois tipos de proteínas que, juntas, levam à morte celular (por necrose ou apoptose), evento descrito em 1991 em estudo do qual um dos autores (Young) participou.

Apoptose
Os fragmentos de DNA de uma célula apoptótica separados por eletroforese (manchas escuras)
formam uma ‘escada’, na qual os ‘degraus’ indicam o número de pares de bases (200, 400, 600 etc.) de cada fragmento

Uma dessas proteínas é a perfurina, que se insere na membrana celular e forma "poros" ("furos") que expõem o interior da célula, como demonstrado pelos autores, junto com outros grupos. O dano à membrana é suficiente para levar a célula a necrose. Outros grupos revelaram depois que a segunda proteína, a enzima granzima B, liga-se à superfície da célula-alvo e entra no citoplasma. Ali, essa enzima ativa a cascata das caspases, provavelmente ao clivar a caspase 10, induzindo a apoptose.

Mas as células "citotóxicas" também induzem apoptose por meio da proteína Fas, presente na membrana de várias células. Essa proteína mantém uma parte dentro da célula e outra fora, e pode ligar-se a outra proteína, a Fasligante (FasL), presente na membrana dos linfócitos T citotóxicos. Quando o linfócito liga-se à célula-alvo, a FasL, une-se à Fas e altera a forma da parte externa dessa última. Essa alteração faz com que a parte interna ative a caspase 8, iniciando a cascata de caspases. Em certos casos, fatores acidentais podem ser o "gatilho" do programa de morte.

Os genes são os responsáveis

Células insubstituíveis, como neurônios e fibras musculares esqueléticas, são mais resistentes à apoptose porque sua perda seria desastrosa para o organismo. Já células substituídas com facilidade, como as do sangue, são mais propensas a morrer desse modo. Mas o que determina que serão mais suscetíveis ou mais resistentes?

As primeiras evidências de que os mecanismos do suicídio celular são regulados por certos genes vieram dos estudos pioneiros de Robert Horvitz e colaboradores (no Massachusetts Institute of Technology, nos Estados Unidos) com o Caernorhabditis elegans. Esse pequeno verme de vida livre no solo é um modelo excelente para esse tipo de estudo por ter apenas 1.090 células somáticas (já diferenciadas), das quais 131 morrem durante seu desenvolvimento.

Inofensivo ao homem, o C. elegans reproduz-se rapidamente em laboratório e é transparente: cada célula pode ser observada.

Outra vantagem é que todos os seus genes são conhecidos (estudo concluído em dezembro de 1998).

Isso permitiu identificar, em vermes mutantes, os quatorze genes com algum papel na morte programada das células, batizadas de ced (de cell death abnormal).

Para a destruição das 131 células, apenas dois (ced-3 e ced-4) são necessários: mutações em um deles bloqueiam a apoptose, e as células do C. elegans que morreriam continuam saudáveis. O ced-3 é semelhante ao gene humano que codifica a caspase 1, sugerindo que descendem de um ancestral comum.

Que mecanismo faz com que só as células supérfluas do C. elegans sejam eliminadas? A resposta parece estar em outro gene, o ced-9, que impede a ação dos dois genes suicidas, evitando a apoptose. Esse "gene de sobrevivência" parece ser expresso normalmente em muitas células que não devem morrer, talvez para protegê-las. Em vermes mutantes, sem um ced-9 ativo, muitas células que estariam no adulto morrem por apoptose. Ao contrário, em mutantes que expressam em excesso esse gene certas células supérfluas são poupadas da morte.

Um gene dos mamíferos muito parecido com o ced-9 é o que codifica a proteína Bcl-2 (de B-cell lymphoma), que também protege as células da morte programada. Vários trabalhos vêm sugerindo que a Bcl-2 e outras proteínas da mesma família regulam, em grande parte, a suscetibilidade celular à morte programada. Essa função começou a ser compreendida pelo estudo de portadores do linfoma de células B, tipo de leucemia que só afeta esses linfócitos.

Descobriu-se que nessas células tumorais o gene responsável pela Bcl-2 tem atividade excessiva, levando à produção de grandes quantidades da proteína. Em geral, os oncogenes (genes que causam câncer se expressos em excesso) promovem a divisão celular, mas a superexpressão da Bcl-2 não tinha esse efeito, o que intrigou os cientistas.

O mistério foi desfeito com a descoberta de que a Bcl-2 impede a morte celular, o que também leva, como a divisão descontrolada, ao acúmulo de células anormais e, com isso, ao câncer. Outros estudos mostraram que o efeito protetor da Bcl-2 é geral, evitando a apoptose em diversos tipos de célula, tanto de modo direto (bloqueando complexos de caspases) quanto indireto (impedindo a liberação para o citoplasma de componentes da mitocôndria, capazes de ativar a caspase 3). O excesso de Bcl-2, embora não seja suficiente para causar câncer, favorece a ação de outros oncogenes.

Certas células normais produzem níveis relativamente altos de Bcl-2. Acredita-se que isso preserva células cuja morte seria devastadora para o organismo.

O excesso de proteção, porém, tem um preço: quando se tornam cancerosas, elas costumam gerar tumores mais agressivos, já que resistem mais à morte programada. Isso parece ocorrer com os melanócitos. Tais células, produtoras do pigmento melanina, que escurece a pele e ajuda a evitar a absorção de doses letais de luz solar, precisam ser protegidas porque sua morte precoce ameaçaria outras células da pele. Mas por causa dessa resistência à apoptose, os melanócitos, se há algum dano nos genes, geram tumores (melanomas) mais agressivos e que se espalham rapidamente.

Outro gene envolvido na apoptose também foi detectado em estudos de tumores. O câncer surge quando células recém-formadas apresentam mutações simultâneas em genes que controlam o crescimento e a sobrevivência. Esses "defeitos", se pouco extensos, podem ser "corrigidos" por enzimas especializadas. Em geral, se a mutação é irreparável, ocorre o suicídio celular (segundo o princípio "melhor morta que errada").

O processo é comandado por um gene, presente em células normais, que codifica a proteína p53 (o nome refere-se à massa da molécula: 53 quilodáltons). Ao contrário do gene Bcl-2, o p53 desencadeia a apoptose. Células mutantes, sem esse gene, não sofrem apoptose. Elas vivem mais tempo, acumulam mais mutações e multiplicam-se sem controle, gerando tumores. Por impedir isso, protegendo o organismo do câncer, o p53 foi chamado de gene supressor de tumores.

Outros estudos mostraram que o gene p53 está alterado com maior freqüência nos portadores de câncer do que nas pessoas sadias. Em mais da metade de todos os tumores sólidos (incluindo os de pulmão, intestino grosso e mama) as duas cópias desse gene foram eliminadas ou alteradas — portanto, não codificam a proteína p53 ou levam a formas não-funcionais da mesma.

O estudo da apoptose e do câncer está começando a esclarecer por que muitos tumores resistem à radioterapia e à quimioterapia. Pensava-se que tais terapias destruíam o tumor por necrose, mas agora sabe-se que as células morrem em geral por apoptose. O que parece ocorrer é que tanto a radiação quanto as drogas danificam o ADN das células cancerosas, ativando o gene p53 e levando ao suicídio celular. Mas células cancerosas sem a p53 ou com altos níveis de Bcl-2 não morrem, tornando inúteis essas terapias. Há poucos anos também foi constatado que algumas dessas terapias ativam proteínas que estimulam a transcrição de "genes protetores".

Hoje, está sendo explorada a possibilidade de usar terapias genéticas para evitar a resistência das células cancerosas à apoptose. Uma dessas terapias consiste em introduzir o gene p53 em tumores nos quais ele não existe ou está alterado, para restaurar a produção dessa proteína na célula. Também estão sendo investigadas maneiras de prevenir que genes Bcl-2 hiperativos produzam essa outra proteína.

A apoptose e as doenças

A morte celular programada faz parte de diversos processos vitais, como o desenvolvimento embrionário, o controle de tumores e a regulação de populações de células do sistema imune. Alterações nos genes responsáveis pela autodestruição podem ser desastrosas. Por ser indispensável à vida, a morte da célula deve seguir um plano meticuloso. Qualquer distúrbio de sua regulação (tanto o excesso quanto a insuficiência) pode provocar uma variedade de doenças (figura acima).

A apoptose excessiva pode causar doenças neurodegenerativas (como o mal de Alzheimer e o mal de Parkinson), lesões secundárias após isquemia (bloqueio de circulação do sangue), retinite pigmentosa (uma causa de cegueira) e osteoporose (perda de massa óssea).

Certas infecções também podem levar à apoptose excessiva: no mal de Alzheimer, os neurônios parecem cometer suicídio precocemente, o que resulta em demência progressiva e irreversível, por perda da cognição e da memória.

Em ataques cardíacos por isquemia, o bloqueio sangüíneo leva à necrose as células que dependem do vaso afetado.

Mas a destruição não termina aí: células próximas da área afetada também morrem, mais lentamente, e sua aparência sugere a ocorrência de apoptose.

Parece que o conteúdo tóxico das primeiras células mortas, quando não destrói as células vizinhas por necrose, as leva ao suicídio.

Infecções por bactérias e protozoários também podem provocar a apoptose. Bactérias como Shigella flexneri e espécies de Salmonella, causadoras de disenterias, invadem as células e liberam as proteínas IpaB (S. flexneri) e SipB (Salmonella), que ativam a caspase 1 e levam à autodestruição.

O protozoário Trypanosoma cruzi, causador da doença de Chagas, induz apoptose em algumas das células que infecta (não em todas), embora não se conheça o processo em detalhes. Resultados preliminares de estudo recente do grupo de um dos autores (Horta) indicam que macrófagos infectados em laboratório pelo protozoário Leishmania amazonensis, causador de um tipo de leishmaniose, mostram diminuição do conteúdo, fragmentação "em escada" do ADN e condensação de cromatina, eventos típicos da apoptose.

Já a ausência de apoptose, em que a célula "esquece" de morrer, pode levar a doenças auto-imunes (em que o sistema imune ataca o próprio organismo), infecções viróticas prolongadas ou tumores (como no câncer). As doenças auto-imunes podem ser geradas por falhas no programa de morte (ainda no timo) de células T que reagem com substâncias do próprio organismo, ou mesmo após uma reação de defesa a certos componentes externos muito semelhantes aos internos.

Infecções viróticas também podem se alongar pela ausência de apoptose. As células invadidas por vírus com freqüência param ou reduzem a síntese das próprias proteínas para fabricar as dos invasores. Em geral, isso bastaria para levar à apoptose muitas células, mas alguns vírus inibem o processo. O vírus Epstein-Barr, agente da mononucleose e associado a cânceres linfáticos, produz proteínas parecidas com a Bcl-2 (inibidora de apoptose) e moléculas que induzem maior produção dessa proteína na célula. Outros inativam ou destroem a p53 (indutora da apoptose), como o vírus do papiloma, principal causa do câncer de colo do útero. O vírus da varíola bovina produz uma proteína que impede a cascata de caspases. O conhecimento dessas estratégias está permitindo a criação de novas drogas, que bloqueiam a ação do vírus.

Na Aids, a indução de apoptose em células sadias contribui para a deficiência do sistema imune que caracteriza a doença. O vírus da Aids (HIV) infecta basicamente os linfócitos T "auxiliares", usando como porta de entrada a proteína de superfície CD4. A "chave" que se encaixa no CD4 e abre essa porta é a proteína virótica gp120. Pessoas com Aids perdem grande parcela desses linfócitos, mas a maioria dos que morrem não parece estar infectada, e foi provado que muitos morrem por apoptose. Estudos recentes sugerem que a gp120 também presente no sangue dos portadores do HIV, ativaria o suicídio de células não-infectadas ao ligar-se ao CD4. Interações entre as proteínas Fas e FasL, cuja produção aumenta durante a infecção, fariam o mesmo. Os linfócitos T citotóxicos (mesmo não tendo a CD4) também são levados ao suicídio, pois dependem de fatores de crescimento derivados dos auxiliares para evitar o processo.

Essa é uma pequena amostra de como uma falha mínima no programa de morte que toda a célula carrega pode levar a uma doença e, às vezes, à morte do indivíduo. Mas é suficiente para justificar todo o esforço realizado para que cada participante, cada etapa e cada arma do misterioso suicídio celular sejam revelados. Qualquer descoberta é importante para a criação de novas terapias e métodos de prevenção, que poderão evitar ou tratar com sucesso inúmeras doenças hoje incuráveis.

Maria de Fátima Horta

John Ding-E Young

Fonte: www.dbm.ufpb.br

Apoptose

A importância desse mecanismo, em primeira instância considerado normal, relaciona-se primeiramente ao controle da densidade populacional de células normais; pode ser interpretado também como o instrumento de deleção de células danificadas por toxinas, radiação ou outros estímulos.

Os eventos celulares que fazem parte da apoptose incluem, inicialmente, a condensação da cromatina nuclear, oriunda da fragmentação do DNA por endonucleases; o mecanismo da ativação dessas endonucleases ainda não está completamente estabelecido.

Há também diminuição do volume celular, decorrente de ligações interprotéicas no citoplasma.

As células em apoptose manifestam receptores para macrófagos, os quais fagocitam essas células.

Todos esses eventos são controlados por genes responsáveis pelo crescimento e diferenciação celular.

NECROSE E MORTE CELULAR

Apoptose

Corte longitudinal de pâncreas exibindo extensa área de necrose enzimática (NE). Observe o tecido amarelado decorrente da lise de adipócitos.

Apoptose

Corpo apoptótico em carcinoma em língua. Observe a intensa eosinofilia do citoplasma e a ausência de núcleo. Às vezes, a estrutura nuclear pode estar visível, mas com volume diminuído. A apoptose em neoplasias malignas indica provavelmente uma desrregulação do sistema de proliferação celular, pois, normalmente corpos apoptóticos não são facilmente visíveis à microscopia.

Apoptose

Necrose por coagulação em infarto isquêmico em baço. Os contornos celulares ainda são visíveis (setas), mas, com o correr do tempo, podem desaparecer.

Observe a perda de visibilidade dos núcleos celulares e a intensa eosinofilia, decorrente da diminuição do pH, comum nos tecidos necróticos.

Apoptose

Necrose enzimática gordurosa (NE) em pâncreas. Há intensa liberação de lipases nesse órgão, as quais podem atingir o próprio tecido adiposo pancreático, destruindo-o. A ligeira basofilia observada no tecido adiposo necrosado indica um leve grau de mineralização (depósito de cálcio) nessa região. A calcificação secundária à necrose é um dos caminhos que o tecido necrótico pode assumir. Adjacente ao foco necrótico, observa-se infiltrado inflamatório crônico.

Apoptose

Necrose fibrinóide (NF) em úlcera péptica (estômago).

Adjacente à faixa de tecido necrótico, nota-se infiltrado inflamatório crônico e congestão vascular. Esse tipo de ulceração provoca as chamadas "gastrites crônicas".

Apoptose

Necrose de liquefação em parede de abscesso. É característico nesse tipo de necrose a presença de neutrófilos. A necrose liquefativa é observada principalmente em tecidos agredidos por bactérias.

MORTE CELULAR E NECROSE

"Morte de uma célula ou de parte de um tecido em um organismo vivo".

A necrose é a manifestação final de uma célula que sofreu lesões irreversíveis. Segundo Guidugli-Neto (1997), o conceito de morte somática envolve a "parada definitiva das funções orgânicas e dos processos reversíveis do metabolismo". A necrose é a morte celular ou tecidual acidental em um organismo ainda vivo, ou seja, que ainda conserva suas funções orgânicas. Vale dizer que é natural que a célula morra, para a manutenção do equilíbrio tecidual. Nesse caso, o mecanismo de morte é denominado de "apoptose" ou "morte programada".

Apoptose

Corpo apoptótico (seta) de célula epitelial em neoplasia maligna em língua. A desrregulação do sistema genético celular devido à desdiferenciação (volta ao estágio embrionário), característico do processo neoplásico maligno, pode explicar a observação da morte programada dessas células.

A etiologia da necrose envolve todos os fatores relacionados às agressões, podendo ser agrupadas em agentes físicos, agentes químicos e agentes biológicos:

1) Agentes físicos: Ex.: ação mecânica, temperatura, radiação, efeitos magnéticos;
2) Agentes químicos:
compreendem substâncias tóxicas e não-tóxicas. Ex.: tetracloreto de carbono, álcool, medicamentos, detergentes, fenóis etc.
3) Agentes biológicos: Ex.:
infecções viróticas, bacterianas ou micóticas, parasitas etc.

Apoptose

Transformações nucleares e citoplasmáticas observadas nas células de baço que sofreram necrose por coagulação. Em A, observam-se as células normais que compõem o baço; em B, núcleo em picnose, com diminuição de volume e intensa basofilia (hipercromatismo); em C, cariorrexe, ou seja, distribuição irregular da cromatina, a qual se acumula na membrana nuclear; nessa fase, o núcleo pode se fragmentar (D); em E, dissolução da cromatina e desaparecimento da estrutura nuclear. Observa-se também granulação do citoplasma, o qual se torna também intensamente eosinofílico (HE, 1000X)

As mudanças na morfostase se dão, principalmente, nos núcleos, os quais apresentam alteração de volume e de coloração à microscopia óptica.

Essas alterações são denominadas de:

1) Picnose: o núcleo apresenta um volume reduzido e torna-se hipercorado, tendo sua cromatina condensada; característico na apoptose;
2) Cariorrexe:
a cromatina adquire uma distribuição irregular, podendo se acumular em grumos na membrana nuclear; há perda dos limites nucleares;
3) Cariólise ou cromatólise:
há dissolução da cromatina e perda da coloração do núcleo, o qual desaparece completamente.

Já as modificações citoplasmáticas observadas ao microscópio óptico (essas modificações são secundárias às nucleares, sendo visíveis mais tardiamente) consistem na presença de granulações e espaços irregulares no citoplasma. Este torna-se opaco, grosseiro, podendo estar rompida a membrana citoplasmática. Intensa eosinofilia é característica, decorrente de alterações lisossomais e mitocondriais.

Apoptose

O tecido necrótico é caracterizado por intensa eosinofilia, devido à diminuição de pH oriunda da autólise. Nesse campo, ainda é possível visualizar a estrutura celular e alguns núcleos em diferentes estágios de perda de estrutura; com a evolução do processo de autodigestão, a tendência é a estrutura célula desaparecer completamente (HE, 1000X).

As mudanças na homeostase ainda constituem capítulo obscuro na patologia segundo Guidugli-Neto (1997). Estudos moleculares têm mostrado que o primeiro evento observado é a alteração na bomba de sódio e potássio, provocando edema intracelular. O metabolismo celular é mantido graças à glicólise; acabando-se a reserva de glicogênio, ácidos são acumulados no interior da célula (principalmente ácido lático), o que leva à diminuição do pH. A acidez provoca a liberação de enzimas lisossomais, o que gera a hidrólise de proteínas essenciais para a célula (processo denominado de autólise) (Guidugli-Neto, 1997).Observa-se que a perda da homeostase envolve o sistema respiratório celular (as mitocôndrias), o sistema enzimático (os lisossomas) e o sistema de membranas, o qual parece ter um papel crucial para o estabelecimento de lesões irreversíveis na célula.

TIPOS DE NECROSE

Diante das diversas formas de manifestação da necrose, existem inúmeras classificações para os seus diferentes tipos. Segundo Guidugli-Neto (1997), as necroses podem ser:

Apoptose

Necrose por coagulação em infarto isquêmico de baço. Nesse tipo de necrose, é possível ainda visualizar o contorno celular (setas), apesar de a célula já estar sofrendo um processo de lesão irreversível. Observam-se nesse campo núcleos com diferentes estágios de alteração morfológica (HE, 1000X).

1) Necrose por coagulação (= isquêmica): causada por isquemia do local. É freqüentemente observada nos infartos isquêmicos. Há perda da nitidez dos elementos nucleares e manutenção do contorno celular devido à permanência de proteínas coaguladas no citoplasma, sem haver rompimento da membrana celular.

2) Necrose por liquefação: o tecido necrótico fica limitado a uma região, geralmente cavitária, havendo a presença de grande quantidade de neutrófilos e outras células inflamatórias (os quais originam o pus). É comum em infecções bacterianas. Pode ser observada nos abscessos e no sistema nervoso central, bem como em algumas neoplasias malignas.

Necrose fibrinóide (NF) em úlcera péptica (estomacal). O tecido necrosado apresenta um aspecto hialino e está rodeado por infiltrado inflamatório (IC) (HE, 100X).

3) Necrose caseosa: tecido esbranquiçado, granuloso, amolecido, com aspecto de "queijo friável". Microscopicamente, o tecido exibe uma massa amorfa composta predominantemente por proteínas. É comum de ser observada na tuberculose, em neoplasias malignas e em alguns tipos de infarto. Na sífilis, por ter consistência borrachóide, é denominada de necrose gomosa.

4) Necrose fibrinóide: o tecido necrótico adquire uma aspecto hialino, acidofílico, semelhante a fibrina. Pode aparecer na ateroesclerose, na úlcera péptica etc.

Necrose enzimática (NE) em pâncreas. É evidente a perda de estrutura tecidual do parênquima do órgão, decorrente da lise de adipócitos. Observe o material amorfo amarelado (NE), o qual se forma devido à liberação anormal de lipases no órgão. Clique sobre a foto e veja o quadro histopatológico. Note a desorganização do tecido adiposo (NE) (HE, 100X).

5) Necrose gangrenosa: provocada por isquemia ou por ação de microrganismo. Pode ser úmida ou seca, dependendo da quantidade de água presente. A úmida freqüentemente envolve a participação de bactérias anaeróbias, as quais promovem uma acentuada destruição protéica e putrefação. Comum em membros inferiores e em órgãos internos que entraram em contato com o exterior, como pulmões e intestino.

6) Necrose enzimática: ocorre quando há liberação de enzimas nos tecidos; a forma mais observada é a do tipo gordurosa, principalmente no pâncreas, quando pode ocorrer liberação de lipases, as quais desintegram a gordura neutra dos adipócitos desse órgão.

Necrose caseosa em tuberculose pulmonar. Nesse tipo, os contornos celulares praticamente não são visíveis ou apresentam-se extremamente irregulares, com o citoplasma exibindo vacuolizações (setas) (HE, 1000X).

7) Necrose hemorrágica: quando há presença de hemorragia no tecido necrosado; essa hemorragia às vezes pode complicar a eliminação do tecido necrótico pelo organismo.

O tecido necrótico pode evoluir para calcificação distrófica, cicatrização ou mesmo regeneração.

Fonte: www.fo.usp.br

Apoptose

Os modernos conhecimentos da biologia celular tem revelado a cada dia que a morte celular programada e seus indutores e inibidores podem ser a chave para a compreensão de muitas patologias e doenças.

Quem primeiro descreveu a morte celular programada foi Kerr em 1972, a partir de observações em timócitos.

A apoptose é um tipo de morte celular que possui importante papel durante o processo de diferenciação, crescimento e desenvolvimento dos tecidos adultos normais e patológicos. Isto de certa forma requer uma cascata de fenômenos bioquímicos e moleculares que acabam por proporcionar um fenótipo celular bastante peculiar.

Fisiologicamente a apoptose é um dos participantes ativos da homeostase no controle do equilíbrio entre a taxa de proliferação e degeneração com morte das células, ajudando na manutenção do tamanho dos tecidos e órgãos.

A perda deste equilíbrio promove o aparecimento de lesões proliferativas e degenerativas como:

Infarto do miocárdio
Doença de Alzheimer

Existem muitos fatores que podem induzir o processo apoptótico, como:

Fatores de crescimento,
Neurotransmissores,
Glicocorticóides,
Cálcio,
Toxinas bacterianas,
Radicais livres,
Agentes oxidantes,
Agentes mutagênicos,
E outros.

Dos agentes que inibem a apoptose, destacam-se:

Os hormônios esteróides e androgênicos,
O ion zinco,
Fatores da matriz celular
E aminoácidos.

A imagem microscópica de uma célula em apoptose é da cromatina compactada na periferia, podendo evoluir para os chamados corpos apoptóticos isolados e bem fragmentos.

Como referimos anteriormente para que uma determinada população celular seja mantida, é necessário que as taxas de crescimento e de morte celular estejam em equilíbrio. A apoptose pode ser regulada por um número de proto-oncogenes, genes supressores de tumor e fatores extracelulares.

O bcl-2 (B-CELL/lymphoma/leukemia2) foi no primeiro gene controlador da apoptose determinado por Bawshi em 1985.

Fonte: www.saudegeriatrica.com.br

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