Morte Celular - Prof. Dr. Cleverson Agner Ramos
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Universidade Federal do Amazonas – ICB – Dep. Morfologia Disciplina: Biologia Celular – Aulas Teóricas Tema 10: Morte Celular Prof: Dr. Cleverson Agner Ramos Morte Celular Tipos de morte celular Autofagia Piroptose Necrose Apoptose Apoptose dependente de caspases Apoptose independente de caspases Doenças associadas a apoptose Morte celular em célula vegetal Morte celular Tipos de morte celular: Autofagia: processo de digestão da célula pela própria célula Piroptose: associada a resposta antimicrobianas na inflamação Necrose: patológica Apoptose: processos fisiológicos normais As causas mais comuns de lesões celulares são: ‐ausência de oxigênio (hipóxia); ‐ agentes físicos (traumas, temperatura, radiação, choque); ‐ agentes químicos e drogas; ‐ agentes infecciosos; ‐ reações ‐ imunológicas; ‐ distúrbios genéticos e desequilíbrios nutricionais Morte celular Autofagia Através da dupla membrana a partícula/molécula é englobada originando um autofagossomo. Essa membrana pode se fundir a um lisossomo degradando‐a; Ocorre: Privação crônica de nutrientes; Degradação e eliminação de organelas velhas; Morte celular Tipos de Autofagia Morte celular PIROPTOSE: Combate a infeccções por micro-organismos Libera citocinas pró‐inflamatórias e sinais de perigo para o sistema imune TLR4 ou IFN‐γ Caspase 11 ativada A bactéria pode ser detectada de uma maneira ainda não conhecida pela Caspase 11, a qual promove a eliminação bacteriana por meio de piroptose Morte celular PIROPTOSE: infecção por vírus HIV Ao se autodestruir, os linfócitos T CD4 lançam sinais inflamatórios que atraem outros linfócitos e o processo se repete. O ciclo de infecção, inflamação e morte celular acaba por destruir o sistema imunológico, caracterizando a Aids. Morte celular Piroptose x Apoptose na infecção viral O processo de apoptose provocado pela caspase‐3 destrói apenas os linfócitos ativos, nos quais o vírus completa seu desenvolvimento e passa a se replicar Na piroptose provocada pela caspase‐1, a infecção viral é abortiva, as células detectam o vírus logo após sua entrada e se autodestroem (95%) Partículas de HIV (em azul) tentando penetrar num linfócito T humano. O vírus dispara um gatilho molecular que provoca um processo inflamatório e morte celular programada e gera um círculo vicioso de autodestruição do sistema imunológico Doitsh et al., Nature, 2014 Morte celular Apoptose Embriogênse e processos de metamorfoses Sindactilia, membranas interdigitais não sofreram apoptose completa Apoptose na regressão da calda do girino devido ao aumento do hormônio tiroxina Controle de qualidade (Eliminando céls anormais ou posicionadas incorretamente, não funcionais ou potencialmente perigosas) Regulação do desenvolvimento e regeneração celular, eliminando células desnecessárias Morte celular Apoptose: fatores de sobrevivência e morte celular Mais células nervosas são produzidas do que podem ser mantidas pela quantidade limite de fatores de sobrevivência liberados pelas células‐alvo Garantia de que todas as células‐alvo sejam conectadas por células nervosas e que as células nervosas extras sejam automaticamente liberadas ALBERTS et al., 2010 Morte celular Necrose Em respostas a injúrias severas: ataques isquêmico, agentes físicos, químicos ou patôgenos As células necrosadas sofrem lise, liberam seus conteúdos citoplasmáticos e nuclear ‐ reação inflamatória Imagens de parênquima renal em necrose Glomérulos renais estão em processo de atrofia e/ou degeneração Células necrótica em direção a luz do túbulo (seta azul);a estrela azul mostra os restos celulares. Aumento 10x Aumento 40x Processo inflamatório Aumento 40x Morte celular Necrose Morfologia da Necrose A) Tumefação celular B) Célula normal C) Necrose Morte celular Necrose Necrose de coagulação: morte celular por hipóxia em todos os tecidos (exceção do cérebro). Ex: ‐ Infartos : necroses por falta de irrigação de um tecido, ou seja, por isquemia ‐ ‐ Lesões intensas por agentes físicos (ex, queimaduras graves), ou químicos (ácidos e bases fortes). Permanência das células necróticas no tecido . São removidas lentamente por fagocitose Morte celular Necrose Necrose caseosa: É um tipo especial de necrose coagulativa que se instala no meio da reação inflamatória provocada por certas doenças, principalmente a tuberculose. Há destruição de alvéolos e grande redução da área arejada do pulmão Inflamação granulomatosa Morte celular Necrose http://anatpat.unicamp.br/lamdegn26.html Necrose de liquefação: morte por hipóxia do sistema nervoso. Ex: infarto cerebral As células necróticas são removidas rapidamente por fagocitose A riqueza de lípideos do tecido nervoso favorece o caráter liqüefativo, isto é, o rápido amolecimento do material necrótico. Morte celular Necrose Esteatonecrose : necrose do tecido adiposo. Ex: pancreatite aguda, que ocorre pela liberação de lipases pancreáticas ativadas na cavidade abdominal Adipócitos contendo fendas com arranjos radiais e reação inflamatória Morte celular Necrose Morte celular Necrose x Apoptose: alterações morfológicas Necrose: perda da integridade da membrana plasmática, floculação da cromatina, inchaço seguido de lise com extravasamento do conteúdo intracelular e desintegração de organelas Morte celular Necrose x Apoptose: alterações morfológicas Apoptose: alterações da permeabilidade de membranas, condensação da cromatina, encolhimento celular, formação de corpos apoptóticos sem desintegração de organelas Morte celular Apoptose Fragmentação do citoplasma em bolhas, que conservam a membrana plasmática. Esses fragmentos são fagocitados pelos macrófagos, sem desencadear processo inflamatório. Junqueira Necrose As células necróticas não conseguem manter a integridade da membrana plasmática, extravasando seu conteúdo e podendo causar inflamação no tecido adjacente. Morte celular Necrose x Apoptose A e B: Apoptose, células condensadas, mas intactas. A: Grandes vacúolos no citoplasma são características da Apoptose C: Necrose: aparência de célula que explodiu *Células em (A) e em (C) morreram em uma placa de cultura, (B) morreu em um tecido Alberts et al., 2010 Morte celular Apoptose x Necrose Diminuição do Volume Citoplasmático Aumento da Permeabilidade Mitocondrial Condensação do Núcleo Agregação e marginalização do Núcleo Fragmentação em Corpos Apoptóticos APOPTOSE CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS NECROSE Há perda da Integridade da Membrana Não há formação de Vesículas Desintegração das Organelas Lise total da Celula Morte celular Apoptose x Necrose Alteração nos fosfolipídios de membrana Digestão não aleatória de DNA Processo regulado por Enzimas Dependência de ATP APOPTOSE CARACTERÍSTICAS BIOQUÍMICAS NECROSE Perda da homeostase iônica Digestão Aleatória de DNA Sem gasto de Energia Morte celular Apoptose x Necrose Envolve vias de sinalização Induzida por estímulos Fisiológicos Afeta células individuais APOPTOSE CARACTERÍSTICAS FISIOLÓGICAS NECROSE Iniciada por injúrias no tecido Resposta inflamatória Geralmente afeta grupos de células Morte celular Apoptose: alterações morfológicas A- Condensação do citoplasma → clivagem da lâmina e filamentos de actina B- Condensação nuclear → quebra da cromatina e proteínas estruturais nucleares C-D- Fragmentação da célula → corpos apoptóticos → translocação de fosfatidilserina (não está mais restrita ao lado citosólico da membrana, mas torna‐se exposta na superfície da célula) → degradação macrófagos http://www.sgul.ac.uk/depts/immunology/~dash/apoptosis/intro.html Morte celular Apoptose As vias de sinalização melhor entendidas que podem ativar a cascata de caspases levando a apoptose. Cada uma usa sua própria procaspase iniciadora e seu complexo de ativação Via extrínseca: ligação de ligantes extracelulares a receptores de morte da superfície celular em complexos de ativação ‐DISC Via intrínseca: ativada por sinais intracelulares em resposta a injúrias ou outros estresses (quebra de DNA, falta de oxigênio ou nutrientes Morte celular Apoptose Depende de enzimas proteolíticas: Caspases Presentes em células animais nucleadas como precursoras inativa ‐ procaspases As 1as procaspases ativas são chamadas de Procaspases iniciadoras que clivam e ativam as Procaspases executoras Procaspases executoras: ativam outras procaspases executoras e proteínas‐alvo da célula produzindo uma amplificação irreversível da cascata proteolítica Morte celular Apoptose Depende de enzimas proteolíticas: Caspases Presentes em células animais nucleadas como precursoras inativa ‐ procaspases As 1as procaspases ativas são chamadas de Procaspases iniciadoras que clivam e ativam as Procaspases executoras Procaspases executoras: ativam outras procaspases executoras e proteínas‐alvo da célula produzindo uma amplificação irreversível da cascata proteolítica Morte celular Apoptose: Via extrínseca ativada por meio de receptores de morte FAS Receptores de morte recrutam caspases‐8 e 10 por meio de proteínas adaptadoras para formar o complexo DISC (death‐inducing signaling complex ) ALBERTS et al., 2010 Morte celular Apoptose: Via intrínseca depende da mitocôndria O citocromo c e a proteína Apaf1 (fator‐1 de ativação da protease apoptótica), se agregam e formam um apoptossomo que recruta procaspase‐9 por meio do domínio de recrutamento de caspases (CARD) Moléculas procaspases‐9 são ativadas dentro do apoptossomo . B: modelo tridimensional de um apoptossomo ALBERTS et al., 2010 Morte celular Proteínas que regulam a apoptose Proteínas de sinalização extracelular Proteínas Bcl2 intracelulares Proteínas IAP (inibidores de apoptose) Proteínas Bcl‐2: regulam a via intrínseca controlando a liberação de proteínas intermembranas mitocondriais. Tem sido conservadas evolutivamente de vermes a humanos. Proteínas Bcl‐2 proapoptótica: promovem a apoptose pelo aumento da liberação de proteínas. Constituem‐se em duas subfamílias: BH123 (principalmente Bax e Bak) e BH3‐apenas Proteínas Bcl‐2 antiapoptótica: inibem a apoptose bloqueando esta liberação. Proteínas IAP: inibem caspases ativadas e promovem degradação, mas podem ser neutralizadas pelas anti‐IAPs Morte celular O papel de proteínas Bcl2 proapoptóticas BH123 na Via intrínseca da Apoptose Proteínas proapoptóticas – BH123 quando ativadas por um estímulo apoptótico se agregam à memb. Mitocondrial e liberam citocromo c e outras proteínas no espaço intermembranas no citosol ALBERTS et al., 2010 Morte celular Células dependem de sinais para evitar apoptose Receptores ativados ativam vias sinalização Que mantém o programa de morte Reprimido, em geral pela regulação dos membros da família Bcl2 de proteínas. Alguns fatores de sobrevivência, aumentam produção de BCL2 (uma proteína que sumprime apoptose) Morte celular Apoptose Na presença de estímulo apoptótico, proteínas BH3‐apenas são ativadas e se ligam Na ausência de estímulo apoptótico, proteínas Bcl2 antiapoptótica se ligam e inibem proteínas à proteínas Bcl2 antiapoptóticas, inibindo a ação destas. BH123 na memb. Externa da mitocondria Proteínas BH123 se tornam ativas, agregam‐ se liberando as proteínas mitocondriais intermembranas no citosol. ALBERTS et al., 2010 Morte celular Apoptose: IAPs e anti-IPAs no controle da apoptose Na ausência de estímulo apoptótico, as IAPs (que estão no citosol) se ligam e inibem caspases ativadas espontaneamente, evitando apoptose acidental ALBERTS et al., 2010 Morte celular Apoptose: IAPs e anti-IPAs no controle da apoptose Na presente de estímulo apoptótico, entre as proteínas liberadas do espaço intermembranaas anti‐IAPs , se ligam às IAPs e bloqueiam a atividade inibidora de apoptose. Ao mesmo tempo a liberação de citocromo c dispara o agrupamento de apoptossomo, que ativam a cascata de caspases, levando a apoptose ALBERTS et al., 2010 Morte celular Apoptose por via independente de Caspases Mecanismo de segurança para proteger o organismo quando as vias mediadas por caspases falham Podem ser desencadeadas em resposta a agentes citotóxicos ou outros estímulos de morte. Morte celular Apoptose por via independente de Caspases VISÃO GERAL DE ALGUNS SISTEMAS DE MORTE CELULAR INDEPENDENTE DE CASPASES E SEUS AGENTES CITOTÓXICOS Agente Citotóxico Sistema biológico Morte Celular mediada por sistema independente de caspase Camptotecina Hepatóitos Catepsina D Cladribina Células leucêmicas AIF Doxorubicina Cardiomiócitos Calpainas Paclitaxel Células NSCLC Catepsina B Staurosporina Fibroblasto Catepsina D Vitamina D Carcinoma mamário Calpainas relatada como gatilho para morte celular Morte celular Apoptose exessiva ou insuficiente pode contribuir para doenças Apoptose exessiva Apoptose insuficiente 1‐ AIDS 1‐ Câncer 2‐ Doenças neurodegenerativas 2‐ Infecções 3‐ Lesões isquêmicas 3‐ Doenças auto‐imunes ALBERTS et al., 2010 Morte celular Apoptose insuficiente 1‐ Câncer produção exessiva da proteína Bcl2 (linfoma de célula B), inibindo a apoptose, prolongando a sobrevivência e aumento do no celular. ‐Linfomas foliculares ‐Carcinomas ‐Tumores dependentes de hormônios ‐De mama, próstata e ovário 2‐ Infecções virais inibem apoptose das células infectadas ‐Herpesvírus ‐Poxvírus ‐Adenovírus 3‐ Doenças auto‐imunes falhas (no timo) na apoptose de células T que reagem com substâncias do próprio organismo Lúpus eritematoso sistêmico Morte celular Apoptose insuficiente ‐ CÂNCER Aproximadamente 50% dos cânceres humanos apresentam mutação de p53 (fator de transcrição): ‐parada do ciclo celular ‐reparo do DNA ‐apoptose Mutação de p53 Resistência à quimio e radioterapia: células não entram em Apoptose p53 é uma proteína de bloqueio do ciclo celular caso haja dano no DNA. Caso o dano seja severo leva à APOPTOSE; Morte celular Apoptose exessiva 1‐ AIDS destruição apoptótica dos linfócitos T/CD4 (5%) _ Piroptose 2‐ Doenças neurodegenerativas: apoptose precoce dos neurônios demência progressiva, perda cognitiva e memória Alzheimer e Parkinson Esclerose lateral amiotrópica Retinite pigmentosa Degeneração cerebelar 3‐ Lesões isquêmicas necrose das células que dependem dos vasos afetados e apoptose das células vizinhas Infarto do miocárdio Acidente vascular cerebral Morte celular Apoptose Células animais Organismos unicelulares: leveduras e bactérias Plantas: durante o desenvolvimento e na senescência de flores e folhas e em respostas a injúrias e infecções Morte celular Morte celular em Células Vegetais condensação da cromatina e clivagem do DNA ruptura do vacúolo Formação de vesículas membrana colapsa e citoplasmáticas e separa da parece desintegração das celular organelas Morte celular Morte celular em Células Vegetais condensação da cromatina e clivagem do DNA ruptura do vacúolo Formação de vesículas membrana colapsa e citoplasmáticas e separa da parece desintegração das celular organelas Durante a diferenciação de elementos traqueais há inchaço do vacúolo e ruptura, fragmentação do DNA coordenado com o espessamento e reestruturação da parede celular Morte celular PIROPTOSE: alerta para o sistema imunológico - O macrófago libera seu conteúdo - Algumas dessas moléculas se ligam a outros receptores do sistema imune - Migração de células de defesa (neutrófilos) para o local Caspase 11 ativada Mensageiros Intracelulares Danos em Células Isoladas Chaperonas Vias Intrínseca e Extrínseca Corpos Apoptóticos Formação do Fagófaro Dependentes de Caspases Independente de Caspase Organelas ou Porções Citoplasmáticas APOPTOSE Microautofagia Macroautofagia Hidrolases ácidas lisossomais AUTOFAGIA MORTE CELULAR NECROSE PIROPTOSE Processo Inflamatório Caspase‐1 Lise Celular Produção de Citocinas Danos Externos Sem gasto de Energia Respostas Microbianas durante Inflamação Inflamação Secundárias Resposta Imunológica Levando a formação do apoptossomo, ativação das caspases Por exemplo a via de sinalização pelo DR4 e DR5 onde sinais Na via Intrínseca o gatilho para início da apoptose ocorre por dano no A ativação destes receptores ativa caspases A liberação do citocromo Estes fatores ativam a proteína P53 em seguida a NOXA e a PUMA, O Apoptossomo A partir da liberação do citocromo A Apoptose, ou morte celular programada é iniciada por dois desencadeia uma cascata de caspases ativa a proteína Apaf‐1 que dá origem ao C a cascata de sinalização é a primárias que por sua vez que são as extracelulares ativam o domínio citosólico A via de Extrínseca é ativada por vários sinais extracelulares. secundárias e formação dos corpos apoptóticos. do receptor de membrana mecanismos de sinalização, uma via Intrínseca e uma via Extrínseca. ativando a proteína Bax ativam proteínas Bid responsáveis pela formação dos corpos apoptóticos. DNA ou por estresse celular. mesma da via intrínseca, que levam a liberação do citocromo que libera o Citocromo Apoptossomo. C da mitocôndria. C. formando um complexo DISC.
