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Morte Celular por Apoptose
Apoptosis: Programmed Cell Death
(^1) Laboratório de Marcadores de Estresse Celular, Centro de Pesquisas em Ciências Médicas, Universidade Luterana do Brasil, Canoas (RS), Brasil (^2) Programa de Pós-graduação em Diagnóstico Genético e Molecular, Universidade Luterana do Brasil, Canoas (RS), Brasil (^3) Programa 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: [email protected] Ivana Grivicich1,2,3, Andréa Regner1,2,3, Adriana Brondani da Rocha1,2, 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/ Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335-
336 Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335- 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 tecidos^1. 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 metabólicas^2. 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 extracelulares^3. 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 tumorigênese^7. 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 lisossomais^10. 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 local^11. É considerada uma resposta passiva à injúria celular, entretanto estudos recentes sugerem que a necrose também pode ser regulada geneticamente^12. Assim como a necrose, a mitose catastrófica é um processo passivo; porém, alguns estudos sugerem que ela também pode apresentar uma regulação genética^6. 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 morte^13. 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 celulares^14. Em 1964, foi proposto o termo "morte celular programada" para designar um tipo de morte celular que ocorre de forma não acidental^15. Em 1972, Kerr, Wyllie e Currie sugeriram o termo apoptose para indicar esse tipo de morte celular^16. 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 genotóxicos^17. 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 inflamatório^11 (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.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1. Características morfológicas da apoptose e da necrose
338 a Bcl-2 (antiapoptótica) a qual é superexpressa em adenomas e carcinomas colorretais^29. As proteínas Bax e Bcl-2 são capazes de formar homodímeros (Bax-Bax e Bcl-2-Bcl-2) e heterodímeros (Bax-Bcl-2), sendo que o equilíbrio entre esses homodímeros e heterodímeros pode definir o balanço pró-apoptótico ou antiapoptótico na célula^28. Após um estímulo de morte, a Bcl-2 inibe a permeabilização da membrana externa da mitocôndria, pelo seqüestro de Bax ou por competir por sítios que seriam ocupados pela Bax na membrana externa mitocondrial^30. A Bax pode promover a apoptose através da interação com a mitocôndria, de forma independente da interação com proteínas antiapoptóticas^28. Proteínas Inibidoras da Apoptose As proteínas inibidoras da apoptose ou IAP ( Inhibitor of Apoptosis Protein ) são moléculas que exercem seu papel antiapoptótico através da capacidade de inibir a atividade das caspases efetoras -3 e -7, da caspase iniciadora -9 e de modularem o fator de transcrição NF-kB. As IAP foram primeiramente isoladas do genoma de baculovírus31,32. Os baculovírus compreendem um grupo de vírus de insetos, utilizados como vetores de expressão gênica^33. Esses vírus têm a capacidade de suprimir a apoptose nas células infectadas, através da inibição das caspases31,32. Durante a apoptose, as IAP são removidas por uma proteína liberada da mitocôndria denominada Smac/DIABLO ( second mithocondria-derived activator of caspases/ Direct IAP-Binding Protein with Low pI )34,35. Após dano mitocondrial, a Smac/DIABLO é liberada do espaço intermembrana para o citoplasma, juntamente com o citocromo c. Enquanto o citocromo c liga-se à APAF-1 e ativa diretamente a caspase-9, Smac/DIABLO remove as IAP de sua ligação inibitória com as caspases^36. A família c-FLIP (FLICE-like inhibitory protein - proteína inibidora de FLICE) também atua regulando a apoptose. Essa proteína inibe a apoptose ligando-se ao FADD ( Fas Adaptor Death Domain ), uma proteína adaptadora ligada ao Fas, prevenindo assim a ativação da caspase-8/FLICE^37. Cinco diferentes membros das IAP já foram descritos: NAIP, XIAP, c-IAP-1, c-IAP- 2 e survivina^38. Um grande número de evidências indica que a survivina é uma proteína essencial na regulação da progressão da mitose, inibição da apoptose e resistência à radioterapia e à quimioterapia em diversos tipos de câncer^39. Proteína p 53 Existem fortes evidências da participação da proteína p53 na supressão da tumorigênese. Além disso, a maioria dos cânceres apresenta mutações no p53 ou defeitos na sua regulação^40. O gene supressor de tumor p53 codifica uma fosfoproteína nuclear cuja disfunção contribui para a tumorigênese e a agressividade do tumor41,42. A proteína p53 participa da regulação do ponto de checagem de G1, que tem fundamental importância na manutenção da integridade do genoma, pois permite a ação de mecanismos de reparo do DNA ou a remoção de células danificadas através do processo de apoptose^43. Danos no DNA promovem a superexpressão e conseqüente ativação da p53, resultando na parada do ciclo celular em G1 e iniciando o reparo do DNA. Depois de realizado o reparo, a p53 aumenta a transcrição da proteína mdm-2 que age como inibidora da p53. A proteína mdm-2 se associa à p53, revertendo o bloqueio do ciclo celular e promovendo o avanço para a fase S^44. Quando os danos ao DNA não são passíveis de reparo, ocorre a ativação da apoptose45-47. Mutações no gene p53 resultam em um descontrole do ponto de checagem de G1, possibilitando que células danificadas progridam para a fase S sem reparar as lesões, ou entrar em apoptose^40. Família dos Re c eptores do Fator de Ne c rose Tumoral (rTNF) A superfamília dos receptores fatores de necrose tumoral ( tumor necrosis factor receptor , rTNF) inclui diversos receptores, entre eles o rTNFR-1, Fas/CD95, TRAIL. Os membros da família do rTNF têm por principal característica um domínio extracelular rico em cisteína^48. A inativação funcional dos rTNF com domínios de morte pode participar dos processos de tumorigênese, através da via extrínseca da apoptose, ou como elemento regulador do sistema imune^49. O receptor e ligante CD95 desempenham um papel importante na apoptose durante a morte de células T maduras no final da resposta imune, morte de células infectadas por vírus. Foi observada uma correlação entre os níveis séricos de Fas/CD-95 solúvel e a incidência de linfomas. A explicação para este achado é de que o Fas/CD-95 solúvel compete com o ligante natural inibindo a apoptose^50. Também foi demonstrado que mutações que afetam a funcionalidade do Fas/CD-95 estão associadas a um efeito protetor da tumorigênese^51. Vias de Ativação da Apoptose Diversos são os fatores que podem desencadear a apoptose, entre eles: ligação de moléculas a receptores de membrana, agentes quimioterápicos, radiação ionizante, danos no DNA, choque térmico, deprivação de fatores de crescimento, baixa quantidade de nutrientes e níveis aumentados de espécies reativas do oxigênio^3. A ativação da apoptose pode ser iniciada de duas diferentes maneiras: pela via extrínseca (citoplasmática) ou pela via intrínseca (mitocondrial). Revista Brasileira de Cancerologia 2007; 53(3): 335- Grivicich I, Regner A, Rocha AB
339 Via Extrínse c a 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 caspases^52 (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.Figura 3.Figura 3. Via extrínseca de ativação da apoptose Figura 3.Figura 3. 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 apoptose^54. Via Intrínse c a 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 mitocôndria^3. 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 presentes^55 (Figura 4). Figura 4.Figura 4.Figura 4.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- Apoptose
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.
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