Mecanismos de sinalização e o papel das caspases
A transmissão de sinais para iniciar a apoptose ocorre através de receptores da membrana celular ou por ação direta em estruturas intracelulares. Os sinais dividem-se em dois grupos:
- Negativos (bloqueiam a apoptose): transmitidos por hormônios e fatores de crescimento.
- Positivos (induzem a apoptose): chegam através de ligantes Fas, fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) e fator de crescimento transformador β.
Alguns fatores pró-apoptóticos agem diretamente sobre as organelas. Por exemplo, os glicocorticóides causam a morte celular ao interagir com receptores específicos na membrana nuclear.
O elo central da patogênese é a ativação das caspases. Estas são cisteíno-proteases que clivam proteínas estritamente na região dos resíduos de ácido aspártico. As enzimas da cascata dividem-se em controladoras e integradoras.
O mecanismo de ação delas inclui:
- A ativação das próprias caspases.
- A clivagem de inúmeros alvos (proteínas do citoesqueleto e da matriz celular). O impacto principal recai sobre o núcleo e as proteínas nucleares envolvidas na transcrição, replicação e reparo do DNA.
- A culminação: ativação de nucleases e enzimas que destroem os nucleoproteínas.
Um exemplo específico é a ação da caspase-3: ela converte a DNAse citoplasmática inativa em uma forma ativa, o que causa a clivagem internucleossomal do DNA nuclear.
Via intrínseca (mitocondrial)
Esse mecanismo é implementado através da alteração da permeabilidade das membranas mitocondriais. Os indutores são a ausência de fatores de crescimento e hormônios tróficos, bem como a ação de agentes danificadores do DNA.
O gatilho mais importante da apoptose é o citocromo c. Em condições normais, ele está localizado nas mitocôndrias, mas, ao passar para o citosol, desencadeia o processo de morte. A permeabilidade das membranas é controlada pela família de proteínas Bcl-2, que inclui mais de 20 proteínas. O balanço delas determina o destino da célula:
- Pró-apoptóticos (Bax, Bak, Bad): inserem-se na membrana mitocondrial, formam canais e asseguram a saída do citocromo c para o citosol.
- Inibidores da apoptose (Bcl-2): regulam a permeabilidade da membrana externa, impedindo o vazamento de citocromo c.
Se os fatores pró-apoptóticos vencerem, o citocromo c liberado interage com o fator Apaf-1 (ativador de proteases, análogo do gene ced-9 dos nematódeos). O resultado é a indução da cascata proteolítica que determina a morte celular.
Via extrínseca (via dos receptores de morte)
É acionada através de moléculas de superfície — os receptores de morte. A maioria deles pertence à família de receptores de TNF e contém um «domínio de morte» intracelular conservado, responsável pela interação com outras proteínas. Os protótipos são o receptor de TNF tipo I e os receptores Fas (CD95).
O mecanismo de ativação usando o Fas como exemplo:
- A proteína ligante de membrana (FasL) é expressa predominantemente em linfócitos T ativados.
- As células T reconhecem os alvos que possuem receptores Fas.
- O FasL causa a reticulação cruzada (cross-linking) das moléculas do receptor Fas.
- Proteínas adaptadoras são ativadas, as quais se ligam e ativam a caspase-8.
A via extrínseca tem importante significado fisiológico: é necessária para a eliminação de linfócitos autorreativos e para a destruição de células-alvo por linfócitos T citotóxicos (CTL). As proteínas celulares FLIP (antagonistas das caspases) bloqueiam esta via.
É interessante notar que as vias podem se cruzar. Em várias células, a caspase-8 cliva a proteína Bid (um membro pró-apoptótico da família Bcl-2). Isso sustenta a via mitocondrial, e a ativação combinada desfere um golpe fatal na célula.
Genética, eliminação e patologia
A regulação genética do processo é estritamente ordenada. Os genes e seus produtos proteicos dividem-se em 4 grupos: os que transmitem o sinal da membrana, os controladores e integradores, os que executam a apoptose e os que regulam a fagocitose.
A etapa final é o clareamento (eliminação) dos corpúsculos apoptóticos. Ocorre a fagocitose imediata deles por células vizinhas e macrófagos. A principal consequência disso é o bloqueio da resposta inflamatória, uma vez que as células são removidas antes que o seu conteúdo extravase. Vias alternativas de remoção dos corpúsculos: através da secreção de glândulas, bem como pela linfa e corrente sanguínea.
Distinguem-se 3 variantes patológicas de distúrbios de regulação:
- Apoptose excessiva (supera a taxa de proliferação).
- Apoptose deficiente (reduzida em relação à proliferação).
- Apoptose incompleta (associada à ausência ou distúrbio da fagocitose dos corpúsculos apoptóticos).
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais proteínas adaptadoras específicas conectam os receptores de morte à procaspase-8?
Os receptores de morte conectam-se à procaspase-8 por meio das proteínas adaptadoras FADD e TRADD.
- FADD (Fas-associated death domain) — está associado aos receptores Fas, DR4 e DR5. Ele reconhece os domínios de morte na composição da procaspase-8, liga-se a ela e induz sua ativação a caspase-8.
- TRADD (TNF-receptor death domain) — está associado ao receptor TNFRI. Atua de maneira semelhante, mas realiza seu efeito indiretamente através da interação com o FADD.
Como resultado dessas interações, formam-se os complexos moleculares DISC (Death-inducing signaling complex), que desencadeiam a cascata de caspases.
Qual é o papel da proteína p53 no acionamento da via mitocondrial da apoptose?
A proteína p53 inicia a via mitocondrial da apoptose em caso de dano irreparável ao DNA. Ela atua como um fator pró-apoptótico que desencadeia a expressão de genes de apoptose e a síntese de proteínas promotoras correspondentes. O acúmulo de p53 leva à estimulação de sensores que ativam as proteínas pró-apoptóticas Bax e Bak (família Bcl-2). Essas proteínas inserem-se na membrana mitocondrial, formando canais para a saída do citocromo c para o citosol, o que acaba por desencadear a cascata de caspases. Em caso de mutação ou ausência de p53, a apoptose não é acionada, o que leva à sobrevivência de células com DNA danificado.
Quais alterações morfológicas ocorrem na célula em diferentes estágios da apoptose?
A morfogênese da apoptose inclui alterações sucessivas do núcleo, do citoplasma e a formação de corpúsculos específicos.
- Condensação e marginação da cromatina — a cromatina agrupa-se em forma de semiefes e grumos, o núcleo torna-se recortado e fragmenta-se, e surgem corpúsculos osmiofílicos.
- Retração celular — ocorre a condensação do citoplasma e das organelas intracelulares devido à desidratação e ao emparelhamento de proteínas. As organelas permanecem intactas, e os ribossomos agregam-se em estruturas semicristalóides.
- Formação de corpúsculos apoptóticos — a célula decompõe-se em fragmentos rodeados por membrana, contendo partes do núcleo e organelas densamente empacotadas.
- Fagocitose — absorção dos corpúsculos apoptóticos por macrófagos ou células vizinhas sem o desenvolvimento de resposta inflamatória.
Por meio de quais métodos e marcadores a apoptose é detectada em preparações histológicas?
Para detectar a apoptose em preparações histológicas, empregam-se métodos baseados na detecção de alterações específicas do DNA, enzimas e ultraestrutura celular.
- Teste TUNEL — método de marcação in situ com bases de uridina para a detecção de trechos não emparelhados de DNA clivado. Identifica células com cromatina condensada, núcleos picnóticos e corpúsculos apoptóticos.
- Métodos imuno-histoquímicos — utilizados como marcadores para detectar a atividade de certos tipos de caspases.
- Microscopia eletrônica — o método mais confiável de verificação ultraestrutural, que permite avaliar a integridade das organelas, a condensação da cromatina e a integridade da membrana dos corpúsculos apoptóticos.
Em nível de microscopia óptica, a identificação de corpúsculos apoptóticos é dificultada devido à sua rápida fagocitose in vivo.
Para não confundir as proteínas da família Bcl-2, preste atenção na letra «a» no nome: Bax, Bak, Bad — é o ataque (fatores pró-apoptóticos que perfuram as mitocôndrias). Já o Bcl-2 clássico é o inibidor que protege a célula.
Questões de aulas e exames
Qual é a principal enzima da apoptose?
As caspases desempenham um papel fundamental — são cisteíno-proteases que clivam proteínas nos resíduos de ácido aspártico. Elas destroem o citoesqueleto, a matriz e ativam nucleases para a degradação do DNA.
Quais são as diferenças entre as vias extrínseca e intrínseca da apoptose?
A via intrínseca (mitocondrial) é iniciada a partir do interior celular através da liberação do citocromo C. A via extrínseca é ativada por meio de "receptores de morte" de superfície (por exemplo, Fas) ao entrarem em contato com ligantes externos.
Por que a apoptose não causa inflamação?
Os corpos apoptóticos sofrem fagocitose imediata por macrófagos e células vizinhas. O conteúdo da célula morta não chega a ser liberado no meio extracelular, portanto a reação inflamatória é completamente bloqueada.
O que mais estudar sobre o tema
- Mecanismo de ação da caspase-3 e clivagem internucleossomal do DNA
- Interação do citocromo C com o fator Apaf-1 na via mitocondrial
- Família de receptores do fator de necrose tumoral (TNF) e a estrutura do "domínio de morte"
- Classificação genética: 4 grupos de genes que regulam as fases da apoptose
- Variantes patológicas: causas de apoptose excessiva, insuficiente e incompleta
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