Morte Celular Programada. Morte Celular Programada I

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Morte Celular Programada I

Profa_{. Luciana B. Chiarini} Sala: G2-04,

Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho Centro de Ciências de Saúde Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ.

Morte Celular Programada

• Ocorrência

• Funções

• Apoptose: características morfológicas e bioquímicas. - Mecanismos:

1) Caspases: - Via extrínseca

- Via intrínseca (mitocondrial) 2) Família Bcl-2:

- proteínas pró e anti-apoptóticas

- controle da expressão de genes da família Bcl-2 - controle de proteínas da família Bcl-2 por fosforilação

First recognition that cell death is a normal component of animal development.

Glücksmann, A. Cell death in normal vertebrate ontogeny. Biol. Rev. 29, 59-86 (1951).

1951

‘Programmed cell death’ as a series of events that culminate in the death of the cell.

(1965, Lockshin R.A) 1965 1965 ANI ANI CHX CHX Morte Morte Celular Celular Programada Programada Em 1966... Em 1966...

‘Programmed cell death’

as a sequence of events based

on cellular metabolism that

lead to cell destruction.

A morte celular programada é necessária para a formação de

estruturas.

Morte celular programada

Invaginação

Invaginaçãodo epitélio ex: formação do tubo neural.do epitélio ex: formação do tubo neural.

Evaginação

Evaginaçãodo epitélio. Ex: formação da vesícula óptica.do epitélio. Ex: formação da vesícula óptica.

Fusão do epitélio: ex: formação de estruturas como o palato

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A Morte Celular Programada é

necessária na destruição de

estruturas.

Ex: humanos e camundongos: tecido mamário em machos.

Controlar o número de células

Células em Células em excesso são excesso são geradas durante o geradas durante o desenvolvimento desenvolvimento do sistema do sistema nervoso. Estas nervoso. Estas

células morrem por

morte celular

programada

Excesso de morte celular: doenças

Excesso de morte celular: doenças neurodegenerativasneurodegenerativas Alzheimer

Parkinson _Huntington

Doenças de Prion

Inibição da morte celular programada e

Inibição da morte celular programada e tumorigênesetumorigênese.. Morte celular Programada: para

Morte celular Programada: para

eliminação de

células com lesão no DNA,

células infectadas por vírus, ...

--na eliminação na eliminação

de célula Anormais

(lesão no DNA, Infectadas,...)

(lesão no DNA, Infectadas,...) Morte Celular Programada

--na formação de estruturasna formação de estruturas

(dedos, coração,

palato, retina, ...)

--na destruição de estruturasna destruição de estruturas ( cauda do girino,

( cauda do girino,

Tecido mamário em machos,...)

--no controle do número deno controle do número de Células (sistema nervoso,

Células (sistema nervoso,

Céls

Céls. pigmentadas da retina,...). pigmentadas da retina,...)

Ocorrência de MCP durante o desenvolvimento e no adulto

necrose_{Necrose x Apoptose}apoptose Kerr

Kerretetal 1972.al 1972. _Kerr_Kerr_et_et_{al 1972.}_{al 1972.} necrosenecrose_{Necrose x Apoptose}Necrose apoptoseapoptose

Características da

necrose:

--aumento do volume do aumento do volume do citoplasma; citoplasma; --destruição de destruição de organelas; organelas;

--rompimento da rompimento da membmemb. . Plasmática com Plasmática com extravasamento do extravasamento do conteúdo intracelular; conteúdo intracelular;

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Características da apoptose:

• Condensação do núcleo e do citoplasma; • Formação de circunvoluções na membrana; • As organelas intracelulares permanecem intactas

até quase o final do processo.

• A célula é fragmentada em corpos apoptóticos, não ocorrendo extravasamento do material citoplasmático;

• A célula morta, normalmente, é encontrada entre células vivas e é removida do tecido por células vizinhas ou por fagócitos especializados, pela exposição de sinais de reconhecimento em sua superfície.

Moléculas envolvidas no reconhecimento e fagocitose de células apoptóticas

Somersan e Bhardwaj, 2001

Fragmentação

Fragmentação InternucleossomalInternucleossomaldo DNA do DNA e condensação da cromatina e condensação da cromatina Clivagem internucleossomal do DNA em fragmentos múltiplos de 180-200 pares de bases. TUNEL

A capacidade de detectar células

A capacidade de detectar células apoptóticasapoptóticas impulsionou os estudos sobre

impulsionou os estudos sobre

este tipo de morte celular programada.

Morte Celular Programada não é sinônimo de apoptose. Apoptose é um tipo de morte celular programada.

Mecanismos moleculares

que controlam a

APOPTOSE

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Programa genético para indução de Apoptose

Genes

Genes PróPró--apoptóticosapoptóticos ANI ANI CHX CHX Act ActDD APOPTOSE APOPTOSE Genes

Genes AntiAnti--apoptóticosapoptóticos

Act ActDD ANI ANI CHX CHX

CASPASES:

- cisteína proteases que clivam substratos específicos após resíduos de aspartato.

- a especificidade é determinada por uma sequência de 4aa e pela estrutura tridimensional da proteína alvo.

-Procaspases são divididas em duas classes: Caspases iniciadoras e efetoras

Alvos de

Alvos de CaspasesCaspases::

Inibidor de DNAse degradado por caspases(Caspase-ActivatedDNAse) Alvos de

Alvos de CaspasesCaspases::

Ativação de Caspases

Efetoras

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Ativação de

Caspases

Efetoras

Caspases

Caspasesiniciadoras (iniciadoras (caspasecaspase--9, 9, caspasecaspase--8):8):

Ativação por dimerização

Vias Extrínseca de ativação da

Caspases

APOPTOSIS APOPTOSIS caspase-8 caspase-3 RECEPTOR DE MORTE 1 1 Death Inducing Signalling Complex Ligante Ligante extracelular extracelular (

(FasLFasL, TRAIL, , TRAIL, TNFTNF--alfaalfa).). Receptor Receptor de Morte de Morte Proteína Proteína adaptadora adaptadora Dímero de Dímero de Caspase Caspase--88

Formação do complexo DISC com recrutamento e ativação

de

de caspasescaspasesiniciadoras.iniciadoras.

Via Intrínseca, mitocondrial, de

ativação da Caspases

caspase-3 APOPTOSIS APOPTOSIS MITOCÔNDRIA caspase-9 CITOCROMO C CITOCROMO C CITOCROMO C SMAC/DIABLO ENDONUCLEASE G AIF OMI/HTRA2 MITOCÔNDRIA MOMP (

(6)

Apaf

Apaf--1, a 1, a HumanHumanProteinProteinHomologousHomologoustoto C.

C. ElegansElegansCEDCED--4, 4, ParticipatesParticipatesin in Cytochrome

CytochromeCC--DependentDependentActivationActivationof of CaspaseCaspase--33

Cell

Cell. Vol. 90 405. Vol. 90 405--413, August 8, 1997.413, August 8, 1997.

Zou

Zou, H. , H. etetalal A

ApoptoticpoptoticPProtease rotease AActivatingctivatingFFactoractor--11 Cell

CellVol 91, 479Vol 91, 479--489, 489, NovemberNovember14, 199714, 1997 Cytochrome

Cytochromec c andanddATPdATP--DependentDependent Formation

Formationof of ApafApaf--1/1/CaspaseCaspase--9 9 ComplexComplex Initiates

Initiatesna na ApoptoticApoptoticProtease Protease CascadeCascade

Peng

Peng, Li, Li Apaf

Apaf--33waswasidentifiedidentifiedas a as a membermemberof of thethecaspasecaspase

Family

Family, , caspasecaspase--99..

E16,5

Caspase 3 ativada: rosa Bisbenzimida (DNA): azul

Brain

BrainHyperplasiaHyperplasia

E 15

Fenótipo semelhante

de

de knockoutknockoutpara para caspasecaspase--3,3,

caspase

caspase--9 ou 9 ou ApafApaf--1.1.

caspase-8 APOPTOSE APOPTOSE RECEPTOR DE MORTE _MITOCÔNDRIA caspase-9 1 1 2 2 caspase-3

VIAS DE ATIVAÇÃO DE CASPASES

Filme

Como ocorre a

liberação de

citocromo

C

da mitocôndria?

Liberação de

Liberação de citocromocitocromoC da C da

mitocôndria é controlada

por proteínas da Família

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Classificação da família Bcl-2: de acordo com domínios conservados

Proteínas

Proteínas PróPró--apoptóticasapoptóticasBaxBaxe e BakBak formam oligômeros na membrana

formam oligômeros na membrana mitocondrialmitocondrialexterna externa

permitindo a saída de

permitindo a saída de citocromocitocromoC C

da mitocôndria para o citoplasma

Bax Bax Morte Morte celular celular Bax Bax BclBcl--22 Bax Bax sobrevivência sobrevivência Bcl Bcl--22 Bax Bax

Bcl

-

2 bloqueou condensação da cromatina induzida

por

tunicamicina

Bcl

-

2 bloqueou condensação da cromatina induzida

por

(8)

Família Bcl-2 é composta por membros PRO e ANTI-apoptóticos

(anti-apoptóticos)

BH3

BH3--onlyonlyproteinsproteinstriggertriggercytochromecytochromec release, c release, butbuthowhow??

?

Proteínas ‘

Proteínas ‘BH3BH3--onlyonly’ são ’ são própró--apoptóticasapoptóticas

Bcl Bcl--22 Bax Bax sobrevivência sobrevivência Bad Bad Bad Bad Bcl Bcl--22 Bax Bax Morte Morte celular celular

Interações dos membros da Família

Interações dos membros da Família BclBcl--2 regulam 2 regulam

a sobrevivência e morte celular

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MECANISMOS MOLECULARES DE

CONTROLE DA FAMÍLIA

Bcl

-

2

Proteínas da Família Bcl-2 moduladas por fosforilação

Bad Bad P P Bad Bad Bad Bad Bcl Bcl--XLXL Bax Bax Morte Morte celular celular Bad Bad 14 14--33--33 Bcl Bcl--XLXL Bax Bax P P sobrevivência sobrevivência AKT/PKB AKT/PKB PKA PKA

Bim _{Morte celular}

Sobrevivência Foxo3a Foxo3a Bim Bim Neurotrofinas Neurotrofinas,, citocinas citocinas

--Suporte Suporte TróficoTróficoativa via da Pi3Kativa via da Pi3K--PDKPDK--PKB/AKTPKB/AKT

--PKB/AKT PKB/AKT fosforilafosforilaFoxo3a e o mantém Foxo3a e o mantém inativadoinativado..

--Na ausência de suporte Na ausência de suporte tróficotróficoocorre ocorre desfosforilaçãodesfosforilaçãodo fator de do fator de

transcrição Foxo3a

--Foxo3a ativa a transcrição de Foxo3a ativa a transcrição de BimBim((própró--apoptóticaapoptótica).).

Sinais extracelulares regulam a expressão de

genes da família Bcl-2

Ausência de

suporte

suporte tróficotrófico

P P Foxo3a

Foxo3a

Ex: Bim pode ser fosforilada pela ERK

ERK

ERK fosforilafosforilaBimBimee Não ocorre apoptose

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Proteínas da Família

Proteínas da Família BclBcl--2 Moduladas por Clivagem2 Moduladas por Clivagem

Cross

Cross--talktalkentre via entre via intrinsecaintrinsecae via e via extrinsecaextrinseca

p53 p53 Bax P53

+

Morte celular Pró Pró--apoptóticosapoptóticos Noxa P53

+

Puma P53

+

IAP

IAP Inibidores de apoptoseInibidores de apoptose

IAP

IAP Inibidores de apoptoseInibidores de apoptose _{MORTE CELULAR PROGRAMADA}_{MORTE CELULAR PROGRAMADA}

ATIVADA PELA MITOCÔNDRIA

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CITOCROMO C SMAC/DIABLO ENDONUCLEASE G AIF OMI/HTRA2 MITOCÔNDRIA MOMP (

MOMP (mitochondrialmitochondrialouteroutermembranemembranepermeabilizationpermeabilization))

Morte Celular Programada ativada pela

Mitocôndria

• O AIF leva à condensação do núcleo e

clivagem do DNA em fragmentos de aproximadamente, 50 Kb.

No entanto, o AIF não cliva diretamente o DNA.

Atividade redox Atividade redox na mitocôndria na mitocôndria pode ser pode ser anti

anti--apoptóticaapoptótica

CITOCROMO C

SMAC/DIABLO ENDONUCLEASE G

AIF OMI/HTRA2

MITOCÔNDRIA

A endonuclease G degrada o DNA sem ocorrer ativação de CAD (caspase-activated DNAse).

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caspase-8 APOPTOSE APOPTOSE RECEPTOR DE MORTE _MITOCÔNDRIA caspase-9 1 1 2 2 Caspase-12 3 3 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO caspase-3 TUNEL

Ausência de caspase-12 bloqueia degeneração induzida por tunicamicina

Caspase 12 -/-Caspase 12

+/-Tunicamicina

Tunicamicina, um indutor de estresse de retículo , um indutor de estresse de retículo Endoplasmático, induz morte celular programada nos rins

Endoplasmático, induz morte celular programada nos rins

Em humanos:

Em humanos: caspasecaspase--44

(anti-apoptóticos)

Bax e Bak regulados por proteínas da família Bcl-2

- Bax e Bak também podem se localizar no RE.

Via do RE:

MEF BAX e BAK

-/-Não tem clivagem de procaspase-12 Após tratamento com indutores de

estresse de RE MEF BAX e BAK -/-+ Expressão de BAK Restaura a ocorrência de clivagem de procaspase-12 após tratamento com indutores de

estresse de RE caspase-8 APOPTOSE APOPTOSE RECEPTOR DE MORTE _MITOCÔNDRIA caspase-9 1 1 2 2 Caspase-12 3 3 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO caspase-3