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Apoptose

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição de apoptose

A apoptose é um processo que ocorre em multicelular quando uma célula intencionalmente “decide” morrer. Isso geralmente ocorre para o bem maior de todo o organismo, como quando o DNA da célula for danificado e pode se tornar canceroso.

A apoptose é chamada de morte celular “programada” porque acontece devido a instruções bioquímicas no DNA da célula; Isso se opõe ao processo de “necrose”, quando uma célula morre devido a trauma ou privação externa.

Como muitos outros processos celulares complexos, a apoptose é desencadeada por moléculas de sinal que dizem à célula que é hora de cometer “suicídio” celular.

Os dois principais tipos de vias de apoptose são “vias intrínsecas”, onde uma célula recebe um sinal para se destruir de um de seus próprios genes ou proteínas devido à detecção de danos ao DNA; e “vias extrínsecas”, onde uma célula recebe um sinal para iniciar a apoptose de outras células no organismo. A via extrínseca pode ser acionada quando o organismo reconhece que uma célula sobreviveu à sua utilidade ou não é mais um bom investimento para o organismo apoiar.

A apoptose desempenha um papel na causa e prevenção de alguns processos médicos importantes. Nos seres humanos, a apoptose desempenha um papel importante na prevenção do câncer, causando células com DNA danificado a cometer “suicídio” antes que possam se tornar cancerígenas. Ele também desempenha um papel na atrofia dos músculos, onde o corpo decide que não é mais uma boa idéia gastar calorias na manutenção de células musculares se as células não estiverem sendo usadas regularmente.

Como a apoptose pode prevenir o câncer e, como os problemas com a apoptose podem levar a algumas doenças, a apoptose é estudada intensamente pelos cientistas desde os anos 90.

Função da apoptose

A apoptose é uma importante adaptação evolutiva, porque permite que os organismos destruam suas próprias células. À primeira vista, isso pode parecer uma ideia terrível. Por que você destruiria parte de si mesmo?

Bem, talvez se essa parte de si mesmo tivesse se tornado perigoso para o resto, como no caso de células com DNA danificado que poderia se tornar canceroso. A apoptose é um grande assassino de células pré-cancerígenas, e pessoas com mutações que impedem a apoptose de funcionar corretamente têm muito mais probabilidade de obter câncer.

Os organismos multicelulares também podem desejar perder células que não são mais úteis para o organismo. Compartilharemos alguns exemplos realmente espetaculares de quando a morte celular é uma coisa boa abaixo.

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De girino a sapo

Um exemplo espetacular disso é encontrado em girinos de sapos, que destroem e reabsorvem as estruturas corporais inteiras, à medida que passam por sua transformação em sapos.

As células das brânquias, barbatanas e caudas de Tadpole são “instruídas” a morrer por sinais de apoptose à medida que o girino amadurece. As matérias -primas dessas células desmotadas tornam -se materiais de construção e alimentos para seus novos membros em crescimento.

Desenvolvimento do sistema nervoso humano

Durante o desenvolvimento inicial do sistema nervoso humano, um grande número de células morre através da apoptose. Por que isso deveria ser assim?

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Os nervos exigem enormes quantidades de energia para funcionar-de fato, o sistema nervoso consome cerca de 20 a 25% de todas as calorias consumidas no corpo humano!

Os neurônios também precisam encontrar o caminho para alvos muito precisos. No início do desenvolvimento, os neurônios crescem a partir de “pais” de células -tronco furiosamente divididas e seguem sinais químicos para tentar encontrar as células alvo corretas para se conectar. As conexões devem ser formadas entre o cérebro e a pele, entre o cérebro e os músculos, entre neurônios no cérebro e as células da haste e do cone na retina, etc.

Para criar esse direcionamento incrivelmente complexo, o sistema nervoso em desenvolvimento simplesmente cresce muitas células. Aqueles que se conectam com eficiência com os alvos corretos são usados com frequência e são preservados. Mas aqueles que não fazem contato com eficiência e não são usados frequentemente desaparecem pela apoptose.

Pode ser que essa teoria sobre por que os neurônios morrem durante o desenvolvimento está correto; Também pode ser que os cientistas façam descobertas importantes com as quais ainda não sonhamos, isso explicará por que há tanta apoptose no sistema nervoso em desenvolvimento. Mais uma pesquisa é certamente necessária!

Pés de mouse

Durante o desenvolvimento embrionário, os pés de ratos começam como coisas planas e em forma de pá. À medida que o desenvolvimento prossegue, os pés se separam em cinco dedos distintos pelo processo de – você adivinhou – apoptose! As células que conectam os dedos morrem para criar as lacunas distintas entre elas.

Este é um exemplo de como a morte celular programada pode ser usada para moldar estruturas úteis e criar recursos úteis, além de se livrar dos não necessários.

Apoptose e câncer

Uma função primária da apoptose é destruir células perigosas para o restante do organismo. Uma razão comum para a apoptose é quando uma célula reconhece que seu DNA foi gravemente danificado. Nesses casos, o dano ao DNA desencadeia as vias de apoptose, garantindo que a célula não possa se tornar um câncer maligno.

No entanto, claramente esse processo às vezes falha. Todas as instâncias de câncer são, presumivelmente, casos em que uma célula danificada não cometeu apoptose, mas passou a fazer mais por si mesma.

A apoptose pode ser incapaz de ocorrer se os genes essenciais necessários para ela estiverem entre os que estão danificados. No entanto, alguns médicos e cientistas estudam intensamente a apoptose na esperança de que possam aprender a desencadeá -la especificamente em células cancerígenas usando novos medicamentos ou outras terapias.

Como em todos os medicamentos projetados para matar células cancerígenas, o desafio com medicamentos projetados para induzir apoptose é garantir que esses medicamentos afetem apenas células cancerígenas. Um medicamento que causa células saudáveis e cancerígenas cometem a morte celular programada pode ser muito perigosa.

A imagem também pode não ser tão simples quanto “o câncer ocorre quando a apoptose falha”. Pesquisas sugeriram que alguns tipos de câncer podem surgir em populações celulares onde a apoptose ocorre mais facilmente do que deveria; Possivelmente essas células foram forçadas a “aprender” a ignorar os sinais de apoptose entusiasmada e, posteriormente, não cometem apoptose mesmo quando sofreram danos graves.

Outras pesquisas revelaram que as células cancerígenas que morrem devido aos efeitos da medicação geralmente morrem pela apoptose-sugerindo que os cânceres que são especialmente resistentes à apoptose também podem ser especialmente resistentes ao tratamento.

É necessário muito mais pesquisa sobre o assunto do tratamento do câncer, e entender as vias de apoptose é uma avenida extremamente promissora para fazer novos avanços!

Via de apoptose

Existem dois tipos principais de vias de apoptose, cada uma das quais ilustra um ponto importante sobre como a apoptose é desencadeada e por que é útil.

Ambas as principais vias são ilustradas no gráfico abaixo. As etapas são discutidas com mais detalhes nas listas a seguir:

Via extrínseca

Na via “extrínseca” para a apoptose, um sinal é recebido de fora da célula, instruindo -a a cometer a morte celular programada. Isso pode ocorrer se a célula não for mais necessária ou se estiver doente.

Como muitos caminhos para provocar mudanças complexas em uma célula, a via extrínseca para a apoptose envolve muitas etapas, cada uma das quais pode ser “regulada positiva” ou “desregulada” pela expressão gênica ou por outras moléculas:

Passo 1:

Como a maioria da sinalização entre as células, a via extrínseca da apoptose começa com uma ligação da molécula de sinal a um receptor na parte externa da membrana celular.

Dois tipos comuns de mensageiros químicos que desencadeiam a via extrínseca para a apoptose são fas e trilhas. Essas moléculas podem ser excretadas pelas células vizinhas se uma célula for danificada ou não mais necessária.

Os receptores que se ligam ao FAS e à trilha são chamados de “Fast” para “receptor da FAS” ou “trailer” para “receptor de trilha”.

Como na maioria das proteínas receptoras, quando o encontro rápido e reboque em sua molécula de sinal – às vezes chamado de “ligante” – eles se ligam a ele.

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Passo 2:

Em resposta às alterações no domínio intracelular do trailer ou rápido, uma proteína dentro da célula chamada FADD também muda.

O nome de Fadd é divertido ou aterrorizante: significa a proteína “domínio da morte associada ao FAS”.

Depois que o FADD foi ativado por alterações no receptor, ele interage com duas proteínas adicionais, que continuam iniciando o processo de morte celular.

Etapa 3:

Pro-caspase-8 e pró-caspase-10 são proteínas inativas até que interajam com um FADD ativado. Mas se duas dessas moléculas encontrarem um FADD ativado, as partes das proteínas que as mantêm inativas são “clivadas” ou “cortadas”.

Os pró-casases se tornam caspase-8 e caspase-10-que foram referidos romanticamente pelos cientistas como “o início do fim” devido ao seu papel no início da apoptose.

As caspases -8 e -10 se dispersam através do citoplasma e desencadeiam alterações em várias outras moléculas em toda a célula, incluindo mensageiros que iniciam a quebra do DNA após serem ativados pelas caspases.

Passo 4:

Outra molécula inativa chamada BID é transformada em Tbid quando as caspases ativadas se separam da parte do BID que mantém a molécula inativa.

Depois que a oferta é transformada em tbid, Tbid se move para as mitocôndrias. Tbid ativa as moléculas Bax e Bak.

A ativação de Bax e Bak são os primeiros passos compartilhados pelas vias extrínsecas e intrínsecas para a apoptose.

As etapas 1-4 listadas aqui são exclusivas da via extrínseca. Mas depois que Bax e Bak são ativados, as etapas subsequentes são as mesmas entre as duas vias.

Como tal, as etapas 3-7 da via intrínseca, listadas abaixo, também são as etapas 5-9 da via extrínseca!

Via intrínseca

Passo 1:

A via intrínseca para a apoptose é desencadeada pelo estresse ou dano à célula. Os tipos de estresse e danos que podem levar a célula à apoptose incluem danos ao seu DNA, privação de oxigênio e outras tensões que prejudicam a capacidade de funcionar de uma célula.

Em resposta a esses danos ou tensões, a célula “decide” que sua existência contínua pode ser perigosa ou cara para o organismo como um todo. Em seguida, ativa um conjunto de proteínas chamadas “proteínas somente BH3”.

Passo 2:

As proteínas somente BH3 são uma classe de proteínas, incluindo várias proteínas pró e anti-apoptose. A apoptose pode ser incentivada ou desencorajada, dependendo de quais proteínas somente BH3 são ativadas ou expressas.

As proteínas pró-apoptóticas apenas BH3 ativam o BAX e o BAK-as mesmas proteínas que são ativadas por Tbid após a criação da via extrínseca para a apoptose.

Etapa 3:

Bax e Bak ativados causam uma condição conhecida como “Momp”. MOMP significa “Permeabilidade da membrana externa mitocondrial”.

MOMP é considerado o “ponto sem retorno” para apoptose. As etapas que antecederam o MOMP podem ser interrompidas em seus trilhos pelas moléculas inibidores, mas uma vez alcançado o MOMP, a célula completará o processo de morte.

O MOMP desempenha seu papel fundamental na apoptose, permitindo a liberação do citocromo c no citoplasma.

Passo 4:

Em circunstâncias normais, o citocromo c desempenha um papel fundamental na cadeia de transporte de elétrons mitocondriais. Durante o MOMP, no entanto, o citocromo c pode escapar das mitocôndrias e atuar como uma molécula de sinalização no citoplasma celular.

O citocromo-C no citoplasma celular solicita a formação do “apoptossomo” ameaçador-um complexo de proteínas que executa a etapa final para iniciar a quebra celular.

Etapa 5:

O apoptossomo, uma vez formado, transforma pró-caspase-9 em caspase-9.

Assim como na ativação das caspases-8 e -10 na via extrínseca para a apoptose, a caspase-9 é capaz de desencadear mudanças adicionais em toda a célula.

Etapa 6:

A Caspase-9 desempenha várias funções para promover a apoptose. Entre os mais importantes está a ativação das caspases -3 e -7.

Etapa 7:

Uma vez ativado, as caspases -3 e -7 começam a quebra de materiais celulares. A Caspase-3 condensa e quebra o DNA da célula.

Quando ocorre apoptose?

A apoptose ocorre quando a existência de uma célula não é mais útil para o organismo. Isso pode ocorrer por alguns motivos.

Se uma célula se estressou ou danificada, pode cometer apoptose para se impedir de se tornar perigoso ao organismo como um todo. As células com danos ao DNA, por exemplo, podem se tornar cancerígenas, por isso é melhor para cometer apoptose antes que isso possa acontecer.

Outras tensões celulares, como a privação de oxigênio, também podem fazer com que uma célula “decida” que é perigosa ou cara para o hospedeiro. As células que não podem funcionar adequadamente podem iniciar a apoptose, assim como as células que sofreram danos ao DNA.

Em um terceiro cenário, as células podem cometer apoptose porque o organismo não precisa mais delas devido ao seu desenvolvimento natural.

Um exemplo famoso é o do girino, cujas células branquiais, barbatanas e traseiras cometem apoptose como o girino metamorfoses em um sapo. Essas estruturas são necessárias quando o girino vive na água – mas se torna caro e prejudicial quando se move para a terra seca.

Questionário

1. Qual das seguintes opções você não esperaria desencadear apoptose? A. Danos ao DNA de uma célula B. privação de oxigênio a longo prazo C. Um organismo que se move para um novo estágio de seu ciclo de vida, tornando algumas células obsoletas D. Nenhuma das opções acima

Resposta à pergunta nº 1

D está correto. Todos os itens acima são gatilhos potenciais para apoptose.

2. Qual das seguintes opções pode ocorrer se uma mutação impossibilitasse a apoptose? R. O sistema nervoso pode não se desenvolver adequadamente B. O câncer pode se tornar muito mais provável C. Um inseto pode não ser capaz de passar por metamorfoses D. Todas as opções acima

Resposta à pergunta nº 2

D está correto. Todos são possíveis conseqüências para um organismo cujas células não podem desencadear apoptose.

3. Qual é a diferença entre as vias extrínsecas e intrínsecas da apoptose? R. A via extrínseca é desencadeada por um sinal de fora da célula, enquanto a via intrínseca é desencadeada por eventos dentro da célula. B. A via extrínseca tem mais etapas porque o sinal deve ser retransmitido da membrana celular. C. A via extrínseca ativa Bak e Bax, enquanto a via intrínseca não. D. A e B

Resposta à pergunta nº 3

D está correto. Ambos A e B são verdadeiros. No entanto, C não é verdadeiro – tanto as vias intrínsecas quanto extrínsecas para a apoptose devem ativar Bak e Bax para que a apoptose seja concluída com sucesso.

Referências

  • Wilson, J.H. & Hunt, T. (2002). Biologia molecular da célula, 4ª edição: uma abordagem de problemas. Nova York: Garland Science.
  • Lowe, S. W. (2000). Apoptose no câncer. Carcinogênese, 21 (3), 485-495. doi: 10.1093/carcina/21.3.485

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