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Morte Celular Programada I
Profa. Luciana B. ChiariniSala: G2-04,
Instituto de Biofísica Carlos Chagas FilhoCentro 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).
19511951
‘Programmed cell death’ as a series of events thatculminate in the death of the cell.(1965, Lockshin R.A)
19651965
ANIANICHXCHX
Morte Morte Celular Celular
ProgramadaProgramada
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 A morte celular programada é necessária para a formação de estruturas.estruturas.
Morte celular programadaMorte celular programada
InvaginaçãoInvaginação do epitélio ex: formação do tubo neural.do epitélio ex: formação do tubo neural.EvaginaçãoEvaginação do epitélio. Ex: formação da vesícula óptica.do epitélio. Ex: formação da vesícula óptica.
Fusão do epitélio: ex: formação de estruturas como o palatoFusão do epitélio: ex: formação de estruturas como o palato
2
A Morte Celular Programada é A Morte Celular Programada é necessária na destruição de necessária na destruição de
estruturas.estruturas.
Ex: humanos e camundongos: tecido mamário em machos.Ex: humanos e camundongos: tecido mamário em machos.
Controlar o número de célulasControlar 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 células morrem por morte celular morte celular programadaprogramada
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 eliminação de
células com lesão no DNA, células com lesão no DNA, células infectadas por vírus, ... células infectadas por vírus, ...
-- na eliminação na eliminação de célula Anormais de célula Anormais
(lesão no DNA, Infectadas,...)(lesão no DNA, Infectadas,...)
Morte Celular Programada
-- na formação de estruturasna formação de estruturas(dedos, coração, (dedos, coração, palato, retina, ...)palato, retina, ...)
-- na destruição de estruturasna destruição de estruturas( cauda do girino, ( cauda do girino,
Tecido mamário em machos,...)Tecido mamário em machos,...)
-- no controle do número deno controle do número deCélulas (sistema nervoso, Células (sistema nervoso,
CélsCéls. pigmentadas da retina,...). pigmentadas da retina,...)
Ocorrência de MCP durante o desenvolvimento e no adultoOcorrência de MCP durante o desenvolvimento e no adulto
necrose apoptoseNecrose x ApoptoseKerrKerr etet al 1972.al 1972. necrose apoptoseNecrose x ApoptoseKerrKerr etet al 1972.al 1972. necrose apoptoseNecrose
Características da Características da necrose: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;-- reação inflamatória.reação inflamatória.
3
Características da apoptose:
• Condensação do núcleo e do citoplasma;
• Formação de circunvoluções na membrana;
• As organelas intracelulares permanecem intactasaté 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 InternucleossomalInternucleossomal do DNA do DNA e condensação da cromatina e condensação da cromatina
Clivagem internucleossomal
do DNAem fragmentos
múltiplos de 180-200
pares de bases.TUNEL
A capacidade de detectar células A capacidade de detectar células apoptóticasapoptóticasimpulsionou os estudos sobre impulsionou os estudos sobre
este tipo de morte celular programada.este tipo de morte celular programada.
Morte Celular Programada não é sinônimo de apoptose.
Apoptose é um tipo de morte celular programada.
Mecanismos moleculares Mecanismos moleculares que controlam a que controlam a
APOPTOSEAPOPTOSE
4
Programa genético para indução de ApoptosePrograma genético para indução de Apoptose
Genes Genes PróPró--apoptóticosapoptóticos
ANIANICHXCHX
ActAct DD
APOPTOSEAPOPTOSE
Genes Genes AntiAnti--apoptóticosapoptóticos
ActAct DD
ANIANICHXCHX
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-Activated DNAse)
Alvos de Alvos de CaspasesCaspases::Ativação de Caspases
EfetorasEfetoras
5
Ativação de CaspasesEfetoras
CaspasesCaspases iniciadoras (iniciadoras (caspasecaspase--9, 9, caspasecaspase--8):8):Ativação por dimerizaçãoAtivação por dimerização
Vias Extrínseca de ativação da Caspases
APOPTOSISAPOPTOSIS
caspase-8
caspase-3
RECEPTORDE MORTE
11
DeathInducingSignallingComplex
Ligante Ligante extracelular extracelular ((FasLFasL, TRAIL, , TRAIL, TNFTNF--alfaalfa).).
Receptor Receptor de Mortede Morte
Proteína Proteína adaptadoraadaptadora
Dímero de Dímero de CaspaseCaspase--88
Formação do complexo DISC com recrutamento e ativação Formação do complexo DISC com recrutamento e ativação de de caspasescaspases iniciadoras.iniciadoras.
Via Intrínseca, mitocondrial, de ativação da Caspases
caspase-3
APOPTOSISAPOPTOSIS
MITOCÔNDRIA
caspase-9CITOCROMO CCITOCROMO C
CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
AIF OMI/HTRA2
MITOCÔNDRIA
MOMP (MOMP (mitochondrialmitochondrial outerouter membranemembrane permeabilizationpermeabilization))
6
ApafApaf--1, a 1, a HumanHuman ProteinProtein HomologousHomologous totoC. C. ElegansElegans CEDCED--4, 4, ParticipatesParticipates in in CytochromeCytochrome CC--DependentDependent ActivationActivation of of CaspaseCaspase--33
CellCell. Vol. 90 405. Vol. 90 405--413, August 8, 1997.413, August 8, 1997.
ZouZou, H. , H. etet alal
AApoptoticpoptotic PProtease rotease AActivatingctivating FFactoractor--11
CellCell Vol 91, 479Vol 91, 479--489, 489, NovemberNovember 14, 199714, 1997CytochromeCytochrome c c andand dATPdATP--DependentDependentFormationFormation of of ApafApaf--1/1/CaspaseCaspase--9 9 ComplexComplexInitiatesInitiates na na ApoptoticApoptotic Protease Protease CascadeCascadePengPeng, Li, Li
ApafApaf--33 waswas identifiedidentified as a as a membermember of of thethe caspasecaspaseFamilyFamily, , caspasecaspase--99..
E16,5
Caspase 3 ativada: rosaBisbenzimida (DNA): azul
BrainBrain HyperplasiaHyperplasia
E 15
Fenótipo semelhante Fenótipo semelhante de de knockoutknockout para para caspasecaspase--3,3,
caspasecaspase--9 ou 9 ou ApafApaf--1.1.
caspase-8
APOPTOSEAPOPTOSE
RECEPTORDE MORTE MITOCÔNDRIA
caspase-9
11
22
caspase-3
VIAS DE ATIVAÇÃO DE CASPASESVIAS DE ATIVAÇÃO DE CASPASES
FilmeFilme
Como ocorre aComo ocorre aliberação de liberação de citocromocitocromo C C
da mitocôndria?da mitocôndria?
Liberação de Liberação de citocromocitocromo C da C da mitocôndria é controlada mitocôndria é controlada
por proteínas da Família por proteínas da Família BclBcl--22
7
Classificação da família Bcl-2: de acordo com domínios conservados
Proteínas Proteínas PróPró--apoptóticasapoptóticas BaxBax e e BakBakformam oligômeros na membrana formam oligômeros na membrana mitocondrialmitocondrial externa externa
permitindo a saída de permitindo a saída de citocromocitocromo C C da mitocôndria para o citoplasmada mitocôndria para o citoplasma
BaxBax
Morte Morte celularcelular
BaxBax BclBcl--22
BaxBax
sobrevivênciasobrevivência
BclBcl--22
BaxBax
BclBcl--2 bloqueou condensação da cromatina induzida 2 bloqueou condensação da cromatina induzida por por tunicamicinatunicamicina
BclBcl--2 bloqueou condensação da cromatina induzida 2 bloqueou condensação da cromatina induzida por por tunicamicinatunicamicina
8
Família Bcl-2 é composta por membros PRO e ANTI-apoptóticos
(anti-apoptóticos)
BH3BH3--onlyonly proteinsproteins triggertrigger cytochromecytochrome c release, c release, butbut howhow??
ArchivesArchives of of BiochemistryBiochemistry andand BiophysicsBiophysics 462 (2007) 150462 (2007) 150--155.155.
GeorgGeorg HäckerHäcker, , ArnimArnim Weber.Weber.
?
Proteínas ‘Proteínas ‘BH3BH3--onlyonly’ são ’ são própró--apoptóticasapoptóticas
BclBcl--22
BaxBax
sobrevivênciasobrevivência
BadBadBadBad
BclBcl--22
BaxBax
Morte Morte celularcelular
Interações dos membros da Família Interações dos membros da Família BclBcl--2 regulam 2 regulam a sobrevivência e morte celulara sobrevivência e morte celular
9
MECANISMOS MOLECULARES DEMECANISMOS MOLECULARES DE
CONTROLE DA FAMÍLIA CONTROLE DA FAMÍLIA BclBcl--22
Proteínas da Família Bcl-2 moduladas por fosforilação
BadBad
PPBadBad
BadBad
BclBcl--XLXL
BaxBax
Morte Morte celularcelular
BadBad
1414--33--33
BclBcl--XLXL
BaxBax
PP
sobrevivênciasobrevivência
AKT/PKBAKT/PKBPKAPKA
Bim Morte celular
Sobrevivência
Foxo3aFoxo3a
BimBim
NeurotrofinasNeurotrofinas,,citocinascitocinas
-- Suporte Suporte TróficoTrófico ativa via da Pi3Kativa via da Pi3K--PDKPDK--PKB/AKTPKB/AKT-- PKB/AKT PKB/AKT fosforilafosforila Foxo3a e o mantém Foxo3a e o mantém inativadoinativado..-- Na ausência de suporte Na ausência de suporte tróficotrófico ocorre ocorre desfosforilaçãodesfosforilação do fator de do fator de transcrição Foxo3atranscrição 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 deAusência desuporte suporte tróficotrófico
PPFoxo3aFoxo3a
Ex: Bim pode ser fosforilada pela ERK
ERK ERK fosforilafosforila BimBim eeNão ocorre apoptoseNão ocorre apoptose
10
Proteínas da Família Proteínas da Família BclBcl--2 Moduladas por Clivagem2 Moduladas por ClivagemCrossCross--talktalk entre via entre via intrinsecaintrinseca e via e via extrinsecaextrinseca
p53p53
Bax
P53 +
Morte celular
PróPró--apoptóticosapoptóticos
Noxa
P53 +
Puma
P53 +
IAPIAP Inibidores de apoptoseInibidores de apoptose
IAPIAP Inibidores de apoptoseInibidores de apoptoseMORTE CELULAR PROGRAMADA MORTE CELULAR PROGRAMADA
ATIVADA PELA MITOCÔNDRIAATIVADA PELA MITOCÔNDRIA
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CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
AIF OMI/HTRA2
MITOCÔNDRIA
MOMP (MOMP (mitochondrialmitochondrial outerouter membranemembrane permeabilizationpermeabilization))
CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
AIF OMI/HTRA2
MITOCÔNDRIA
MOMP (MOMP (mitochondrialmitochondrial outerouter membranemembrane permeabilizationpermeabilization))
Morte Celular Programada ativada pela Mitocôndria
CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
AIF OMI/HTRA2
MITOCÔNDRIA
MOMP (MOMP (mitochondrialmitochondrial outerouter membranemembrane permeabilizationpermeabilization))
• 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 mitocôndriana mitocôndria
pode serpode serantianti--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
APOPTOSEAPOPTOSE
RECEPTORDE MORTE MITOCÔNDRIA
caspase-9
11
22
Caspase-12
33
RETÍCULOENDOPLASMÁTICO
caspase-3
TUNEL
Ausência de caspase-12 bloqueia degeneração induzida por tunicamicina
Caspase 12 -/-Caspase 12 +/-
TunicamicinaTunicamicina, um indutor de estresse de retículo , um indutor de estresse de retículo Endoplasmático, induz morte celular programada nos rinsEndoplasmático, 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-12Após 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
APOPTOSEAPOPTOSE
RECEPTORDE MORTE MITOCÔNDRIA
caspase-9
11
22
Caspase-12
33
RETÍCULOENDOPLASMÁTICO
caspase-3
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