Apoptose
A morte celular programada ou apoptose celular é imprescindível para o desenvolvimento dos animais. Nos tecidos de um ser humano saudável, a cada dia, bilhões de células ativam um programa de morte intracelular, por mecanismos celulares complexos e variados. Esse processo mata as próprias células que o iniciam, ocorrendo de maneira controlada e ordenada - processo conhecido como morte celular programada. Nos anos de 1970, foi proposta a ideia de que existia um programa de morte embutido nas células animais. Tal proposta teve aceitação geral após 20 anos e dependeu de estudos genéticos que identificaram os primeiros genes envolvidos na morte celular programada - estudos realizados no nematodo Caenorhabditis elegans.
Os mecanismos da apoptose são extremamente complexos e sofisticados, envolvendo cascatas de eventos moleculares dependentes de energia. Há duas principais vias de sinalização da apoptose: a via extrínseca (ou via dos receptores de morte celular) e a via intrínseca (ou via da mitocôndria), e evidências recentes apontam que essas duas vias estão ligadas e que moléculas de uma delas podem influenciar na outra. Outra via mais recentemente descrita é a via perforina-granzima, que envolve células T citotóxicas. As vias de sinalização desencadeiam, então, a via de execução. Para melhor entender essas vias, algumas características bioquímicas da apoptose devem ser esclarecidas. Células em apoptose exibem muitas modificações bioquímicas, como clivagem de proteínas, degradação do DNA e reconhecimento fagocítico, por exemplo. Um dos principais conjuntos proteicos responsável pela apoptose é composto por caspases , que são proteases que têm uma cisteína em seu sítio ativo e clivam suas proteínas-alvo em ácidos aspárticos específicos, por isso têm esse nome (c para cisteína e asp para ácido aspártico).
Via Extrínseca
O mecanismo da via extrínseca consiste na indução externa por associação de outra célula àquela que sofrerá apoptose. Essa interação ocorre por meio de receptores localizados na membrana celular e proteínas sinalizadoras (ou ligantes). Tais receptores são homotrímeros pertencentes à superfamília dos receptores de necrose tumoral (rTNF). Eles são compostos por um domínio extracelular rico em cisteína, que se associa ao ligante; um domínio transmembrana; e um "domínio de morte" intracelular, que tem o papel crucial de transmitir a sinalização de morte para as vias intracelulares. Os ligantes referidos também são homotrímeros e pertencentes à família TNF de proteínas sinalizadoras.
Via Intrínseca
As vias intrínsecas de sinalização da apoptose envolvem diversos estímulos que produzem sinais intracelulares iniciados na mitocôndria que irão agir diretamente em alvos na célula. Esses estímulos podem ser separados em duas principais categorias: sinais positivos e sinais negativos. Sinais negativos são aqueles que estão relacionados com a perda da supressão da apoptose e subsequente ativação deste processo, como a ausência de certos fatores de crescimento, hormônios ou citocinas. Os sinais positivos são aqueles que induzem a apoptose, como radiação, toxinas, hipóxia, infecções virais, radicais livres, erros no material genético, etc. Todos esses estímulos causam mudanças na membrana interna da mitocôndria, resultando na transição da permeabilidade mitocondrial (MPT - mitochondrial permeability transition) pela formação de um poro que leva à perda do potencial de transmembrana da mitocôndria e liberação de dois principais grupos de proteínas pro-apoptóticas intermembranais no citosol.
Via perforina-granzima
Embora linfócitos T citotóxicos (CTLs) sejam capazes de matar células-alvo ativando a via extrínseca e a interação FasL/FasR seja o principal método de apoptose induzida por CTLs, existe uma outra via que permite que a apoptose seja ativada. Essa via envolve a secreção da molécula perforina, que forma poros na membrana celular, e a subsequente liberação exofítica de grânulos citoplasmáticos presentes nessas células T para o interior das células-alvo pelo poro criado. Esses grânulos são compostos principalmente de granzima A e granzima B. A granzima B cliva proteínas a resíduos de aspartato e, dessa maneira, ativa a procaspase-10 e cliva fatores como ICAD (Inibidor da DNAse Ativada por Caspase). A caspase-10 então é capaz de ativar a caspase-3, iniciando a via de execução. No entanto, a granzima B também pode ativar diretamente a caspase-3. Desta forma, há indução direta da via de execução da apoptose. Esta via se mostra extremamente importante para o controle da expansão de células Th2, enquanto a típica interação FasL/FasR está relacionada com a regulação de células Th1.
Via de Execução
Tanto as vias extrínseca, intrínseca e parte da via perforina-granzina levam à via de execução, considerada a via final da apoptose. Essa fase é iniciada com a ativação das caspases executoras (caspase-3,-6,-7), que ativam endonucleases citoplasmáticas, degradando o material nuclear, e proteases que degradam proteínas nucleares e citoplasmáticas. A caspase-3 é considerada a mais importante caspase executora, sendo iniciada por diversas caspases iniciadoras (caspase-8,-9,-10). Essa caspase ativa a endonuclease CAD, que em células normais é associada ao seu inibidor ICAD, a caspase-3 cliva ICAD, de forma que CAD passa a degradar o DNA cromossomal dentro do núcleo e condensa a cromatina. Ela também induz reorganização do citoesqueleto e desintegração da célula em corpos apoptóticos.
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IAPs, primeiramente identificadas em vírus de insetos (baculovírus) — animais nos quais a atuação de IAPs é bem observada e descrita —, possuem um ou mais domínios BIR, que permitem a ligação delas em caspases ativadas e suas consequentes inibições. Algumas IAPs também fazem a poliubiquitinação das caspases, marcando-as para destruição pelos proteossomos. Assim, pode-se dizer que as IAPs determinam um limiar de inibição que deve ser cruzado por caspases ativadas para disparar a apoptose. Em Drosophila, a barreira inibitória criada pelas IAPs pode ser neutralizada por proteínas antiIAP, produzidas em resposta a estímulos apoptóticos. Em moscas, existem cinco antiIAPs, nos quais estão inclusos: Reaper, Grim e Hid. Possuem similaridade estrutural em seus motivos N-terminais de ligação a IAP, que se ligam ao domínio BIR e impedem sua ligação a uma caspase. A deleção dos genes codificantes de Reaper, Grim e Hid bloqueia a apoptose em moscas. Entretanto, a inativação de um dos dois genes que codificam IAPs em Drosophila faz com que todas as células do embrião da mosca em desenvolvimento entrem em apoptose. Por isso, o balanço entre IAPs e antiIAPs é firmemente regulado e crucial para o controle da apoptose em moscas.
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Apoptose por Estímulos Fisiológicos
A apoptose é um mecanismo útil para manter o equilíbrio interno dos organismos multicelulares e pode ocorrer fisiologicamente em humanos em alguns casos, como:
Algumas mudanças só podem ser vistas quando a célula é analisada em microscopia eletrônica, mas, de maneira geral, os fenômenos que culminam com a morte celular programada são:
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A apoptose é responsável, por exemplo, por delinear nosso desenho anatômico durante o desenvolvimento intrauterino. Especialmente nesse caso é interessante o fato de não haver resposta inflamatória, pois como o corpo da mãe está trabalhando sob condições de imunossupressão – a fim de não expulsar o corpo estranho que se instalou no endométrio –, gerar a ação do sistema imune para responder a fatores pró-inflamatórios poderia acarretar em perda do embrião ou feto. O tamanho de órgãos também pode ser assim controlado. O equilíbrio entre a taxa de divisão celular e a de apoptose atuam de maneira bastante precisa nesses casos, como quando a ingestão de uma droga promove divisão celular e o fígado aumentado retorna ao seu tamanho original por apoptose, fato já observado em ratos. Ela também ocorre frequentemente na medula óssea humana em que é necessário manter um estoque de células prontas para serem utilizadas a qualquer momento, fato esse que acontece, a saber, com os neutrófilos. Também está relacionada à destruição do endométrio durante a menstruação e à degradação das criptas nas células do epitélio intestinal.
Esculpir estruturas
A apoptose tem papel fundamental na organogênese e no remodelamento de tecidos. Abaixo estão alguns exemplos desta função da apoptose:
Eliminação de estruturas
Ao longo do desenvolvimento, várias estruturas temporárias são formadas e depois eliminadas por meio de apoptose quando não mais necessárias, como estruturas juvenis ou estruturas restritas a apenas um dos sexos. Um exemplo clássico desse processo ocorre durante a metamorfose de sapos, evento em que há aumento na taxa do hormônio tiroxina (T3), estimulando a apoptose nas células da cauda e, consequentemente, ajudando na reabsorção da estrutura. Pode-se citar também a metamorfose em insetos, evento em que há eliminação de grande parte dos tecidos larvais – como as glândulas salivares, o trato digestivo e o sistema nervoso –, por meio de apoptose regulada por esteroides, para dar lugar aos tecidos adultos. Outro exemplo da apoptose sendo empregada na eliminação de estruturas envolve os ductos de Müller e os ductos de Wolff. O primeiro é responsável pela formação dos ovidutos e do útero em fêmeas, sendo, portanto, eliminados em machos, enquanto que o segundo forma o ducto deferente, o epidídimo e a vesícula seminal em machos, sendo, portanto, degenerados em fêmeas.
Regulação da quantidade de células
A quantidade de células no organismo é resultado de um balanço entre a proliferação celular e a morte celular.. Alguns órgãos, como os do sistema nervoso e do sistema reprodutivo, possuem um excesso de células que é, posteriormente, eliminado. No caso de ovários em fetos, existem cerca de 250.000 células germinativas durante o 5º mês de gravidez, antes de começar a oogênese . Contudo, eventos de apoptose durante o paquíteno da meiose I e a formação dos folículos primordiais acabam por reduzir este número a menos de 20% antes do nascimento. Já no caso do sistema nervoso, pode-se citar o nervo óptico, em que mais da metade dos oligodendrócitos formados sofrem apoptose de dois a três dias após a sua formação, ajudando a balancear o número de oligodendrócitos com o número de axônios com os quais podem interagir
Eliminação de células defeituosas
Células anormais podem ser potencialmente perigosas para o organismo, independentemente do estágio do desenvolvimento. Entre os mecanismos básicos de proteção, está a apoptose. Um exemplo clássico da proteção oferecida pela apoptose está na seleção de linfócitos B e T funcionais. Durante a seleção positiva, linfócitos B e T que não expressam receptores de células B e receptores de células B funcionais, respectivamente, não recebem os sinais necessários para evitar a apoptose . Passando para a seleção negativa, linfócitos cujos receptores de antígenos interagem contra autoantígenos (oferecendo, portanto, o risco de desencadear uma resposta autoimune) são estimulados a entrar em apoptose. Outro exemplo importante de proteção por apoptose consiste na eliminação de células com danos ao DNA que, por algum motivo (seja pelo número excessivo de danos ao DNA, por defeitos nos sistema de reparo ou por outras razões), não foram reparados e que apresentam o potencial risco de se tornarem células cancerosas .
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A apoptose excessiva
O excesso de atividade apoptótica, causado por diferentes adversidades que atingem os mecanismos regulatórios, causa danos severos em alguns tecidos devido à morte em demasia de células. Por exemplo, em casos de derrame e ataque do coração, um grande número de células morre por necrose devido à isquemia (diminuição da irrigação sanguínea). Nestes casos, é desencadeada reação inflamatória e há liberação do conteúdo celular, apesar de uma pequena parte das células morrer por apoptose (no caso, aquelas menos afetadas pela limitação de suprimento sanguíneo). Assim, acredita-se no desenvolvimento futuro de alguns fármacos que bloqueiem a apoptose e, dessa forma, possam preservar estas células (como inibidores de caspases).
Apoptose reduzida
O processo de morte celular controlada é importante para eliminar células velhas, danificadas ou que apresentem riscos ao sistema corporal como um todo. Apesar de seus malefícios quando acionado demasiadamente, a falta deste mecanismo biológico também traz sérias consequências. Uma das mais importantes consequências é a contribuição no desenvolvimento do câncer. Assim, neste tipo de doença, somado ao fato de haver um incremento da multiplicação celular, há também uma inibição da apoptose em células cancerígenas de tumores malignos, que podem se espalhar pelo corpo e desfrutar de uma vantagem seletiva, já que não sofrem apoptose. Isso decorre do fato de alguns oncogenes (aqueles cujo ganho de função leva à proliferação celular) e genes supressores de tumor (a perda de função induz a multiplicação das células) estarem intimamente relacionados ao processo de morte celular programada. Um exemplo são os oncogenes do Bcl2 e Bcl-XL, que participam do bloqueio da apoptose. Mutações no gene que codifica a p53 (um supressor de tumor) estão associadas a cerca de 50% dos casos de câncer, já que esta proteína é um regulador do ciclo celular que induz a morte celular em casos de erros. Dessa forma, a inibição da apoptose influi no processo de proteção celular contra falhas ocasionais, contribuindo para o surgimento de tumores malignos. As doenças autoimunes também se enquadram neste quesito.
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A apoptose possui potencial uso terapêutico, pois sua modulação pode ser utilizada para tratamento de doenças. Diversos estudos nesse sentido buscam alternativas para atuar em problemas como o câncer, usando também outras ferramentas biológicas como micro-RNAs. No estudo “Role of micro-RNAs in drug resistance of multiple myeloma”, há uma série de observações que embasam essa aplicação. Neste contexto, os micro-RNAs mais estudados são: miR-137/197, miR-21 e miR-221/222. Acredita-se que eles estejam relacionados com uma modulação negativa da sensibilidade às drogas pelas células de mieloma múltiplo. Micro-RNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA não codificantes que têm papel na regulação pós-transcricional de alguns genes humanos, como oncogenes e supressores de tumor (essa regulação pode ter caráter positivo ou negativo). Eles também podem regular a resposta de células tumorais a drogas através da modulação dos processos de apoptose, anti-apoptose ou de vias proliferativas. Contudo, o estudo destas modulações é desafiador, visto que o processo de resistência ao tratamento é bastante complicado, somando-se ao fato de que alguns miRNAs têm a capacidade de atingir, pelo menos, 200 genes diferentes.
