Morte Celular Programada
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.
•
•
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
Em 1966...
1951 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).
ANI
CHX
1965 ‘Programmed cell death’ as a series of events that
culminate in the death of the cell.
(1965, Lockshin R.A)
Morte
Celular
Programada
A morte celular programada é necessária para a formação de
estruturas.
‘Programmed cell death’
as a sequence of events based
on cellular metabolism that
lead to cell destruction.
Morte celular programada
Invaginação do epitélio ex: formação do tubo neural.
Evaginação do epitélio. Ex: formação da vesícula óptica.
Fusão do epitélio: ex: formação de estruturas como o palato
1
Controlar o número de células
A Morte Celular Programada é
necessária na destruição de
estruturas.
Alzheimer
Parkinson
Doenças
de Prion
Células em
excesso são
geradas durante o
desenvolvimento
do sistema
nervoso. Estas
células morrem por
morte celular
programada
Huntington
Excesso de morte celular: doenças neurodegenerativas
Ex: humanos e camundongos: tecido mamário em machos.
Morte celular Programada: para
eliminação de
células com lesão no DNA,
células infectadas por vírus, ...
Ocorrência de MCP durante o desenvolvimento e no adulto
- na formação de estruturas
(dedos, coração,
palato, retina, ...)
- no controle do número de
Células (sistema nervoso,
Céls.
Céls. pigmentadas da retina,...)
Inibição da morte celular programada e tumorigênese.
tumorigênese.
Morte Celular Programada
- na destruição de estruturas
( cauda do girino,
Tecido mamário em machos,...)
Kerr et al 1972.
necrose
Necrose
apoptose
x Apoptose
Kerr et al 1972.
necrose
necrose
Necrose
Necrose
- na eliminação
de célula Anormais
(lesão no DNA, Infectadas,...)
apoptose
apoptose
x Apoptose
Características da
necrose:
- aumento do volume do
citoplasma;
- destruição de
organelas;
- rompimento da memb.
memb.
Plasmática com
extravasamento do
conteúdo intracelular;
- reação inflamatória.
2
Características da apoptose:
Moléculas envolvidas no reconhecimento
e fagocitose de células apoptóticas
• 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.
Somersan e Bhardwaj, 2001
Fragmentação Internucleossomal do DNA
e condensação da cromatina
A capacidade de detectar células apoptóticas
impulsionou os estudos sobre
este tipo de morte celular programada.
TUNEL
Clivagem
internucleossomal
do DNA
em fragmentos
múltiplos
de 180-200
pares de bases.
Morte Celular Programada não é sinônimo de apoptose.
Apoptose é um tipo de morte celular programada.
Mecanismos moleculares
que controlam a
APOPTOSE
3
Programa genético para indução de Apoptose
ANI
CHX
ANI
CHX
APOPTOSE
Act D
Act D
Genes PróPró-apoptóticos
Genes AntiAnti-apoptóticos
CASPASES:
Alvos de Caspases:
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 Caspases:
Caspases:
Ativação de Caspases
DNAse)
Inibidor de (Caspase-Activated
DNAse degradado
por caspases
Efetoras
4
Ativação de
Caspases
Efetoras
Vias Extrínseca de ativação da
Caspases
1 RECEPTOR
DE MORTE
Caspases iniciadoras (caspase
(caspase--9, caspasecaspase-8):
Ativação por dimerização
Ligante
extracelular
(FasL,
FasL, TRAIL, TNFTNF-alfa).
alfa).
Death
Inducing
Signalling
Complex
Receptor
de Morte
caspase-8
Proteína
adaptadora
Dímero de
CaspaseCaspase-8
caspase-3
APOPTOSIS
Formação do complexo DISC com recrutamento e ativação
de caspases iniciadoras.
Via Intrínseca, mitocondrial, de
ativação da Caspases
CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
MITOCÔNDRIA
CITOCROMO C
caspase-9
MITOCÔNDRIA
caspase-3
AIF
APOPTOSIS
OMI/HTRA2
MOMP (mitochondrial
(mitochondrial outer membrane permeabilization)
permeabilization)
5
Cell.
Cell. Vol. 90 405405-413, August 8, 1997.
ApafApaf-1, a Human Protein Homologous to
C. Elegans CEDCED-4, Participates in
Cytochrome C-Dependent Activation of CaspaseCaspase-3
Zou,
Zou, H. et al
Fenótipo semelhante
de knockout para caspasecaspase-3,
caspasecaspase-9 ou ApafApaf-1.
Brain Hyperplasia
E16,5
Apoptotic Protease Activating Factoractor-1
Caspase 3 ativada: rosa
Bisbenzimida (DNA): azul
Cell Vol 91, 479479-489, November 14, 1997
Cytochrome c and dATPdATP-Dependent
Formation of ApafApaf-1/Caspase
1/Caspase--9 Complex
Initiates na Apoptotic Protease Cascade
Peng,
Peng, Li
ApafApaf-3 was identified as a member of the caspase
Family,
Family, caspasecaspase-9.
E 15
VIAS DE ATIVAÇÃO DE CASPASES
1
RECEPTOR
DE MORTE
2
MITOCÔNDRIA
Liberação
de citocromo
Como
ocorre aC da
mitocôndria é controlada
liberação
de
citocromo
C
por proteínas da Família BclBcl-2
da mitocôndria?
caspase-8
caspase-9
caspase-3
Filme
APOPTOSE
6
Classificação da família Bcl-2: de acordo com domínios conservados
Proteínas PróPró-apoptóticas Bax e Bak
formam oligômeros na membrana mitocondrial externa
permitindo a saída de citocromo C
da mitocôndria para o citoplasma
Bax
Bax
Morte
celular
BclBcl-2 bloqueou condensação da cromatina induzida
por tunicamicina
BclBcl-2
Bax
BclBcl-2
Bax
sobrevivência
BclBcl-2 bloqueou condensação da cromatina induzida
por tunicamicina
7
Proteínas ‘BH3
‘BH3--only’
only’ são própró-apoptóticas
Família Bcl-2 é composta por membros
PRO e ANTI-apoptóticos
Archives of Biochemistry
150-155.
(anti-apoptóticos)and Biophysics 462 (2007) 150BH3BH3-only proteins trigger cytochrome c release, but how?
how?
Georg Häcker,
Häcker, Arnim Weber.
?
Bad
Bad
BclBcl-2
BclBcl-2
Bax
Bax
sobrevivência
Morte
celular
Interações dos membros da Família BclBcl-2 regulam
a sobrevivência e morte celular
8
Proteínas da Família Bcl-2 moduladas por fosforilação
P
Bad
Bad
MECANISMOS MOLECULARES DE
CONTROLE DA FAMÍLIA BclBcl-2
Bad
Bad
AKT/PKB
PKA
BclBcl-XL
1414-3-3
BclBcl-XL
Bax
Bax
Morte
celular
Sinais extracelulares regulam a expressão de
genes da família Bcl-2
P
sobrevivência
Ex: Bim pode ser fosforilada pela ERK
Neurotrofinas,
Neurotrofinas,
citocinas
P
Foxo3a
Ausência de
suporte trófico
Foxo3a
Bim
Sobrevivência
Bim
Morte celular
ERK fosforila Bim e
Não ocorre apoptose
- Suporte Trófico ativa via da Pi3KPi3K-PDKPDK-PKB/AKT
- PKB/AKT fosforila Foxo3a e o mantém inativado.
inativado.
- Na ausência de suporte trófico ocorre desfosforilação do fator de
transcrição Foxo3a
- Foxo3a ativa a transcrição de Bim (própró-apoptótica).
apoptótica).
9
Proteínas da Família BclBcl-2 Moduladas por Clivagem
CrossCross-talk entre via intrinseca e via extrinseca
P53
+
P53
+
P53
+
p53
Bax
Noxa
Puma
PróPró-apoptóticos
Morte celular
IAP
IAP
Inibidores de apoptose
Inibidores de apoptose
MORTE CELULAR PROGRAMADA
ATIVADA PELA MITOCÔNDRIA
10
CITOCROMO C
CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
MITOCÔNDRIA
AIF
MITOCÔNDRIA
OMI/HTRA2
MOMP (mitochondrial
(mitochondrial outer membrane permeabilization)
permeabilization)
Morte Celular Programada ativada pela
Mitocôndria
AIF
OMI/HTRA2
MOMP (mitochondrial
(mitochondrial outer membrane permeabilization)
permeabilization)
CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
MITOCÔNDRIA
AIF
OMI/HTRA2
MOMP (mitochondrial
(mitochondrial outer membrane permeabilization)
permeabilization)
CITOCROMO C
SMAC/DIABLO
ENDONUCLEASE G
• 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
na mitocôndria
pode ser
antianti-apoptótica
MITOCÔNDRIA
AIF
OMI/HTRA2
A endonuclease G degrada o DNA sem ocorrer ativação de CAD (caspaseactivated DNAse).
11
Ausência
de caspase-12
degeneração
Tunicamicina,
, um indutorbloqueia
de estresse
de retículo
Tunicamicina
induzida
por tunicamicina
Endoplasmático,
induz morte
celular programada nos rins
RECEPTOR
DE MORTE
1
2
MITOCÔNDRIA
Caspase 12 +/-
Caspase 12 -/-
caspase-8
3
caspase-9
RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO
caspase-3
Em humanos: caspasecaspase-4
Caspase-12
TUNEL
APOPTOSE
Bax e Bak regulados por
proteínas da família Bcl-2
Via do RE:
- Bax e Bak também podem se localizar no RE.
(anti-apoptóticos)
MEF
BAX -/- e BAK -/-
MEF
BAX -/- e BAK -/+ Expressão
de BAK
1
RECEPTOR
DE MORTE
Não tem clivagem de procaspase-12
Após tratamento com indutores de
estresse de RE
Restaura a ocorrência de
clivagem de procaspase-12
após tratamento com indutores de
estresse de RE
2
MITOCÔNDRIA
caspase-8
3
caspase-9
RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO
caspase-3
Caspase-12
APOPTOSE
12