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Atualização em insuficiência renal aguda: Resposta celular ao
estresse na insuficiência renal aguda
Bento C Santos
Disciplina de Nefrologia da Universidade Federal de São Paulo
Endereço para correspondência: Bento C. Santos
Rua Botucatu, 720
04023-900 São Paulo, SP
Fax: (0xx11) 5573-9652
E-mail: [email protected]
Introdução
Os mecanismos de lesão renal foram exclusivamente
classificados usando parâmetros do paradigma hemodinâmico/hidráulico para explicar a redução do ritmo de
filtração glomerular, que consiste no ponto crucial da insuficiência renal aguda. Estes incluem os efeitos vasculares (vasoconstrição, redução do coeficiente de filtração
glomerular) e os tubulares (obstrução tubular e retrodifusão do fluido tubular). Contudo, mais recentemente devemos incluir o paradigma da lesão celular, na qual a
isquemia prolongada causa morte celular por anóxia e
evidências recentes sugerem que uma lesão subletal é
amplificada pela ativação de cascatas citotóxicas de citocinas ou fatores inflamatórios, ativadas durante o período
de reperfusão.1 O componente inflamatório consiste na
elaboração de citocinas (IL1, TNFa), quimocinas citoatrativas (IL8) e aumento na concentração de selectina-P, que
rapidamente transloca-se para superfície endotelial com
conseqüente adesão de polimorfonucleares na íntima
vascular e a exposição de moléculas de adesão (ICAM 1)
no endotélio vascular, que determina o acúmulo de neutrófilos na região de vasa reta na faixa externa da medula
externa renal.2-4 Essa seqüência de acontecimentos provoca a oclusão dos capilares e conseqüente congestão
vascular, que aumenta a lesão isquêmica. O componente
citotóxico pode envolver radicais ativos de oxigênio ou
óxido nítrico (NO).5,6 Esses diversos processos fisiopatológicos envolvidos no desenvolvimento da IRA, em última análise, determinam uma alteração do meio-ambiente
celular renal. Essa alteração constitui-se em um potente
estresse para as células que formam o parênquima renal,
com conseqüente modificação funcional do órgão.
O estresse, significando estresse fisiológico, constitui-se provavelmente numa das palavras mais usadas
no final do século vinte. Porém, o estresse ambiental,
físico, químico ou fisiológico é na realidade uma parte
integrante da vida de muitos organismos, habilitandoos a uma ação evasiva ou a organizar resposta protetora. A reação do epitélio renal à agressão é heterogênea. Algumas células respondem com mecanismos de
morte (apoptose ou necrose), de adaptação e de recuperação celular e tecidual (resposta celular ao estresse,
síntese e liberação de hormônios de crescimento). Os
fatores determinantes dessas respostas parecem depender dos sinais de transdução intracelular e respostas
moleculares que são segmento específicas e interativas.7 Como tópico principal do presente artigo será
abordada a resposta celular adaptativa ao estresse.
Resposta celular ao estresse
Por mais de cem anos cientistas têm explorado os
efeitos do calor e outros estresses nos sistemas biológicos. Em 1962, Ritossa8 documentou que o calor altera a
expressão genética na glândula salivar de Drosophila.
Estudos subseqüentes em numerosas espécies mostraram que muitos agentes físicos e químicos são capazes
de determinar uma resposta genética específica. Alguns
dos estressores mais conhecidos que têm sido caracterizados incluem calor, metal pesado, deprivação de
glicose, análogos de aminoácidos, pH e infecção viral.
Efeitos do estresse na função celular
Os efeitos adversos dos estímulos físicos ou químicos são diversos e aparentemente são tecido e estresse
específicos.9,10 Estudos analisando dose e resposta verificaram diferenças na resposta adaptativa celular relacionada à intensidade de determinados estresses. Para o
calor, entretanto, é possível estabelecer algumas generalizações referentes à resposta da célula. Em particular,
após a elevação da temperatura, ocorrem modificações
precoces ou imediatas, incluindo ativação dos genes das
“heat shock proteins (Hsp)”, redução de polissomos,
inibição do processamento de pre-RNPr, colapso do citoesqueleto, inibição da síntese protéica e bloqueio do
ciclo celular.11 A expressão de Hsps é geralmente transitória e se auto-reprime quando a síntese protéica nor-
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mal reinicia. Adicionalmente, o estresse inicial provocado pela elevação da temperatura induz termotolerância
a subseqüentes episódios de calor.12
Proteínas de estresse (heat shock proteins)
Em 1974, Tissieres et al13 descobriram as “heat shock
proteins” e demonstraram que estas correspondiam aos
genes ativados pela elevação da temperatura. Subseqüentemente, estudos com deprivação de glicose identificaram novas proteínas de estresse, conhecidas como proteínas reguladas pela glicose (glucose-regulated proteins
– Grps). A utilização de eletroforese bidimensional em
gel (2-D gel), seguida pelo isolamento e clone das diversas proteínas, permitiu o reconhecimento da existência de inúmeras classes maiores e menores de proteínas
de estresse. Essas proteínas são ubíquas e cada família é
composta por uma ou múltiplas proteínas que possuem
tamanho, seqüência de aminoácidos e, presumivelmente, funções similares. Em adição, as proteínas de estresse também possuem funções biológicas importantes em
condições fisiológicas normais. As famílias maiores incluem Hsp90, Hsp70, Hsp60 e Hsp110. Outras proteínas
de estresse incluem calreticulina, TCP-1 e ubiquitina.
Como classe, as proteínas de estresse atuam como chaperones moleculares e diferem na sua localização subcelular e função como chaperone.
Em mamíferos, a família Hsp70 – a mais estudada –
inclui a Hsp70 induzível (Hsp70), a Hsp70 constitutiva
(Hsc70) e a Grp78 (ou BiP). Os membros dessa família
estão envolvidos na conformação espacial de proteínas,
no transporte de proteínas nascentes através de membranas celulares, na estabilização e reconformação de proteínas denaturadas ou mal formadas, na proteção de proteínas frente a agentes lesivos e na renovação protéica.14 Os
diversos membros dessa família exibem diferenças na sua
indução com estresse específico e localização subcelular.
A Hsp70 é a principal proteína induzida pelo calor, onde
a Hsc70, conhecida como proteína de estresse cognata, é
constitutivamente expressa e pobremente induzível.15 Na
presença de estresse, uma porção das Hsp70 e das Hsc70
migram do citoplasma para o núcleo e, subseqüentemente, para o nucléolo, onde servem como protetores da
maquinaria de biossíntese de ribossomos.16 Entre as proteínas que ligam-se às Hsp70 e às Hsc70, temos os componentes do sistema de microtúbulos,17,18 e tem sido motivo de especulação a participação dessas proteínas de
estresse na reorganização do citoesqueleto (como aquela
que ocorre pós-isquemia). A Grp78 ou BiP é a glicoproteína localizada especificamente no lume do retículo endo-
plasmático (RE).19 A BiP associa-se transitoriamente com
proteínas normais e permanentemente com proteínas mal
formadas ou incompletas, retendo-as no RE.20 Essa classe
de proteínas integra os mecanismos de controle de qualidade da síntese protéica, participando de patologias como
a fibrose cística21 e o diabetes insipidus nefritogênico.22
Finalmente, está bem estabelecida a participação fundamental dessa família de proteínas na síntese, conformação espacial e renovação protéica.23
Proteínas de estresse e o rim
As proteínas de estresse, particularmente a Hsp70,
têm sido estudadas em várias condições envolvendo o
tecido renal.24 A isquemia/hipóxia e a elevação da temperatura induzem a expressão de Hsp70 25-29 Nefrotoxinas, estresse oxidativo e lesão imunológica podem também induzir a expressão de proteínas de estresse em
tecido renal.30,31 É importante salientar que a medula
renal expressa altos níveis de Hsp70 em condições
normais e de estresse,30,32,33 sugerindo que esse tecido
esteja adaptado para diversas condições de estresse.
Proteínas de estresse, termotolerância e sua importância
clínica
Termotolerância é o fenômeno biológico no qual a
rápida exposição a um estímulo subletal, seguido de
período adequado de recuperação, confere à célula a
capacidade de resistir ao mesmo estresse em sua dose
letal. Interessantemente, existe um cruzamento entre
os tipos de estresse, ou seja, o tratamento prévio pelo
calor pode proteger contra a depleção de ATP, metais
pesados, etc. Este fenômeno de termotolerância está
intrinsecamente relacionado aos níveis de concentração das Hsps.12,34 A expressão aumentada das Hsps,
induzida por estresse, estímulos não-nocivos e/ou por
vetores de expressão tem se relacionado com significativo aumento da resistência celular de diferentes órgãos aos mais variados fatores de agressão.29,31,35-49
As células da medula interna renal são expostas
rotineiramente à hiperosmolaridade e a baixas tensões
de oxigênio, como conseqüência do mecanismo de
contra-corrente para concentração urinária. A sobrevivência neste meio adverso requer a expressão de genes responsivos ao estresse (mantenedores da integridade celular) e de genes responsáveis pelo acúmulo
de osmóis orgânicos (resposta celular à hiperosmolaridade), como sorbitol, mio-inositol, glicebetaína (betaína), taurina e glicerofosfocolina (GPC).50 Uma das características marcantes dessa região é a expressão
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aumentada e constitutiva de proteínas de estresse
(Hsps).30,32 Surpreendentemente, esta região é raramente
afetada em processos de insuficiência renal aguda.
Portanto, a adaptação crônica ao ambiente hostil presente na medula renal confere às células habilidades
especiais de resposta frente a estímulos lesivos.51
Conclusões
A adaptação celular a estresses adversos envolve a
expressão de proteínas de estresse que funcionam como
chaperones moleculares e são participantes de várias
atividades biológicas essenciais. Considerável atenção
tem sido dada na definição da regulação básica e na
análise detalhada das características desses genes, particularmente daqueles pertencentes à família Hsp70.
Adicionalmente, a expressão aumentada das Hsps está
relacionada a maior tolerância das células a estímulos
adversos. A sensibilidade heterogênea de cada segmento
do néfron aos diversos agentes lesivos pode ser dependente de características celulares intrínsecas, assim
como dos mecanismos envolvidos na adaptação dessas células ao seu meio-ambiente. Portanto, o estudo
do comportamento celular frente ao estresse pode permitir a manipulação dessas respostas, regulando positivamente os fatores que são citoprotetores e deprimindo os citoredutores. Essa estratégia permitirá uma
nova abordagem da insuficiência renal aguda.
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