Morte Celular Programada. Morte Celular Programada I

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1 Morte Celular Programada Morte Celular Programada I Prof a. 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 First recognition that cell death is a normal component of animal development. Glücksmann, A. Cell death in normal vertebrate ontogeny. Biol. Rev. 29, (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

2 A Morte Celular Programada é necessária na destruição de estruturas. Alzheimer Parkinson Controlar o número de células Doenças de Prion Células em excesso são geradas durante o desenvolvimento do sistema nervoso. Estas células morrem por morte celular programada Huntington Ex: humanos e camundongos: tecido mamário em machos. Excesso de morte celular: doenças neurodegenerativas 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.. pigmentadas da retina,...) Inibição da morte celular programada e tumorigênese. Morte Celular Programada - na destruição de estruturas ( cauda do girino, Tecido mamário em machos,...) - na eliminação de célula Anormais (lesão no DNA, Infectadas,...) Kerr et al necrose Necrose x Apoptose apoptose necrose Kerr et al Necrose x Apoptose apoptose Características da necrose: - aumento do volume do citoplasma; - destruição de organelas; - rompimento da memb. Plasmática com extravasamento do conteúdo intracelular; - reação inflamatória. 2

3 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 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

4 Programa genético para indução de Apoptose ANI CHX ANI CHX APOPTOSE Act D Act D Genes Pró-apoptóticos Genes Anti-apoptóticos CASPASES: Alvos de 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: Inibidor de (Caspase-Activated DNAse degradado DNAse) por caspases Ativação de Caspases Efetoras 4

5 Ativação de Caspases Efetoras Caspases iniciadoras (caspase( caspase-9, caspase-8): Ativação por dimerização Vias Extrínseca de ativação da Caspases 1 RECEPTOR DE MORTE Death Inducing Signalling Complex Ligante extracelular (FasL,, TRAIL, TNF-alfa alfa). Receptor de Morte caspase-3 caspase-8 Proteína adaptadora Dímero de Caspase-8 APOPTOSIS Formação do complexo DISC com recrutamento e ativação de caspases iniciadoras. Via Intrínseca, mitocondrial, de ativação da Caspases CITOCROMO C ENDONUCLEASE G SMAC/DIABLO caspase-3 caspase-9 CITOCROMO C AIF OMI/HTRA2 APOPTOSIS MOMP (mitochondrial( outer membrane permeabilization) 5

6 Cell.. Vol , 413, August 8, Apaf-1, a Human Protein Homologous to C. Elegans CED-4, Participates in Cytochrome C-Dependent Activation of Caspase-3 Zou,, H. et al Apoptotic Protease Activating Factor-1 Cell Vol 91, , 489, November 14, 1997 Cytochrome c and datp-dependent Formation of Apaf-1/ 1/Caspase-9 Complex Initiates na Apoptotic Protease Cascade Peng,, Li Apaf-3 was identified as a member of the caspase Family, caspase-9. Fenótipo semelhante de knockout para caspase-3, caspase-9 9 ou Apaf-1. Brain Hyperplasia E16,5 Caspase 3 ativada: rosa Bisbenzimida (DNA): azul E 15 VIAS DE ATIVAÇÃO DE CASPASES 1 RECEPTOR DE MORTE 2 caspase-8 Liberação Como de citocromo ocorre a C da mitocôndria é controlada liberação de citocromo C por proteínas da Família Bcl-2 da mitocôndria? caspase-9 caspase-3 Filme APOPTOSE 6

7 Classificação da família Bcl-2: de acordo com domínios conservados Proteínas Pró-apoptóticas e Bak formam oligômeros na membrana mitocondrial externa permitindo a saída de citocromo C da mitocôndria para o citoplasma Bcl-2 Bcl-2 Morte celular sobrevivência Bcl-2 2 bloqueou condensação da cromatina induzida por tunicamicina Bcl-2 2 bloqueou condensação da cromatina induzida por tunicamicina 7

8 Família Bcl-2 é composta por membros PRO e ANTI-apoptóticos Proteínas BH3 BH3-only são pró-apoptóticas Archives of Biochemistry (anti-apoptóticos) and Biophysics 462 (2007) BH3-only proteins trigger cytochrome c release, but how? Georg Häcker, Arnim Weber.? Bad Bad Bcl-2 Bcl-2 sobrevivência Morte celular Interações dos membros da Família Bcl-2 2 regulam a sobrevivência e morte celular 8

9 Proteínas da Família Bcl-2 moduladas por fosforilação MECANISMOS MOLECULARES DE CONTROLE DA FAMÍLIA Bcl-2 Bad Bad Bcl-XL AKT/PKB PKA Bad Bad P P Bcl-XL Morte celular sobrevivência Sinais extracelulares regulam a expressão de genes da família Bcl-2 Ex: Bim pode ser fosforilada pela ERK Neurotrofinas, citocinas P Foxo3a Bim Sobrevivência ERK fosforila Bim e Não ocorre apoptose Ausência de suporte trófico Foxo3a Bim Morte celular - Suporte Trófico ativa via da Pi3K-PDK PDK-PKB/AKTPKB/AKT - PKB/AKT fosforila Foxo3a e o mantém inativado. - Na ausência de suporte trófico ocorre desfosforilação do fator de transcrição Foxo3a - Foxo3a ativa a transcrição de Bim (pró-apoptótica). 9

10 Proteínas da Família Bcl-2 2 Moduladas por Clivagem Cross-talk entre via intrinseca e via extrinseca P53 + P53 + Noxa p53 P53 + Puma Pró-apoptóticos Morte celular IAP Inibidores de apoptose IAP Inibidores de apoptose MORTE CELULAR PROGRAMADA ATIVADA PELA 10

11 CITOCROMO C CITOCROMO C SMAC/DIABLO SMAC/DIABLO ENDONUCLEASE G ENDONUCLEASE G AIF OMI/HTRA2 AIF OMI/HTRA2 MOMP (mitochondrial( outer membrane permeabilization) MOMP (mitochondrial( outer membrane permeabilization) Morte Celular Programada ativada pela Mitocôndria CITOCROMO C ENDONUCLEASE G SMAC/DIABLO AIF OMI/HTRA2 MOMP (mitochondrial( outer membrane permeabilization) CITOCROMO C ENDONUCLEASE G SMAC/DIABLO 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 anti-apoptótica apoptótica AIF OMI/HTRA2 A endonuclease G degrada o DNA sem ocorrer ativação de CAD (caspaseactivated DNAse). 11

12 1 RECEPTOR DE MORTE 2 Ausência Tunicamicina, de caspase-12, um indutor bloqueia de estresse degeneração retículo Endoplasmático, induzida morte por tunicamicina celular programada nos rins Caspase 12 +/- Caspase 12 -/- caspase-8 3 caspase-9 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO caspase-3 APOPTOSE Caspase-12 TUNEL Em humanos: caspase-4 e Bak regulados por proteínas da família Bcl-2 (anti-apoptóticos) Via do RE: - e Bak também podem se localizar no RE. MEF BAX -/- e BAK -/- Não tem clivagem de procaspase-12 Após 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 1 RECEPTOR DE MORTE 2 caspase-8 caspase-9 3 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO caspase-3 APOPTOSE Caspase-12 12