II Overview of Morphology and Molecular Events of Apoptosis
Apoptotic cell death can be divided into four sequential stages: initiation, decision to die, execution, and engulfment. Uma série de tensões celulares podem iniciar a apoptose pela ativação de vias de sinalização intracelulares ou a liberação de segundos mensageiros. Alguns exemplos de desencadeadores de morte celular são radiação ionizante, medicamentos quimioterapêuticos, hipertermia, e privação do fator de crescimento., Moléculas apresentadas por outras células, tais como o ligando Fas (FasL) e o Fator de necrose tumoral (TNF), também podem induzir apoptose nas células que possuem os receptores apropriados. Uma célula pode receber uma variedade de sinais simultaneamente, incluindo sinais de proliferação e morte celular. Em resposta a estes sinais, uma célula deve avaliar a sua situação e decidir se deve cometer suicídio por apoptose. As principais moléculas reguladoras nesta fase são membros da família de proteínas Bcl-2 (Branco, 1996; Yang e Korsmeyer, 1996), embora o mecanismo de sua ação não seja totalmente compreendido., Uma vez que uma célula tomou a decisão de morrer, moléculas que atuam como executores são ativadas. Em todos os tipos de apoptose estudados, em uma variedade de organismos multicelulares, os executores incluem proteases citosólicas, a maioria das quais pertencem a uma família chamada caspases (Nicholson and Thornberry, 1997; Alnemri, 1997). Estas proteases atacam proteínas celulares específicas, resultando na destruição irreversível de processos e estruturas celulares críticos., Na fase final da apoptose, os restos da célula moribunda são reconhecidos, engolidos e degradados, seja por uma célula vizinha ou por um macrófago.
as alterações morfológicas associadas à apoptose são distintas e bem caracterizadas (Wyllie, 1987; Darzynkiewicz et al., 1997). As células submetidas a apoptose rapidamente encolhem e condensam, afastando-se das células vizinhas. Como resultado da perda do volume citoplásmico, a membrana plasmática forma blebs e protrusões, dando à célula um olhar de bolhas., Um rápido aumento na concentração intracelular de íon cálcio também é comumente observado (Schwartzman e Cidlowski, 1993). A membrana nuclear acumula-se e a cromatina condensa-se e agrega-se em formas densas e crescentes perto da membrana nuclear. A condensação de cromatina está associada a clivagem de cadeia dupla do DNA por uma ou mais endonucleases nucleares (Wyllie et al., Montague and Cidlowski, 1996) and degradation of the nuclear lâmina by proteases (Lazebnik et al., 1995).a degradação do ADN durante a apoptose ocorre num padrão preciso e reprodutível (Wyllie et al.,, 1992; Montague and Cidlowski, 1996). Inicialmente, o DNA cromossômico é dividido em grandes segmentos de cerca de 50-300 kilobases (Oberhammer et al., 1993). Na maioria, mas não em todos, casos de apoptose, estes domínios são depois digeridos em fragmentos menores por clivagem entre nucleossomas. A separação do ADN dos núcleos apoptóticos pela electroforese em gel de agarose produz um padrão característico destes fragmentos mono ou oligonucleossómicos em múltiplos de 185-200 pares de base (bp), descritos como uma escada de ADN (Tilly e Hsueh, 1993)., As endonucleases responsáveis por esta fragmentação do DNA não foram convincentemente identificadas, embora vários candidatos tenham sido sugeridos (Montague e Cidlowski, 1996). Alguns estudos têm sugerido um papel para a DNase I ou II, mas estas enzimas não estão normalmente localizadas no núcleo. Talvez um melhor candidato seja uma endonuclease dependente de 18 kD Ca2 +/Mg2 + chamada NUC18 que foi isolada a partir de extratos nucleares apoptóticos e descobriu-se ser altamente homóloga para ciclofilina A. NUC18 pode ser responsável pela clivagem de DNA em 50 fragmentos de kD., Além disso, foi identificada uma nova endonuclease 95 kD Ca2 +/Mg2 +–dependente que está ativa durante a apoptose (Pandey et al., 1997). Uma proteína chamada fator de fragmentação do DNA(DFF) que parece ativar a endonuclease apoptótica também foi isolada a partir de células HeLa (Liu et al., 1997).as alterações nas mitocôndrias das células apoptóticas precedem a condensação celular e a desintegração nuclear e podem ser um evento inicial essencial na apoptose (Petit et al., 1996; Kroemer, 1997). As mitocôndrias exibem uma despolarização no potencial de membrana (Δψm) (Marchetti et al.,, 1996; Zamzami et al., 1995b; Zamzami et al., 1996), que parece ser devido à abertura de poros de permeabilidade mitocondrial (MPT) (Zoratti e Szabo, 1995). As proteínas libertadas da mitocôndria apoptótica para o citoplasma pouco antes ou logo após o MPT são capazes de induzir condensação de cromatina e fragmentação de DNA (Liu et al., 1996; Susin et al., 1996; Zamzami et al., 1996).
A célula moribunda divide-se em várias partes circundantes de membranas chamadas corpos apoptóticos que são fagocitose e degradada por células fagocíticas (Savill et al., 1993; Hart et al.,, 1996). Células epiteliais, células endoteliais e fibroblastos adjacentes a locais de apoptose podem envolver corpos apoptóticos. Vários estudos demonstraram também que os macrófagos” profissionais ” são recrutados para locais de morte celular e são responsáveis por grande parte da fagocitose de corpos apoptóticos (Hopkinson-Woolley et al., 1994; Camp and Martin, 1996). Este envolvimento previne uma resposta inflamatória da fuga de detritos celulares para espaços intercelulares., As células apoptóticas exibem uma gama de sinais para atrair fagócitos, incluindo alterações nas moléculas da superfície celular, tais como açúcares, lípidos e proteínas. Embora o reconhecimento fagocítico das células apoptóticas seja um processo crítico e um campo ativo de pesquisa, detalhes deste evento final na apoptose estão além do escopo desta revisão.
os acontecimentos celulares da apoptose contrastam com os da necrose, embora ambos eventualmente resultem na morte da célula (Darzynkiewicz et al., 1997)., A necrose, ou morte acidental das células, é caracterizada por uma morte rápida, quase instantânea de uma célula devido a uma lesão catastrófica. As células necróticas incham para um grande volume, exibindo um aumento dramático no volume mitocondrial. A membrana plasmática é perturbada e o conteúdo celular é liberado, produzindo tipicamente uma resposta inflamatória que danifica as células vizinhas. A degradação do DNA às vezes ocorre durante a necrose; no entanto, os locais de clivagem são aleatórios, resultando em uma gama completa de tamanhos de fragmentos., Exemplos de morte celular podem ser claramente distinguidos como necrótico ou apoptótico, mas em alguns casos uma célula moribunda exibe características de ambos os processos.
O termo morte celular programada (PCD) é comumente usado para descrever o desaparecimento de células durante o desenvolvimento normal de um organismo. Na maioria dos casos, mas não em todos, o PCD procede pelo mesmo processo estereotipado como apoptose; portanto, os Termos apoptose e PCD são muitas vezes usados indistintamente. Uma prática alternativa é definir o termo apoptose como descritivo de um dos mecanismos de PCD., Ao longo deste capítulo, usamos o termo apoptose para descrever a morte celular induzida por tensões extra-celulares anormais e o termo PCD para indicar a morte de células apoptóticas que é desenvolvidamente predestinada e normalmente ocorrendo.