miniaturadaimagem|499x499px|Etapas do processo de Apoptose A morte celular programada ou apoptose celular (do grego apoptosis, de apo - “de, desde” - e ptosis - “queda” -, numa referência à queda das folhas das árvores) é imprescindível para o desenvolvimento dos animais. Nos tecidos de um ser humano saudável, a cada dia, bilhões de células (de um total de aproximadamente 37 trilhões e 200 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.
Em geral, a morte celular em animais ocorre por apoptose, sendo um dentre vários mecanismos de controle celular. Após modificações morfológicas características – como condensação e encolhimento, colapso do citoesqueleto, dissolução do envelope nuclear e fragmentação da cromatina –, células morrem por apoptose. Como a superfície da célula ou de seus pedaços – corpos apoptóticos – são alterados, os macrófagos rapidamente fagocitam tais estruturas. Entre as funções da apoptose, destaca-se a eliminação de células desnecessárias (ex.: degradação das membranas interdigitais) e/ou defeituosas.
Nem todas as células morrem por apoptose; portanto, o processo de apoptose não é sinônimo de morte celular. A morte celular pode ocorrer de várias maneiras, e uma delas é a apoptose, que é uma morte programada, também tratada como suicídio celular. Outra maneira muito frequente de morte celular é a necrose. Esta é uma morte acidental de células animais – processo chamado de necrose celular – , desencadeada após trauma, falta de suprimento sanguíneo, injúria aguda, dentre outras. As células necrosadas se expandem e sofrem lise, espalhando, assim, seu conteúdo nas vizinhas e acarretando uma resposta inflamatória, diferentemente da apoptose.
Processos fisiológicos e morfológicos similares à apoptose animal também ocorrem em plantas, durante o desenvolvimento (nas células do xilema) e na senescência de folhas e flores, bem como em interações com patógenos e parasitas e sob estresse ambiental, mas nas plantas não há fagocitose (o vacúolo em geral cumpre tal função) e nem caspases (proteínas exclusivas dos animais, explicadas a seguir nos Mecanismos Apoptóticos), e ainda não há consenso se os processos genéticos são os mesmos, já que os genes causadores podem ser outros; os genes se conservaram dos nematódeos aos humanos, entre os animais, mas parecem diferentes nos vegetais, que só produzem proteases distintas das caspases. Processos fisiológicos similares à apoptose animal ainda acontecem em organismos unicelulares, incluindo leveduras e bactérias.
Mecanismos Apoptóticos miniaturadaimagem|Principais vias da apoptose. Traduzido e adaptado de Elmore, S. (2007). 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).
As caspases são sintetizadas com precursores inativos, ou procaspases, que são ativadas por clivagem proteolítica. Algumas procaspases podem se agregar e autoativar. Uma vez ativadas, as caspases podem ativar outras procaspases, de forma que essa cascata proteolítica amplifica a via de sinalização da apoptose e leva a uma rápida morte celular. Uma vez que as caspases são inicialmente ativadas, o processo de morte celular programada parece se tornar irreversível.
As procaspases que atuam no início da cascata proteolítica são as iniciadoras (caspase-2,-8,-9,-10), que quando ativadas, clivam e ativam as executoras (caspase-3,-6,-7) e outras proteínas-alvo na célula. As caspases executoras atuam, por exemplo, na clivagem de lâminas nucleares, um processo irreversível. Ademais, essas proteínas ativam, de maneira indireta, endonucleases, que digerem o DNA no núcleo da célula. Outros alvos são os componentes do citoesqueleto e proteínas de adesão célula-célula. A cascata de caspases é um processo irreversível, destrutivo, autoamplificador e que apresenta duas vias principais de sinalização: via extrínseca e intrínseca, mas também pode ser ativada pela via perforina-granzima.
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.
Um exemplo que ilustra esse mecanismo é a ativação de FasR pelo seu ligante FasL (similar também ao modelo TNF-α/TNFR1), que estimula os domínios de morte a recrutar proteínas adaptadoras intracelulares (FADD, no caso da ligação Fas, e TRADD no caso da ligação TNF) que, uma vez recrutadas, reúnem procaspases iniciadoras (procaspase-8, no caso da ligação Fas), formando o complexo de sinalização indutor de morte (DISC, death-inducing signaling complex). A partir desse complexo, os domínios “pro” das procaspases iniciadoras são clivados e essas proteínas, então, são dimerizadas, tornando-se ativas. Após esse processo, as caspases iniciadoras podem ativar as procaspases executoras ao clivar o domínio “pro” destas. A célula pode acionar ainda mecanismos intrínsecos a fim de amplificar a cascata de caspases e, assim, tornar a apoptose mais efetiva.
Algumas células apresentam maneiras de inibição e controle da via extrínseca. Ela pode ser inibida pela proteína c-FLIP, que se liga ao FADD e à caspase-8, intativando-as e impedindo que a cascata siga para a via de execução. Outra proteína, chamada Toso, também bloqueia a apoptose induzida por Fas em células T ao inibir a caspase-8.
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.
O primeiro grupo consiste de citocromo c, Smac/DIABLO e a protease HtrA2/Omi. Essas proteínas ativam as vias dependentes de caspases: o citocromo c se liga à e ativa Apaf-1 e a procaspase-9, formando um complexo chamado apoptossomo, que resulta na ativação da caspase-9; já as outras duas promovem a apoptose ao inibir a atividade de inibidores de proteínas da apoptose (IAP - Inhibitors of apoptosis proteins).
O segundo grupo de proteínas proapoptóticas AIF, endonuclease G, e CAD, são liberadas pela mitocôndria durante a apoptose somente após o processo se tornar irreversível (ou seja, quando a célula já está fadada a morrer) e estão relacionadas com processos de gramentação e condensação da cromatina.
Essa via é regulada pelas proteínas da família Bcl2 (extremamente conservada ao longo do caminho evolutivo humano), que a controla rigidamente para evitar que o processo apoptótico se inicie por acaso e o organismo perca uma célula saudável. As proteínas da família Bcl-2 controlam a permeabilidade da membrana mitocondrial e é composta por duas subfamílias: as proapoptóticas (que inclui Bcl-10, Bax, Bak, Bid, Bad, Bim, Bik e Blke) as antiapoptóticas (que inclui Bcl-2, Bcl-x, Bcl-XL, Bcl-XS, Bcl-w e BAG). A primeira subfamília é responsável por estimular o processo apoptótico permitindo a saída mais fácil do citocromo c para o citoplasma, além de outras proteínas mitocondriais intermembranares. Já a segunda família tem ação contrária, impedindo que as proteínas intermembranares sejam expulsas para o citosol.
O balanço entre as duas subfamílias proteicas é crucial para que o processo de apoptose não se inicie ao acaso, já que elas tem a capacidade de se auto-anular, interagindo entre elas mesmas, formando heterodímeros (proapoptótica + antiapoptótica = inatividade).
As proapoptóticas são subdivididas em duas subfamílias (BH123 e BH3-apenas). As proteínas BH3-apenas, sendo a maior subfamília da família Bcl2, são responsáveis pela inibição das antiapoptóticas e, algumas vezes, pela polimerização das Bak e Bax (proteínas proapoptóticas). São elas as primeiras proteínas ativadas com o sinal apoptótico, sendo que proporcionam a ativação e inativação das outras proteínas, de acordo com a necessidade celular de vida ou de morte. Elas, também, são responsáveis por fazer a conexão entre o sinal apoptótico e a via intrínseca da apoptose celular. No caso, por exemplo, de dano irreparável no DNA, o gene p53 (gene supressor de tumor codificador de uma proteína de 53kDa) produz uma proteína que se acumula e ativa as BH3-apenas Puma e Noxa, que disparam a via intrínseca da apoptose, impedindo a propagação do erro no material genético
Além disso, as BH3-apenas são as responsáveis por ligar o processo extrínseco com o intrínseco, já que, em alguns casos, o processo apoptótico extrínseco recruta o intrínseco para potencializar a cascata de ativação das caspases. A BH3-apenas responsável por esse link é a Bid.
Com a ativação dos receptores apoptóticos da superfície da membrana plasmática, ocorre a ativação da caspase 8 (caspase iniciadora), ela cliva a BH3-apenas Bid que adquire a forma tBid; esta forma vai em direção à membrana externa da mitocôndria e passa a realizar a inativação de proteínas Bcl2 antiapoptóticas, permitindo a oligomerização das proteínas BH123 e a consequente liberação do citocromo C para o citosol.