A apoptose é uma forma programada de morte celular que elimina células indesejadas através de uma cascata rigorosamente regulada de ativação de caspases. É essencial para o desenvolvimento, homeostase tecidual e função imunológica. A desregulação da apoptose contribui para o câncer, doenças autoimunes e neurodegeneração.

Características Morfológicas

As células apoptóticas exibem alterações características. A célula encolhe e se condensa, a cromatina agrega-se contra a membrana nuclear e o núcleo fragmenta-se. A membrana plasmática forma bolhas, e a célula se rompe em corpos apoptóticos contendo fragmentos nucleares e organelas. Os corpos apoptóticos são rapidamente fagocitados por fagócitos sem desencadear inflamação. Isso contrasta com a necrose, onde as células incham, lisam e liberam conteúdo inflamatório.

Caspases

As caspases são proteases de cisteína-aspártico que executam o programa apoptótico. São sintetizadas como zimogênios inativos chamados procaspases e são ativadas por clivagem proteolítica. As caspases iniciadoras, incluindo caspase-8 e caspase-9, são ativadas por dimerização induzida por proximidade em complexos de sinalização. As caspases efetoras, incluindo caspase-3 e caspase-7, são ativadas pelas caspases iniciadoras e executam a fase de demolição.

As caspases efetoras clivam numerosos substratos celulares. Inativam inibidores de DNase, permitindo a fragmentação do DNA. Clivam lâminas nucleares, causando desintegração nuclear. Desestruturam proteínas do citoesqueleto, causando encolhimento celular e formação de bolhas. Clivam ICAD, liberando a nuclease CAD que fragmenta o DNA em unidades nucleossomais.

A Via Extrínseca

A via extrínseca é desencadeada por receptores de morte na superfície celular. O ligante Fas liga-se ao receptor Fas, e o TNF-alfa liga-se ao TNFR1. A ligação do ligante induz a trimerização do receptor e a formação do complexo de sinalização indutor de morte. A proteína de domínio de morte associada a Fas recruta procaspase-8 para o DISC, onde é ativada. A caspase-8 ativa então cliva e ativa caspases efetoras.

Em algumas células, a caspase-8 também cliva Bid, uma proteína BH3-only, gerando Bid truncado que engaja a via mitocondrial. Este ciclo de amplificação é importante em células tipo II, onde a ativação de caspase-8 é insuficiente para ativar diretamente caspases efetoras suficientes. As proteínas FLIP inibem a ativação de caspase-8 no DISC e são alvo de alguns vírus para prevenir a apoptose de células infectadas.

A Via Intrínseca

A via intrínseca ou mitocondrial é regulada pela família de proteínas Bcl-2, que controlam a permeabilização da membrana externa mitocondrial. A família inclui proteínas pró-apoptóticas BH3-only como Bid, Bad e Bim que detectam estresse celular, proteínas efetoras pró-apoptóticas Bax e Bak que formam poros, e proteínas anti-apoptóticas Bcl-2, Bcl-xL e Mcl-1 que inibem Bax e Bak.

Sinais de estresse celular incluindo dano ao DNA, privação de fator de crescimento e ativação oncogênica induzem proteínas BH3-only. As proteínas BH3-only neutralizam as proteínas Bcl-2 anti-apoptóticas e ativam diretamente Bax e Bak. Bax e Bak ativados oligomerizam na membrana mitocondrial externa, formando poros que liberam citocromo c e outras proteínas do espaço intermembrana.

O Apoptossomo

O citocromo c liberado no citosol liga-se ao fator-1 ativador de protease apoptótica, que oligomeriza para formar o apoptossomo. Esta estrutura em forma de roda recruta procaspase-9, promovendo sua ativação por dimerização. A caspase-9 ativa então ativa a caspase-3 e caspase-7, executando o programa apoptótico. A proteína inibidora de apoptose ligada ao X liga-se e inibe a caspase-9 e caspases efetoras. Smac-DIABLO, também liberado das mitocôndrias, neutraliza as IAPs.

Regulação da Apoptose

p53 é um regulador central da apoptose, induzido por dano ao DNA e estresse oncogênico. Ativa a transcrição de membros pró-apoptóticos da família Bcl-2 incluindo PUMA, Noxa e Bax. p53 também tem atividades pró-apoptóticas independentes de transcrição. A perda da função de p53 no câncer remove esta barreira apoptótica crítica.

Sinais de sobrevivência ativam a sinalização PI3K-AKT, que fosforila e inativa Bad, promove a expressão de Mcl-1 e inativa os fatores de transcrição FOXO que induzem genes pró-apoptóticos. A via NF-kappaB induz proteínas anti-apoptóticas incluindo Bcl-xL, c-FLIP e IAPs.

Apoptose na Doença

No câncer, a apoptose é suprimida através de múltiplos mecanismos. Bcl-2 é superexpressa no linfoma folicular devido a uma translocação cromossômica. As IAPs são frequentemente reguladas positivamente. p53 é mutado em mais da metade dos cânceres. Esses defeitos contribuem para a quimiorresistência. Mimetizadores de BH3 como venetoclax, um inibidor de Bcl-2, transformaram o tratamento da LLC.

A apoptose excessiva contribui para doenças neurodegenerativas. Na doença de Alzheimer, peptídeos beta-amiloide induzem apoptose em neurônios. A excitotoxicidade no acidente vascular cerebral ativa vias apoptóticas. Em doenças autoimunes, a apoptose defeituosa de linfócitos autorreativos contribui para a autoimunidade.

Outras Formas de Morte Celular

A necroptose é uma forma programada de necrose mediada por RIPK1, RIPK3 e MLKL. É desencadeada quando a caspase-8 é inibida, servindo como mecanismo de morte celular de reserva. A necroptose libera padrões moleculares associados a danos que ativam respostas imunes. A piroptose é uma forma altamente inflamatória de morte celular programada desencadeada por inflamassomas, envolvendo formação de poros por gasdermina D e liberação de IL-1-beta.