APOPTOZA:

Universitatea de tiine Agricole i Medicin Veterinar

Ion Ionescu de la Brad Iai

Apoptoza

(moartea celular programat)

Moldovanu Mihaela-Amalia

802B

ef lucrri Dr. Aurelian-Sorin Paca

APOPTOZA

Apoptoza este un proces nnscut, conservat din punct de vedere evolutiv, prin care

celulele sistematice i inactiveaz, dezasambleaz i i degradeaz propriile componente structurale i funcionale pentru desvrirea propriului lor deces. Acest proces poate fi activat intracelular printr-un program de dezvoltare definit genetic sau extracelular prin intermediul proteinelor endogene, citokinelor i hormonilor ca i de componente xenobiotice, radiaii, stresul oxidativ i hipoxia. Abilitatea unei celule de a intra n apoptoz ca raspuns la un semnal de moarte depinde de statusul su proliferativ, poziia ciclului celular i de expresia controlat a genelor care promoveaz, inhib i afecteaz programul de moarte. Reglarea strict a acestor parametri modulatori ai morii trebuie meninut pentru asigurarea contextului fiziologic favorabil apariiei apoptozei. Apoptoza sau moartea celular programat reprezint mecanismul fiziologic al morii celulelor organismelor n dezvoltare (embriogeneza i creterea normal). Un exemplu este cheratinizarea stratului superficial al epidermului ce implic moartea celular programat. Apoptoza, se folosete n cazul morii celulare patologice care are ca i prim caracteristic ratatinarea celular (shrinkage). Apotoza apare ntr-un numr foarte mare de procese patologice, incluznd: boli virale precum febra galben la om, involuia glandelor ca urmare a obstruciei ductelor, distruciile imunologice cauzate de limfocitele T i unele injurii produse de substane chimice i medicamente.

Apoptoza versus necroza

Moartea celular poate fi accidental sau programat ntr-un organism multicelular.

Necroza poate fi descris ca i colapsul metabolic celular si apare cnd celula nu-i

mai poate menine homeostazia ionic. Pe msur ce nivelurile de ATP se epuizeaz i

gradientul ionic transmembranar se disip, celulele se umfl i organitele intracelulare se

dilat. Iniial se observ nmuguriri reversibile ale membranei, modificri timpurii n

conformaia i funcia mitocondriilor i celula devine rapid incapabil de a menine

homeostazia. Depsind un prag, procesul devine ireversibil. Membrana celular poate deveni situsul major al alterrilor pierzndu-i astfel capacitatea de reglare a presiunii osmotice, celula se umfl i crap. Deteriorrile membranelor interne permit eliberarea enzimelor lizozomale, coninutul celulei este mpratiat n spaiul tisular nconjurtor i provoac un rspuns inflamator nespecific.

Necroza este indus tipic de modificri extreme n mediul nconjurtor al celulei, ce

determin leziuni severe i brute, provocate de exemplu de ischemie, hipertermie meninut sau traume fizice sau chimice. Se presupune c necroza nu este influenat genetic.

Apoptoza este o form de moarte celular n care procesul este mult mai subtil.

Este adesea echivalat cu moartea celular programat, dar este bine s meninem cele dou concepte distincte - cel morfologic i cel escatologic. Apoptoza se refer la o serie de modificri morfologice pe parcursul procesului de moarte celular, modificri diferite de cele observate n necroz, fiind asociat cu procesul normal de reglare a esuturilor.Mecanismele apoptozei

Unele mecanisme sunt iniiate de diveri mediatori ai inflamaiei cum sunt factorul de necroz tumoral (TNF) i ligandul Fas (FasL). Altele implic privarea de factori de cretere, lezarea mitocondriilor sau a ADN-ului, sau stimulare imun.

Procesul apoptozei poate fi mprit n 2 etape: prima de iniiere, n care caspazele devin active, i a doua de execuie, n care aciunea acestor enzime va cauza moartea celulei.

Iniierea apoptozei, este n principal controlat prin semnale de la 2 ci distincte, dar convergente: una extrinsec sau receptor iniiat, i a doua intrinsec, calea mitocondrial.

Calea extrinsec, receptor-iniiat: implic activarea receptorilor de pe suprafaa celulelor, responsabili de moartea celular. Aceti receptori fac parte din familia receptorilor factorului de necroz tumoral - TNF, care corespund unor zone citoplasmatice implicate n interaciunea proteine-proteine, i care sunt denumite arii sau zone ale morii deoarece sunt responsabile de emiterea semnalelor apoptozei. Cel mai cunoscut receptor al morii este factorul de necroz tumoral 1 (TNF 1) i o protein asociat Fas (CD95), dar au mai fost descrii i ali factori. Aceast cale a apoptozei poate fi blocat de ctre o protein FLIP. Unele virusuri i chiar celule normal produc aceast protein FLIP i folosesc acest inhibitor pentru a proteja celulele infectate sau celulele normale de apoptoza indus de Fas.

Calea intrinsec, mitocondrial: aceast cale este rezultatul creterii permeabilitii mitocondriale i eliberarea n citoplasm a moleculelor pro-apoptotice fr implicarea receptorilor morii. Factorii de cretere sau ali stimuli necesari pentru supravieuirea celulei stimuleaz producia unor proteine anti-apoptotoce din familia Bcl-2. Sunt aproximativ 20 de proteine n aceast familie, toate cu funcii n reglarea apoptozei; principalele 2 cu rol antiapoptotic fiind Bcl-2 si Bcl-x. Aceste proteine sunt localizate n mod normal n membrana mitocondriilor i n citoplasm. Cnd celulele sunt lipsite de stimulii de cretere sunt supuse diverilor factori de stres Bcl-2 i Bcl-x se desprind de la nivelul membranei mitocondriale fiind nlocuite de proteine pro-apopototice din familiile Bax, Bak sau Bim. Odat cu pierderea Bcl-2/Bcl-x crete i permeabilitatea membranei mitocondriale cu eliberarea n citoplasm a unor proteine capabile s activeaz cascada caspazelor. Una din aceste proteine este citocromul c cu rol n respiraia mitocondrial. n citosol citocrom c se leag de o protein numit Apaf-1 (apoptosis activating factor 1) iar acest complex va activa caspaza 9. (Bcl-2/Bcl-x pot inhiba direct activarea Apaf-1, i astfel pierderea lor este un este unul din factorii care permit proteinei Apaf-1). Celelalte proteine mitocondriale, cum este de exemplu AIF (apoptosis inducting factor), ptrund la rndul lor n citoplasm unde neutralizeaz numeroi factori inhibitori ai apoptozei, care n mod normal inhib activarea caspazei. Astfel esena mecanismului intrinsec este echilibrul dintre moleculele proapoptotice i moleculele cu rol protector care regleaz permeabilitatea mitondriilor i eliberarea factorilor inductori ai morii celulare care n mod normal sunt sechestrai n mitocondrii.

Desi cele 2 ci (intrinsec i extrinsec ) au fost descrise separat, ca i 2 ci distincte, n foarte multe cazuri se ntampl ca cele 2 s se intersecteze sau s se suprapun. n hepatocite, Fas activeaz o protein proapoptotic din familia Bcl, numit Bid, care ulterior va activa calea mitocondrial.

Faza de execuie: Faza final a apoptozei este mediat de cascada proteolitic, spre care toate mecanismele iniiate converg. Proteazele care mediaz faza de execuie fac parte din familia caspazelor, termenul caspaz devind din 2 proprieti importante ale acestei familii de enzime: c se refer la o proteina cisteinic (protein care conine cistein la locul de activare) i aspaza care se refer la capacitatea unic a acestor enzime de a cliva acidul aspartic rezidual. Familia caspazelor, care include deja mai mult de 10 membrii sunt mprite, din punct de vedere funcional n 2 grupuri de baz: unul de iniiere i altul de execuie, depinznd de ordinea n care acestea sunt activate n timpul apoptozei. Caspezele de iniiere sunt reprezentate de caspaza 8 i 9 , iar cele de execuie sunt reprezentate de 3 i 6. Ca i alte proteaze, caspazele se gsesc n celule sub form inactivat ca i proenzime sau zimogeni, i trebuie s treac printr-un proces de activare (clivare) pentru a inia apoptoza. Caspazele au situs-ul lor de clivare care poate fi hidrolizat nu numai de ctre alte caspaze dar i autocatalitic. Dupa ce una din caspazele de iniiere sunt activate, moartea celular este declanat prin activarea rapid i secveniala a celorlalte caspaze. Caspazele de execuie acioneaz asupra tuturor componentelor celulare, ele cliveaz citoscheletul i proteinele matricei nucleare i astfel, determin dezintegrarea citoscheletului i ditrugerea nucleului. n nucleu, caspazele au ca i int proteinele implicate n transcripia i replicarea ADN-ului.

Aspectele morfologice ale apoptozei

Pe parcursul fazei de execuie, apar modificri morfologice i biochimice coordonate n interiorul nucleului, citoplasmei, organitelor i membranei plasmatice. Modificrile morfologice care se observa cel mai uor sunt cele care apar n interiorul nucleului. Cromatina condenseaz i formeaz agregate de-a lungul periferiei nucleare relevnd un model conformaional semilunar, fragmente din acestea pot fi observate n fagocitele din jur. Deoarece celulele apoptotice sunt de cele mai multe ori izolate, modificrile macroscopice i chiar i cele microscopice sunt greu sau imposibil de observat. Iar din moment ce fragmentele celulare sunt fagocitate sub form de vezicule delimitate de membrane celulare, fagocitele apar n jurul celulelor apoptotice dar fr restul modificrilor inflamatorii locale care apar n necroze.

Dei au fost discutate separat, necroza i apoptoza pot fi observate n aceleai esuturi deoarece sunt produse de aceiai ageni. De exemplu, injuriile celulare datorit aciunii unor substane chimice pot modifica permeabilitatea mitocondrial cu eliberarea intracitoplasmatic a citocromului c i astfel apoptoza este iniiat. Sau celulele cu leziuni mitocondriale mai extinse pot muri prin degenerescen hidropic sau necroz.

Modificrile histopatologice sunt:

Celule izolate sunt ratatinate

Cromatina este condensat

Citoplasma fragmentat

Muguri citoplasmatici, care adesea conin fragmente de nucleu, se formeaz la suprafaa celulei, care se vor separa i vor fi fagocitai sub forma de corpi apoptotici

Inflamaia e absent

Biochimia apoptozei

Biochimic, n celul are loc reducerea sintezei de ARN i proteine urmat de degradarea lor, dar sincronizarea acestor evenimente n raport cu modificrile morfologice nu este nca bine caracterizat. Dei apoptoza este un proces opus necrozei, reprezentnd calea fiziologic de moarte celular, poate fi de asemenea provocat de stimuli patologici. n general, orice stimul ce produce necroza prin distrugere celular direct poate induce apoptoza, n cazul n care celula iniial supravieuiete. n acest sens, apoptoza reprezint un rspuns celular coordonat la stimuli vtmtori care nu sunt imediat letali.

Totui, timpuriu, n apoptoz, n multe tipuri celulare apare o cretere susinut a nivelului de calciu ionizat citosolic. Calciul, poate activa latent enzime care contribuie la modificrile structurale din cursul apoptozei. Aceste enzime includ o endonucleaz nuclear calciu dependent care cliveaz invariabil ADN i o transglutaminaz care crosslinkeaz proteine citosolice. Proteazele calciu dependente (calpaina) degradeaz

citoscheletul.

n general, procesul apoptotic are nevoie de energie sub forma de ATP, reclamsinteza activ a ARN-ului i proteina depinde de tipul celular i stimulul apoptotic. n limfocitele mature, agenii care inhib ARN-ul sau sinteza proteic n general duc la blocarea apoptozei; din contr, n neutrofilele imature i n unele linii celulare leucemice, aceeai compui amplific apoptoza.