Morte celular programada e como esta é diferente da necrose (morte celular devido a lesão).

Pontos Principais:

  • Apoptose é uma forma de morte celular programada, ou "suicídio celular". É diferente de necrose, na qual as células morrem por causa de uma lesão.
  • A apoptose é um processo ordenado, no qual o conteúdo da célula é compactado em pequenos pacotes de membrana para a "coleta de lixo" pelas células do sistema imunológico.
  • A apoptose remove as células durante o desenvolvimento, elimina as células potencialmente cancerosas e infectadas por vírus, e mantém o equilíbrio no corpo.

Video: Visão geral da apoptose

Introdução

Você pode imaginar que a morte celular seja algo ruim para as células em seu corpo. Em muitos casos, isso é verdade: não é algo bom que as células morram por causa de uma lesão (por exemplo, de um arranhão ou um produto químico). No entanto, também é importante que algumas células de nosso corpo possam morrer – não aleatoriamente, mas de forma cuidadosamente controlada.
Por exemplo, você já se perguntou como seus dedos foram formados? As células entre seus dedos em desenvolvimento foram instruídas a morrer há muito tempo, enquanto você ainda era um embrião. Se elas não tivessem feito isso, você poderia ter mãos com membranas entre os dedos ou, talvez, mãos em formato de pá, sem dedo algum.
As células entre seus dedos embrionários morreram em um processo chamado apoptose, uma forma comum de morte celular programada. Na morte celular programada, as células sofrem "suicídio celular" quando recebem alguns sinais. A apoptose resulta na morte de uma célula, mas beneficia o organismo como um todo (por exemplo, ao auxiliar no desenvolvimento dos dedos ou eliminar células potencialmente cancerosas). Neste artigo, entenderemos melhor sobre a apoptose, veremos quando acontece e por que é importante.

Apoptose x Necrose

No geral, há duas maneiras em que as células podem morrer em um organismo multicelular como você:
  • As células são mortas por coisas que podem causar danos (tais como produtos químicos tóxicos ou lesão física) em um processo chamado necrose.
  • As células são estimuladas para ativar a morte celular programada. A forma melhor compreendida de morte celular programada é a apoptose.
A necrose e a apoptose ocorre em diferentes circunstâncias e envolvem diferentes etapas. Simplificando, a necrose é desorganizada e provoca uma resposta imune de inflamação, enquanto apoptose é organizada e divide a célula em pacotes pequenos que podem ser recolhidos e reciclados por outras células.

Necrose (a forma desorganizada)

Quando as células são danificadas por fatores prejudiciais (como a lesão física ou por substâncias químicas tóxicas), elas geralmente expelem seu conteúdo enquanto morrem. Uma vez que a membrana plasmática da célula danificada não pode mais controlar a passagem de íons e água, a célula incha, e seus conteúdos vazam por furos na membrana plasmática. Isso causa, muitas vezes, inflamação nos tecidos circundantes à célula morta.

Apoptose (a forma organizada)

Células que sofrem apoptose passam por um processo diferente e muito mais ordenado. Elas encolhem e desenvolvem protusões em forma de bola (o nome técnico é: bolhas!) na sua superfície. No núcleo, o DNA é cortado em pequenos pedaços, e algumas organelas da célula, como por exemplo o retículo endoplasmático, são fragmentadas. No final, toda a célula se separa em pequenos pacotes, cada um envolto por um pedaço da membrana.
O que acontece com esses pacotes? Eles liberam sinais que atraem células do sistema imune (fagócitos) que comem restos, como por exemplo os macrófagos. Para isso, os fragmentos da célula que está morrendo apresentam uma molécula lipídica chamada fosfatidilserina em sua superfície. A fosfatidilserina está, geralmente, escondida dentro da membrana, e quando estão expostas, elas permitem que os fagócitos se liguem e "comam" os fragmentos celulares.

Por que células sofrem apoptose?

Muitas células no corpo humano têm a capacidade intrínseca de sofrer apoptose (da mesma maneira que elas têm a capacidade de copiar seu próprio DNA ou quebrar alimentos). Basicamente, a apoptose é uma maneira convencional e geral de remover células que não devem mais fazer parte do organismo.
  • Algumas células precisam ser "deletadas" durante o desenvolvimento – por exemplo, para modelar um grande bloco de tecido em um órgão delicado, como uma mão.
  • Algumas células são anormais e podem danificar o organismo se continuarem vivas, como as células com infecções virais ou com o seu DNA danificado.
  • Células em organismos adultos devem ser eliminadas para manter o equilíbrio – para permitir que novas células sejam formadas e outras sejam removidas após cumprirem funções específicas.

A apoptose faz parte do desenvolvimento

Em muitos organismos, a morte celular programada é uma parte normal do desenvolvimento. Em alguns casos, a apoptose durante o desenvolvimento é bem previsível: no nematódeo C. elegans, 131 células morrem por apoptose para que o verme se desenvolva de um organismo unicelular para um adulto (e nós sabemos exatamente quais são)start superscript, 1, end superscript!
A apoptose também tem um papel importante no desenvolvimento humano. Por exemplo, como vimos na introdução, sua mão começou como um bloco de tecido parecido com uma pá quando você era um embrião. O bloco foi "modelado" em dedos pela apoptose de células no meio dos dedos em desenvolvimento.
Imagens microscópicas, presentes em um artigo científico, mostrando o desenvolvimento de uma pata de rato. As células entre os dígitos estão tingidas por um marcador que indica as células apoptóticas (pontos vermelhos).
Imagem modificada de "Duplicação do 4º dedo é precedido pela redução da apoptose e expansão da condrogênese no mesênquima do membro posteiror," por Farin et al. start superscript, 2, end superscript, CC BY 4.0.
Esse processo acontece em todos os tipos de espécies de vertebrados que possuem dedos - da mão e do pé - e uma apoptose atenuada resulta em "teias" entre os dedos. Algumas vezes, se um pequeno erro acontece durante o desenvolvimento do dedo da mão ou pé, a apoptose pode ser incompleta (levando, por exemplo, a dedos grudados).
Outros exemplos de apoptose durante o desenvolvimento normal incuem a perda da cauda de um girino quando está se tornando um sapo, e a remoção de neurônios desnecessários em circuitos neurais que estão "conectados".

A apoptose pode eliminar células infectadas ou cancerosas

Em alguns casos, uma célula pode ser uma ameaça para o corpo caso sobreviva. Por exemplo, este é o caso das células com DNA danificado, células pré-cancerosas e células infectadas por vírus. Se essas células sofrerem apoptose, a ameaça para o resto do organismo (como o câncer ou a propagação de infecções virais) é removida.
Quando o DNA de uma célula é danificado, ela vai detectar o dano e vai tentar repará-lo. Se não puder ser consertado, a célula entra em processo de apoptose, garantindo que não transmitirá seu DNA danificado. Quando as células têm seu DNA danificado mas falham em sofrer apoptose, elas podem acabar resultando em um câncer.
Às vezes, células pré-cancerosas que evitaram sinais internos para apoptose são detectadas por células do sistema imune, que tentam ativar a apoptose por uma via de sinalização externa. Células cancerosas bem sucedidas, contudo, conseguem evitar tanto os sinais internos quanto externos que normalmente desencadeariam a apoptose. Isso permite que elas se dividam descontroladamente e acumulem mutações (mudanças no DNA).

A apoptose é a chave para o sistema imune

A apoptose também tem um importante papel no desenvolvimento e manutenção de um sistema imune saudável. Quando células B e T (células imunes que se ligam a moléculas específicas) são produzidas, elas são testadas para confirmar sua reação contra qualquer componente do próprio organismo. Células que reagem são imediatamente eliminadas por apoptose. Se esse processo falhar, células auto-reativas podem ser liberadas no corpo, podendo atacar tecidos a causar doenças autoimunes.
A apoptose também tem um importante papel por permitir que o sistema imune desligue a resposta à um patógeno. Quando um patógeno é detectado, as células imunes que reconhecem o patógeno se dividem extensivamente, sofrendo um grande aumento em quantidade com o propósito de destruir o patógeno. Uma vez que o patógeno é retirado do corpo, uma grande parte dessas células imunes patógeno-específicas não são mais necessárias e devem ser removidas por apoptose para manter a homeostase (equilíbrio) no sistema imune.

Resumo

A apoptose é uma forma de morte celular programada, ou "suicídio celular". Ela é diferente da necrose, na qual as células morrem devido a um dano. A apoptose não é a única forma de morte celular programada, mas é a forma que nós entendemos melhor.
A apoptose é um processo organizado, no qual o conteúdo da célula é processado e compactado em pequenos pacotes de membrana para "coleta de lixo" por células do sistema imunológico. Ao contrário da necrose (morte por lesão), no qual o conteúdo da célula é expelido e causa inflamação.
A apoptose remove as células durante o desenvolvimento. Ela também elimina as células pré-cancerosas e infectadas por vírus, embora as células cancerosas "bem sucedidas" consigam escapar da apoptose para que possam continuar se dividindo. A apoptose mantém o equilíbrio das células no corpo humano e é particularmente importante no sistema imunológico.

Créditos:

Esse artigo é uma modificação do arquivo "Apoptosis," por John W. Kimball, in Kimball's Biology Pages (CC BY 3.0).
O artigo adaptado está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0

Referências:

  1. Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., e Jackson, R. B. (2011). Apoptosis in the soil worm Caenorhabditis elegans. Em Biologia de Campbell (10ª ed., p. 228). San Francisco, CA: Pearson.
  2. Farin, H. F., Lüdtke, T. H-W., Schmidt, M. K., Placzko, S., Schuster-Gossler, K., Petry, M, Christoffels, V. M., e Kispert, A. (2013). Tbx2 terminates Shh/Fgf signaling in the developing mouse limb bud by direct repression of Gremlin1. PLoS Genet., 9(4), e1003467. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1003467.
    A ilustração mostrada no artigo é uma modificação dos painéis Q e S da Figura 1. As etiquetas dos painéis foram retiradas, e quadrados pretos foram adicionados aos cantos inferiores direitos para esconder o espaço previamente ocupado pelas etiquetas E13.5 e E12.5.

Referências:

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Walter, P. (2002). Programmed cell death (apoptosis). In Molecular biology of the cell (4th ed). Disponível em http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26873/.
Apoptosis. (2016, May 1). Acesso em 5 de maio, 2016 Disponível em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Apoptosis.
Cell death: Necrosis & apoptosis. (2006, April 20). In Biofundamentals. Disponível em http://virtuallaboratory.colorado.edu/Biofundamentals/lectureNotes/Topic5-4_CellDeath.htm.
Ekert, P. G., and Vaux, D. L. (1997). Apoptosis and the immune system. Br. Med. Bull., 53(3), 591-603. Disponível em http://bmb.oxfordjournals.org/content/53/3/591.long.
Feig, C., and Peter, M. E. (2007). How apoptosis got the immune system in shape. European Journal of Immunology, 37(Supplement S1), S61-S70. http://dx.doi.org/10.1002/eji.200737462.
Necrosis. (2016, March 1). Acesso em 5 de maio, 2016 Disponível em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Necrosis.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Apoptosis integrates multiple cell-signaling pathways. In Campbell biology (10th ed., pp. 227-229). San Francisco, CA: Pearson.
Roche Applied Science. (n.d.). Differences between necrosis and apoptosis. In Apoptosis, cell death, and cell proliferation manual (3rd ed., pp. 3-4). Disponível em http://www.uccs.edu/Documents/rmelamed/apoptosis_003_004.pdf.
York, I. (2012, February 12). How do T-cells recognize cancerous cells? [Answer] In Quora. Disponível em https://www.quora.com/How-do-T-Cells-recognize-cancerous-cells.