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Sábado, 27 de Janeiro de 2007
Artigo Científico de Revisão
 

A Manutenção da Integridade do Sistema Imunitário: Apoptose, Linfócitos et al.

 


A. Martins, C. Marrana, F. Menezes, I. Galveias e M. Abecassis

Universidade Nova de Lisboa

Faculdade de Ciências Médicas

 

RESUMO:

A apoptose (ou morte celular programada, ou suicídio celular) é o processo pelo qual as células iniciam um mecanismo de auto-destruição em resposta a um sinal. Este processo tem por base a expressão de diversos genes que codificam proteínas com funções muito variadas, sendo que as famílias mais importantes são a família das Bcl-2, as caspases e a família IAP.

A morte celular programada é fundamental para a homeostasia do organismo, sendo de elevada importância no sistema imunológico. Esta importância reflecte-se tanto na quantidade como na diversidade de situações nas quais este mecanismo actua. A apoptose actua essencialmente por duas vias, por indução e por negligência, contribuindo para a manutenção da integridade deste sistema. A sua regulação nas células linfóides, executa-se através da conjugação de sinais de receptores de identidade (imunoglobulinas e TcR) e de receptores mortíferos.


Palavras-Chave: Apoptose, linfócitos B, células T, Bcl-2, MHC, maturação.


ABSTRACT:

Apoptosis (or programmed cell death, or cellular suicide), is the process by which cells start a self-destruction mecanism in response to a signal.This process is based on the expression of several genes that codify proteins with very different functions, being that the most important ones are the Bcl-2´s family , caspases and IAP´s family.

The programmed cell death is essential for homeostasis of the organism, being of major importance in the imunne system. This major relevance is reflected not only in the quantity, but also on the diversity of situations in which this mecanism plays a role. Apoptosis operates mostly in two ways, through instruction and neglect, contributing for the maintenance of the integrity of this system. Its regulation in the lymphocytic cells, is executed through the conjugation of signals of receivers of identity (IgM and TcR) and of deadly receivers.


Key-Words: Apoptosis, B Cells, T Cells, Bcl-2, MHC, maturation.

 

 


INTRODUÇÃO


“Better Dead than Wrong” (Cohen et al)


O termo apoptose, que deriva do grego e significa decadência, caracteriza o processo pelo qual as células iniciam um mecanismo de autodestruição em resposta a um sinal. A apoptose foi primeiro descrita por Kerr em 1972, a partir de observações em timócitos.

É uma morte celular fisiológica, geneticamente programada, essencial à sobrevivência dos organismos multicelulares. Ela está em equilíbrio constante com os mecanismos de proliferação celular.

Na maioria das células e dos organismos multicelulares, o mecanismo de suicídio tem por base a expressão de vários genes que codificam proteínas com funções muito variadas, sendo que as mais importantes são a família das Bcl-2, as caspases e a família IAP.

As caspases clivam proteínas chave à sobrevivência celular, levando ao desmantelamento da célula e à morte celular.

A Bcl-2 e a Bcl-XL impedem a libertação do citocromo c da mitocôndria, inibindo a apoptose, enquanto que outros, como a Bad, inibidora de proteínas que impedem a apoptose, a Bax e a Bak são promotoras da apoptose.

A família IAP (inhibitor of apoptosis) é também uma importante reguladora da apoptose, inibindo-a de duas formas: liga-se a algumas pro-caspases impedindo a sua activação ou então liga-se às caspases impedindo a sua acção.

As células adquirem, então, um conjunto de proteínas capazes de actuar como armas de autodestruição. No período em que a célula é útil ao organismo, ela reprime este mecanismo. Se, no entanto, a célula comprometer a saúde do organismo ou deixar de ser necessária, a apoptose é desencadeada, levando à morte celular.

Infere-se assim que a apoptose é uma resposta celular a diversos estímulos, reconhecidos e propagados na célula através da expressão controlada de diversos genes.

O reconhecimento e a propagação dos sinais apoptóticos pode efectuar-se por uma de duas vias: a via extrínseca ou via intrínseca. Na primeira o sinal apoptótico resulta da interacção ligando-receptor de morte, enquanto que na segunda, também designada por via mitocondrial, os membros da família Bcl-2 funcionam como protectores ou agressores mitocondriais e a mitocôndria constitui o elemento essencial do processo apoptótico mediando a libertação de vários factores.

Contudo, existe ainda uma terceira via, na qual se verifica a activação directa de caspases iniciadoras e de caspases efectoras pela introdução no citoplasma de células-alvo, através de poros na membrana celular de uma molécula presente nos linfócitos T citotóxicos.

Numa fase inicial da apoptose, ocorre a produção de enzimas necessárias ao processo, não havendo alterações conformacionais da célula. Posteriormente, ocorre uma diminuição de volume celular, com afastamento da célula apoptótica das células envolventes por perda dos complexos de junção e especializações da membrana. Simultaneamente, dá-se a destruição do citoesqueleto e a condensação da cromatina, a qual é, posteriormente, cindida em fragmentos nucleossómicos por acção de endonucleases. Por fim, ocorre fragmentação da célula em corpos apoptóticos que rapidamente são fagocitados por células vizinhas. Por conseguinte, os constituintes celulares não são libertados para meio extracelular, pelo que se verifica a inexistência de um processo inflamatório.

A apoptose é um processo rápido, que se completa em aproximadamente 3 horas e não é sincronizado por todo o órgão, portanto diferentes estágios de apoptose coexistem em diversas secções dos tecidos. Devido à taxa rápida de destruição celular é necessário que apenas 2 a 3% das células estejam em apoptose em determinado momento para que se obtenha uma regressão substancial de tecido.

A morte das células constituintes das membranas interdigitais do embrião humano, a morte das células da cauda de um girino durante a metamorfose são alguns dos exemplos clássicos de apoptose.

É também importante salientar que muitos dos genes que condicionam a proliferação celular (chamados oncogenes e genes supressores de tumores) estão também envolvidos na iniciação do processo de apoptose e que a inibição por si só do processo fisiológico da apoptose leva à sobrevivência prolongada das células, favorecendo o acumulo de mutações e a transformação maligna. Assim, a apoptose representa um mecanismo de eliminação selectiva de células cuja sobrevivência poderia prejudicar o bem estar do organismo.

Por excesso ou por defeito, a apoptose poderá provocar desde malformações congénitas a doenças neurodegenerativas e a disfunções imunológicas, e podem ainda contribuir para a persistência de células anormais facilitando o desenvolvimento de tumores.

A apoptose está ainda envolvida na morte das células queratinizadas, na selecção clonal de linfócitos B e ocorre no desenvolvimento embrionário, na organogénese, na renovação de células epiteliais e hematopoiéticas, na evolução cíclica dos órgãos reprodutivos da mulher, na evolução de alguns órgãos e ainda na regressão de tumores. Portanto consiste num tipo de morte programada, desejável e necessária que participa na formação dos órgãos e que persiste em alguns sistemas adultos como a pele e o sistema imunológico.

É ainda importante reter que existem diversos tipos de genes envolvidos na regulação da apoptose: genes responsáveis por desencadear a apoptose; genes envolvidos no próprio processo apoptótico; genes necessários para a fagocitose dos corpos apoptóticos e genes requeridos para a dissolução final dos corpos apoptóticos fagocitados.

Ao nível do sistema imunitário, a questão fulcral consiste em saber como são identificadas as populações posteriormente eliminadas pelo processo de apoptose. Por essa razão serão abordados: o mecanismo de reconhecimento de receptores, a origem do sinal apoptótico e a via de transmissão do sinal apoptótico.

Será verificado que a regulação da apoptose das células linfóides, quer no decurso do desenvolvimento do sistema linfóide quer no seu funcionamento normal na forma de respostas imunológicas, efectua-se através da conjugação de sinais de receptores de identidade (imunoglobulinas e TcR) e de receptores mortíferos, cuja expressão varia ao longo da maturação linfóide e em resultado de estímulos diversos.


VIAS APOPTÓTICAS NO SISTEMA IMUNITÁRIO

O mecanismo apoptótico surge por duas vias major: como resposta à perda de sinais extracelulares de sobrevivência – apoptose por negligência- ou iniciada por um ligante captado pelos receptores de morte – apoptose por indução. No sistema imunitário, a primeira é responsável por processos como a eliminaçao de linfócitos B na sua pré-maturação, na eliminação de linfócitos incapazes de competir por citoquinas. A segunda, intervém na selecção negativa de Célula B e T e na eliminação de populações de linfócitos após uma resposta imunitária.

 


Apoptose por Negligência

 

Pré-maturação e Selecção Positiva


Na fase de pré-maturação, os linfócitos B sofrem um rearranjo genético que vai permitir a síntese de novos e específicos receptores antigénicos. No caso de ocorrer uma mutação que leve à produção de receptores não funcionais (que não in-frame), estes linfócitos deixam de receber moléculas sinalizadores importantes para o seu desenvolvimento, levando a danos mitocondriais, induzindo a via mitocondrial da apoptose por libertação de citocromo c, AIF, SMAC/DIABLO e endonuclease G. Processo análogo ocorre nos linfócitos T: aquando da recombinação dos genes dos receptores antigénicos (TCR), ocorrendo uma mutação nonsense nos dois alelos que codificam o TCR, a célula não prossegue o seu desenvolvimento.

O processo de selecção positiva das células T, que decorre na região cortical do timo, assegura que os TCRs αβ expressos nas células T maduras, em determinado indivíduo, apresentam a capacidade de se ligarem às moléculas do MHC próprias, resultando em restrição ao MHC. Micrografias electrónicas revelaram um contacto íntimo entre os timócitos imaturos e as células epiteliais corticais, e existem evidências de que os TCRs têm tendência a agrupar-se com as moléculas do MHC nos locais de contacto. Alguns pesquisadores sugeriram que a interacção dos timócitos imaturos com as células epiteliais tímicas mediada por receptores TCR restritos às moléculas do MHC permite às células receberem um sinal protector que as previne de passarem pela morte celular; e as células cujos receptores não são restritos às moléculas do MHC e, portanto, não são capazes de se ligarem a estas, não interagiriam com as células epiteliais tímicas e, consequentemente, não receberiam o sinal protector, levando à sua morte por apoptose.

Durante a selecção positiva, os timócitos imaturos que expressam só uma cadeia β continuam a rearranjar os genes da cadeia α (uma vez que as proteínas RAG-1, RAG-2 e TdT continuam a ser expressas), e os TCRs resultantes são então seleccionados para o reconhecimento do MHC próprio. Somente aquelas células cujo heterodímero TCR αβ reconhece uma molécula do MHC próprio são seleccionadas para sobreviverem. Consequentemente, a capacidade de tentar mais do que uma combinação de cadeias TCR αβ é importante porque oferece ao timócito oportunidades de “retomar” o teste para a selecção positiva. Se por acaso a célula se orienta para rearranjar uma cadeia α que permite que o TCR αβ resultante reconheça o MHC próprio, a célula é poupada; senão morrerá por apoptose dentro de 3 a 4 dias.

 

 

Família Bcl-2


Uma experiência realizada em animais transgénicos, modificados para expressar um número excessivo de Bcl-2 e Bcl-XL em linfócitos B e T, revelou um aumento na quantidade de linfócitos em circulação. Noutra experiência, verificou-se que em organismos geneticamente modificados de forma a não exprimirem a Bcl-2 ou Bcl-XL, levou a uma diminuição significativa dos mesmos linfócitos circulantes. Estas experiências permitem demonstrar claramente o papel da familia Bcl-2 na inibição da apoptose.

Os mesmos estudos revelaram ainda que a ausência de Bcl-2 ou Bcl-XL afecta directamente os linfócitos, sendo que a ausência de Bcl-2 afecta a sobrevivência das células maduras, enquanto que a ausência de Bcl-XL impede o desenvolvimento das células imaturas.

Estes mecanismos, apesar de prevenirem a morte por apoptose, não foram eficazes na prevenção de outros efeitos de negligência como a atrofia celular e níveis reduzidos de ATP.

A eliminação dos linfócitos incapazes de competir por citoquinas relaciona-se intimamente com a família Bcl-2. Bad, um membro pró-apoptótico da família Bcl-2, é fosforilado por quinases e sequestrado por certas proteínas citosólicas. Na ausência de citoquinas, o Bad é desfosforilado e translocado para a mitocôndria onde fixa Bcl-2 e Bcl-xL, contribuindo assim para a apoptose por negligência.

Bim, outro membro da familía Bcl-2 mostrou também ser bastante importante na morte por negligência. Estudos em ratos trangénicos Bim -/- mostraram desenvolvimento de hiperplasia línfoide, resultante da resistência aumentada a este modo de selecionamento de linfócitos. Parece que o Bim liberta-se do citoesqueleto perante estímulo apoptótico e liga-se a Bcl-2 e Bcl-xL. Durante a negligência a transcrição de Bim é também aumentada, evidenciando assim a sua importância.

Já os Bax e Bak revelam-se pouco influentes no sistema imunitário quando retirados transgénicamente de forma isolada. Em ratos transgénicos Bax -/- e Bak -/-, a ausência dos dois em simultanêo leva a efeitos sistémicos no organismo, quando estes sobrevivem.

Apoptose por indução


A apoptose por indução, no sistema imunitário, aparece ao nível da selecção negativa de linfócitos B e T e na eliminação de populações de células T no terminus da resposta imunitária.


Selecção Negativa


Na fase de maturação, os linfócitos B que expressam somente à sua superfície um único tipo de Imunoglobulina (IgM) denominam-se de linfócitos B imaturos. Para que adquiram a designação de linfócitos B maduros, devem emigrar da medula óssea (onde ocorre a sua formação inicial) e utilizar processos alternativos do RNA mensageiro da cadeia pesada para expressarem na sua superfície celular não só a IgM, mas também a IgD. Algumas células B imaturas falham essa transição, pois as suas imonuglobulinas reagem com as moléculas do MHC do organismo. Quando tal sucede, a célula B é induzida a cometer suícidio por apoptose, sendo as vesículas apoptóticas fagocitadas por macrófagos. As células que sobrevivem a esta selecção passam a expressar IgD e IgM na sua superfície passando a designar-se de linfócitos B maduros, que ao contactarem com o determinante antigénico que lhes é específico, desenvolvem uma resposta imunitária.

De forma semelhante, a população de células T que sobrevivem à selecção positiva, que compreende algumas células com receptores de baixa afinidade para os auto-antigénios apresentados pelas moléculas do MHC próprias e outras células com receptores de alta afinidade, experimentam um processo de selecção negativa. Na medula do timo, as APCs (Antigen Presenting Cells, células dendríticas e macrófagos) expressam as moléculas do MHC de classes I e II interagem com os timócitos que expressam os receptores de alta afinidade pelos auto-antigénios e as moléculas do MHC próprias ou somente as moléculas do MHC próprias sozinhas. A interacção envolve o TCR do timócito que está a ser seleccionado, porém os detalhes precisos deste processo não são ainda conhecidos. Observa-se que as células que experimentam selecção negativa morrem por apoptose.

 

 

Activação vs. Morte


Quando as células B imaturas, sujeitas ao contacto com um antigénio, se ligam a este morrem por apoptose. No entanto, perante o mesmo fenómenos de activação por antigénio, as células maduras entram em proliferação e diferenciação, o que deve requerer um segundo sinal que iniba a apoptose mediada por esta multimerização. Os complexos CD19/CD21 e CD40 são checkpoints que parecem estar envolvidos nesta segunda sinalização, permitindo apenas a proliferação às células maduras. A co-estimulação parece ter, assim, uma elevada importância como segundo sinal, uma vez que estimula a síntese de CD28, CD19 e CD40 que são potentes indutores de Bcl-xL e que as citoquinas IL-2 e IL-4, relacionadas com este processo, aumentam a expressão de genes promotores de sobrevivência, evitando assim a evolução da apoptose. Por outro lado, estes resultados parecem ser coerentes com outros estudos que apontam para o envolvimento de Nur77, um factor de transição e receptor nuclear de hormonas esteróides, na apoptose por indução através da sua capacidade de se translocar para a membrana mitocondrial e provocar a translocação de citocromo c para o citosol, agredindo a mitocondria e activando a via mitocondrial, processo esse que poderia ser evitado por protectores mitocondrias mais concentrados nas células maduras. Processo similar parece ocorrer nas células T, embora adaptado à especificidade das mesmas.

No entanto, as diferenças entre a via de resposta à estimulação antigénica nas células imaturas que entram em apoptose e nas células maduras que começam um processo de proliferação e diferenciação não são ainda claras.


Efeitos da Radiação


Porque são os linfócitos tão anormalmente susceptíveis à radiação, quando os danos induzidos por essas doses baixas são facilmente reparados por outras células? Foi proposto que os linfócitos são levados à auto-destruição sempre que são ligeiramente «magoados». O que parece lógico pois, no final de contas, os linfócitos estão entre as poucas células do organismo que são facilmente incitadas, e às quais é permitida, a expansão clonal extensiva. A danificação do DNA de um linfócito por radiação ou outros agentes poderia levar à mutação em genes que codificam reguladores de crescimento ou receptores específicos. A eliminação selectiva dos linfócitos expostos poderia prevenir a proliferação desregulada ou a autoreactividade. Em vez da reparação, que poderia falhar, a resposta dos linfócitos parece ser o suicídio. Estudos nos quais linfócitos foram sujeitos a doses de radiação suficientes para os danificar, mas insuficientes para os matar - excluindo portanto o processo necrótico e possibilitando a apoptose (já que «uma célula morta não pode cometer suicídio») -, parecem confirmar esta tendência dos linfócitos para escolherem a via mais segura.

 

Eliminação das Populações de Células T activas


A activação das células T periféricas maduras, que se inicia com a interacção do receptor da célula T com um peptídeo antigénico exposto na fenda de uma molécula MHC, conduz à proliferação e diferenciação de Células T em vários tipos de células efectoras e células T de memória. Uma vez eliminado o agente patológico, é fundamental eliminar as células que se encontram a produzir elevados níveis de citocinas que não são mais necessárias, podendo mesmo ser potencialmente prejudiciais para o hospedeiro. É o processo apoptótico que possibilita a remoção da população de células T expandida e eliminação das células TH activadas. Fora do timo, a maioria, senão toda a apoptose mediada pelo TCR das células maduras, algumas vezes referidas como morte celular induzida pela activação (AICD) é induzida através da via do Fas.

A morte celular por apoptose das células T activas afigura-se extremamente vantajosa, principalmente por duas razões. Primeiro, a induçao da morte celular programada após a neutralização do antigénio assegura o fim imediato da resposta imunitária sem implicar os custos metabólicos envolvidos na manutenção de um número elevado de células efectoras. Segundo, a morte dos clones de células T específicas para determinado antigene previnem a possível interferência destes no desenvolvimento de respostas imunitárias subsequentes contra antigénios não específicos para estes clones, evitando a competição por concentrações limitadas de factores de crescimento.


 


CONCLUSÃO


Como referido anteriormente, a morte celular programada constitui um importante mecanismo na manutenção da homeostasia do nosso organismo. Mais ainda no sistema imunitário, no qual o processo apoptótico desempenha um papel fundamental na manutenção da integridade do seu princípio básico: a distinção entre o self e o non-self pelos intervenientes na resposta imunitária. Um aumento da apoptose nos linfócitos poderia levar a situações de imunodeficiência devido à perda das células. De forma controversa, a inibição da apoptose poderia levar ao desenvolvimento de doenças auto-imunes e linfomas.

Embora nos últimos 20 anos se tenha avançado muito no conhecimento dos mecanismos apoptóticos intervenientes na homeostasia do sistema imunitário, alguns processos relevantes e seus intervenientes continuam por esclarecer. No entanto, ficam aqui descritos muitos dos processos apoptóticos que fazem do sistema imunitário um dos melhores exemplos da importância da apoptose na manutenção da homeostasia do corpo humano e da sua integridade. Nomeadamente, as duas grandes vias de regulação da morte celular dos linfócito´s: a apoptose por negligência e a apoptose por indução. Outra via de grande relevância no sistema imunitário poderia ser abordada - indução de apoptose pelas células T citotóxicas -, embora num contexto que não a manutenção da integridade imunológica do indivíduo e o exercício da sua identidade biológica única.

 


REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS


AZEVEDO, C. (coord.), Biologia Celular e Molecular (4ªedição), Portugal, Lidel – Edições Técnicas, Lda, 2005.


COHEN, J., Duke, R., Fadok, V., Sellins, K., 1992, Apoptosis and Programed Cell Death in Immunity, Annu. Rev. Immunol.: 267-93.


GOLDBY, R. A., Kindt, T. J., Osbourne, B. A., Kuby Immunology (4e), WH Freeman and Company, 2000.



JANEWAY,Charles A. Jr, Shlomchik, Mark, Travers, Paul, Walport, Mark, Immunobiology: The Immune System in Health and Disease (6ª edição), Garland Science, 2004.


MARSDEN, V., Strasser, A., 2002, Control of Apoptosis in the immune system: Bcl-2, BH3 – Only proteins and more, Annu. Rev. Immunol.Vol.21 (Abril 2003): 71-105.


MERINO, R. et al., Modulation of anti-IgM-induced B cell apoptosis by Bcl-xL and CD40 in WEHI-231 cells. Dissociation from cell cycle arrest and dependence on the avidity of the antibody-IgM receptor interaction, 1995, The Journal of Immunology, vol 155, Issue 8: 3830-3838.


RATHMELL, J.C., Thompson, C. B., Pathways of Apoptosis in Lymphocyte Development, Homeostasis, and Disease, 2002, Cell, Vol. 109: 97-107.


 



publicado por Ana Silva Martins às 18:46
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2 comentários:
De (R)evolution a 23 de Dezembro de 2009 às 21:07
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Obrigado pela dica.


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