Apoptose neuronal - Paper Traduzido PDF

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Abstrato Nos últimos anos, a investigação da regulação errônea de mecanismos apoptóticos durante lesão aguda e crônica de células neuronais ganha cada vez mais atenção. Seja lados neuronal trauma agudo e isquemia, doenças neu-rodegenerative crônicas como a doença de Alzheimer, Huntington, Parkinson e doença de Lou Gehrig, (amiotrófica lat-eral esclerose) são de particular interesse. O presente arti-go irá fornecer uma visão geral de básicos mecanismos de apoptose, a contribuição da apoptose neuronal dos distúrbios mencionados acima, os potenciais clínicos aplicações e suas limitações e as possíveis implicações para estudos futuros sobre estas doenças neurodegenerativas. O fenômeno biológico da apoptose foi descrita inicialmente em 1972 por Kerr et al. [1]. Morfologicamente, a morte celular apoptótica é caracterizada pela sucessão de condensação da cromatina (picnose), da fragmentação, a contracção celular nuclear e de degradação em fragmentos pequenos sur-arredondado por membrana plasmática (corpos apoptóticos). Células de Apo-ptotic são opsonizados in vivo por células circundantes sem inflamação que o acompanha, desde que a integridade das membranas plasmáticas de células e organelas persiste e libertação de componentes intracelulares é impedida, durante o programa de suicídio. A apoptose pode ocorrer localmente, sem danificar as células adjacentes saudáveis. Isto está em contraste com a morte celular por necrose, que exibe ruptura de células e subsequente expansão rápida da membrana plasmática. Devido à reação inflamatória como consequência da ruptura celular, a necrose geralmente induz danos célula secundária substancial no tecido envolvente. Dado que a necrose e apoptose diferem tanto bioquimicamente e estruturalmente umas das outras, que foram originalmente classificados como duas formas distintas de morte celular. Nos últimos anos, porém, há cada vez mais evidências de que essa distinção não é tão clara e que pelo menos a morte celular traumático pode ser melhor visto como um continuum entre apop-tose e necrose [2-5]. Em um contexto fisiológico, a apoptose ou morte programada da célula não representam apenas a manutenção de um tamanho constante e o número de células proliferativas em tecidos como a pele, mucosa intestinal, ou o sistema imunitário, mas também desempenha um papel crucial durante a evolução do periférica e sistema nervoso central. Neuronal, apopto-sis, por exemplo, é pronunciada no momento da génese de sinapses [6]. Além disso, para o destino do indivíduo

[[[[[[[[[Tabela 1. Jogadores-chave na apoptose neuronal (é só reparar na presença de “---“ que vocês entendem como seria se estivesse numa tabela. Façam uma forcinha, vai...) família de proteínas ----

Membros

----

Função

Caspases --- 14 caspases identificados, 11 no genoma humano--- decompor substratos em resíduos Asp e mediar a morte celular por apoptose

Proteínas DED ---pelo menos, 12 membros identificados até agora--- interacção das proteínas da cascata da apoptose, por exemplo, caspase-8/Fadd Proteínas DD ---pelo menos 24 membros identificados até agora; Fadd como o mais proeminente contém DD e DED---interacção das proteínas da cascata da apoptose, por exemplo, Família de receptores Dombori / TNF Citocromo C --- única proteína--- liberada a partir de mitocôndrias, forma apoptossomo com Apaf-1 e caspase-9 Smac / Diablo --- única proteína ---liberada a partir de mitocôndrias, inibe IAPs Proteínas Bcl ---25 pró e anti-apoptótica membros--- formam homo-/hetero-dimers; programa de controle de morte, por exemplo modulando a libertação de proteína mitocondrial Proteínas BAG--- 6 membros identificados no genoma humano,---por exemplo ligar a Bcl-2 e Hsp70; links celulares respostas de estresse para o programa morte apoptótica BAR ---até agora nenhum dos membros adicionais identificado ---liga a Bcl-2 e caspase-8; ligações extrínsecos e intrínsecos caminho apoptose BI-1 ---até agora não há membros adicionais identificados ---inibidor da morte celular Bax induzida Proteínas CARD---pelo menos 20 membros identificados até o momento, por exemplo, caspases, Apaf-1, --- por exemplo, a formação apoptossomo IAPs --- seis membros identificados em seres humanos, pelo menos um é expresso em neurônios---inibição de caspases activadas ]]]]]]]]]

neurónio, o fornecimento de factores neurotróficos, que promovem a sobrevivência e crescimento das células nervosas, parece ser importante porque estas sinalização vai activar caminhos anti-apo-ptotic dentro da célula [7, 8]. Degeneração de uma ou mais populações de células nervosas é uma característica importante em muitos neurológica doen-ças aguda e crônica. Como discutido abaixo, muitos critérios para a morte celular apoptótica também são preenchidas no decurso de doenças neurodegenerative crónicas. Portanto, o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para o tratamento de doenças neurodos-generativas requer uma compreensão dos mecanismos subjacentes mo-lecular apoptose neuronal. Vias de apoptose Ex-intrínsecas e intrínsecos e várias avenidas possí-vel para crosstalk entre eles pode distinguir-se. Considerando que a via extrínseca é iniciada por activação de receptores de citoquinas do factor (TNF), a família de necrose tumoral da superfície celular, via intrínseca depen-da integridade e função das mitocôndrias com-na célula [9]. A seguir, as proteínas-chave envolvidas na regula-ção da apoptose neuronal será descrito (tabela 1). Jogadores-chave na apoptose neuronal

As mudanças morfológicas e bioquímicas durante a morte celular por apoptose são mediados por uma família de cisteína proteases intracelulares chamadas caspases (cisteína-proteases específicas tyl-aspartato), que os seus substratos clivar nos resíduos de aspartato [10]. Activação de caspases em si também ocorre através de clivagem em tais resíduos de aspartato. Assim, para além de outros substratos celulares, as caspases podem, eles próprios acti-tivar numa cascata de auto-propagação. Até agora, pelo menos, 14 diferentes caspases foram identificados, dos quais 11 foram encontradas no genoma humano [11]. Eles são geralmente divididos em caspases iniciadoras a montante e as caspases efectoras a jusante através das características do seu Nterminal pro-domínio [9]. Enquanto caspases iniciadoras (por exemplo, caspase-1, -8 e -9) pode interagir com outras proteínas de acti-ção através dos seus pró-domínios longos, o pró-domínio curto em caspases efectoras até à data não tem nenhuma função conhecida (por exemplo, caspase-3 ). A caspase-8, um iniciador da via de sinalização extrínseca, contém um denominado domínio efector de morte (DED) na sua extremidade N-terminal por meio do qual ele interage com e é activado por outras proteínas DED (pelo

[[[[[[FIG. 1. Transdução de sinal de morte celular por apoptose. A via extrínseca da apoptose envolve mediada pelo receptor acti-vação de caspase-8 com a activação subsequente do efector da caspase-3. Dentro da via intrínseca de apoptose, caspase-3 é activado após a libertação de citocromo-c das mitocôndrias e formação do complexo oligomérico chamado apoptossomo consistindo de caspase-9, Apaf-1 e citocromo-c. Mitocondrial patologia é controlada não só por Bcl-2 e as proteínas Bcl-moduladoras. Existem várias crosstalks entre as vias de apoptose.]]]]]]

pelo menos 12 proteínas DED identificados até agora; fig. 1). Uma destas proteínas DED (Dombori) contém adicionalmente um domínio de morte denominada (DD), que tem sido demonstrado que interagem com receptores de morte da família TNF (pelo menos 24 proteínas DD foram identificados [para revisão, ver ref 9.] ). Embora a ativação de Capase-8 nos neurônios após diferentes estímulos de morte tem sido descrita [12], a Indução de apoptose neuronal por ligantes e receptores de morte ainda é discutido de forma controversa. Curiosamente, o p75 de receptor do factor de crescimento do nervo (p75NGFR) contém um domínio de morte mod-ficada [13] e, em circunstâncias especiais, a sua activação pode induzir apoptose em neurónios [14]. Como sempre, tem que ser notado que as vias de indução do desenvolvimento e específica da doença podem variar significativamente, particularmente desde neurônios adultos já não mostram expressão p75NGFR [15, 16]. Há evidências consideráveis de que emerge a partir de estudos em animais transgénicos e knockout relativas a relevância da via de transdução de sinal para a apoptose neuronal intrínseca [17]. Danos no DNA (hereditário ou induzido), o aumento da expressão do gene supressor de tumor p53, o aumento do influxo de cálcio pela superestimulação dos receptores de glutamato (excitotoxicidade), o dano de com-ponentes da membrana plasmática, a formação de livres radicais (stress oxidativo) e stress metabólico (hipoxia, hipoglicemia), por exemplo, pode causar alterações mitocondriais, resultando na formação de poros na membrana mitocondrial (poros de transição de permeabilidade) e libertação de várias moléculas relevantes apoptose (cito-cromo C, SMAC / Diablo, fator indutor de apoptose). Alterações na função mitocondrial que eventualmente levam à morte celular controlada e são modulados pela pró-proteínas da família Bcl-2. Entre a multiplicidade de proteínas Bcl-2 [9], existem alguns com pró-apoptótica (por exemplo, Bax, Bad, Bid) e outros, com efeitos antiapoptótica (por exemplo, Bcl-2, Bcl XL). A formação de homo e / ou hetero-dímeros e o deslocamento do equilíbrio entre pró-apoptóticos e anti-membros da família Bcl-2, pode determinar o sensitivi-dade de uma célula a estímulos apoptóticos [18-20]. Por exemplo, tem sido demonstrado que nos neurónios, a fosfatase da calcineurina activado de-fosforila a proteína pro-apo-ptotic Bad, iniciando-se assim a apoptose CASCADE [21]. Nos últimos anos, as proteínas de ligação a Bcl-2, proteínas da família da modulação da sua actividade tem recebido maior atenção. Entre tais Bcl-2 proteínas de ligação com a actividade anti-apoptótica é a assim chamada família SACO [22]. Até agora, seis membros desta família foram identificados em humanos. Todos eles se ligam ao choque térmico 70 chaperones moleculares familiares através de seu domínio BAG e links celulares respostas de estresse para o programa de morte por apoptose. Em neurônios BAG1 foi identificado como um neuroprotector e um regulador potente da diferenciação neuronal [23]. In vivo, BAG1 medeia a resistência contra o AVC, o aumento da expressão de Hsp70 em níveis posttranscriptional [24]. Outra proteína Bcl-2 ligação com neuroprotetor activi-dade é o regulador da apoptose bifuncional (BAR). BAR é uma proteína de múltiplos domínios, que foi descoberto em primeiro lugar como uma inhib-itor de morte celular Bax induzida por [25]. Ele é capaz de apoptose inhib-ição induzida por receptores de morte da família TNF ('via extrínseca'), assim como a apoptose dependente de mitocôndrias ('via intrínseca). Interacção de BAR com Bcl-2 ou Bcl-XL através de um domínio de SAM pode contribuir para as propriedades anti-apoptóticos de BAR. Além disso, a proteína de barras

contém um domínio que é semelhante à morte domínios efectores clássicos (denominado «deds pseudo ') que medeiam a ligação da caspase-8. Por conseguinte, tem sido sugerido BAR para actuar como uma proteína de andaime que pode colmatar os componentes das vias de apoptose extrínsecos e intrínsecos. Finalmente, a barra é altamente expressa em neurónios e promove a sobrevivência após diversos estímulos apoptóticos [26]. BI-1 (inibidor do Bax-1 [27]), uma proteína com seis domínios transmembranares, emergiu como potente agente antiapoptótica nas plantas e foi recentemente identificado como antigénio proeminente em gliomas humanos [28]. Sua função em neurónios não foi ainda descoberto. Após a sua libertação a partir de mitocôndrias no citoplasma, citocromo c (uma enzima da cadeia respiratória) forma complexos oligoméricos (Apoptossomas) juntamente com Apaf-1 (factor de protease apoptótica-1 de activação) e cas-pase-9. Isto resulta na activação da caspase-9 [29, 30]. A interacção da Apaf-1 e caspase-9 é mediada através de um domínio CARD (domínio de recrutamento de caspase-associado), contida em ambas as proteínas [31]. Pela ativação de caspase-9, um mecanismo chamado Acredita 'proximidade induzida' ser responsável [32]. Através da ligação a várias Apaf-1 proformas inactivos de caspase-9, é apresentado em estreita proximidade um do outro. Desde o proform deste caspase possui alguma atividade protease, a associação de várias moléculas de caspase promove a clivagem ea transição para a forma totalmente ativo. Para além da pró-caspases com um domínio CARD (caspase-1, -2, -4, -5 e-9), O genoma humano contém pelo menos 20 CARTAS pro-teínas que ou aumentam ou reprimir a apoptose [9]. Activo cas-pase-9 cliva e activa o efector da caspase-3, que é responsável pela condução da execução do processo de morte celular progra-ma [33]. Além de Bcl-2 e um cartão de proteínas com os efeitos pro-ou anti-apoptótica, também há uma família de supressores de apoptose (IAPs chamado inibidor de apoptose de proteínas) com o seu BIR (IAP de baculovírus de repetição) do domínio. Excepto IAPs virais e bacterianas, que são essenciais para a sobrevivência e reprodução dos germes no hospedeiro órgão ismo, até agora seis IAPs foram identificados em seres humanos [9], dos quais pelo menos um é expresso em neurónios (neural apopto - sis proteína inibidora). IAPs impedir a ativação 'intencional' de caspases efetoras, mas por sua vez, estão sujeitos a regulação negativa pelo fator mitocondrial Smac / Diablo. Deste modo, a sequência operacional efectiva da cascata apoptótica após estimulação adequada é en-sured [33]. Mutações hereditárias da proteína inibidora de apoptose neural com degeneração progressiva dos neurônios são encontrados em casos familiares de espino-atrofia muscular, uma doença motoneuron [34]. Além disso, há ainda mais vias de sinalização que não estão directamente relacionadas com a maquinaria apoptótica, mas, no entanto, capaz de interferir com ou restringi-lo. Estas vias incluem a via de sinalização PI3K/Akt [35], e da via proteinkinase mitogénio activada [36]. Outros sinais anti-apoptóticos são mediadas por c-jun quinase amino terminal (JNK) [37] ou a ativação de fatores de transcrição como CREB (cAMP-responsive ele-mento binding protein) e NF-IB [para revisão, ver ref. 6, 9,17]. Ser além do escopo desta revisão, o leitor é referidos artigos mais especializados sobre estas caminho-estrada. Apoptose neuronal durante doença Neurodegenerativas Para todas as doenças neurodegenerativas mencionadas nesta análise, a incidência de apoptose neuronal durante o curso da doença tem sido demonstrado por estudos realizados

em ani-mal e modelos de cultura de tecidos. Estudos sobre o tecido cerebral postmortem humano produziram resultados contraditórios, porque uma clara detecção de células apoptóticas é difícil ou problemática. A incapacidade de demonstrar a apoptose nos tecidos afectados podem ser explicadas pelo facto de que a morte das células nessas doenças crónicas ocorre ao longo de décadas, o programa de suicídio na célula única, no entanto, é executada dentro de algumas horas [6, 38]. Assim, a detecção síncrona de um número substancial de neurónios apoptóticos em qualquer dado ponto de tempo parece ser quase impossível. Além disso, há uma falta de estudos que empregam fármacos que interferem com a cascata da apoptose em doenças neurodegenerativas humanas. A baixa especificidade e selectividade das substâncias anti-apoptóticos actualmente disponíveis produz efeitos adversos indesejáveis. Em contraste, os estudos da patológica subjacente mecanismos de apoptose neuronal em formas hereditárias de doenças neurodegenerativas, demonstrou ser muito valioso, frequentemente ligando apoptose neuronal com o stress oxidativo e disfunção mitocondrial. Abaixo, as provas para o envolvimento de morte neuronal por apoptose em mor-bus Parkinson, Huntington morbus, morbus Alzheimer e esclerose lateral amiotrófica (ELA), será summa-autorizado. Morbus Parkinson A incidência da doença de Parkinson é cerca de 1/5, 000 com uma idade superior a 50 anos [39]. Esta doença é provocada pela perda de 50-60% dos neurónios dopaminérgicos da substância negra dentro de 10-20 anos, resultando na perda de uma malha de controle neural que se torna clinicamente evidente pela tríade bem conhecida - tremores, rigidez, acinesia com uma acentuação diferencial destes sintomas, em cada caso individual. O déficit dopaminérgico pode ser compensada, pelo menos temporariamente, o tratamento oral com a dopamina do precur-sor de L-DOPA, agonistas de dopamina e outras substâncias; uma terapia causal convincente para a perda de neurónios, no entanto, não existe até agora. Alguns estudos sobre o tecido cerebral postmortem de pacientes de Parkinson têm relatado a presença de células apoptóticas e de fragmentação do DNA na substantia nigra [40-42]. No entanto, estes resultados não foram confirmados por outros [43, 44]. Recentemente, no entanto, Hartmann et ai. [45] demonstraram que a caspase-3 é um factor crítico para a morte de células na substantia nigra de doentes de Parkinson. Adicionalmente, caspases iniciadoras parecem ser fortemente expressa nestes neurónios possivelmente contribuem para a morte das células [38]. As mutações genéticas nas proteínas Parkin, •-sinucleína e outros, têm sido mostrados para contribuir para a patogênese de formas familiares da doença de Parkinson, em que os agregados undissolvable de forma •-sinucleína um componente dos chamados corpos de Lewy [46 ]. A função fisiológica da •-sinucleína ainda não é conhecida, no entanto, parece desempenhar um papel na conversão de vesículas sinápticas e da plasticidade sináptica [47]. O mu-tação do gene Parkin no entanto leva a uma perda da função da proteína. Como E3-ligase, Parkin está envolvido na ubiquitinação e degradação de proteínas pela protea-algum complexo. A este respeito, a observação de que as proteínas de substrato, tais como CDCrel Parkin-1 e synphilin1 pode ser localizada para comummente corpos de Lewy [47] são de parti-cular interesse. No caso do mutante •-sinucleína, é possí-vel que Parkin é recrutado em corpos de inclusão e, por

conseguinte retirados a partir da degradação da proteína maquinário. Assim, pode-se presumir que patológico acumulação de proteínas deformadas em células portadoras de uma mutação em um de ambos os genes conduz a um aumento da neurotoxicidade. Esta hipótese é suportada pela observação de que a expressão de Parkin é aumentada em condições de stress celular, e que as proteínas misfolded, como Pael r (Parkin-associados receptores de endotelinalike receptor) são removidos a partir do retículo endoplasmático [48]. A noção de que Parkin atua como um supressor do estresse oxidativo pode ser de importância crítica para os neurônios dopaminérgicos da substância negra, que são particularmente vulneráveis ao estresse oxidativo [47]. A importância do estresse oxidativo para a patogênese-sis da doença de Parkinson é ainda apoiada por investigações que mostram um déficit de glutationa antioxidante, com subseqüente falta de complexo I mitocondrial e dopamina nos neurônios da substância negra [49, 50]. A falta de glutationa é responsável pelos danos das mitocôndrias com posterior apoptose neuronal [51]. O estudo da morte celular por apoptose em doença de Parkinson tem sido avançado pelo desenvolvimento de modelos de culturas de células e animais, em que as neurotoxinas de 1met-il-4-fenil 1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPP +) ou 6-hi-droxydopamine (6-OHDA) são empregues. Por exemplo, o aumento da actividade de JNK do estriado, uma característica da apoptose, foi encontrado nestes modelos [52, 53], enquanto que a aplicação simultânea de um inibidor de JNK (CEP-1347) demonstrou ser neuroprotector [54]. Além da activação de caspase3 em neurónios dopaminérgicos, a expressão aumentada do Bax pode ser observada nestes modelos bem [55]. Ao mesmo tempo, os murganhos que superexpressam o protector de Bcl-2 pró-teína mostraram-se resistentes a estes estímulos de morte de células [38]. Curiosamente, a proteína Parkin foi recentemente identificado como substrato para a caspase3 [56]. A causa subjacente da doença, no entanto, ainda tem que ser esclarecido. No entanto, a disfunção mitocondrial, com a iniciação subseqüente da cas...