Dentre os eventos bioquímicos mais frequentemente observados durante a apoptose, estão: ativação de caspases, permeabilização das membranas mitocondriais com vazamento de diversas moléculas, ativação de fosfatidilserina e promoção da interligação de proteínas (crosslinking) (PELLEGRINI; PINTO; CASTILHO, 2008).
Existem muitos fatores que podem desencadear o processo apoptótico, suprimindo genes antiapoptóticos e ativando genes pro-apoptóticos, entre eles destacam-se: ligação de moléculas a receptores de membrana, agentes quimioterápicos, radiação ionizante, danos no
DNA, choque térmico, privação de fatores de crescimento, baixa quantidade de nutrientes e níveis aumentados de espécies reativas do oxigênio. A deflagração da apoptose pode ser iniciada de duas diferentes maneiras: pela via extrínseca (citoplasmática) ou pela via intrínseca (mitocondrial). Ambas apresentam três fases: a iniciação, a decisão e a degradação (BAETU; HISCOTT, 2002; HANGEARTNER, 2000).
1.9.1 Via extrínseca do processo apoptótico
A via extrínseca é mais especializada sendo desencadeada pelo acoplamento de ligantes específicos a um grupo de receptores de membrana pertencentes à duas superfamílias de proteínas: a família dos receptores de fatores de necrose tumoral (rTNF) e a dos receptores destes ligando (FULDA; DEBATIN, 2006). Esta ligação é capaz de ativar a cascata das caspases (BRÖKER; KRUYT; GIACCONE, 2005). Os membros da família rTNF possuem um subdomínio extracelular rico em cisteína, o qual permite que eles reconheçam seus ligantes. Isso ocorre devido a trimerização e conseqüente ativação dos receptores de morte específicos, em seguida, a sinalização é mediada pela porção citoplasmática desses receptores que contém uma seqüência de 65 aminoácidos, chamada "domínio de morte" sendo, por isso, conhecidos por "receptores de morte celular" (FULDA; DEBATIN, 2006). Alguns membros envolvidos na indução de apoptose são: FasL (Fas ligante), fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), ligante do receptor de TNF indutor de apoptose (HENGARTNER, 2000).
Quando os receptores de morte celular reconhecem um ligante específico, os seus domínios de morte interagem com moléculas conhecidas como FADD/MORT-1. Essas moléculas podem recrutar então a caspase-8 que por sua vez poderá ativar pode clivar o Bid, uma proteína pró-apoptótica da família Bcl-2, convertendo-a para a forma truncada e ativa (tBid) desencadeando o processo de homo-oligomerização e translocação de proteínas pró- apoptóticas da família Bcl-2 (Bak e Bax), para a mitocôndria, ativando a via intríseca – Figura 7 – (LI et al., 1998; JIANG; WANG, 2004; BAETU; HISCOTT, 2002).
Figura 7 – Vias extrínseca e intrínseca da apoptose. Fonte: HANGEARTNER (2000).
1.9.2 Via intrínseca do processo apoptótico
A via intrínseca inicia-se na mitocôndria podendo ser representada também pelo reticulo endopalsmático. Há várias teorias que tentam explicar como os mais variados agentes podem ativar por estresse intracelular ou extracelular como a ausência de fatores de crescimento, danos no DNA, hipóxia ou ativação de oncogenes. Os sinais que são transduzidos em resposta a estes insultos convergem principalmente para a mitocôndria, disparando a fase de iniciação. Inúmeros estudos sobre apoptose apontam a mitocôndria como o principal mediador desse tipo de morte. Essa organela integra os estímulos de morte celular, induzindo ao aumento da permeabilização mitocondrial e conseqüente liberação de moléculas
pró-apoptóticas nela presentes, porém o mecanismo de origem ainda permanece controverso (ELMORE, 2007; WALLACE, 2008).
Quando sinais de morte alcançam à mitocôndria, alteram o potencial da membrana mitocondrial interna (∆Ψ) devido a formação de megaporos, bem como a uma transição da permeabilidade mitocondrial (TPM). Ao mesmo tempo, a água do espaço entre membranas passa para a matriz mitocondrial, levando ao aumento do volume e à ruptura da organela e conseqüente liberação de componentes internos mitocôndrias, (citocromo c e Smac/Diablo) proteínas pró-apoptóticas para o citoplasma (KIM et al., 2007). O Smac/Diablo é capaz de inativar inibidores endógenos da apoptose. (MALUF; POMPEIA, 2005).
Além da liberação de moléculas pela mitocôndria, ocorre o colapso do potencial transmembrânico de mitocôndria (∆Ψm) e da TPM levam à perda da homeostasia celular,
interrompendo a síntese de ATP (devido à interrupção de forma indireta da cadeia transportadora de elétrons) e aumentando a produção de espécies reativas do oxigênio (EROS). O aumento nos níveis de EROS leva à oxidação de lipídios, proteínas e ácidos nucléicos, causando o colapso do potencial transmembrânico de mitocôndria (∆Ψm) – Figura
7 – (ELMORE, 2007; PELLEGRINI; PINTO; CASTILHO, 2008).
A resposta mitocondrial ao dano oxidativo é uma importante via para o gatilho incial apoptótico. Além disso, as espécies reativas de oxigênio (EROS) induzem a ativação das caspases -9 e -3, enquanto, estudos indicam que durante a apoptose ocorre a formação de um megaporo que contém diversas proteínas e abrange as membranas interna e externa da mitocôndria (GOTTLIEB, 2001; BRÖKER; KRUYT; GIACCONE, 2005; YAMAGUCHI; PERKINS, 2009).
Inúmeros sinais indutores de apoptose estimulam a mitocôndria, fazendo com que ocorra um desacoplamento da cadeia respiratória e conseqüente liberação de citocromo c e proteínas ativadoras da apoptose para o citosol, o qual forma um complexo com a APAF-1 e a caspase-9, o chamado apoptossomo, que promove a clivagem da pró-caspase-9, liberando a caspase-9, que uma vez estimulada ativa a caspase-3 que deflagrará o fenômeno apoptótico (SCHULER; MAURER; GOLDSTEIN, 2003; RUPNARAIN et al., 2004; KIM et al., 2007;
YAMAGUCHI; PERKINS, 2009).
Mais recentemente, foi descrita a participação, na via mitocondrial, de uma flavoproteína conhecida por Fator Indutor de Apoptose (AIF). A AIF migra da mitocôndria para o núcleo após um estímulo de apoptose e induz a condensação da cromatina e
fragmentação do DNA (pares de base) em fragmentos de 50 kDa, independente da ativação das caspases (KIM et al., 2007).
Na verdade, a via responsável pela sinalização entre o rompimento/estabilização dos microtúbulos e a via mitocondrial permanece em grande parte desconhecida (VITALE et al., 2009). Neste sentido, foi levantada a hipótese que existem vários fatores que induzem mudanças na polimerização dos microtúbulos disponíveis para interagir com alvos específicos (KROEMER; MARTIN, 2005). Agentes estabilizadores de microtúbulos, tais como paclitaxel, são capazes de ativar a apoptose por via extrínseca em células de câncer de pulmão (H460), envolvendo ativação de receptores de morte, na fase inicial do tratamento, e caspase- 8 (VITALE et al., 2009).
Outros agentes como os alcalóides da vinca e a colchicina modificam o citoesqueleto afetando o sistema de tubulina/microtúbulos. Em células cancerosas, ambas as classes suprimem a dinâmica dos microtúbulos causando instabilidade na formação da tubulina, ativando o mecanismo de morte celular por via intrínseca ou mitocondrial (ESTEVE; CARRE; BRAGUER, 2007).