fagocitose através do microscópio
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Antes de ler este texto navegue em:
“Fagocitose ao microscópio”
www.nuepe.ufpr.br
I. Observando células vivas
É possível visualizar o processo da fagocitose em células
vivas de um organismo animal. Uma forma é retirar as células
que realizam a fagocitose do animal e colocá-las em condições
adequadas para que permaneçam vivas e ativas. A seguir você
verá macrófagos vivos realizando a fagocitose.
NUEPE UFPR Biologia Celular
www.nuepe.ufpr.br
Coordenação Geral Ruth Janice Guse Schadeck
Márcia Helena Mendonça
Cultivo celular e experimentação
Carolina Camargo de Oliveria Dorly de Freitas Buchi
Redatora
Ana Clara Sans Salomão
Didática Jordana Dinorá de Lima
Bruno Reuis Martins Isadora de Lourdes Signorini
Souza Rafael de Oliveira Fratoni
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Por que macrófagos?
O macrófago é um tipo de célula capaz de fazer fagocitose, denominado,
portanto, de fagócito profissional. Nos vertebrados estão presentes nos tecidos
conectivos, no fígado, no baço, nos nódulos linfáticos, nos espaços sinusóides, nos
fluidos peritoneal, pleural ou sinovial, no colostro e nos espaço alveolares, dentre
outros. Estas células podem sobreviver por meses no tecido, patrulhando-os e
estabelecendo contato com os micro-organismos invasores. Em certas regiões, os
macrófagos recebem nomes especiais como, por exemplo: células de Kupfer, no
fígado; microglia, no sistema nervos central; células de Langerhans, na pele; e
osteoclastos, no tecido ósseo.
Os macrófagos mostrados a seguir foram retirados da cavidade peritoneal de
camundongos e cultivados em meio artificial. Cultivo celular é um procedimento muito
utilizado no estudo das células. É um método no qual as células são colocadas em um
meio que contém todos os nutrientes e mantidas em uma estufa em temperatura e
concentrações adequadas de 02 e C02, que simulam as condições do organismo
animal. Após o cultivo de 48 horas os macrófagos foram colocados junto com
leveduras do fermento do pão (Sccharomyces cerevisiae) e filmados através de
microscópios. Veja uma animação que descreve este processo no vídeo referenciado
abaixo.
Fagocitose – Licença para matar :
https://www.youtube.com/watch?v=2xA2OY3y4x4
Como o macrófago reconhece o material que deve ser fagocitado?
O macrófago possui em sua membrana plasmática proteínas, denominadas
receptores. Estes receptores reconhecem compostos químicos da superfície dos
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Figura 1 – Adesão das leveduras ao macrófago. Observe em A a levedura (seta)
aderida ao macrófago (asterisco). Essa interação acontece através dos receptores de
membrana do macrófago que se ligam as moléculas da parede celular da levedura,
como representado através de recursos gráficos em B.
microorganismos e das células (ou restos de células) do próprio organismo que devem
ser fagocitadas, conforme representado na figura 1.
Após a adesão seguem-se eventos complexos que culminam com a digestão do
material endocitado. Observe na figura 2 células nas quais estão ocorrendo eventos
subsequentes a adesão.
A estrutura fagocitada é internalizada em um compartimento chamado fagossomo. Como este compartimento adquire a habilidade de matar e destruir?
Através de uma série de fusões com vesículas do sistema lisossomal (fig. 5),
forma-se o fagolisossomo, compartimento de pH ácido contendo enzimas que efetuam
a digestão do material fagocitado. A maturação do fagossomo evolui até a completa
digestão das moléculas e o material resultante é utilizado pela célula.
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Figura 2 – Maturação do fagossomo. Observe a esquerda uma imagem em
DIC mostrando a levedura dentro do fagossomo (seta fina) e o acúmulo de
granulações citoplasmáticas (seta grossa) em sua periferia. Estas
granulações podem ser vesículas do sistema endossomo/lisossomo/ corpos
lipídicos e outras organelas citoplasmáticas que se fundem aos fagossomos.
Na figura da esquerda está esquematizada a sequência de fusões de
vesículas do sistema endossomo/lisossomo.
Os endossomos, um tipo de vesícula com pH ácido e que faz parte da via de
degradação de material endocitado nas células (“companheiros dos lisossomos”) , são
os primeiros a se fundirem ao fagossomo e somente após a isso, os lisossomos se
fundem. Com estas fusões há o descarregamento de enzimas digestivas no lúmen do
fagossomo, bem como a inserção de enzimas que produzem compostos tóxicos ao
patógeno, como os radicais livres. Veja na figura 3 vários macrófagos em diferentes
fases da fagocitose.
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Figura 3 - Diferentes fases da fagocitose. Inicialmente a levedura adere ao
macrófago (setas 1). Segue-se e internalização (seta 2), formando um
compartimento contendo a levedura internalizada denominado fagossomo
(seta 3). O fagossomo funde-se com lisossomos, formando o fagolisossomo,
no qual acontece a digestão material englobado e que pode aparecer
somente com alguns resíduos no sue interior (seta 4). Observe o grande
número de leveduras que os macrófagos são capazes de englobar
(asteriscos).
A observação de células vivas nos mostra fatos muito importantes. Mas
podemos observar outros aspectos através de outras metodologias, como serão
descritas a seguir.
O fagossomo este torna-se cada vez mais ácido”. Como o pH ácido é formado e mantido?
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Figura 4 – Bomba de prótons V-ATPase. Observe que a V-ATPase realiza
transporte ativo, utilizando a energia do ATP (convertido em ADP+fosfato ), para
bombear prótons (H+) para o interior dos compartimento tornando-o ácido
Nos processos de fusões com lisossomos o fagossomo adquire uma bomba de
prótons chamada de V- ATPase (ATPase vacuolar), que joga prótons para o seu
interior. O lúmen do fagossomo torna-se fortemente acidificado, chegando até pH 4.5.
Como este é um transporte do lado menos concentrado (o citosol apresenta pH
neutro, portanto, menor concentração de H+) para o lado mais concentrado (o lúmen
do compartimento apresenta pH ácido, portanto com maior concentração de H+) é um
transporte ativo que acontece as custas da hidrólise do ATP (Figura 4 ).
Veja como isso acontece no vídeo referenciado abaixo:
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Figura 5 – Acidificação dos fagossomos observada através vermelho
neutro. Observe em A vesículas vermelhas (endossomos e lisossomos) (setas),
justapostas aos fagossomos não corados (asteriscos), portanto neutro. Note em
B diferentes graus de acidificação: fagossomo 1 ainda está neutro, o 2 está com
uma coloração vermelha mais suave e o 3 encontra-se bem corado, Em C todos
os fagossomos (*) estão ácidos.
Organelas ácidas
http://youtu.be/BvCxAjNXj9s
A molécula de vermelho neutro acumula-se no interior dos compartimentos ácidos em
células vivas, corando-os de vermelho. Dessa forma, com a coloração vermelho-
neutro pode-se diferenciar nas células vivas os compartimentos ácidos, vermelhos,
dos compartimentos com pH neutro e básico, incolores. Observe a acidificação na
figura 5.
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II. Observando células fixadas coradas com Giemsa
A coloração com Giemsa é realizada em células fixadas. Neste
caso as células vivas são submetidas a compostos químicos, que
embora matem as células, reagem com compostos químicos celulares insolubilizando-
os, em um processo denominado de fixação. Com esta coloração torna-se possível a
diferenciação entre as leveduras recém englobadas pelos macrófagos e as que já
sofreram a ação das enzimas, já que mostra com clareza alterações morfológicas nas
leveduras fixadas e coradas. A morfologia arredondada e a cor intensa, características
das leveduras íntegras, são observadas na figura 6A, em leveduras ainda não
internalizadas, e permanecem presentes durante os primeiros estágios da
internalização (Figs. 6 A-D). Nos estágios avançados, verificam-se grandes alterações
de formato e de cor (Fig. 6E), o que sugere a digestão.
Observe a figura 6. As estruturas apontadas pelas setas da na coluna da
esquerda estão ampliadas e editadas na coluna da direita. Observe na figura A a
levedura aderida ao macrófago, representativa do estágio de adesão. Isto ocorre, pois,
como podemos notar pelo detalhe ao lado de A, receptores do macrófago reconhecem
moléculas na superfície da levedura, ligando-se a elas. Em B, na etapa seguinte, a
levedura começa a ser internalizada devido aos receptores dos macrófagos que, um a
um, ligam-se a moléculas de superfície da levedura, o que conhecemos como “modo
zíper”. Em C, a levedura encontra-se completamente internalizada, sendo acomodada
dentro de um compartimento chamado de fagossomo. Em D observa-se o fagossomo
fundido-se com lisossomos. Dessa maneira o seu pH fica ácido ele recebe enzimas
hidrolíticas capazes de digerir a levedura, observado em E.
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Figura 6 – Estágios da fagocitose.
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Veja o processo de digestão no vídeo “ Digestão celular” referenciado abaixo.:
Digestão celular
http://youtu.be/JvqJLoIp-4U
Qual é a composição do fagolisossomo?
O fagolisossomo - compartimento resultante da fusão do fagossomo com
lisossomos dentro do qual acontece a morte e a digestão do material internalizado -
apesar de sua morfologia simples, do ponto de vista de organização molecular é muito
complexo. Apresenta uma variedade de proteínas de membrana tais como enzimas
envolvidas na produção de radicais livres, proteínas envolvidas na apresentação de
antígeno, próton ATPases para manter o pH ácido do compartimento, proteínas
associadas aos filamentos do citoesqueleto, proteínas estruturais e transportadores de
membrana para importação de moléculas do citoplasma e exportação dos monômeros
oriundos da digestão. No lúmen do fagolisossomo estão presentes dezenas de tipos
diferentes de enzimas hidrolíticas, como proteases, lípases, glicosidades, nucleases e
fosfatases, capazes de digerir a maior parte dos compostos orgânicos. Veja a
representação de um fagolisossomo na figura 7.
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Figura 7 – Composição do fagolisossomo. A imagem enfatiza a presença de proteínas de membrana compondo a bicamada lipídica do fagolisossomo, tais como enzimas, proteínas estruturais, transportadores de membrana para importação de moléculas do citoplasma e exportação dos monômeros oriundos da digestão, além da próton ATPase. No lúmen do fagolisossomo, mais externamente observe dezenas de enzimas hidrolíticas como proteases, lípases, glicosidades, nucleases e fosfatases. Enquanto que, mais internamente note leveduras sendo submetidas ao processo de digestão pela ação das enzimas hidrolíticas.
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III. Curiosidades
A fagocitose é eficaz para todos os tipos de patógenos?
Alguns patógenos intracelulares desenvolveram estruturas e mecanismos que os
permitem sobreviver à fagocitose e que podem ser agrupados segundo as categorias:
I. patógenos que rompem a membrana do fagossomo durante a sua maturação e
escapam para o citoplasma, o que os protege contra os agentes dos
lisossomos e os permite metabolizar nutrientes citoplasmáticos (L.
monocytogenes, Shigella flexneri, Francisella tularensis and Rickettsia spp.).
II. patógenos que paralisam a maturação do fagossomo em estágios pré-
fagolisossomo e assim não se encontram com os agentes lisossomais. (M.
tuberculosis, micobactéria que secreta fosfatases para defosforilar o
fosfoinositol-3-fosfato e assim paralisar a maturação do fagossomo.
III. patógenos que redirecionam a maturação do fagossomo e são acondicionados
em vacúolos sem caráter endocítico que muitas vezes são liberados pela via
de secreção celular (os vacúolos contendo Legionella pneumophila interseptam
vesículas secretórias vindas do retículo endoplasmático e se desenvolvem em
compartimentos que apresentam muitas características do retículo
endoplasmático rugoso, inclusive a presença de ribossomos).
O que acontece nas alterações do reconhecimento?
O reconhecimento do que é inerente ao organismo e o que é invasor é
essencial para a defesa do organismo. Alterações neste reconhecimento podem
desencadear doenças graves, como, por exemplo, a esclerose múltipla, doença
autoimmune do sistema nervosa central. Esta doença ocorre devido a degeneração da
bainha de mielina que envolve os axônios neurais, realizada pelo próprio sistema
imnulógico do indivíduo, quando os macrófagos ativados expressando receptores
scavenger classe A (SRA) fagocitam a mielina que recobria o neurônio.
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Figura 7 – Esclerose múltipla. A ilustração representa as diferenças entre um
neurônio sadio, com a bainha de mielina íntegra, e um neurônio afetado pela patologia
esclerose múltipla, que apresenta bainha de mielina danificada, prejudicando a
transmissão do impulso elétrico através do axônio.
Bibliografia
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