http://www.nuepe.ufpr.br/blog/wp-content/uploads/2016/07/Cenas-da-fagocitose.pdfAgências financiadoras                                               Programas de formação de professores

Brasil CNPq araucaria nuepe

Formação de professores

Estes texto didático interativo tem a finalidade de contribuir com a aprendizagem em Ciências e Biologia.O texto pode ser utilizado na sua íntegra ou por itens escolhidos de acordo com o planejamento do professor. O seu uso deve obedecer a licença CC- By-NC-SA, com atribuição ao Núcleo de Ensino, Pesquisa e Extensão, BioCel, UFPR. Embora disponibilizados para a aplicação, continuam  em um  processo sujeito à mudanças para atender melhor  a comunidade alvo.   A participação dos usuários com sugestões para melhoria deste trabalho é essencial. Portanto, a sua contribuição é desejável e bem-vinda.

Contatos:     nuepe1.ufpr@gmail.com   e    ruths@ufpr.br

  FAGOCITOSE

Aprendendo com macrófagos 

A fagocitose se caracteriza pelo reconhecimento de organismos invasores e sua posterior destruição intracelular. Entre os protistas a fagocitose ocorre para que a célula adquira nutrientes, enquanto que nos organismos multicelulares a função desse evento evoluiu para defender o corpo contra partículas estranhas.

Em mamíferos as principais células fagocitárias são  a célula dendrítica, o  neutrófilo e o macrófago, podendo essas serem denominadas fagócitos profissionais.

Neutrofilo 3D. Clique na imagem para acessar o video.

Neutrofilo 3D. Autor: Blausen.com staff. “Blausen gallery 2014”. Licença CC-By-NC-3.0. Clique na imagem para acessar o vídeo.

Construção 3D de uma célula dendrítica exposta ao vírus HIV. Imagem de domínio público National Institutes of Health (NIH)

Construção 3D de uma célula dendrítica exposta ao vírus HIV. Imagem de domínio público
National Institutes of Health (NIH).

 

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………É possível visualizar células vivas de um organismo animal, como os macrófagos. Uma forma é retirar do animal as células que realizam a fagocitose e colocá-las em condições adequadas para que permaneçam vivas e ativas. Os macrófagos utilizados neste trabalho foram retirados da cavidade peritoneal de camundongos e cultivados em sistema artificial. Esse é um método no qual as células são colocadas em um meio que contém todos os nutrientes necessários para a manutenção celular, mantidas em uma incubadora a 37oC e com concentrações adequadas de 02 e C02, que simulam as condições do organismo animal. Após 48 horas de incubação os macrófagos foram colocados junto com leveduras (Saccharomyces cerevisiae) fotografados e filmados através de diferentes microscopias.

 Quer conhecer mais sobre cultivo celular?Acesse aqui! 

Cultivo de macrófagos

Macrófagos vivos em cultura. Clique na imagem para visualizá-la em tamanho maior.

O macrófago após 48 horas de cultivo celular apresenta-se expandido, com muitas projeções celulares, de diferentes tamanhos e formas, como mostrado na figura  ao lado. Este tipo celular apresenta uma variedade de movimentos, como a migração celular, formação de pseudópodes e intenso movimento intracelular de organelas. Esses movimentos podem ser observados facilmente nas células vivas em cultivo celular. 

mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm 

Veja o vídeo abaixo e observe os movimentos do macrófago!

Macrófago e movimentos

VÍDEO MOVIMENTOS CELULARES – Mostra movimentos intracelulares e das projeções celulares dos macrófagos vivo.

Qual é a função do macrófago?

Os macrófagos estão vastamente distribuídos nos tecidos conjuntivos de órgãos  como o fígado, baço e  nódulos linfáticos.  São soldados incansáveis e sempre alertas, patrulhando permanentemente o organismo. Aos macrófagos cabe o reconhecimento, fagocitose e destruição de microrganismos, avisando o restante do sistema imunológico que o organismo está sendo atacado. Portanto, os macrófagos têm  função primordial nas defesas do organismo animal.

Como o macrófago reconhece  o que deve ser fagocitado?
Adesão das leveduras aos receptores do macrófago. Observe em A a levedura (seta) aderida ao macrófago (asterisco). Essa interação acontece através dos receptores de membrana que se ligam as moléculas da parede celular da levedura, como representado através de recursos gráficos em B.Internalização e formação do fagossomo.Clique na imagem para visualizá-la-la em tamanho maior.

Adesão das leveduras aos receptores do macrófago. Observe em A a levedura (seta) aderida ao macrófago (asterisco). B. Internalização e formação do fagossomo.Clique na imagem para visualizá-la em tamanho maior.

 A membrana plasmática dos macrófagos possui proteínas que atuam como receptores, reconhecendo compostos químicos da superfície dos microrganismos e das células (ou restos de células) que devem ser destruídos, conforme representado na figura ao lado. Portanto, as  células do organismo que não apresentam esses compostos químicos em sua superfície não são reconhecidas e não sofrem a fagocitose.

mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm

VEJA OS VÍDEOS ABAIXO QUE MOSTRAM A FAGOCITOSE NO MACRÓFAGO

O macrófago em cena

Vídeo didático mostrando uma sequência de células vivas em movimentos observadas através de microscopia diferencial de interferência. Clique AQUI para acessar o texto explicativo.

Fagocitose em movimento

RECOMENDADO Sequência de vídeos de macrófagos mostrando a fagocitose das leveduras em vários estágios.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

O reconhecimento do que é inerente ao organismo e o que é invasor é essencial para a defesa dos animais. Alterações nesse reconhecimento podem desencadear doenças graves, como, por exemplo, a esclerose múltipla, doença autoimune do sistema nervoso central. Essa doença ocorre devido a fagocitose da membrana de mielina, que recobre o neurônio, pelos macrófagos do próprio organismo.

Clique AQUI e conheça mais sobre esclerose múltipla

Após o o reconhecimento do material a ser fagocitado ele é englobado por projeções da membrana plasmática denominadas pseudópodes formando um compartimento chamado fagossomo, o qual sofre um processo de maturação e torna-se apto para matar e destruir o material fagocitado.

 Assista ao vídeo abaixo  e observe as etapas sequenciais da fagocitose!

Video licença para matar

VÍDEO FAGOCITOSE – LICENÇA PARA MATAR. Mostra as etapas da fagocitose até a digestão intracelular

Veja  o texto descritivo do vídeo  Fagocitose – Licença para matar

Formação dos pseudópodes

O córtex da célula é constituído por uma rede de filamentos de actina, um dos componentes do citoesqueleto, que é capaz de se montar e desmontar. Assim, nos locais que acontece a formação dos pseudópodes os filamentos de actina do córtex se desmontam para se  remontar no interior dos pseudópodes, como representado na figura abaixo. Dessa forma  estes filamentos conferem a sustentação mecânica para a expansão da membrana plasmática, uma estrutura fluída que,  sozinha,  não consegue se projetar. 

Remodelagem dos filamentos de actina na fagocitose.Observe os pseudópodes (setas) na finalização da internalização. Os filamentos de actina nos pseudópodes podem ser vistos.

Remodelagem dos filamentos de actina na fagocitose.Observe os pseudópodes (setas) na figura da diretia na finalização da internalização. Os filamentos de actina nos pseudópodes estão representados na figura da esquerda.  Clique na imagem para visualizá-la em tamanho maior.

Quando observados em 3D os pseudópodes, na verdade,  mais se asemelham à um cálice cujas bordas crescem  ao redor de  todo o diâmetro da  estrutura  a ser fagocitada, como você pode ver em nas duas imagens superiores na composição que mostra   macrófagos internalizando  hemáceas. 

 Formação dos fagossomos 

Os pseudópodes aderem ao material a ser internalizado e vão,  passo a passo, envolvendo-o ao longo de toda a sua extensão tridimensional. Ao chegarem ao topo se fundem, formando uma grande vesícula (ou vacúolo) que se desprende e penetra no interior da célula. Esse compartimento é denominado fagossomo.

Remodelagem dos filamentos de actina na fagocitose.Observe os pseudópodes (setas) na finalização da internalização. Os filamentos de actina nos pseudópodes podem ser vistos.

Formação do fagossomo. Clique na imagem para visualizá-la em tamanho maior.

Os filamentos de actina nos pseudópodes podem ser vistos em células vivas através de modernas técnicas de fluorescência. Veja  AQUI uma ameba fagocitando uma levedura. Os filamentos de actina aparecem vermelhos e a levedura verde.

 Maturação do fagossomo

O fagossomo não tem a habilidade de matar e destruir o patógeno internalizado. Para adquirir essa habilidade ele sofre muitas modificações em um processo denominado de “maturação do fagossomo”. Através de uma série de fusões com endossomos (organelas ácidas que funcionam junto com lisossomos) e com os lisossomos (figura abaixo), são descarregadas no fagossomo uma variedade de enzimas hidrolíticas formando o fagolisossomo.

Maturação do fagoassomo. Clique na imagem para visualizá-la em tamanho maio

Maturação do fagossomo. Clique na imagem para
visualizá-la em tamanho maior.

Digestão do material  internalizado no fagolisossomo

O fagolisossomo – compartimento resultante da fusão do fagossomo com lisossomos – 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, proteínas estruturais e transportadores de membrana, importantes para 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 na figura  abaixo a  representação de um fagolisossomo durante a fase de digestão de uma levedura internalizada.

Fagossomo

As enzimas que compõem o fagolisossomo, no seu conjunto, matam e digerem o material fagocitado. Além das enzimas, com as  fusões há também a inserção de uma proteína transportadora a de H+ denominada ATPase Vacuolar que transporta H+ para o interior do fagossomo, o qual torna-se ácido

Qual é o mecanismo da acidificação?

O transportador de Hé denominado V-ATPase (“V” de vacuolar e “ATPase” devido à capacidade de hidrolisar o ATP), e  presente na membrana de endossomos e lisossomos, mantém o meio ácido no interior do compartimento.  As etapas principais do transporte de Hpela V-ATPasae estão representadas na figura abaixo.

Etapas principais do transporte de H+ pela V-ATPasae. Observe que a V-ATPase realiza transporte ativo, utilizando a energia do ATP, resultando em ADP mais fosfato (Pi), para bombear prótons (H+) para o interior do compartimento tornando-o ácido.Clique na imagem para vê-la em tamanho maior.

Etapas principais do transporte de H+ pela V-ATPasae. Observe que a V-ATPase realiza transporte ativo, utilizando a energia do ATP, resultando em ADP mais fosfato (Pi), para bombear prótons (H+) para o interior do compartimento tornando-o ácido.Clique na imagem para vê-la em tamanho maior.

A  fusão de lisossomos ao fagossomo incorpora a V-ATPase na membrana dos fagossomos, o que permite que ela,  inserida na membrana, bombeie  prótons para o interior do compartimento. O lúmen do fagossomo torna-se ácido, meio ideal para ação das enzimas digestivas e produtoras de radicais livres, envolvidas na morte e digestão do material internalizado. Como esse é um transporte do lado menos concentrado (uma vez que o citosol é um meio neutro,  apresenta  menor concentração de H+) para o lado mais concentrado (o  lúmen do fagolisossomo torna-se cada vez mais ácido,  portanto apresenta maior concentração de H+) é um transporte ativo que acontece as custas da hidrólise do ATP.

“O fagossomo torna-se cada vez mais ácido”.  É possível observar esse processo em uma célula viva?

figura i agosto

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.Clique na imagem para visualizá-la-la  em tamanho maior.

A figura ao lado  mostra a acidificação em uma célula viva através de uma metodologia que utiliza o corante vermelho neutro. A molécula de vermelho neutro entra através da membrana para o interior do lisossomo e lá fica retida. Nesse meio ácido ela torna-se positiva, acumulando-se no interior dos compartimentos ácidos em células vivas, corando-os de vermelho. Dessa forma, com esta coloração pode-se diferenciar nas células vivas os compartimentos ácidos, vermelhos, dos compartimentos com pH neutro e básico, incolores.

m

Veja  a acidificação acontecendo nas células vivas!

acidificação do fagossomoLeia o texto descritivo do vídeo Acidificação dos fagossomos

Durante todo o processo da fagocitose as vesículas  se deslocam e se fundem. Como acontece o encontro destes compartimentos no interior das células?

Para que as fusões aconteçam faz-se necessário que os compartimentos se movimentem e se encontrem no interior celular. Isso acontece pelo deslocamento vesículas sobre os microtúbulos, “as rodovias intracelulares”. Esse transporte pode ser analisado de forma simplificada da seguinte maneira: a vesícula a ser transportada liga-se à proteína motora, a qual, através de mudanças conformacionais, “caminha” ao longo dos microtúbulos, levando a vesícula “de carona”.  

Confira os endossomos em células vivas migrando sobre os microtúbulos! 

Neste  vídeo os endossomos são as vesículas verdes,  os microtúbulos estão evidenciados me vermelho e o núcleo em azul.

A fagocitose é eficaz para todos os tipos de patógenos?

Não. Alguns patógenos intracelulares desenvolveram estruturas e mecanismos que lhes permitem sobreviver à fagocitose. Esses organismos utilizam três principais estratégias:

1.Patógenos que rompem a membrana do fagossomo

Após serem fagocitados eles escapam para o citoplasma, o que os protege contra os agentes fagolisossomais  e lhes permite metabolizar nutrientes citoplasmáticos. O Trypansoma cruzi, causador da doença de Chagas, doença endêmica, grave e que causa muitas mortes em nosso país, utiliza essa estratégia.

  1. Patógenos que paralisam a maturação do fagossomo

Nesse caso, ocorre a inibição da fusão dos fagossomos com endossomos e lisossomos, o que impede a morte e degradação destes microrganismos, pois não se encontram com as enzimas lisossomais.  A bactéria Micobacterim tuberculosis causador da tuberculose é um exemplo de patógeno que utiliza essa estratégia. A tuberculose, muitas vezes associada a tempos mais antigos, ainda é uma doença que assola a humanidade.

Clique aqui para  saber sobre a tuberculose.

3. Patógenos que são capazes de sobreviver no interior do fagolisossomo

Como exemplo podemos citar o protozoário Leishamania, causador da leishmaniose .

Quer saber mais sobre  leishmaniose ? Veja o vídeo sobre esta doença.

Além dos exemplos descritos acima, a fagocitose está envolvida em inúmeros outros eventos fisiológicos, sendo fundamental para a homeostase do organismo. A cada dia surgem novas descobertas sobre este fenômeno, mostrando a e importância desse processo para a saúde do organismo.

__________________________________________________________________________________________

Fagocitose- Licença para matar. Unidade didática composta por vídeos, animações, imagens e e textos didáticos. Clique na imagem para acessar a página.

Acesse aqui texto didático  completo Fagocitose e citoesqueleto.

_________________________________________________________________________________________________