apoptosis
44
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis Medicina Humana Ciclo I - 2009 I Página1 INTRODUCCIÓN La muerte celular comenzó a considerarse como un fenómeno fisiológico e importante dentro del proceso de desarrollo de los organismos poco después del descubrimiento, realizado sobre la mitad del siglo XIX, de que los organismos estaban compuestos por células. Las primeras observaciones de muerte celular fisiológica fueron realizadas en la metamorfosis de anfibios por Vogt en 1842 y posteriormente se realizaron estas mismas descripciones en otros tejidos en desarrollo, tanto de invertebrados como de vertebrados. El concepto de "muerte celular programada" fue acuñado por Lockshin y Williams en 1964 y describía la muerte de las células que ocurría en lugares y momentos determinados como eventos programados dentro del plan de desarrollo del organismo. Años después, en 1972, Kerr, Wyllie y Currie a partir de una recopilación de evidencias morfológicas, establecieron las diferencias entre dos tipos de muerte celular. La patológica que ocurre, por ejemplo, en el centro de una lesión aguda como trauma o isquemia, está caracterizada por la ruptura celular y recibe el nombre de necrosis celular, y la fisiológica, que ocurre durante el desarrollo o la hemostasis del organismo, que mantiene la integridad de la célula y a la que Kerr y sus colaboradores llamaron apoptosis. Según este grupo, la muerte por apoptosis respondía a un programa de muerte intracelular que podía ser activado o inhibido por una variedad de estímulos, tanto fisiológicos como patológicos. En 1982 tuvo lugar un descubrimiento que abrió las puertas al estudio profundo de las bases moleculares y genéticas del proceso de apoptosis. Horvitz publicó los estudios genéticos realizados sobre el nematodo caenorhabditis elegans en los que se describieron los genes encargados del control y la ejecución de la apoptosis en este organismo. Gracias a la homología existente entre estos genes en c. elegans y organismos superiores, la apoptosis en este nematodo ha sido tomada como referente del proceso en todos los sistemas y esto ha podido identificar una parte importante de la red de mecanismos que lo controlan.
-
Upload
leslie-rossina-zavaleta -
Category
Health & Medicine
-
view
139 -
download
0
Transcript of apoptosis
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
INTRODUCCIÓN
La muerte celular comenzó a considerarse como un fenómeno fisiológico e
importante dentro del proceso de desarrollo de los organismos poco después del
descubrimiento, realizado sobre la mitad del siglo XIX, de que los organismos estaban
compuestos por células. Las primeras observaciones de muerte celular fisiológica
fueron realizadas en la metamorfosis de anfibios por Vogt en 1842 y posteriormente
se realizaron estas mismas descripciones en otros tejidos en desarrollo, tanto de
invertebrados como de vertebrados.
El concepto de "muerte celular programada" fue acuñado por Lockshin y
Williams en 1964 y describía la muerte de las células que ocurría en lugares y
momentos determinados como eventos programados dentro del plan de desarrollo del
organismo. Años después, en 1972, Kerr, Wyllie y Currie a partir de una recopilación
de evidencias morfológicas, establecieron las diferencias entre dos tipos de muerte
celular. La patológica que ocurre, por ejemplo, en el centro de una lesión aguda como
trauma o isquemia, está caracterizada por la ruptura celular y recibe el nombre de
necrosis celular, y la fisiológica, que ocurre durante el desarrollo o la hemostasis del
organismo, que mantiene la integridad de la célula y a la que Kerr y sus colaboradores
llamaron apoptosis. Según este grupo, la muerte por apoptosis respondía a un
programa de muerte intracelular que podía ser activado o inhibido por una variedad
de estímulos, tanto fisiológicos como patológicos.
En 1982 tuvo lugar un descubrimiento que abrió las puertas al estudio profundo
de las bases moleculares y genéticas del proceso de apoptosis. Horvitz publicó los
estudios genéticos realizados sobre el nematodo caenorhabditis elegans en los que se
describieron los genes encargados del control y la ejecución de la apoptosis en este
organismo. Gracias a la homología existente entre estos genes en c. elegans y
organismos superiores, la apoptosis en este nematodo ha sido tomada como referente
del proceso en todos los sistemas y esto ha podido identificar una parte importante de
la red de mecanismos que lo controlan.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
DEFINICIÓN
Se considera a la apoptosis como un mecanismo fisiológico de muerte (inherente
al desarrollo celular), que se desencadena por diversas señales, las cuales pueden ser
fisiológicas, o por estimulaciones exógenas ambientales. Estas señales pueden actuar
sobre receptores de superficie y causar la activación en cascada de proteínas
citoplasmáticas; ello trae como resultado la activación de un programa genético que
conduce, generalmente, a la nucleólisis por la acción de las endonucleasas. Este
mecanismo de muerte celular interviene en importantes fenómenos fisiológicos como:
embriogénesis, mantenimiento de la homeostasia, renovación tisular y desarrollo y
funcionamiento del sistema inmunitario.
Los trastornos en la regulación de la apoptosis por diferentes vías, están
presentes en la etiopatogenia de diversas enfermedades autoinmunes,
neurodegenerativas, y también se sugiere que participen en el Síndrome de
Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA).
Debido a que la apoptosis puede considerarse como un proceso de eliminación de
células defectuosas, la desregulación de los genes que codifican las proteínas
relacionadas con la apoptosis, puede ser la causa del desarrollo de diversos tumores.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
MODELO INICIAL: C.ELEGANS
Dentro del estudio del proceso de apoptosis que se ha venido realizando a lo
largo de los últimos años, resultó determinante la descripción de los genes implicados
en la maquinaria de apoptosis del nematodo caenorhabditis elegans. C. elegans
pertenece a un filo formado por:
"Gusanos de piel lisa, no segmentados, con un cuerpo alargado, cilíndrico y forma
afilada en el extremo. Incluye formas libres y parásitas, ambas acuáticas y terrestres"
Es un organismo de aproximadamente 1mm de longitud, vive en el suelo sobre materia
vegetal en descomposición, alimentándose de microorganismos. Su vida se prolonga a
lo largo de 2-3 semanas durante las cuales se reproduce. El estudio de este nematodo
fue iniciado en los años 60 por Sydney Brenner.
La ventaja que proporciona c. elegans como sistema experimental es que posee
959 células somáticas transparentes, que pueden ser estudiadas individualmente
mediante microscopía, y 17800 genes diferentes que forman su mapa genético
secuenciado íntegramente. Este organismo, a pesar de su simplicidad, desarrolla los
procesos que en organismos superiores son motivo de estudio: embriogénesis,
desarrollo, funcionamiento del sistema nervioso, comportamiento y envejecimiento. C.
elegans representa el compromiso perfecto entre la simplicidad en su tratamiento y la
complejidad de las funciones y los mecanismos que posee, regidas por genes que se
han conservado a lo largo de la evolución hasta los mamíferos.
La apoptosis juega un importante papel en el desarrollo embrionario de c.
elegans. A partir de los estudios que Horvitz inició en 1986, se estableció el número y
la localización de las células que morían por apoptosis durante el desarrollo y
mediante el análisis de mutantes se describieron los genes implicados en este
mecanismo. Estos genes se denominaron ced y se enumeraron desde el -1 al -10. Ced-
3. -4 y -9 regulan la fase ejecutora de la apoptosis y el resto está implicado en los
procesos de eliminación por fagocitosis de la célula apoptótica. Posteriormente se
describió el gen EGL-1 que participa también en la regulación de la MCP. El complejo
ejecutor formado por ced-3, -4 y -9 representa la imagen más simplificada del
programa apoptótico que se puede encontrar en células de mamíferos.
Cada una de las proteínas expresadas a partir de ellos son equivalentes a las que,
en organismos superiores, constituyen los pilares que soportan la red de señalización
de la apoptosis. CED-3 es una proteasa equivalente a las caspasas de mamíferos,
proteínas ejecutoras de la apoptosis que desmontan la maquinaria celular degradando
un grupo seleccionado de proteínas. CED-3 se activa por homodimerización y para
hacerlo posible, existe otra proteína CED-4 capaz de interaccionar con ella y también
consigo misma. La unión de CED-3 a CED-4 y la posterior homodimerización de esta,
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina4
traería consigo la activación de CED-3. CED-4 tiene también su homologo en
mamíferos, Apaf-1, que se une a procaspasa-9 y facilita su activación. La tercera
proteína de esta maquinaria es CED-9, la pieza reguladora, que se une a CED-4 y la
inhabilita para mediar la activación de CED-3, al impedir su homodimerización.
Su interacción con una proteína pro-apoptótica como es EGL-1 en c. elegans, la
separa de CED-4 dejándola realizar su función activadora de la apoptosis. En mamífero,
esta proteína es equivalente a toda una familia con miembros tanto pro-apoptóticos
como anti-apoptóticos que regulan el proceso de muerte celular. Las moléculas
equivalentes entre los sistemas que se han mencionado anteriormente, presentan tal
homología de secuencias que muestran que este sistema se ha mantenido totalmente
conservado a lo largo de la evolución. Los componentes del sistema que parece que
han sido de adquisición más recientes son los receptores de muertes, ya que ningún
equivalente de ellos ha sido encontrado aún en c. elegans.
De esta forma, el estudio del nematodo c. elegans estableció las bases para la
caracterización, que hoy día aún es incompleta, de la compleja red de procesos que
culminan con la apoptosis celular y que a continuación se resumen.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina5
DIFERENCIAS ENTRE APOPTOSIS Y NECROSIS
Mientras la apoptosis está caracterizada por una activa participación de la propia
célula que está falleciendo, incluso hasta el punto de sintetizar de novo (en algunos
tipos celulares) los efectores de su muerte celular, la necrosis es un proceso pasivo,
catabólico y degenerativo. La necrosis también recibe otros nombres como muerte
accidental u oncosis. La necrosis generalmente representa una respuesta celular a una
lesión y puede ser inducida por una sobredosis de agentes citotóxicos, un choque de
pH, hipertermia, hipoxia, trauma directo, un choque ácido, etc. Un acontecimiento
temprano de la necrosis es la pérdida de control de la permeabilidad de la membrana
plasmática. Como consecuencia de ello se establece un flujo anormal de iones hacia el
interior celular que va acompañado de la entrada pasiva de agua.
La entrada de agua provoca que tanto la célula como algunos de sus orgánulos
membranosos (mitocondria, retículo endoplásmico, etc) se hinchen y finalmente
estallen. Después la membrana plasmática se rompe y se liberan constituyentes
citoplásmicos, incluyendo enzimas proteolíticas (Majno G, Wyllie AH ). En la cromatina
nuclear aparecen áreas de condensación desigual y en núcleo sufre una lenta
disolución (cariolisis). La necrosis desencadena una reacción inflamatoria en el tejido
que a menudo produce formación de cicatriz. La degradación del DNA no es tan
excesiva durante la necrosis como en la apoptosis, y los productos de degradación son
de tamaño variable que forman bandas discretas en los geles de electroforesis.
APOPTOSIS NECROSIS
CAUSAS Falta factores de crecimiento
Influencia hormonal
Toxicidad suave
Anoxia
Daño físico o químico
MORFOLOGÍA Célula encogida Célula inflada
NÚCLEO Condensación
Segmentación
Fragmentación del ADN
Degradación del ADN
MEMBRANA CELULAR Protuberancias, cambios en
la distribución de la
fosfatidilserina
Lisa, lisis
MITOCONDRIA Cambios moleculares Inflamiento
EXPRESIÓN Expresión génica
Síntesis proteica
Activación de proteasas
------
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina6
MORFOLOGÍA
La apoptosis se considera, morfológica y bioquímicamente, diferente a la muerte
celular por necrosis osmótica. En la necrosis, un grupo de células, ante estímulos
externos, pierden la integridad de membrana alterando la regulación de la
homeóstasis iónica celular y permitiendo un gran edema intracelular y la destrucción
de organelas; como consecuencia se provoca una intensa respuesta inflamatoria que
participará, igualmente, en la fagocitosis del detritus celular.
Los rasgos morfológicos de la apoptosis difieren de los de la necrosis
observándose mejor con microscopía electrónica. Inicialmente se produce la
constricción de la membrana, disminuyendo el tamaño celular y agrupando las
organelas, dándole al citoplasma un aspecto más denso. Los cambios nucleares son los
rasgos más característicos. La cromatina se condensa en la periferia, por debajo de la
membrana nuclear, en masas densas bien definidas.
Posteriormente el núcleo se fragmenta, formándose, al mismo tiempo, vesículas
citoplasmáticas y los denominados cuerpos de apoptosis. Estos cuerpos apoptóticos se
componen de citoplasma y 70 organelas muy agrupadas, pudiendo contener también
fragmentos nucleares, rodeados siempre de membrana. Los cuerpos de apoptosis
serán fagocitados por las células sanas adyacentes del parénquima o por macrófagos,
donde se degradaran con rapidez dentro de los lisosomas, gracias a su actividad
enzimática. Seguidamente las células adyacentes serían capaces de migrar o proliferar
reemplazando así el espacio ocupado por la célula apoptótica suprimida.
La apoptosis afecta a células aisladas o racimos celulares pequeños.
Histológicamente, con tinción de hematoxilina eosina, la célula apoptótica suele
reconocerse como una masa redondeada u oval de citoplasma, fuertemente
eosinófilo, con fragmentos de cromatina nuclear densa. La constricción celular y la
formación de cuerpos apoptóticos tienen un comienzo abrupto con una duración de
pocos minutos; sin embargo los cuerpos de apoptosis permanecen en el tejido
aproximadamente 2 horas hasta que sean fagocitados y degradados.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina7
CARACTERISTICAS
Una célula que va a sufrir apoptosis activa una cascada de eventos moleculares
que culminan en su total desintegración. Muchos de estos cambios son característicos
y parecen ser únicos a la apoptosis por lo que pueden ser utilizados para identificar
este modo de muerte celular.
Uno de los eventos más tempranos de la apoptosis es la deshidratación celular.
La pérdida del agua intracelular conlleva la condensación del citoplasma y cambios en
la forma y el tamaño celular: Las células que eran redondas originalmente aparecen
elongadas y, generalmente, más pequeñas. Otro cambio, quizá el más característico de
la apoptosis, es la condensación de la cromatina nuclear. La condensación comienza en
la periferia nuclear, y la cromatina condensada a menudo adquiere una forma cóncava
que se asemeja a una media luna.
El DNA en la cromatina condensada presenta hipercromasia y se marca
intensamente con sondas fluorescentes. La envuelta nuclear se desintegra, la laminilla
sufre degradación proteolítica y, por último, se produce la fragmentación nuclear.
Algunos fragmentos nucleares, que se tiñen uniformemente con sondas de DNA y que
parecen gotitas de DNA de diferentes tamaños, están dispersos en el citoplasma. Estos
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina8
fragmentos nucleares junto con los constituyentes del citoplasma (incluyendo
orgánulos intactos), son empaquetados y envueltos por fragmentos de membrana
plasmática. Estas estructuras, denominadas cuerpos apoptóticos, son emitidas por las
células apoptóticas. Cuando la apoptosis sucede in vivo , los cuerpos apoptóticos son
fagocitados por las células vecinas como fibroblastos o células epiteliales (y no
necesariamente por macrófagos profesionales) sin desencadenar ninguna reacción
inflamatoria en el tejido.
La activación de endonucleasas que cortan preferencialmente en secciones
internucleosomales es otra característica específica de la apoptosis. Los productos de
la degradación del DNA son fragmentos nucleosomales u oligonucleosomales que
generan el característico patrón en escalera en electroforesis de geles de agarosa.
Como el DNA de las células apoptóticas está parcialmente degradado, la fracción de
bajo peso molecular puede ser extraída fácilmente.
Otra característica específica de la apoptosis es la preservación, al menos en la
fase inicial de la apoptosis, de la integridad estructural y de la mayoría de las funciones
de la membrana plasmática. También, los orgánulos celulares incluyendo la
mitocondria y los lisosomas, permanecen preservados durante la apoptosis, aunque el
potencial transmembrana de la mitocondria está enormemente decrementado. Otras
características de la apoptosis son la movilización del catión calcio (Ca 2+ ) intracelular
( McConkey DJ ), la activación de la transglutaminasa que une proteínas citoplás micas,
la pérdida de microtúbulos, pérdida de la asimetría de los fosfolípidos de la membrana
plasmática que permite la exposición de la fosfatidilserina en la cara externa de la
membrana plasmática, y otros cambios de la membrana plasmática que
precondicionan a los restos de las células apoptóticas a ser objetivos de las células
fagocíticas.
La duración de la apoptosis puede variar, pero generalmente es corta (3-6 horas),
incluso es más breve que la duración de la mitosis. De esta forma, bajo condiciones de
homeostasis, cuando la proporción de células muertas está equilibrada por la tasa de
proliferación celular, el índice mitótico puede exceder del índice apoptótico.
Más recientemente apareció el término anoikis que es la apoptosis inducida por
la pérdida de anclaje de la célula a la matriz extracelular o porque las interacciones
célula-matriz son insuficientes o inapropiadas. Este proceso parece relacionado con las
integrinas que son glucoproteínas integrales de la membrana plasmática que
intervienen en la adhesión con las células de la matriz extracelular, en su migración, en
la organización del citoesqueleto y en la transducción de señales. De hecho, Rytömaa
et al comprueban que la pérdida de anclaje de determinadas células epiteliales
provoca una fuerte activación de caspasa-8 y caspasa-3.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina9
FAMILIAS DE MOLÉCULAS IMPLICADAS EN EL PROCESO DE
APOPTOSIS
RECEPTORES DE MUERTE
Las moléculas relacionadas con el proceso de apoptosis que se han mantenido a
lo largo de la evolución, desde organismos como el c. elegans hasta los mamíferos,
llevan a cabo un programa de apoptosis iniciado por señales que provienen del interior
celular.
Estas señales responden a eventos que comprometen el buen funcionamiento de
la célula dentro del entorno donde está situada: pérdida de contacto con las células
que la rodean, estrés celular o señales contradictorias y simultáneas en cuanto a la
puesta en marcha o no, de su ciclo de división. Ante esta situación, en que la célula es
potencialmente peligrosa para el sistema donde se encuentra integrada, se pone en
marcha la maquinaria de apoptosis y es eliminada.
Este sistema señalizador no puede sostener el tipo de apoptosis llamado
"instructivo" en el cual a una célula que no ha sufrido ninguno de los daños
mencionados anteriormente, se le dirige activamente hacia la apoptosis ya que su
eliminación es necesaria para llevar a cabo determinado proceso fisiológico. Los
mamíferos han desarrollado mecanismos para llevar a cabo esta forma de apoptosis
que es especialmente importante dentro del sistema inmune.
En la apoptosis "instructiva" tienen un papel fundamental los llamados
receptores de muerte, situados en la superficie de la célula, y que reciben la señal de
ligandos de muerte específicos para cada uno de ellos. Los receptores pueden dar la
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
0
señal directamente a las caspasas en pocos segundos disparando así el programa de
apoptosis.
Los receptores de muerte pertenecen a la superfamilia del receptor de TNF
(TNFR) cuyos miembros tienen en común un dominio extracelular rico en cisteína. Otro
rasgo común a todas estas moléculas señalizadoras de apoptosis es la presencia de una
secuencia situada en su dominio intracitoplasmático y que serviría para acoplar al
receptor con el resto de la maquinaría apoptótica.
Los receptores de muerte mejor caracterizados son los siguientes:
CD95 (APO-1/Fas)
Esta proteína fue identificada inicialmente mediante un Ac dirigido contra ella y
que define un Ag presente en la superficie de células como linfocitos humanos B y T
activados, algunas líneas tumorales de origen linfoide y otros tipos celulares como son
los hepatocitos. El Ac contra CD95 se une a las células que lo expresan provocándoles
apoptosis in vitro. Por otra parte, inyectando in vivo Ac anti-CD95 a ratones nu/nu con
xenotransplantes de tumores humanos, eliminaban estos por apoptosis de sus células.
El gen que codifica para la proteína CD95 en humano se encuentra en la
localización 10q23 (cromosoma 10) y consiste en una serie de 9 exones interrumpidos
por 8 intrones. El dominio extracelular de la proteína está formado por tres
subdominios ricos en cisteínas, codificados por los exones 2, 3 y 4, mientras que la
zona intracitoplasmática, incluida la región reguladora llamada "death domain"
(dominio de muerte), se encuentra en el exón 9.
El ligando fisiológico de CD95 se denomina CD95L y es una proteína perteneciente
a la familia del TNF (tumor necrosis factor). CD95 se expresa de forma bastante
general en los distintos tejidos. La proteína ha podido ser detectada en células
epiteliales, fibroblastos, osteoblastos y ciertos tipos de endoteliales, además en ratón,
el ARNm de la proteína se ha detectado abundantemente en timo, corazón hígado y
ovario.
Por otra parte, CD95L se expresa predominantemente en células T y NK
activadas, así como de forma constitutiva en los tejidos que gozan de "privilegio
inmune". Este patrón de expresión de ambas moléculas demuestra que deben tener
implicación en una serie importante de procesos fisiológicos relacionados con el
sistema inmune.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
1
Resulta importante a la hora de determinar el papel jugado por algunas
moléculas, estudiar el efecto que tiene su pérdida de función en ratones "knockout".
En el caso del par CD95/CD95L, existen ratones que portan las mutaciones
homocigóticas lpr (lymphoproliferation) o gld (general lymphoproliferation disease),
que se traducen por una pérdida de función de los genes CD95 y CD95L
respectivamente. Estos ratones presentan una serie de alteraciones como son
linfoadenopatías y esplenomegalia por acumulación de células de origen T CD4- CD8-,
niveles elevados de autoAc y desordenes de carácter autoinmune e inflamatorio.
En el caso de las moléculas CD95/CD95L, existe también un referente humano de
la pérdida de su función, ya que se ha descrito en una serie de niños una mutación con
carácter heterocigótico en el gen que codifica CD95. Esta mutación da lugar a un
fenotipo similar al de los ratones lpr y gld, incluyendo linfoadenopatías,
esplenomegalia, hipergammaglobulinemia y, de forma variable, una serie de
alteraciones autoinmunes. Estos datos, tanto en ratón como en humano, han
resultado de ayuda a la hora de establecer una serie de procesos fisiológicos en los
que la implicación de la apoptosis mediada por la pareja de moléculas CD95/CD95L
está perfectamente demostrada.
Estos procesos son:
Modulación negativa de la respuesta inmune mediante la muerte por apoptosis de las
células T activadas una vez realizada su función. De esta forma se evita su
acumulación. También parece estar implicada en la delección de clones autorreactivos
de linfocitos B.
Mecanismo efector de citotoxicidad por parte de linfocitos T y células NK. Se ha
demostrado un papel importante de la apoptosis vía CD95 en la citotoxicidad mediada
por células T y NK. Este mecanismo ocurre en unión al clásico, mediado por perforina
/granzima B.
Existen órganos, como el ojo o testículos; cuya estructura no podría soportar los
efectos de una respuesta inmune y su proceso inflamatorio asociado. Estos tejidos
están aislados a estos procesos y se conocen como "sitios de privilegio inmune". Se
pensaba que este "privilegio" se mantenía evitando la entrada de células activadas en
ellos. Recientemente, se ha propuesto otro mecanismo de conservación del privilegio
inmune. Las células activadas pueden entrar en estos tejidos pero, una vez allí, son
eliminadas por apoptosis vía CD95. Esto se confirmó con el hallazgo de una expresión
constitutiva de CD95L en el epitelio y endotelio de la cornea y el iris, en las células
ciliares del ojo, así como en las células de Sertoli en el testículo, y con la observación
de que, en ratones gld, se produce una inflamación masiva en la retina tras la infección
con virus de herpes simple a diferencia de los ratones wild-type que no presentan
apenas células inflamatorias.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
2
TNFR1
El receptor 1 de TNF es una proteína de aproximadamente 55 kDa y se expresa
en la mayoría de los tipos celulares. Esta proteína da nombre a la familia en que está
integrada, por tanto comparte con CD95 los tres subdominios ricos en cisteínas
situados en la zona extracelular. El ligando de TNFR1 es TNF, una citoquina producida
principalmente por macrófagos activados y células T en respuesta a infección.
A diferencia de la pareja formada por CD95/ CD95L, el par TNFR1/TNF es capaz de
trasmitir a la célula dos tipos de señales muy distintas entre sí:
Por una parte, la unión de TNF a su receptor TNFR1 activa a los factores de
transcripción NFkB y AP-1 dando lugar a la inducción de genes de carácter
proinflamatorio e inmunomodulador.
Por otra parte, esta unión puede dar lugar también a una señal de apoptosis. La
señalización de apoptosis por medio de TNFR1 es mucho más limitada que la
mediada por CD95. En el caso de TNFR1, la unión de su ligando solo señaliza
apoptosis en algunos tipos celulares y solo cuando la síntesis de proteínas ha
sido bloqueada.
De este hecho se deduce que debe existir en las células algún factor que bloquee
las señales de apoptosis derivadas de TNFR1. La expresión de este factor estará
probablemente controlada a través de NFkB y JNK/AP-1.
DR3
El receptor DR3 (death receptor 3) es muy parecido en cuanto a su secuencia, a
TNFR1. Cuando se une a su ligando Apo3L, da lugar también a una doble señal que
puede llevar a la activación de NFkB o a la muerte por apoptosis de la célula. Las
moléculas que median ambas vías de la señalización son también las mismas que en el
caso de TNFR. En el único aspecto en que existen diferencias entre ambas rutas de
señalización es la expresión, tanto de receptores como de ligandos. El mensajero de
Apo3L se encuentra expresado de forma constitutiva en muchos tejidos, mientras que
DR3 se encuentra presente principalmente en bazo, timo y sangre periférica y se
induce por la activación en linfocitos T. De forma inversa, es el receptor de TNF el que
se encuentra expresado de forma ubicua mientras que el ligando se expresa solo en
linfocitos y macrófagos activados. Esta diferencia sugiere distintas funciones biológicas
para ambas vías señalizadoras.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
3
DR4 y DR5
DR4 y DR5 son receptores de muerte cuyo ligando llamado TRAIL o Apo2L es el
que muestra más similitud con CD95L aunque, a diferencia de estas molécula, su ARN
mensajero se encuentra expresado de forma constitutiva en gran cantidad de tejidos y
la expresión se eleva en linfocitos T de sangre periférica cuando estos son estimulados.
La señal a través de Apo2L produce apoptosis en una gran variedad de líneas
tumorales. Se ha descrito también en una subpoblación de células T maduras, un
aumento de la apoptosis mediada por Apo2L al tratar estas con IL-2. Esto puede
sugerir un posible papel de estos receptores en la delección periférica de los linfocitos
T.
Otro posible papel de la apoptosis mediada por Apo2L es la eliminación de
células infectadas por virus. La señal de apoptosis mediada por estos receptores puede
ser regulada mediante una familia de receptores "decoy" (señuelos), DcRs, que
protegen a la célula de la apoptosis provocada por la unión de TRAIL. Uno de los
miembros de esta familia es DcR1 (TRID, TRAIL-R3 ó LIT), una proteína ligada a la
superficie celular por una unión glicosil fosfatidil-inositol (GFI), que se asemeja a la
porción extracelular de DR4 pero sin poseer ningún dominio intracitoplasmático. DcR1
es capaz de unirse a TRAIL y su transfección en células sensibles a esta vía de
señalización reduce notablemente la apoptosis mediada por esta señal. DcR2 (TRAIL-
R4 ó TRUNDD) es también un receptor homologo a DR4 y DR5 con el dominio
intracitoplasmático truncado. Se ha demostrado que la transfección con DcR2 inhibe la
apoptosis mediada por TRAIL de forma no activa, ya que la eliminación de su dominio
interno no influye en su actividad inhibidora.
Todos estos datos indican que, tanto DcR1 como DcR2 compiten con DR4 y DR5
por la unión de TRAIL, dificultando así que la señal de apoptosis sea transmitida a
través de estos receptores.
Secreción de microvesículas con marcaje
exclusivo de APO2L/TRAIL tras
estimulación de blastos T humanos a
través de CD59. Inmuno-microscopía
electrónica de transmisión, muestras
preparadas por ultracriomicrotomía (de
Monleón et al., J. Immunol. 167:6736,
2001)
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
4
GENES REGULADORES DE LA APOPTOSIS
Las reglas fisiológicas de la señal apoptótica en los mamíferos son cruciales y
complejas.
El nemátodo Caenorhabditis Elegans ha sido un buen modelo para estudiar los
componentes de la muerte celular, ya que lleva a cabo una apoptosis programada
durante el desarrollo. Además muchos de los componentes de la maquinaria de la
apoptosis, están conservados en mamíferos.
En los estudios genéticos del C. Elegans se identificaron tres productos génicos
esenciales: CED-3 y CED-4 que favorecen la apoptosis, y CED-9 que la inhiben. CED-3
es una proteína específica de la cascada efectora de la apoptosis. CED-4 es homólogo
al Apaf-1, factor promotor de la apoptosis en mamíferos, que se uniría a CED-3 y
promueve su activación. Mientras que el CED-9, en condiciones normales, se uniría a
CED-4 y CED-3 formando un complejo, que mantiene al CED-3 inactivo. El estímulo
apoptótico produciría la disociación de dicho complejo, permitiendo la activación del
CED-3.
Estos tres productos génicos tienen homología de secuencia y función con
productos génicos en mamíferos así: las caspasas de las células de mamífero son
similares a CED-3; Apaf-1 es el único homólogo de CED-4 en mamíferos conocido; y
algunos productos de genes de la familia de bcl-2 se relacionan con CED-9.
Aunque los mecanismos bioquímicos y genes implicados en este proceso son en
gran parte desconocidos, se han identificado numerosos genes que codifican
productos que influyen en la susceptibilidad celular para entrar en la apoptosis. Entre
ellos podemos distinguir activadores e inhibidores de la muerte celular programada.
FAMILIA Bcl 2 – Bax
Bcl-2 fue el primer miembro encontrado en una familia creciente de genes
implicados en la regulación de la apoptosis que, a diferencia de otro oncogenes,
prolonga la supervivencia celular bloqueando específicamente la muerte celular por
apoptosis.
El gen bcl-2 (B-cell Lymphoma 2) se identificó hace más de una década, con el
análisis y descubrimiento de la translocación 14;18 (q32,q21), en el cromosoma 18.
Esta translocación es la aberración cromosómica más común en los linfoma no
Hodgkin, alcanzando el 70-80 % en los linfomas foliculares. En este caso la secuencia
de bcl-2 se yuxtapone al gen de la cadena pesada de la inmunoglobulina (Ig H), en la
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
5
región 14q32. Sin embargo, la translocación no se traduce en una interrupción de la
región codificante del bcl-2, sino en el gen de la Ig H.
Consecuentemente, bajo el control del gen promotor de las inmunoglobulinas, se
produce la sobreexpresión, tanto del ARNm como del producto proteico, de bcl-2 en
estos linfomas y como consecuencia, una disminución de la muerte de los linfocitos B
afectados. Esta prolongación de la vida de las células B es un evento crítico en la
génesis del linfoma folicular.
Por otro lado, y accidentalmente, se observó que este gen, activado por la
traslocación 14;18, permitía la supervivencia de células hematopoyéticas citoquin-
dependientes, en estado quiescente, en ausencia de citoquina263. Este hallazgo se
verificó en otras líneas celulares en ratones transgénicos, estableciéndose que la
supervivencia y la proliferación celular estaban directamente relacionados con una
sobreexpresión de bcl-2.
Bcl-2
Es la proteína prototipo de esta familia. Pesa 26 KDa y posee los cuatro dominios
que la definen (BH1-BH4). Bcl-2 es una proteína integral de membrana y se encuentra
en la cara citoplasmática de la membrana externa de la mitocondria, el retículo
endoplásmico y la envuelta nuclear. Es en esas membranas, gracias a que puede
formar una estructura similar a un poro, donde se desarrolla una de sus posibles
funciones: modificar el flujo de moléculas o pequeñas proteínas a través de ellas,
interviniendo en la estabilidad de orgánulos como la mitocondria ante la existencia de
posibles daños.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
6
Su sobreexpresión puede evitar o al menos retrasar varias formas de muerte
celular programada como las inducidas por retirada de factores de crecimiento,
irradiación g, glucocorticoides y múltiples drogas quimioterápicas. En contraste,
parece no influir en otros mecanismos de apoptosis como, por ejemplo, la señalización
vía CD95 en la mayoría de los tipos celulares.
A la hora de establecer el papel fisiológico realizado por Bcl-2, debe estudiarse el
fenotipo que presenta el ratón knockout para el gen que lo codifica. El animal se
desarrolla normalmente pero termina mostrando una exagerada apoptosis de
linfocitos y melanocitos, así como lesiones neuronales e intestinales y una enfermedad
renal terminal. Esto lleva a pensar que Bcl-2 no tiene un papel muy importante, o al
menos tiene un papel redundante, en el desarrollo embrionario pero, ya después,
interviene en la regulación de la apoptosis en linfocitos, neuronas y el resto de células
y tejidos mencionados anteriormente.
Bcl-x
El gen bcl-x está colocado en una forma larga (L) y en una forma corta (S). La
proteína producida por la forma larga, Bcl-XL, tiene un 47% de hohmologia con el bcl-2
y una distribución celular semejante a este, lo que sugiere que ambas proteínas
funcionan de una manera similar. Por el contrario, el producto derivado de la forma
corta, Bcl-XS, antagoniza con la inhibición de la muerte celular programada por las dos
anteriores.
Bax
La primera proteína conocida asociada con bcl-2 in vivo fue bax ( bcl-2-associated
protein x), una proteína de 21 kD con la habilidad de suprimir la capacidad de bcl -2
para bloquear la apoptosis.
En algunos tejidos incluyendo mama, estómago, piel, ganglios linfáticos, colon e
intestino delgado, entre otros, los patrones de expresión de bax y bcl-2 están
regulados de forma paralela, lo que sugiere que existe un antagonismo activo entre
ambas proteínas. Por otro lado, también se ha visto que la expresión de bax se localiza,
especialmente, en áreas cuyas células tienen una alta tasa de apoptosis. Se han
propuesto varios mecanismos para explicar el papel regulador de sta interacción
proteína-proteína en el control de la apoptosis:
Bax podría funcionar como una molécula inductora de muerte celular, que es
neutralizada por bcl-2.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
7
Bcl-2 podría funcionar como un represor de muerte celular que es neutralizado,
por competencia, con una molécula inerte de bax.
Bcl-2 podría tener una función bioquímica totalmente expuesta a bax.
En otros tejidos se distribuye paradójicamente. Así, en algunas células de larga
vida como neuronas del sistema nervioso central, la expresión de bax es alta, mientras
que en células de corta vida tales como granulocitos y timocitos corticales su expresión
es nula o escasa, lo que sugiere que , o bien la vía bcl-2/bax no es responsable de la
regulación de la vida y la muerte en estas células, o bien que otros miembros de la
familia bcl-2, son expresados en estas células y contribuyen a la regulación de la
muerte celular.
Sin embargo, las neuronas están entre las células más sensibles para la inducción
de muerte celular por pérdida de factores de supervivencia (neurotrofinas), hipoxia,
hipoglucemia y una variedad de otros insultos. Por tanto, los altos niveles de bax
encontrados en varios tipos de neuronas del sistema nervioso central, además de
poder contribuir a su inherente estado de vulnerabilidad, sugieren que bax por sí sólo,
es insuficiente para poner en marcha la vía de la muerte celular en estas células, e
implica un antagonismo activo entre bax y presumiblemente otros miembros de la
familia de proteínas bcl-2 para mantener la supervivencia de esa células de larga vida.
Bak
La proteína Bak (Bcl-2 homologous antagonist/Killer) aumenta la tasa de
apoptosis inducida por deprivación de factores de crecimiento de fibroblastos,
neuronas y células linfoides murinas, lo que sugiere que funciona principalmente como
un promotor de apoptosis.
Bak se expresa ampliamente en epitelios complejos incluyendo nasofaringe,
esófagos, colón y vejiga, en los cuales tiene un papel pro-apoptótico.
Mcl-1
El gen Mcl-1 (Mieloid cell leukemia-1), descubierto en células de la leucemia
mieloblástica, funciona de manera similar a bcl-2 bloqueando la apoptosis en células
hematopoyéticas mas diferenciadas. Este gen codifica una proteína de 37 KD que tiene
una homología significativa con bcl-2, pero al contrario que esta su expresión es mayor
en las células más diferenciadas de epidermis, intestino, colón, próstata, nasofaringe y
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
8
vía aérea superior. Esto sugiere que ambos desempeñan funciones diferentes en la
regulación in vivo de la apoptosis.
MECANISMOS DE ACCIÓN
Los miembros de la familia pro y anti-apoptótica pueden formar dímeros; si las
parejas son idénticas se denomina homodímeros, y si son diferentes heterodimeros.
Algunos de los miembros de la familia forman homodímeros (bcl-2, bax, bcl-xL y bcl-
xS), y otros, como el bcl-2, pueden formar heterodímeros con bax, bcl-x S, A1 y Bad. A
su vez bax puede heterodimerizar con bcl-2, bcl-xL, Mcl-1 y A1 y bcl-xL puede
heterodimerizar con bax, bad y bcl-xL. A pesar de que algunas células usan
preferentemente uno de los miembros de la familia como factor de supervivencia, la
mayoría de las células eucariotas presentan una tremenda redundancia en la expresión
de los miembros de la familia de bcl-2. Por ejemplo, cuando bax aparece como un
homodímero aumenta la sensibilidad de las células ante el estímulo apoptótico, sin
embargo, si forma heterodímeros con proteínas antiapoptóticas, actúa protegiendo a
la célula de la apoptosis.
Por otro lado bad puede formar heterodímeros con las moléculas
antiapoptóticas, permitiendo al bax aumentar su función proapoptótica. Se ha
establecido que los dominios BH1, BH2, y BH3 ejercen una fuerte influencia en la
formación de homo o heterodímeros. Para la actividad proapoptótica, la formación de
heterodímeros es esencial en el grupo de dominio BH3 que actúan a través de
ligandos, pero no para el grupo Mtd ya que esas tienen un impacto citotóxico
independiente dañando las organelas directamente. Incluso ante la presencia de
inhibidores de caspasas, las proteínas bax o bax-like conducen a la muerte celular, por
permeabilidad mitocondrial formando canales iónicos en su membrana.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina1
9
GEN c-myc
El gen c-myc es un elemento importante en el control de la proliferación celular.
La sobreexpresión de c-myc puede inducir bien proliferación o bien apoptosis, y la
decisión celular entre esas dos respuestas está determinada por otras señales tales
como la presencia de factores de crecimiento u otros estímulos de supervivencia como
el bcl-2. Por lo tanto, el efecto de cmyc, como el de p53, está en función del tipo
celular y de estímulos específicos y no es necesario para todas las formas de apoptosis.
GEN DE SUPRESOR TUMORAL p53
P53 es un regulador fundamental en el normal crecimiento y la homeostasis de
células y tejidos. El gen p53 fue identificado y descrito, por primera vez, en 1979, en las
células transformadas por el virus SV40, formando un complejo con el antígeno T, el
producto proteico de dicho virus. Dado que dicho antígeno es necesario para
mantener el fenotipo transformado, se sugirió que esta interacción era importante
para la transformación y por ello, inicialmente se pensó que pertenecía a los
oncogenes y actuaba como acelerador del ciclo celular. Diez años más tarde, se mostró
que todos los clones obtenidos eran formas mutantes de p53 y se planteó que este
fuera un gen supresor tumoral que regularía el ciclo celular.
Esta hipótesis se reforzó al evidenciarse que la expresión de clones de p53 sano
suprimía la transformación de células en cultivo activadas por oncogenes, el
crecimiento de células en cultivo y el potencial tumorogénico de células en animales.
Por ello, y por el hecho de la frecuente delección de la zona del gen en varios tumores,
se llegó a la conclusión de que p53 era efectivamente un gen supresor tumoral. No
obstante puede comportarse como un oncogén en algunas formas mutantes .
Los estímulos mitógenos hacía myc activan tanto el crecimiento celular como la apoptosis, pero esta última está regulada por la disponibilidad de los factores anti-apoptóticos como el bcl-2.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
0
EL GEN p53 Y SU PROTEÍNA
Se localiza en el brazo corto del cromosoma 17 (17 p13), esta constituido por 11
exones dentro de un dominio cromosómico de 20 kb. En condiciones normales actúa
como “guardián del genoma” previniendo la proliferación de células que presenten un
DNA dañado. Esta función es realizada por la proteína p53 normal (“wild type”) que
recibe ese nombre por ser una fosfoproteína nuclear de 53 Kda, constituida por 393
aminoácidos. Contiene tres dominios, con diferentes funciones.
La región N-terminal principalmente controla la transactivación transcripcional,
mientras que la región carboxi-terminal controla la oligomerización, modulando la
unión de los tetrámeros al DNA. La mutación a este nivel puede trasladar la
localización de la proteína del núcleo al citoplasma. Además, dentro de la región C-
terminal, existe otra zona adicional que regula el cambio de la forma latente a la forma
activa de la proteína, para la unión con secuencias específicas. Por último, el dominio
central es la región por la que se une la proteína como tetrámero, a la secuencias
dianas de los genes en el DNA. Esta zona está muy conservada entre las especies y, es
donde se encuentran la mayoría de las mutaciones en tumores humanos. Dichas
mutaciones interfieren con el plegamiento tridimensional de la proteína y por lo tanto,
con la interacción en el DNA, evitando así la activación transcripcional de los genes
“downstream”.
Es una fosfoproteína constituida por 393 aminoácidos distribuidos en 11 exones, el primero no codificante. El dominio central hidrofóbico es el que se une como tetrámero al DNA dañado. La región N-terminal
principalmente controla la transactivación transcripcional, mientras que la región carboxi-terminal controla la oligomerización, modulando la unión de los tetrámeros al DNA.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
1
ACTIVACIÓN Y FUNCIÓN
La proteína p53 intracelular se determina, principalmente, por la cantidad de
proteína que se degrada, más que por el exceso de formación de la misma. La
degradación es un proceso proteolítico ATP-dependiente, mediado por ubiquitina, y la
proteína MDM-2 (Murine doublé minute) que estimula el proceso de unión entre esta
y el extremo carboxi-terminal de la p53.
El oncogen MDM2, codifica una proteína de 90 kD que forma un complejo estable
con p53, inhibiendo su unión secuencia-específica al ADN. Por ello, la sobreexpresión
de MDM2 inhibe la capacidad de p53 para estimular la expresión de determinados
genes dianas importantes en su función como supresor tumoral.
Estudios recientes, han confirmado la existencia de, al menos, tres mecanismos
independientes que activen a la proteína p53.
La primera vía se produce por daño en el DNA, como el causado por radiación
ionizante. Este daño es captado por las proteínas reguladoras (de “checkpoint”)
que retrasan el progreso del ciclo celular, hasta que el daño no es reparado.
Estas enzimas protein-quinasas están representadas por la ATM (por
encontrarse mutada en la ataxia telangiectasia), la cual es estimulada por
roturas en la doble cadena, ChK1, ChK2 y la proteín-quinasa DNA-dependiente
y ejercen su función fosforilando la p53 a los sitios amino-terminal que están
cerca de los sitios de unión de las proteínas MDM-2, permitiendo la
estabilización de la p53.
La segunda vía se lleva a cabo por señales de crecimiento aberrantes, como las
producidas por la expresión de oncogenes como Ras o Myc, en ausencia de
daño de DNA. Estos oncogenes estimulan la transcripción del gen p14ARF, o la
estabilización de la proteína p14ARF, que, a su vez, se une a la MDM-2
inhibiendo su función.
La última ruta es inducida por múltiples fármacos quimioterápicos, luz
ultravioleta e inhibidores de la protein-quinasa, y se caracteriza por estar
involucrada la proteína ATR (Proteína relacionada con ataxia-telangiectasia) y
caseín-quinasa II.
Las tres vías actúan inhibiendo la degradación de la proteína p53, es decir
estabilizándola a altas concentraciones, aumentando su actividad transcripcional
dramáticamente. Esto hace que la p53 ejerza su función en los sitios de unión en el
DNA dañado, como un tetrámero, que estimula la expresión de los genes adyacentes,
con el fin de reparar el daño genómico
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
2
MECANISMO DE ACCIÓN Se han identificado múltiples genes que son controlados directamente por la p53, y
han sido clasificados en cuatro categorías.
Mediante estímulos enzimáticos se modifica los niveles de MDM 2 activo y, en consecuencia, aumentan los
niveles de la proteína p53 activada.
Muchos de estos genes están involucrados en la prevención del desarrollo de tumores, como los inhibidores de la progresión del ciclo celular, o del desarrollo de nuevos vasos sanguíneos, así como los que favorecen la apoptosis.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
3
a) Genes involucrados en la inhibición del ciclo celular: La proteína p53 se une a
secuencias específicas del DNA inhibiendo la transcripción de genes
reguladores del ciclo celular. Estos ejercen un control negativo paralizando el
ciclo celular en G1 y bloqueando la entrada en fase S, que es donde se sintetiza
el DNA. Uno de estos genes el p21 (WAF 1/ CIP1), codifica un potente inhibidor
de quinasas dependientes de ciclina (CDKs), que junto con otras proteínas
ciclinas responsable de la inactivación de la proteína Rb durante las fases G1 y
G2 del ciclo celular. Otra proteína involucrada en el control del ciclo es GADD45
(growth arrest DNA damage) la cual también se une al PCNA.
Por otro lado, en células epiteliales p53 estimula la expresión de la proteína 14-
3-3, la cual secuestra la ciclina B1- complejo CDK1 fuera del núcleo y por lo
tanto, mantiene el bloqueo en la fase G2. Se ha visto que la inhibición de esta
proteína hace que las células humanas epiteliales crezcan indefinidamente en
cultivo; esta inmortalidad puede ser la llave para diferenciar células tumorales
de las normales. Con esta interrupción del ciclo, se permite a los mecanismos
reparadores celulares actuar antes de la replicación de ADN.
b) Apoptosis: La proteína p53 no es necesaria para todas las formas de apoptosis,
pero ejerce un efecto crucial en la inducción de la apoptosis que se produce en
respuesta al daño de ADN. Si el daño es extenso e irreparable, entonces, la p53
activa los mecanismos de apoptosis, como mecanismo de defensa, para
proteger la propagación y proliferación de células que han sufrido la mutación.
La transcripción del gen bax es activada directamente por sitios de unión de la
p53 en la región de regulación. Recientemente, se ha descubierto que los genes
NOXA y P53AIP1 también son activados directamente por la p53, y que al igual
que bax , expresan sus proteínas a nivel mitocondrial teniendo una acción
inductora de la apoptosis. Otros mediadores de la apoptosis inducida por p53
incluyen proteínas similares a los receptores de apoptosis, TNF y Fas como
recientemente, se ha descubierto la PIDD. La p53 puede, también, actuar
directamente sobre la mitocondria produciendo un exceso de tóxicos con
potencial redox, sin inducir la translocación de bax.
c) Estabilidad genómica: La inactivación de los genes de reparación produce
inestabilidad genómica. La proteína p53 desempeña un papel clave para
compensar dicho efecto regulando la expresión de genes implicados en los
mecanismos de reparación y recombinación. P53 controla también la inducción
de genes como el de la ribonucleótido reductasa (RNR), implicada en las
respuestas celulares a daño en el DNA. RNR cataliza la síntesis de
desoxiribonucleótidos trifosfato (dNTPs) requeridos para el metabolismo del
DNA. El enzima es citosólica, produciendo dNTPs que penetran en el núcleo
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
4
para la síntesis de DNA. Recientemente se ha identificado el gen p53R2,
mutado en una serie de tumores de colón, que regula una subunidad de la RNR.
Tanaka y Cols. han demostrado que las células que no producen p53R2 son más
sensibles a la muerte por agentes que dañan el DNA.
d) Inhibición de la angiogénesis: La p53 normal estimula la expresión de genes
que previenen la formación de nuevos vasos, que es un paso crítico y precoz en
el desarrollo de los tumores primarios. Se ha visto que la pérdida de función de
p53 resulta en una disminución de la expresión de trombospondina (la cual es
una poderosa inhibidora de angiogénesis)
MUTACIÓN
El gen p53 parece tener una función pivote en la carcinogénesis humana, ya que
se encuentra mutado en más del 50 % de los tumores. La inactivación de p53 puede
ocurrir a través de varios mecanismos, incluido la pérdida de alelos, delecciones,
inserciones o mutaciones puntuales, la mayoría de las cuales, responden a una
sustitución de una base en la secuencia codificante de p53 que, cambia un aminoácido
en el dominio central produciendo un cambio conformacional y de estabilización de la
proteína translocada. Aunque la presencia de un alelo aberrante puede ser suficiente
para comprometer la función de supresor tumoral, la pérdida de dicha función ocurre
normalmente por la pérdida completa de uno de los alelos del gen, resultado de una
delección cromosómica, en combinación con una mutación puntual sin sentido del
otro alelo. El polimorfismo más frecuentemente encontrado en las neoplasias
humanas se localiza en el codón 72 y resulta de una sustitución entre la prolina y la
arginina.
Sin embargo, los tumores pueden tener diferentes patrones de cambios de bases
en el DNA dependiendo si los cambios genómicos ocurren espontáneamente, o bien
por carcinógenos exógenos. Por ejemplo, en los tumores de piel, los rayos ultravioletas
producen la sustitución de bases CC por TT. En tumores sólidos, los cambios de DNA
son espontáneos en su mayoría, observándose mutaciones de C a T en los nucleótidos
5-meCpG, asociando hidrólisis de grupos amino en 5-metil citosina produciendo
timidina. Esto produce un cambio en el código genético por sustitución de citosina:
guanina a Timina: Adenina. El resultado de esa mutación es la síntesis de una proteína
con cambios en su conformación, una vida media más prolongada y una función
alterada en el crecimiento celular.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
5
Asimismo, la inactivación del gen puede producirse porque la proteína transcrita
es silenciada por formaciones complejas, bien por interacción con productos víricos,
como el antígeno T SV40, la proteína adenovirus E1b o la proteína E6 del HPV de alto
riesgo, o por interacción con otras proteínas celulares como MDM2 (murine double
minute 2). De cualquier modo la inactivación de p53 conduce a una reducción en los
niveles de p21/WAF 1, a la fosforilación del producto genético del retinoblastoma (rb)
y a la progresión de G1 a la fase S del ciclo celular.
MIEMBROS DE LA SUBFAMILIA BH3
Esta subfamilia está compuesta solo por miembros proapoptóticos que, excepto
por el dominio BH3, no muestran homología con Bcl-2. Para ejercer su actividad, estas
proteínas pueden formar heterodímeros con miembros antiapoptóticos de la familia.
Para ello, el dominio BH3 de los miembros de este grupo puede introducirse en el
hueco hidrofóbico formado por la asociación de las regiones BH1, BH2 y BH3 de los
miembros antiapoptóticos. Un ejemplo de la acción de esta familia de proteína es la
ejercen dos de sus miembros Bid y Bik sobre la mitocondria, donde inducen la
liberación de citocromo c y posterior apoptosis.
PROTEINAS DE LA FAMILIA DE LAS CASPASAS
Dentro de la maquinaria que lleva a cabo el programa de apoptosis, los
miembros ejecutores son una serie de proteasas englobadas bajo el nombre de
caspasas. Este sistema ejecutor se ha mantenido a lo largo de la evolución y, tras su
descripción en c. elegans, se encontró el equivalente en mamíferos gracias a la
homología que presentaban ambas moléculas. Esta primera proteasa encontrada en
mamífero se denominó ICE (interleukin-1b-converting enzime) o caspasa-1 (cisteína-
aspartasa-1) y es precisamente uno de los pocos miembros de la familia al que no se le
ha podido hallar relación directa con el proceso de apoptosis, sino más bien con el de
la inflamación.
La familia de las caspasas en humanos está formada hasta el momento por 11
miembros descritos, y todos ellos tienen en común que se encuentran en forma de
zimógeno o proenzima con una estructura bien definida:
a) El dominio N-terminal es muy variable tanto en su secuencia como en su
longitud y tiene funciones de regulación y activación
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
6
b) La región catalítica está formada por dos dominios, uno grande ("20 KDa) y otro
pequeño ("10 KDa), que darán lugar a las dos subunidades del enzima una vez
activada.
Las caspasas se dividen en dos grupos según la longitud de su región reguladora
N-terminal o prodominio.
Las caspasas con prodominio largo como son la -1,-2, -4, -5, -8, y -10 parecen
estar involucradas en funciones de regulación de la activación de la cascada.
Ejemplos bien conocidos de este grupo son las procaspasas -8 y -10 que
contienen en sus largos prodominios repeticiones de una secuencia de
interacción proteína-proteína llamada dominio efector de muerte o DED
(death effector domain) y las procaspasas -1, -2, -4, -5 y -9, que contienen
dominios de reclutamiento de caspasas o CARDs (caspase recruitment
domains). La presencia en su estructura de estas secuencias unido a su
localización cercana a la membrana plasmática hacen posible su reclutamiento
hacia el complejo formado en torno a receptores de superficie señalizadores de
apoptosis como CD95 y TNF, activándose allí y dando lugar al comienzo de la
cascada de proteólisis. Por esta situación dentro del proceso se las conoce
como caspasas iniciadoras.
El otro grupo está compuesto por las caspasas con prodominio corto como son
las caspasas -3, -6 y -7. Estas parecen estar situadas "downstream" en la
cadena y se ha demostrado in vitro que son activadas por alguna de las
caspasas iniciadoras. Los estudios realizados sugieren que estas caspasas
llamadas efectoras son las que actúan al final de la cascada sobre los
componentes celulares, proteolizándolos.
Debido a la gran importancia que tienen las caspasas en la apoptosis, es razonable
comprender como las caspasas son activadas. Las caspasas son sintetizadas como
zimógenos enzimáticamente inertes que deben ser cortados proteolíticamente para
ser activos. En todos los casos estudiados, la enzima madura es un heterotetrámero
que contiene dos p20/p10 heterodímeros y dos centros activos. Existen tres
mecanismos generales de activación de caspasas:
A) Activación por otra caspasa: Como su nombre indica, las caspasas son proteasas
que cortan después de un residuo de ácido aspártico. Un punto de corte de Asp separa
el prodominio de p20 y uno o dos separan p20 de p10. Esto sugiere la posibilidad de
activación autocatalítica. Efectivamente, un modo simple de activar una procaspasa es
exponerla a otra previamente activada. Esta estrategia de activación denominada
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
7
cascada de caspasas es muy utilizada por las células para la activación de las tres
caspasas que tienen un prodominio corto: caspasa-3, -6 y -7. Estas tres caspasas se
denominan caspasas efectoras y son más abundantes y activas que sus primas con un
prodominio más largo.
La cascada de caspasas es un método útil para amplificar e integrar las señales
proapoptóticass, pero no pueden explicar cómo se activó la primera caspasa. Existen al
menos dos aproximaciones que explican dicha activación.
B) Activación inducida por proximidad: La caspasa-8 es la caspasa iniciadora clave en
la vía de los receptores de muerte. Después de la unión del ligando, los receptores de
muerte como CD95 (Apo-1/Fas) se agregan y forman un complejo de señalización de
membrana. Estos complejos reclutan, a través de sus proteínas adaptadoras, varias
moléculas de procaspasa-8 con lo que se aumenta la concentración local de zimógeno.
En estas condiciones, la baja e intrínseca actividad proteasa de la procaspasa -8 es
suficiente para permitir que varias moléculas de proenzima se corten mutuamente y se
activen unas a otras.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
8
C) Asociación con una subunidad reguladora: El mecanismo de activación más
complejo es el utilizado por la caspasa-9. Al contrario que en otras caspasas, el
procesamiento proteolítico de la procaspasa-9 tiene un efecto mínimo en su
activación. El requerimiento clave para la activación de la caspasa-9 es su asociación
con un cofactor de proteínas, Apaf-1. También es necesario el citocromo c liberado por
la mitocondria. El citocromo c y Apaf-1 se asocian en un proceso ATP dependiente. La
oligomerización de Apaf-1 recluta procaspasas-9 formando el apoptosoma . La
activación de la caspasa-9 es debida a un cambio conformacional, no a proteolisis.
En resumen, las caspasas efectoras se activan proteolíticamente por otras
caspasas mientras que las caspasas iniciadoras son activadas por interacciones
reguladas proteína-proteína.
Cada caspasa con prodominio largo contiene en su prodominio un módulo de
interacción proteína-proteína que permite la unión y asociación con sus reguladores.
Las caspasas -8 y -10 contienen un dominio efector de muerte (death-effector domain,
DED ) mientras que las caspasas -2 y -9 contienen un dominio de reclutamiento y
activación de caspasas (caspase activation and recruitment domain, CARD ). Estos dos
dominios comparten tienen secuencias distintas, pero se pliegan en una disposición
espacial similar que consiste en seis hélices a antiparalelas (Hofmann K, 1999). El
mismo plegamiento lo encontramos en el dominio de muerte (death domain, DD ),
una tercera proteína de interacción presente en varios reguladores iniciales de la
apoptosis como CD95 y la molécula adaptadora FADD. Parece que DD, DED y CARD
derivan de un dominio ancestral común.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina2
9
SUSTRATOS DE CASPASAS
La activación de las caspasas no resulta en la degradación indiscriminada de
proteínas celulares. Por el contrario, las caspasas cortan selectivamente un conjunto
restricto de proteínas, normalmente en una o varias posiciones de la secuencia
primaria (siempre después de un residuo de Asp). En la mayoría de los casos, el corte
mediado por las caspasas resulta en la inactivación de la proteína, pero las caspasas
pueden también activar proteínas, bien directamente mediante el corte de un dominio
de regulación negativa o bien indirectamente mediante degradación de una subunidad
inhibidora.
La caspasa más prevalente en la célula es la caspasa-3 que es la última
responsable de la mayoría de los efectos apoptóticos junto con la caspasa-6 y -7. Por
ejemplo, la fragmentación del DNA de peso molecular alto y bajo es debida a la acción
de la caspasa-3 sobre un complejo DNasa activado por caspasa (CAD), una nucleasa, y
iCAD, su inhibidor (Enari M, 1998; Liu X, 1997). En células no apoptóticas, CAD aparece
formando un complejo inactivo con iCAD. Durante la apoptosis, la caspasa-3 degrada el
inhibidor, permitiendo a la nucleasa degradar la cromatina. La formación de pequeñas
vesículas en la membrana plasmática y su plegamiento es debido al corte y activación
de la gelsolina (Kothakota, 1997), de la kinasa-2 activada por p21 (Lee N, 1997) y sobre
todo a través de la degradación de la fodrina (Martin SJ, 1995) que disocia la
membrana plasmática del citoesqueleto. La externalización de la fosfatidilserina
(phosphatidylserine, PS) en los estadios iniciales de la apoptosis es dependiente de
caspasas aunque el mecanismo preciso no ha sido todavía elucidado (Martin SJ, 1996).
Además de los sustratos descritos existen cerca de otros 100 y posiblemente
haya más (Earnshaw WC, 1999; Nicholson DW, 1999). ¿Por qué hay tantos sustratos?.
Quizá la apoptosis es mucho más compleja de los que nosotros actualmente creemos.
También es posible que alguno de estos sustratos descritos no sea relevante, sino
simplemente un espectador inocente cogido en el acto.
INHIBIDORES DE CASPASAS
Las células también contienen inhibidores naturales de las caspasas. Estas
proteínas inhibidoras de la apoptosis (inhibitors of apoptosis proteins, IAPs ) fueron
primero identificadas en baculovirus y después se encontraron en células humanas.
Existen al menos cinco diferentes en mamíferos: XIAP (X-linked inhibitor of apoptosis),
c-IAP1, c-IAP2, IAP neuronal y survivina. Todos ellos poseen una actividad
antiapoptótica in vitro (Roy N, 1997; Deveraux QL, 1997, 1998; Ambrosini G, 1997). El
espectro de estímulos apoptóticos que son bloqueados por las IAPs de mamíferos es
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
0
amplio e incluye ligandos y transductores de la familia de receptores del factor de
necrosis tumoral (tumor necrosis factor, TNF), miembros proapoptóticos de la familia
de Bcl-2, el Citocromo c y agentes quimioterapeuticos (Deveraux QL, 1999). XIAP tiene
una amplia y enorme capacidad antiapoptótica. XIAP, c-IAP1 y c-IAP2 son inhibidores
directos de caspasas. Todos ellos se unen e inhiben a las caspasas -3 y -7 activas y
también a la procaspasa-9, pero no a las caspasas-1, -6, -8 ni -10.
La unión y la inhibición de las caspasas por las IAPs es mediada por los dominios
repetidos IAP de baculovirus (baculovirus IAP repeat, BIR) presentes dentro de las IAPs.
BIR es un motivo conservado de unos 70 aminoácidos que está repetido en tándem y
que está presente en las IAPs de todos los mamíferos. Otra región dentro de las IAPs es
el dominio RING, que actúa como una ligasa de ubiquitina promoviendo la degradación
de la propia IAP (Yang Y, 2000) y, presumiblemente, cualquier caspasa unida ella. Cerca
del dominio RING, tanto en c-IAP1 como en c-IAP2, existe un dominio CARD que
sugiere que estas IAPs podrían regular directa o indirectamente el procesamiento de
las caspasas a través de interacciones por el dominio CARD. De esta manera, las IAPs
frenan la apoptosis uniéndose, inhibiendo y quizá degradando caspasas.
VIAS DE INDUCCIÓN DE APOPTOSIS
VÍA INTRÍNSECA O MITOCONDRIAL
La mitocondria no es sólo la productora de energía de la célula, es también un
arsenal. La mitocondria secuestra un potente cóctel de proteínas proapoptóticas. La
más prominente entre ellas es el citocromo c, el humilde transportador de electrones.
Varios trabajos han revelado que el citocromo c es todo lo contrario a inocuo y que
además de su implicación en la fosforilación oxidativa mitocondrial, es uno de los
componentes requeridos para la activación de la caspasa-9 en el citosol.
No se conoce exactamente cómo el citocromo c atraviesa la membrana externa,
pero está claro que la familia de Bcl-2 está íntimamente implicada en la regulación de
este proceso. El nombre de la familia se debe al primer miembro, que fue aislado como
un gen implicado en el linfoma de células B (de ahí el nombre bcl, B-cell lymphoma)
que es homólogo del represor de la apoptosis ced-9 de C. elegans . Esta familia consta
de 19 miembros que se ha clasificado en tres grupos basándose en similitudes
estructurales y funcionales. Cada miembro posee al menos uno de los cuatro motivos
conservados denominados dominios de homología con Bcl-2 (Bcl-2 homology
domains, BH ): BH1-BH4. Los miembros del grupo I, como Bcl-2 y Bcl-X L , poseen
actividad antiapoptótica y se caracterizan por tener los cuatro dominios BH (BH1-BH4).
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
1
Además poseen una cola hidrofóbica en el C-terminal que localiza la proteína en
la membrana externa de la mitocondria. El grupo II consta de miembros de la familia
de Bcl-2 con actividad proapoptótica, como por ejemplo Bax y Bak. Tienen estructura
similar a las del grupo I pero carecen del dominio BH4. Estudios de estructura y función
sugieren que la actividad anti y proapoptótica está determinada por una región
relativamente larga que incluye dos hélices a que participan en la inserción a la
membrana. Los miembros del grupo III también tienen actividad proapoptótica. Todos
ellos se caracterizan por la presencia de un único dominio BH3, además pueden o no
tener región transmembrana. Los miembros más caracterís ticos son Bid, Bad, Bim, Bik.
La función clave de los miembros de la familia de Bcl-2 es regular la liberación de
factores proapoptóticos, en particular el citocromo c, desde el compartimento
intermembranal de la mitocondria hasta el citosol. ¿Cómo controlan los miembros de
la familia de Bcl-2 la muerte celular? Parece ser que se pasan la mayoría del tiempo
simplemente intentando bloquear el siguiente movimiento del otro. Algunos
miembros de la familia pueden homodimerizar pero, lo que es más importante,
pueden formarse heterodímeros de miembros pro y antiapoptóticos .
En una primera aproximación, la heterodimerización puede simplemente resultar
en una neutralización mutua de las proteínas pro y antiapoptóticas unidas. Por tanto,
el problema consiste sólo en comparar los niveles totales de miembros pro y
antiapoptóticos de la familia: células con más proteínas pro muerte son más sensibles
a la apoptosis; células con exceso de miembros de la familia protectora serán
normalmente resistentes.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
2
Recientemente se ha identificado un inhibidor de las IAPs de mamíferos,
denominado Smac (second mitochondria-derived activator of caspases) o DIABLO (
direct IAP-binding protein with low pI ). Smac/DIABLO se une a los miembros de la
familia de las IAPs y neutraliza su actividad antiapoptótica. Curiosamente,
Smac/DIABLO es una proteína mitocondrial normal pero su liberación al citosol celular
induce apoptosis, presumiblemente siguiendo la misma ruta de salida que el citocromo
c. Por tanto, si una célula está comprometida a sufrir apoptosis y libera el contenido
mitocondrial al citosol, entonces Smac/DIABLO secuestra las proteínas IAPs y se
asegura que estas proteínas no intenten parar el programa en curso.
La vía mitocondrial se ejecuta en respuesta a intromisiones externas y a daño en
el DNA. Las distintas vías de respuesta convergen en la mitocondria, a menudo a través
de la activación de miembros proapoptóticos de la familia de Bcl-2. Excepto Bcl-2, que
está la mayoría del tiempo anclado a membranas intracelulares, algunos miembros de
los grupos II y III, incluyendo Bax, Bad, Bim y Bid, pueden localizarse tanto en el citosol
como en orgánulos. La forma citosólica de estas proteínas es un reservorio inactivo
pero preparado para la batalla. Las señales proapoptóticas redirigen estas proteínas a
la mitocondria donde tendrá lugar la lucha por el destino de la célula. La activación de
miembros proapoptóticos puede producirse a través de proteolisis, defosforilación y
probablemente otros mecanismos.
Los miembros pro y antiapoptóticos de la familia de Bcl-2 se encuentran en la
superficie de la mitocondria donde regulan la salida del citocromo c por un mecanismo
todavía debatido. Si los miembros proapoptóticos ganan, una gran cantidad de
moléculas son liberadas desde la mitocondria. La principal de estas moléculas liberadas
es el citocromo c, que se asocia con Apaf-1 y después con la procaspasa-9 (y
posiblemente otras proteínas) para formar el apoptosoma. Las proteínas de choque
térmico (heat-shock proteins, HSP) actúan en múltiples pasos regulando la apoptosis.
El apoptosoma hidroliza la procaspasa-3 a caspasa-3 que se encarga de ejecutar la
apoptosis generando distintos subprogramas cuya suma resultará en el
desmantelamiento ordenado y en la muerte de la célula.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
3
VIA EXTRINSECA O DE LOS RECEPTORES DE MUERTE
Los receptores de muerte de la familia del receptor de TNF (TNFR) incluyen
TNFR1, Fas (CD95), DR3/WSL y los receptores del ligando inductor de apoptosis
relacionado con el TNF (TNF-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL)/Apo-2L (TRAIL-
R1/DR4, TRAIL-R2/DR5). Los miembros de esta familia están caracterizados por
presentar de dos a cinco copias de un dominio extracelular rico en cisteína. Los
receptores de muerte también poseen un dominio intracelular en el C-terminal del
receptor denominado dominio de muerte (death domain, DD ). Cuando un ligando se
une a estos receptores se puede producir la muerte por apoptosis de la célula que los
posee.
El miembro de los receptores de muerte más estudiado y relevante en
Inmunología es el CD95 o Fas. La oligomerización, más probablemente la trimerización,
del CD95 tras la unión de su ligando, FasL, es requerida para la transducción de la señal
apoptótica. Un complejo de proteínas se asocia con el CD95 activado. Este complejo
de señalización inductor de muerte (death-inducing signalling complex, DISC ) se
forma en el segundo de los receptores trimerizados. Primero, el adaptador FADD (Fas-
associated death domain) o Mort1 se une a través de su dominio de muerte al dominio
de muerte del CD95. FADD también presenta el denominado dominio efector de
muerte (death-effector domain, DED ), y, de nuevo por interacciones homólogas,
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
4
recluta en el DISC la procaspasa-8 (o FLICE) que contiene un DED. Después, la
procaspasa-8 es activada proteolíticamente y la caspasa-8 activa es liberada del DISC al
citoplasma formando un heterotetrámero de dos subunidades pequeñas y dos grandes
(Muzio M, 1996). La caspasa-8 activa rompe varias proteínas de la célula incluyendo la
procaspasa-3, que resulta en su activación y en la finalización de la muerte celular.
La inhibición de esta ruta es realizada por proteínas que contienen dos DED y que
se unen al complejo CD95-FADD. Esto inhibe el reclutamiento y la activación de la
caspasa-8, antiguamente conocida como FLICE, de ahí el nombre de proteínas
inhibidoras de FLICE (FLICE-inhibitory proteins, FLIP ) (Thome M, 1997; Hu S, 1997;
Bertin J, 1997; Yeh WC,2000).
La vía de los receptores de muerte y la vía mitocondrial convergen a nivel de la
activación de la caspasa-3. El solapamiento y la integración de las dos vías se debe a
Bid, un miembro proapoptótico de la familia de Bcl-2. La caspasa-8 media la ruptura de
Bid incrementando enormemente su actividad proapoptótica que resulta en su
translocación a la mitocondria donde promueve la liberación del citocromo c. Hay que
tener en cuenta que en la mayoría de las condiciones, este solapamiento es mínimo, y
las dos vías operan de manera independiente (Gross A, 1999; Yin XM, 1999).
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
5
Mediante esta ruta de inducción de apoptosis se activa la caspasa-8 que activa otras
caspasas que darán, en última instancia, el fenotipo apoptótico que nosotros
detectamos mediante diferentes metodologías.
INTERRELACION ENTRE LAS VIAS
La vía de los receptores de muerte y la vía mitocondrial convergen a nivel de la
activación de la caspasa-3. El solapamiento y la integración de las dos vías se debe a
Bid, un miembro proapoptótico de la familia de Bcl-2. La caspasa-8 media la ruptura de
Bid incrementando enormemente su actividad proapoptótica que resulta en su
translocación a la mitocondria donde promueve la liberación del citocromo c. Hay que
tener en cuenta que en la mayoría de las condiciones, este solapamiento es mínimo, y
las dos vías operan de manera independiente (Gross A, 1999; Yin XM, 1999).
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
6
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
7
FUNCIONES DE LA APOPTOSIS
ELIMINACIÓN DE TEJIDOS DAÑADOS O INFECTADOS
La apoptosis puede ocurrir, por ejemplo, cuando una célula se halla dañada y no
tiene posibilidades de ser reparada, o cuando ha sido infectada por un virus. La
"decisión" de iniciar la apoptosis puede provenir de la célula misma, del tejido
circundante o de una reacción proveniente del sistema inmune. Cuando la capacidad
de una célula para realizar la apoptosis se encuentra dañada (por ejemplo, debido a
una mutación), o si el inicio de la apoptosis ha sido bloqueado (por un virus), la célula
dañada puede continuar dividiéndose sin mayor restricción, resultando en un tumor
que puede ser de carácter canceroso. Por ejemplo, como parte del "secuestro" del
sistema genético de la célula llevado a cabo por los virus del papiloma humano (VPH),
un gen denominado E6 se expresa originando un producto que degrada la proteína
p53, vital para la ruta apoptótica.
También condiciones de stress como la falta de alimentos, así como el daño del
ADN provocado por tóxicos o radiación, pueden inducir a la célula a comenzar un
proceso apoptótico. Una ejemplo sería la apoptosis mediada por la enzima nuclear,
poli-ADP-ribosa polimerasa-1 (PARP-1), crucial en el mantenimiento de la integridad
genómica. Un activación masiva de dicha enzima puede vaciar la célula de nucleótidos
ricos en energía, provocando una cadena de transducción de señales del núcleo a la
mitocondria que iniciaría la apoptosis.
célula maligna (cáncer de mama)
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
8
DESARROLLO EMBRIONARIO
Durante el desarrollo embrionario la apoptosis regula el crecimiento celular y
tisular, desde la desaparición de las membranas interdigitales para el desarrollo
normal de los dedos hasta la apoptosis en el ojo para la correcta formación del
cristalino y los párpados pasando por multitud de procesos en estudio.
En los animales que pasan por distintos estadíos la apoptosis que regula el
desarrollo controla además el paso de un estadio de crecimiento al siguiente (larva,
ninfa, juvenil, adulto, etc.). En el caso de las ranas la apoptosis controla, durante la
metamorfosis, la desaparición de la aleta caudal de los renacuajos.
ESCULTURA DE DISTINTAS ESTRUCTURAS
El ejemplo más claro de esto es la eliminación de las membranas interdigitales
para la formación de los dedos en vertebrados superiores. Otro proceso de
formación de estructuras en que está involucrada la apoptosis es en el vaciado de
cuerpos sólidos para crear una luz. Por ejemplo, la formación de la cavidad
preamniotica en el embrión de ratón por la muerte de células ectodermales de su
interior (526, Coucovanis 1995).
ELIMINACIÓN DE ESTRUCTURAS
En el proceso de desarrollo a veces se forman estructuras que después es
necesario suprimir. La razón es que pueden ser restos vestigiales de alguna
estructura necesaria para una especie ancestral pero a la que la evolución ha hecho
perder la utilidad. También pueden ser formaciones requeridas para determinados
estadios del desarrollo y que después ya no son de utilidad. Por último, también
pueden ser estructuras necesarias para un sexo pero no para el otro. Ejemplos de
este objetivo de la apoptosis durante el desarrollo son los tubos pronefríticos,
necesarios en peces y larvas anfibias pero que han dejado de serlo en mamíferos y
por eso son eliminados. También los ductos de Müllerian, que forman el útero y los
oviductos en hembras de mamíferos pero que en machos son eliminados por
apoptosis.
HOMEOSTASIS
En un organismo adulto, la cantidad de células que componen un órgano o tejido
debe permanecer constante, dentro de ciertos límites. Las células de la sangre y de
piel, por ejemplo, son constantemente renovadas por sus respectivas células
progenitoras. Por lo tanto, esta proliferación de nuevas células tiene que ser
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina3
9
compensada por la muerte de otras células. A este proceso se le conoce como
homeostasis, aunque algunos autores e investigadores han sugerido homeocinesis
como un término más preciso y elocuente.
La homeostasis se logra cuando la relación entre la mitosis y la muerte celular se
encuentra en equilibrio. Si este equilibrio se rompe, pueden ocurrir dos cosas:
Las células se dividen más rápido de lo que mueren, desarrollando un tumor.
Las células se dividen más lentamente de lo que mueren, produciéndose un
grave trastorno de pérdida celular.
Ambos estados pueden ser fatales o potencialmente dañinos.
REGULACIÓN DEL SISTEMA INMUNITARIO
SELECCIÓN NEGATIVA EN TIMO
Este proceso que se lleva a cabo en el timo como etapa final de la maduración
de los linfocitos T, tiene como objeto la eliminación, por apoptosis, de los clones de
timocitos que hayan generado un receptor del linfocito T hacia el antígeno (TCR, de
T cell receptor) con especificidad hacia un Ag propio. De esta forma se hace posible
la autotolerancia en los organismos, es decir, la incapacidad de responder a un Ag
propio y por lo tanto, de desencadenar procesos autoinmunes. En el timo tiene
lugar la adquisición de tolerancia central hacia todos los Ag que puedan ser
presentados por sus células, fundamentalmente proteínas ubicuas de membrana y
suero.
Se diferencia de la tolerancia periférica adquirida en otras etapas de la
ontogenia hacia Ag propio que solo pueden ser presentados en los tejidos
periféricos. La selección de los clones T autorreactivos se lleva a cabo en la etapa de
doble positividad de los timocitos (CD4+, CD8+). Estos se unen con alta afinidad al
MHC que contiene péptidos propios y que es presentado por células presentadoras
de Ag (APC) del timo. Esta unión de alta afinidad dispara en el timocito el programa
de muerte por apoptosis. Se conoce poco acerca de los mecanismos moleculares
que dirigen este proceso, pero parece ser muy importante en él, la presencia de las
dos moléculas CD4 y CD8. Este proceso de selección negativa, junto al de
eliminación de timocitos con reagrupamientos incorrectos en su TCR, parece ser
responsable de la muerte del 95% de linfocitos T durante los procesos de
maduración en timo
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina4
0
PATOLOGIAS VINCULADAS CON LA APOPTOSIS
La apoptosis es una función biológica de gran relevancia en la patogenia de varias
enfermedades estudiadas hasta el momento. Podemos destacar el cáncer,
malformaciones, trastornos metabólicos, neuropatías, lesiones miocárdicas y
trastornos del sistema inmunitario.
ENFERMEDADES ASOCIADAS A INHIBICIÓN DE APOPTOSIS
1. Cáncer: linfoma no Hodgkin folicular (Bcl-2 +), carcinoma (p53 +), tumores
hormono-dependientes
2. Enfermedades autoinmunitarias: lupus eritematoso sistémico,
glomerulonefritis autoinmunitaria
3. Infecciones virales: Herpes virus, Poxvirus, Adenovirus
ENFERMEDADES ASOCIADAS A AUMENTO DE APOPTOSIS
1. Sida
2. Enfermedades neurodegenerativas: enfermedad de Alzheimer, enfermedad de
Parkinson, esclerosis lateral amiotrófica, retinitis pigmentosa, degeneración
cerebelosa
3. Síndromes mielodisplásicos (MDS): anemia aplástica
4. Daño isquémico: infarto de miocardio, apoplejía, daño por reperfusión, daño
hepático por alcoholismo.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina4
1
LA APOPTOSIS EN EL SISTEMA CARDIOVASCULAR
En el sistema cardiovascular la apoptosis puede ser parte del proceso de
renovación, pero por defecto de mitosis o exceso de muerte celular, puede cons tituir
un proceso patológico.
En el ventrículo derecho ocurre una remodelación fisiológica después del
nacimiento cuando ya éste ventrículo no tiene que cumplir con la función
hemodinámica intrauterina. Una cantidad importante de células de ese ventrículo
mueren de manera programada después del nacimiento. Esto suele durar apenas unos
días, pero en ciertas condiciones se prolonga indefinidamente y ocurre la denominada
miocardiopatía de Uhl, caracterizada por una dilatación extrema del ventrículo
derecho con la consecutiva insuficiencia ventricular derecha.
Otra enfermedad relacionada con la enfermedad de Uhl, en la que también se ha
demostrado apoptosis, es la displasia arritmogénica del ventrículo derecho, en la que
la infiltración fibrótica que sustituye al miocito apoptótico, crea el sustrato para
arritmias potencialmente letales.
Otra entidad en donde se ha demostrado muerte celular programada es la
miocardiopatía dilatada, principalmente en su forma idiopática. En ella se ha
demostrado que aproximadamente el 0,2 por ciento de las células tenían
características apoptóticas. Esta cantidad aparenta ser poco influyente en la función
del corazón, pero si se toma en cuenta que la muerte celular ocurre en cuestión de
horas y si se trata de un proceso ininterrumpido sin replicación celular compensadora,
alrededor del 50 por ciento de la masa ventricular se perdería en un año.
La apoptosis parece también jugar un papel importante en la formación
anatómica de los nodos sinusal y auriculoventricular. En efecto, una buena cantidad de
pequeñas células P redondas u ovoides presentes en el nodo sinusal en el nacimiento
va desapareciendo poco a poco por un proceso exclusivamente apoptótico, sin que
medie el menor signo inflamatorio. Algo semejante ocurre en el nodo
auriculoventricular. Las conexiones auriculoventriculares son eliminadas en la
remodelación posnatal. La persistencia de algunas de estas conexiones podría ser el
origen de algunos fascículos accesorios como aquellos que se encuentran en el
síndrome de Wolf Parkinson White y en el bloqueo auriculoventricular acompañado de
arritmias ventriculares. James ha demostrado muerte celular exagerada sin
inflamación previa en el nodo sinusal de pacientes con síndrome de QT largo que
tienen síncope y arritmias potencialmente letales.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina4
2
En la remodelación que ocurre en el tejido aparentemente sano después de un
infarto del miocardio hay una reexpresión del programa fetal genético, con disfunción
progresiva. Esta situación puede ser causada por la muerte programada de tejido
viable y de hecho, se ha demostrado que en el tejido sano contiguo a la necrosis
posinfarto hay células apoptóticas.
Se han dado evidencias en tejido aislado, así como en modelos experimentales,
que puede ocurrir apoptosis en respuesta a la isquemia-reperfusión, al infarto del
miocardio, a la estimulación eléctrica rápida del miocardio, al estiramiento mecánico y
a la sobrecarga debida a la constricción aórtica. También se ha visto que
constantemente ocurre apoptosis miocárdica en órganos diana de ratas hipertensas.
Un buen número de factores presentes en el corazón insuficiente, por ejemplo: las
citoquinas inflamatorias, las especies de oxígeno reactivo, el óxido nítrico, la hipoxia, la
reperfusión, los factores de crecimiento, y el estiramiento del tejido, estimulan la
apoptosis en una variedad de células, entre ellas, las del miocardio.
Una situación interesante y novedosa en donde se ha invocado la apoptosis es el
llamado precondicionamiento isquémico que es aquella condición en la que un
síndrome isquémico agudo protege de episodios de isquemia subsiguientes. Se ha
demostrado en el corazón de rata in vivo sometido a episodios de isquemia transitoria,
que las células apoptóticas disminuyen en relación con aquellos animales donde no se
ha provocado precondicionamiento.
El endotelio vascular, donde se originan una serie de hormonas paracrinas
moduladoras de la vasoconstricción o vasodilatación producida por el músculo liso,
está renovándose constantemente por apoptosis y replicación. En ocasiones, como en
la hipertensión arterial, hay exceso de apoptosis endotelial que a su vez favorece la
migración y el crecimiento del músculo liso arterial, lo que a su vez remodela el vaso y
favorece la formación de ateromas. En la hipertensión pulmonar se ha visto que una
enzima denominada Tenascina-C causa crecimiento de la capa muscular media y
remodelación del vaso. Este proceso se acompaña de muerte celular programada.
Todos estos hallazgos motivan cuestionamientos tales como: ¿Los
procedimientos de detección son suficientemente sensibles y específicos? ¿la
apoptosis es un fenómeno primario o secundario? ¿Cuál es el estímulo que inicia el
proceso apoptótico en el corazón? ¿Acaso desde el nacimiento las células llevan un
código genético que al ser estimulado por un factor interno o externo inicia un proces o
de auto aniquilamiento o suicidio?
En este final del siglo y en el umbral de próximo estas preguntas probablemente sean
contestadas y surjan nuevos cuestionamientos. También es probable que la apoptosis
pueda impedirse o al menos controlarse mediante terapia génica.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina4
3
BIBLIOGRAFÍA
1. Kerr JFR, Wyllie AH, Currie AR. Apoptosis: a basic biological phenomenom with
wide-ranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer 1972;26:239-57.
2. Walker NI, Harmon BV, Gob GC, Kerr JFR. Patterns of cell death. Arch Exp Pathol
1988;13:18-54.
3. Steller H. Mechanisms and genes of cellular suicide. Science 1995;267:1445-9.
4. Williams GT, Smith CA. Molecular regulation of apoptosis: genetic controls on
cell death. Cell 1993;74:777-9.
5. Vaux DL, Strasser A. The molecular biology of apoptosis. Proc Natl Acad Sci USA
1996;93:2239-44.
6. James TN, St Martin E, Willis PW, Lohr TO. Apoptosis as a possible cause of
gradual development of complete heart block and fatal arrthythmias asociated
with absence of the AV node, sinus node, and internodal pathways. Circulation
1996;93:1424-38.
7. Colucci WS, Braunwald E, Pathophysiology of heart failure. En: Barunwald E de.
Heart disease. 5 ed. Philadelphia: W.B. Saunders,1997,394-420.
8. Geng Y-J, Libby P. Evidence for apoptosis in advanced human atheroma.
Colocalization with interleukin-1b-converting enzyme. Am J Pathol
1995;147:251-66.
9. Dzau VJ, Gibbons GH, Mann M, Braun-Dullaeus R. Future horizons in
cardiovascular molecular therapeutics. Am J Cardiol 1997;80(9A):331-91.
10. Alnemri, E.S., Livingston, D.J., Nicholson, D.W., Salvesen, G., Thornberry, N.A.,
Wong, W.W. & Yuan, J. (1996). Human ICE/CED-3 protease nomenclature. Cell
87, 171.
11. Ashkenazi, A. & Dixit, V.M. (1998). Death receptors: signalling and modulation.
Science 281, 1305-1308.
12. Bamji, S.X., Majdan, M., Pozniak, D., Belliveau, DJ., Aloyz, R., Khon, J., Causing,
C.G. & Miller, F.D. (1998). The p75 neurotrophin receptor mediates neuronal
apoptosis and is essential for naturally occurring sympathetic neuron death. J.
Cell Biol. 140, 911-923.
13. Bergeron, L., Perez, G.I., Mcdonald, G., Shi, L., Sun ,Y., Jurisicova, A., Varmuza,
S., Latham, K.E.,, Flaws, J.A., Salter, J.C.M., Hara, H., Moskowitz, M.A., Li, E.,
Greenberg, A., Tilly, J.L. & Yuan, J. (1998). Defects in regulation of apoptosis in
caspase-2 deficient mice. Genes Dev. 12, 1304-1314.
14. Carter, B.D., Kaltschmidt, C., Kaltschmidt, B., Offenhauser, N., Bohm-Matthaei,
R., Baeuerle, P.A. & Barde, Y.A. (1996). Selective activation of NF- B by nerve
growth factor through the neurotrophin receptor p75. Science 272, 542-545.
15. Chao, D.T. & Korsmeyer, S.J. (1998). Bcl-2 family: regulators of cell death. Annu.
Revv Immunol. 16, 395-419.
Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Apoptosis
Medicina Humana Ciclo I - 2009 I
Pág
ina4
4
16. Nicholson, D.W. & Thornberry, N.A. (1997). Caspases: killer proteases. Trends
Biochem. Sci. 22, 299-306.
17. Núñez, G. & del Peso, L. (1998). Linking extracellular survival signals and the
apoptotic machinery. Curr. Op. Neurobiol. 8, 613-618.
18. Parrizas, M., Saltiel, A.R. & LeRoith, D. (1997). Insuline-like growth factor 1
inhibits apoptosis using the phosphatidylinositol 3’-kinase and mitogen-
activated protein kinase pathways. J. Biol. Chem. 272, 154-161.
19. Parsadanian, A.S., Cheng, Y., Keller.Peck C.R., Holtzman, D.M. ans Snider, W.D.
(1998). Bcl-XL is an antiapoptotic regulator for postnatal CNS neurons. J.
Neurosci. 18, 1009-1019.
20. Tanaka, M., Sawada, M., Miura, M. & Marunouchi, T. (1998). Insulin-like
growth factor-I analogue prevents apoptosis mediated through an interleukin-
1 -like protease of cerebellar external granular later neurons: developmental
stage-specific mechanism of neuronal cell death. Neuroscience 84, 89-100.
21. Thornberry, N.A. & Lazebnik, Y. (1998) Caspases: enemies within. Science 281,
1312-1316.
22. Xue, D. & Horvitz, H.R. (1995). Inhibition of the Caenorhabditis elegans cell-
death protease CED-3 by a CED-3 cleavage site in baculovirus p35 protein.
Nature 377, 248-351.
23. Wyllie AH, Kerr JFR, Curri AR. Cell death: The significance of apoptosis. Int Rev
Cytol 1980;68:251.
24. Cory S. Regulation of lymphocyte survived by the Bcl-2 gene family. Ann Rev,
Immunol 1995;13:513-43.
25. _____ . Fascinating death factor. Nature 1994:367(6461):317-8.
26. Silvestri F, Ribatti D, Nico B, Silvestri N, Romito A, Dammacco F. Apoptosis or
programmata cell death: regulatory and pathophysiological mechanisms
(editorial). Ann Ital Med Int 1995;10(1):7-13.
27. Wyllie AH, Morris RG, Smith AL, Dunlop D. Chromatin Cleavage in apoptosis:
association with condensed chromatin morphology and dependence on
macromolecular synthesis. J Pathol 1984;142:67.
