apoptosis y ciclo celular

APOPTOSISMUERTE CELULAR

PROGRAMADA

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APOPTOSIS

• Las células cuentan con un programa genético de autodestrucción que implica la activación de enzimas que las van a destruir

• La membrana celular permanece intacta a diferencia de la necrosis

• No da lugar a inflamación a diferencia de la necrosis

APOPTOSIS (CAUSAS)

• Pueden ser fisiológicas y patológicas

• Causas fisiológicas

Destrucción programada de células durante la embriogénesis. Muchas estructuras del embrión han regresionado antes del nacimiento

APOPTOSIS (CAUSAS)

Involución de tejidos dependientes de hormonas:

Endometrio – estrógenos y progesterona Atresia folicular – gonadotrofinas Mama lactante – prolactina Próstata – hormonas masculinas

APOPTOSIS (CAUSAS)

Renovación de epitelios (piel, tubo digestivo etc)

Eliminación de células que ya han cumplido su función (neutrófilos en una respuesta inflamatoria aguda y linfocitos al final de una reacción inmunológica)

APOPTOSIS (CAUSAS)

Eliminación de linfocitos T autoreactivos en el timo

Eliminación de células infectadas por virus, de células neoplásicas y de células de órganos trasplantados (inducida por linfocitos T citotóxicos)

APOPTOSIS (CAUSAS)

• Causas patológicas

Apoptosis inducida por lesión al DNA (efectuada por radiación y fármacos antineoplásicos)

Apoptosis inducida por proteinas mal plegadas en la célula

APOPTOSIS (CAUSAS)

Algunos virus desencadenan la apoptosis en las células que infectan (hepatitis viral, SIDA)

Atrofia de órganos tras obstrucción ductal (pancreas, parótida y riñón)

Muerte celular en tumores

APOPTOSIS (CAUSAS)

Apoptosis acelerada por alteraciones genéticas.

Ejemplo: atrofia muscular espinal por mutaciones heredadas del gen SMN 1 (gen de la supervivencia de la neurona motora), situado en el cromosoma 5, cerca de este gen se ubica el gen de la proteina inhibidora de la apoptosis neuronal (NAIP), que puede estar delecionado.

ALTERACIONES MORFOLOGICAS EN LA APOPTOSIS

• Encogimiento celular y aumento de la densidad del citoplasma por pérdida de agua

• Condensación de la cromatina en masas que se pegan a la membrana nuclear

CARACTERISTICAS ULTRAESTRUCTURALES DE LA APOPTOSIS. ALGUNOS FRAGMENTOS NUCLEARES MUESTRAN SEMILUNAS

PERIFERICAS DE CROMATINA COMPACTADA MIENTRAS QUE OTROS SON UNIFORMEMENTE DENSOS

• Formación de protrusiones citoplasmáticas y cuerpos apoptóticos

• Fagocitosis de las células apoptóticas por macrófagos u otras células vecinas. Estas últimas migran o proliferan para reemplazar el espacio ocupado por la célula que sufrió apoptosis

DIFERENCIAS ENTRE NECROSIS Y APOPTOSIS

• La dicotomía necrosis / apoptosis no es tan clara en la naturaleza porque existen casos de muerte celular con características tanto de necrosis como de apoptosis.

• La integridad mantenida en las membranas celulares permite que se siga sintetizando ATP (mitocondrias) y proteinas (RER), lo cual es indispensable porque la célula invierte energía encaminandose hacia la apoptosis y requiere sintetizar una serie de proteinas que necesita para morir.

• La estabilidad de las membranas celulares también evita la ruptura de lisosomas y la digestión de componentes celulares típico de la necrosis.

CARACTERISTICAS BIOQUÍMICAS DE LA APOPTOSIS

• Activación de proteasas especiales denominadas CASPASAS, significa cisteína (la enzima tiene cisteína en su centro activo), significa aspártico (escinden las proteinas después de residuos de ácido aspártico)

• Las caspasas existen normalmente en las células como pro-enzimas (no activadas)

• Las caspasas actúan sobre las láminas, el armazón nuclear, el citoesqueleto y las DNAasas

• Las láminas son el recubrimiento externo de la envoltura nuclear, su desensamblaje causa encogimiento del nucleo

• Las caspasas también inactivan FAK (quinasas de adhesión focal), lo cual interrumpe la adhesión celular, con lo que se desprende la célula apoptósica de sus vecinas

• Entre las proteínas del citoesqueleto afectadas por caspasas se encuentran los filamentos intermedios, la actina, la tubulina y la gelsolina, su desactivación produce cambios en la forma celular

• El DNA se fragmenta en NUCLEOSOMAS (segmentos de 180 a 200 pares de bases o un múltiplo de estos números), por medio de endonucleasas dependientes de Ca y Mg. Dando un patrón en escalera en la electroforesis, a diferencia del patrón continuo de la necrosis (en la que los segmentos de DNA tienen un tamaño variable).

• Estas endonucleasas son activadas por caspasas

ELECTROFORESIS EN GEL DE AGAROSA DEL DNA EXTRAIDO DECELULAS EN CULTIVO (TINCION CON BROMURO DE ETIDIO, FOTOGRAFIA

CON LUZ ULTRAVIOLETA). LINEA A: CULTIVO CONTROL. LINEA B: APOPTOSIS POR CALOR. LINEA C: NECROSIS.

• Reconocimiento fagocítico: cambio de orientación de fosfolípidos de la membrana tales como la fosfatidilserina de la superficie interna a la superficie externa (por pérdida del glicocálix), este cambio permite a la membrana celular fijar colorantes tales como la anexina V, que permiten reconocer a las células apoptóticas

• Existe una revoltasa de fosfolípidos responsable del cambio de orientación de la fosfatidil serina

• Tambien la trombospondina (glucoproteina de adhesión) se expresa en la superficie externa de las células apoptóticas, de modo que sirve como molécula de reconocimiento fagocítico.

• Las moléculas de reconocimiento fagocítico permiten la fagocitosis sin liberación de componentes intracelulares al espacio extracelular (lo que desencadenaría inflamación).

• También se producen enlacen cruzados entre proteinas en el citoplasma por acción de la enzima transglutaminasa.

MECANISMOS DE LA APOPTOSIS

• La apoptosis presenta una fase de iniciación y una fase de ejecución.

• La fase de iniciación puede tener dos orígenes:

Vía extrínseca (iniciada en un receptor de la membrana celular)

Vía intrínseca (o mitocondrial)

• VIA EXTRINSECA

Los receptores de la membrana celular que median la apoptosis son miembros de la familia del receptor del factor de necrosis tumoral (FNT).

Tienen una zona de la molécula ubicada en la membrana celular que se une a un ligando y una zona intracitoplasmática denominada dominio de muerte.

• El dominio de muerte citoplasmático se une a una proteina adaptadora que también tiene un dominio de muerte denominada FADD (fas associated death domain).

• FADD activa a la caspasa 8 o 10 iniciando la apoptosis

• Los receptores de muerte mejor conocidos son el receptor 1 del factor de necrosis tumoral (TNFR1) y la molécula fas (CD95).

• Las moléculas que conducen el mensaje de muerte son por lo tanto FNT y el ligando de Fas

• La molécula FLIP puede unirse a la pro-caspasa 8 y bloquearla por su incapacidad para activarla.

• Algunos virus producen FLIP para evitar que la célula que están infectando se encamine a la apoptosis

INICIACION DE LA VIA EXTRINSECA DE LA APOPTOSIS PORACTIVACION DE UN RECEPTOR DE LA MEMBRANA CELULAR,

EN ESTE CASO FAS.http://ormigita-k.blogspot.com/

• VIA INTRINSECA O MITOCONDRIAL

Se desencadena por alteraciones de la permeabilidad mitocondrial, saliendo de esta organela moléculas proapoptóticas que se dirigen al citosol.

Esto sucede por estímulos internos tales como el daño genético irreparable, concentraciones elevadas de calcio en el citosol o el stress oxidativo grave (grandes cantidades de radicales libres en el citosol)

En esta vía la familia de proteinas bcl-2 tiene gran importancia.

• Algunos miembros de esta familia son proapoptóticos y otros antiapoptóticos

• Los miembros antiapoptóticos mas importantes son el Bcl-2 y el Bcl-xL, de menor importancia son Mcl-1, Bcl-w y A1.

• Los miembros proapoptóticos mas importantes son Bax, Bak y Bim, otros de menor importancia son Bcl-xS, Bad, Bik, Bid, y Bok.

• Cuando las células son estimuladas por factores de crecimiento u otras señales de supervivencia aumenta la síntesis de los miembros antiapoptóticos de la familia Bcl-2.

• Cuando las células no reciben señales de supervivencia o están sometidas a stress, se producen canales de transición de permeabilidad mitocondrial, que aumentan la permeabilidad de las membranas mitocondriales saliendo el citocromo c al citosol y perdiendo Bcl-2 la membrana mitocondrial externa.

• El citocromo c en el citosol se une a Apaf-1 Apoptosis activating factor 1 y el complejo activa a la caspasa 9 que es la caspasa de iniciación de la vía intrínseca.

• El Bcl-2 puede inhibir directamente la activación de Apaf-1

• Otras proteinas mitocondriales tales como el factor inductor de la apoptosis (AIF), salen al citosol y bloquean a diversos inhibidores de la apoptosis.

VIA INTRINSECA (MITOCONDRIAL) DE LA APOPTOSIS

• La fase de ejecución está mediada por caspasas diferentes a las de iniciación, las mas importantes son la caspasa 3 y la caspasa 6

• Las caspasas de ejecución actúan sobre el citoesqueleto, sobre las proteinas de la matriz nuclear y sobre las proteinas implicadas en la transcripción, replicación y reparación del DNA.

APOPTOSIS MEDIADA POR DAÑO AL DNA

• Cuando el DNA está dañado se acumula p53 en la célula y detiene el ciclo celular en G1 esperando la reparación, si esta no es posible la célula se encamina a la apoptosis probablemente porque p53 estimula la síntesis de moléculas pro-apoptóticas.

P53, REPARACION DEL DNA Y APOPTOSIS

FNT Y SEÑALES DE APOPTOSIS Y SUPERVIVENCIA

• El FNT puede en ocasiones no conducir a la célula a la apoptosis sinó mas bien estimular su supervivencia.

• A diferencia de la apoptosis iniciada por Fas, la apoptosis iniciada por FNT requiere de una segunda molécula adaptadora (TRADD), que también tiene un dominio de muerte.

• TRADD se une a FADD por medio del dominio de muerte y en adelante el camino es el mismo que en el caso de Fas.

• Cuando FNT va a estimular señales de supervivencia el adaptador que se une a TRADD es TRAF (factores asociados al receptor del FNT).

• TRAF estimula al al factor nuclear kB (FN-kB) que es un factor de transcripción importante en la supervivencia celular

• TRAF estimula a este factor degradando a su inhibidor (IkB).

APOPTOSIS MEDIADA POR EL LINFOCITO T CITOTÓXICO

• Los linfocitos T citotóxicos reconocen los antígenos extraños a nuestro organismo situados en las membranas celulares y en respuesta segregan perforina, que forma poros en la membrana celular por los que ingresa la Granzima B (proteasa de serina similar a caspasas), activando directamente la fase de ejecución de la apoptosis.

MECANISMOS DE APOPTOSIS

CELULA APOPTOTICA DELA EPIDERMIS (QUERATINOCITO)

CITOPLASMA EOSINOFILOINTENSO Y NUCLEO PICNOTICO,

LESION DE CAUSAINMUNOLOGICA

HEPATOCITO APOPTOTICO,MUERTE CELULAR DE CAUSAINMUNOLOGICA, CITOPLASMAEOSINOFILO Y FRAGMENTOS

NUCLEARES

MACROFAGOS FAGOCITANDO LINFOCITOS MUERTOS POR APOPTOSISEN TIMO FETAL http://ormigita-k.blogspot.com/

HEPATOCITO APOPTOTICO, CITOPLASMA CON INTENSAEOSINOFILIA Y SIN RESTOS DE NUCLEO

CICLO CELULAR

FASES DEL CICLO CELULAR

• Interfase o G0 (estado quiescente)• Fase G1 (primera brecha, gap = brecha)• Fase S (síntesis de DNA)• Fase G2 (segunda brecha)• Fase M (mitosis)

• Las etapas de mayor control en el ciclo celular se ubican al final de G1 (antes del inicio de la síntesis de DNA) y al final de G2 (antes del inicio de la mitosis), si se detectan defectos en algunos de estos niveles las células no pueden progresar en el ciclo celular

QUINASAS DEPENDIENTES DE CICLINAS (CDKs) Y CICLINAS

• Las CDKs son enzimas que tienen actividad quinasa y transfieren grupos fosfato del ATP a residuos específicos de serina y treonina de determinados sustratos importantantes en la regulación del ciclo celular

• La ciclina es una subunidad reguladora necesaria para que la cdk actúe, forman heterodímeros con las cdks

• Las ciclinas se denominan así porque su concentración se eleva y disminuye con un patrón predecible en cada ciclo celular, la concentración de las CDKs es constante en el ciclo celular.

• Cuando la concentración de ciclinas es baja las CDKs carecen de ellas y son inactivas.

• La única función de las CDKs es la fosforilación.

• Se han descrito mas de 15 ciclinas, las mas importantes son (D, E, A, B), siendo este el orden de aparición

• Existe una enzima que activa ciclinas por fosforilación (CAK), quinasa activadora de ciclinas

• CICLINA D Y FOSFORILACION DEL RB

Aparece en G1 y en la fase S ya no se la detecta

Existen 3 formas D1, D2 y D3

Se degrada en el citoplasma por medio del sistema ubicuitina - proteasoma

EL SISTEMA UBICUITINA – PROTEASOMA CONSISTEEN COMPLEJOS PROTEICOS QUE SE ENCARGAN DE

AÑADIR MOLECULAS DE UBICUITINA A LAS PROTEINASQUE YA NO SON UTILES A LA CELULA O ESTAN

DAÑADAS, LA UBICUITINA FUNCIONA COMO UNA MARCAPARA RECONOCIMIENTO DE UNA SUBUNIDAD

MULTICATALÍTICA (PROTEASOMA) QUE DEGRADALA PROTEINA

• La síntesis de ciclina D es consecuencia de la activación de una vía de transmisión de señales mitogénicas desde el exterior: la vía RAS/RAF/MAPK

• Su exportación del núcleo hacia el citoplasma (para degradación) depende de la glucógeno sintetasa quinasa 3 beta que a su vez es inhibida por otra vía de transmisión de señales mitogénicas desde el exterior (RAS/PI3K/AKT)

La forma activa de la proteína Rb es la forma hipofosforilada y su función es atrapar a miembros de la familia de factores de transcripción E2F

Al dejar de estar atrapados (por fosforilación de Rb) las proteínas E2F pasan al núcleo para estimular la síntesis de proteínas importantes para que la célula progrese a lo largo del ciclo celular

En un inicio de G1, Rb es solo fosforilado por CDK4/ciclina D – CDK6/ciclina D, y posteriormente por CDK2/ciclina E

Mientras Rb está unido a E2F la transcripción de genes importantes para la progresión a lo largo del ciclo celular está bloqueada porque este complejo (que tiene un tercer componente, DP1) se une a los promotores de genes que responden a E2F

AL INICIO RB SOLO ES FOSFORILADA POR CDK4/CICLINA D,CDK6/CICLINA D, POSTERIORMENTE TAMBIÉN

CDK2/CICLINA E LO HACEhttp://ormigita-k.blogspot.com/

Rb/E2F/DP1, Inhiben la transcripción gracias a una desacetilasa de histonas que está unida al Rb

La desacetilación de histonas es un mecanismo inhibidor de la transcripción, que mantiene a la cromatina compactada y sin posibilidad de ser transcrita

CROMATINA COMPACTANO PUEDE TRANSCRIBIRSE

CROMATINA DESENRROLLADAGRACIAS A LA ACETILACION

DE HISTONAS, POSIBILIDAD DETRANSCRIPCIÓN

• Rb en su forma activa atrapa a la familia E2F de factores de transcripción y activamente reprime la transcripción uniendose a diversos promotores en la forma del complejo mencionado (Rb/E2F/DP1)

• La fosforilación del Rb por parte de cdk4/ciclina D y cdk6/ciclina D es solo parcial

• Rb parcialmente fosforilado sigue unido a E2F/DP1, pero E2F es capaz de estimular la transcripción de algunos genes tales como ciclina E

• La síntesis de ciclina E hace que se forme el complejo cdk2/ciclina E, dando lugar a la fosforilación total del Rb y la liberación total del E2F para estimular la transcripción de la totalidad de genes que codifican proteinas esenciales para la progresión a través de la fase S (ciclina E, DNA polimerasas, timidina quinasa, dihidrofolato reductasa, etc)

• Durante la fase M, Rb tiene que perder los grupos fosfato ganados (mediante las fosfatasas PP1) para volver a su forma activa (hipofosforilada)

TRANSICION G2/M

• Depende de la acción del complejo ciclina A/cdk2, y ciclina B/cdk1

• Ciclina B/cdk1 se activa por medio de las fosfatasas CDC 25

• A este nivel la célula debe pasar un punto de control para poder iniciar la mitosis (PUNTO DE CONTROL G2/M)

PUNTO DE CONTROL G2/M

• La radiación ionizante (que produce ruptura de la doble cadena del DNA) activa este punto de control impidiendo el progreso hacia la mitosis

PUNTO DE CONTROL DE LA TRANSICION METAFASE / ANAFASE

• Este punto de control vigila que el ensamblaje del huso mitótico sea el adecuado y que los quinetocoros de los cromosomas estén correctamente adheridos al huso mitótico

• Los defectos en este punto de control dan lugar a aneuploidía (distribución inadecuada de cromosomas durante la anafase)

• El ensamblaje del huso mitótico tiene lugar en la metafase temprana (prometafase), y los quinetocoros de los cromosomas hacen contacto con los microtúbulos del huso para estabilizarse a nivel del ecuador de la célula

EN INTERFASE LA CELULA TIENE UN CENTROSOMACON DOS CENTRIOLOS, EL CUAL SE DUPLICA EN

LA FASE S, Y ALREDEDOR DE CADA CENTROSOMASE EMPIEZAN A ORGANIZAR LOS MICROTUBULOS

ASTRALES, CROMOSOMICOS Y POLARES DEL HUSO

MICROTUBULOS CROMOSOMICOS ANCLADOS EN LOSQUINETOCOROS, EL MOVIMIENTO CROMOSOMICO

DE LA METAFASE Y ANAFASE SE REALIZA PORPOLIMERIZACIÓN Y DESPOLIMERIZACION DE TUBULINA

ANCLAJE DE MICROTUBULOS CROMOSOMICOSEN EL QUINETOCORO, DEFECTOS A ESTE NIVEL

ACTIVAN EL PUNTO DE CONTROL METAFASE / ANAFASEDETENIENDO EL CICLO CELULAR

ANCLAJE DE MICROTUBULOS CROMOSOMICOSEN EL QUINETOCORO, DEFECTOS A ESTE NIVEL

ACTIVAN EL PUNTO DE CONTROL METAFASE / ANAFASEDETENIENDO EL CICLO CELULAR

PUNTO DE CONTROL DE LA TRANSICION METAFASE / ANAFASE• El complejo proteico APC (Anaphase Promoter

Complex), tiene como función ubicuitinlar proteinas durante la mitosis

• Las proteínas ubicuitinladas son degradadas por el proteasoma

• El APC tiene necesita un adaptador (que puede ser cdc 20 o cdh 1)

• Durante la metafase y anafase se utiliza el adaptador cdc 20

PUNTO DE CONTROL DE LA TRANSICION METAFASE / ANAFASE• APC y su adaptador cdc 20 degradan vía

proteasoma a un inhibidor de la anafase denominado securina ( que asegura la unión de las cromátides hijas)

• La destrucción de securina libera a una proteasa llamada separina o separasa

• La separasa actúa sobre cohesina con lo que se separan las cromátides hijas y se pueden dirigir a los polos durante la anafase

LAS PROTEINAS ADAPTADORAS DE APC PUEDEN SERCDC 20 O CDH 1, DANDO LUGAR A UBICUITINLACIÓN

DE DIFERENTES SUSTRATOS PARA SU DEGRADACIONPOR PROTEASOMAS, PARA LA PROGRESION DURANTE

LA ANAFASE LA DEGRADACION DE SECURINA ESESENCIAL

• Cuando los quinetocoros no están unidos correctamente a los microtúbulos cromosómicos se adhiere a este nivel la proteina Mad 2, que envía una señal de espera a la célula que impide que se avance a lo largo del proceso de anafase, hasta que este problema se corrija

• La familia BUB de quinasas regula la proteína Mad 2

• Otras moléculas que vigilan el funcionamiento correcto del huso mitótico son la quinasa tipo polo (polo-like-quinasa, PL1) y dos miembros de la familia de quinasas Aurora (Aurora A y B)

• Si los quinetocoros de algún cromosoma no están bien adheridos a los microtúbulos cromosómicos las quinasas Aurora desestabilizan la unión, con lo que el cromosoma queda libre para unirse apropiadamente a otros microtúbulos de los polos opuestos del huso

INHIBIDORES DEL CICLO CELULAR

• Existen dos tipos de inhibidores del ciclo celular:

- Familia Cip/Kip

- Familia INK4/ARF

• FAMILIA CIP/KIP

Los componentes son: p21, p27, p57, se unen a los complejos ciclinas/cdks y las inactivan (formando un trímero)

p21 está bajo el control de p53 y es un efector importante en el punto de control G1/S

• El blanco principal de inhibición de esta familia es ciclina E/cdk2

• FAMILIA INK4/ARF

INK (INhibitor of Kinase 4)

ARF (Alternative Reading Frame, o marco de lectura alternativo)

Se unen a cdk4, cdk6 y cdk2 evitando que formen asociaciones con las ciclinas correspondientes (detienen el ciclo celular en G1)

• INK4a = p16• INK4b = p15• INK4c = p18• INK4d = p19

La inactivación de los inhibidores del ciclo celular es una alteración frecuente en el cáncer, y se puede realizar por mutación o sileciamiento genético por hipermetilación

• El locus INK4a/ARF codifica 2 proteínas a pesar del ser el mismo gen (al transcribirlo a partir de un inicio diferente, el mRNA es también diferente)

• INK4a = p16

• La forma ARF = p14

EFECTORES DE LOS PUNTOS DE CONTROL

• Cuando se activa el punto de control G1/S, debido a daño en el DNA, aumentan los niveles de p53 (“guardián del genoma”)

• p53 estimula la transcripción de p21 (familia CIP/KIP), que bloquea el ciclo celular en G1 (inactiva los complejos cdk/4/ciclina D y cdk/6/ciclina D)

• P16 (familia INK4/ARF) se une a cdk4 y cdk6 impidiendo su interacción con ciclina D

• p27 (familia CIP/KIP) bloquea el complejo ciclina E/cdk2 (detención del ciclo en G1)

CUANDO LA CELULAHA REPARADO EL

DAÑO GENETICO P53ESTIMULA LA SINTESIS

DE MDM2 QUEBLOQUEA A LA MISMA

P14ARF BLOQUEA AMDM2, CON LO QUEPERMITE QUE LOS

NIVELES DE P53CONTINUEN ALTOS

EFECTORES DE LOS PUNTOS DE CONTROL

• Además de p53 existen otros sensores del daño genético que también median la detención del ciclo celular

- Familia de proteínas RAD- Familia de proteinas: mutadas en Ataxia –

Telangiectasia (ATM)- Familia de quinasas CHK

Se activan por ruptura de la doble cadena de DNA

apoptosis y ciclo celular

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