La vida de una célula

Mecanismos de Muerte celular Claudio Hetz, PhD Kinesiología 2010 La vida de una célula I. Etapas de la vida celular •Nacimiento (mitosis, meiosis) •

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Mecanismos de Muerte celular Claudio Hetz, PhD

Kinesiología 2010

La vida de una célula I. Etapas de la vida celular •Nacimiento (mitosis, meiosis) •Diferenciación •Función •Muerte

9Necrosis 9Apoptosis

9Neutrófilos: 6-7h circulando II. Tipos celulares del organismo 9Eritrocitos: 120 días •Cerca de 200 9Neuronas cerebrales: 50-100 años En el hombre se eliminan (por muerte celular programada) aprox. 5x1011 eritrocitos diarios.

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Ker

Horvitz

Flemming

Korsmeyer

Rol de la muerte celular • Muerte como proceso celular normal – Desarrollo y morfogénesis – Homeostasis de tejidos – Eliminación de células dañadas o peligrosas – Control de la vida media o actividad de una célula •Muerte en respuesta a noxas –Estrés oxidativo –Radiaciones –Agentes químicos –Mutaciones en enfermedades genéticas

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Principales formas de muerte celular -Necrosis: Muerte celular no selectiva (accidental) que produce alteración en el entorno celular. -Apoptosis: Muerte celular selectiva que no produce mayor alteración en el entorno celular.

Muerte celular programada (PCD): •Proceso de muerte celular que ocurre en forma regulada en el tiempo y espacio (concepto en embriogénesis). •PCD puede ocurrir por mecanismos como la apoptosis

Necrosis en picadura de araña

9Formación de vesículas 9Manchas oscuras de bordes irregulares 9Formación de la escara necrótica

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Necrosis ¾ Aumento de volumen mitocondrial ¾ Aumento de volumen celular ¾ Ruptura de la membrana celular ¾ Liberación del contenido celular ¾ Respuesta inflamatoria ¾ Disminución de ATP

Apoptosis •Apoptosis (1972) Del griego decaimiento” Usado por Hipocrates (460 - 370 A.C.) •Es un mecanismo de construcción de estructuras y de suicidio celular •Un tipo de muerte celular programada descrita basado en criterios morfológicos (1972)

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Apoptosis ¾ Condensación de la cromatina ¾ Preservación de la membrana celular ¾Fragmentación del núcleo y de organelos ¾Disminución del volumen celular ¾Formación de cuerpos apoptóticos ¾Fagocitosis de cuerpos apoptóticos ¾Mantención de los niveles de ATP

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Morfología de células apoptóticas y necróticas Necrosis

Apoptosis Célula normal

Célula apoptótica

Morfología y tamaño de células apoptóticas y necróticas

Necrosis

Apoptosis

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Fragmentación de organelos en las células en apoptosis Fragmentación celular

Fragmentación nuclear

Fragmentación mitocondrial

Homeostasis vs patología Tejido normal

Nuevas células

Muerte de células

Homeostasis

Enfermedades

Nuevas Células

Muerte De células

-Alzheimer -Infecciones parasitarias intracelulares -Infertilidad

Nuevas células

Muerte de células

-Cáncer -Autoinmunidad

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Apoptosis en procesos patológicos • Disminución apoptosis: Cáncer

• Aumento apoptosis: Alzheimer

Apoptosis en procesos normales • Durante el desarrollo embrionario – Morfogénesis – Maduración de sistemas regulatorios complejos como el sistema inmune y nervioso. • En adultos – Homeostasis tisular – Regulación del número de células y su actividad – Eliminación de células dañadas o anormales – Defensa contra las infecciones

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Apoptosis durante el desarrollo embrionario

T = 1día

9Desarrollo de las extremidades: formación de espacios interdigitales 9Osificación: muerte de condrocitos 9Sistema nervioso: muerte de neuronas para generar redes

Apoptosis durante el desarrollo embrionario Etapas tardías

Apoptosis normal durante El desarrollo embrionario Xenopus genus

Normal

Deficiente en apoptosis

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El hueso y apoptosis

Figura 1. Condrogénesis y formación de articulaciones. A: el esqueleto de cartílago se forma a partir de la condensación de células mesenquimales y después, los moldes cartilaginosos. B: los moldes de cartílago se segmentan y forman las articulaciones sinoviales. Los condrocitos del centro de la agregación detienen su maduración en la interzona y se forman tres capas celulares. Las células de la capa media mueren por apoptosis y las capas adyacentes forman los cartílagos articulares.

Sistema inmune y Apoptosis

Linfocitos T citotóxicos

Linfocito T matando a una célula cancerosa

“El beso de la muerte”

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Señales apoptóticas ◊ Señales fisiológicas: 9Control vida media células sistema inmune 9Programa genético desarrollo embrionario ◊Señales de estrés o daño celular 9Radiaciones UV o gama 9Drogas quimioterapéuticas 9Escasez de factores de crecimiento ◊ Señales que activan receptores 9Citoquinas, TNF-alfa o TGF-beta 9Fas ligando

Vías apoptóticas: Intrínseca y extrínseca EXTRINSECA •Receptores de muerte. Activación de receptores en la superficie celular INTRINSECA •Vía mitocondrial. Involucra la liberación de factores pro-apoptóticos desde la mitocondria CONSECUENCIA •Activación de proteasas de la familia de las caspasas. Vías de señalización comunes río abajo.

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Dos rutas apoptóticas principales convergen •Las señales de apoptosis intrínsecas y extrínsecas convergen en la activación de cisteina proteasas de la familia de las caspasas. •Las caspasas amplifican la señal de muerte y ejecutan la apoptosis. Extrínseco Receptor de muerte

Intrínseco

mitocondria

Caspasas Retículo endoplasmico

APOPTOSIS APOPTOSIS lisosoma

Núcleo

Caspasas • Cisteína proteinasas (Cys en sitio activo) • Clivan proteínas luego de Asp (Asp-XXX) • Pro-enzimas (inactivas)

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La cascada de las caspasas

Célula normal

Apoptosis Por daño a DNA

Citoesqueleto DNA Caspasa activa

Vía extrínseca

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LIGANDO

RECEPTOR

PROTEINA ADAPTADORA

CASPASA-8

Cascada de las caspasas en la vía extrínseca FAS/FasL

Caspasa-8

Caspasa-3

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Enfermedades relacionadas con mutaciones en Fas •Mutaciones en FAS generan auto inmunidad asociada a una acumulación masiva de linfocitos T y linfocitos B auto reactivos •En humanos: El síndrome de auto-inmunidad linfoproliferativa (ALPS) es causado por mutaciones en el gen FAS.

Ejecución de la apoptosis Caspasa Iniciadora (caspasa-8) Caspasa ejecutora (caspasa-3)

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Activación de caspasas: Efectos

Inactivación de proteínas Activación de proteínas

Activación de CAD por caspasas

CAD: caspase activated DNAse.

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CAD y la degradación del DNA

FasL: Inhibidor: caspasa

Detección de apoptosis: Técnica de TUNEL TUNEL / DNA

TUNEL / caspasa-3 activa

TdT: Transferasa terminal de deoxinucleótidos

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Señal para eliminar células apoptoticas: Fosfatidilserina

Apoptosis

Reconocimiento PS externa Macrófagos

Anexina-V DNA

Eliminación célula - fagocitosis sin respuesta inflamatoria

Etapas vía intrínseca 1. Señal de muerte

2. Liberación Citocromo c

4. Activación caspasas efectoras

5. APOPTOSIS

3. Formación apoptosoma (Apaf-1, Caspasa-9, Citocromo c, ATP)

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Cascada de las caspasas en la Apaf1 knockout vía intrínseca

Caspasa-9 knockout

Iniciadora

Ejecutora

Regulación de la apoptosis por la familia BCL-2

BCL-2

BAX y BAK

BID y BAD

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BCL-2 y cáncer 18

14 Transgen Promotor anticuerpo

BCL-2

e DDiie

ee idid e ivivivid D DD

BCL-2 Celula B BBCell Cell CellB Tejido normal

Animal transgénico Mutación humana

Equilibrio entre proteínas pro- y anti-apoptoticas

Life/Death Rheostat

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La activación de BAX en la mitocondria inicia la apoptosis BA X

Translocacion Oligomerizacion

Señal de apoptosis

APAF-1 Caspase-9 Caspase-3

DEATH BAK

Oligomerizacion

Mitocondria

La activación de BAX en la mitocondria inicia la apoptosis BA X

Apoptosoma

BAK

Caspasa-3

MUERTE CELULAR Citocromo c

Mitocondria

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Las proteínas BH3-only: Centinelas especializados que activan a BAX y BAK

Vía mixta entre rutas intrínsecas y extrínsecas Receptor de muerte

Caspasa-8

BH3-only (BID)

Mitocondria APOPTOSIS

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Rol de la muerte celular • Muerte como proceso celular normal – Desarrollo y morfogénesis – Homeostasis de tejidos – Eliminación de células dañadas o peligrosas – Control de la vida media o actividad de una célula

•Muerte en respuesta a noxas –Estrés oxidativo –Radiaciones –Agentes químicos –Mutaciones en enfermedades genéticas

Video apoptosis LL/CH

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