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
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