Universidad de Costa Rica Escuela de Medicina Curso: Bioquímica para Farmacia

Universidad de Costa Rica
Escuela de Medicina
Curso: Bioquímica para Farmacia
Trabajo Final: Apoptósis
Profesores:
Integrantes:
APOPTOSIS
El desarrollo del conocimiento biológico es muy acelerado, acompañado de un glosario que se hace cada vez
más difícil para el clínico. Editoriales de revistas médicas y quirúrgicas han recomendado estudiar la biología
moderna y ponerse en contacto con investigadores a fin de comprender estos avances. Introducirse en la
biología molecular al nivel actual implica la comprensión de interrelaciones moleculares y de complejos
mecanismos, para entender el control genético que regula el ciclo celular y las alteraciones que producen las
mutaciones de tales genes permitiendo una proliferación descontrolada. Los avances extraordinarios de la
biología en los últimos años conforman un campo de gran interés para el clínico.
En los últimos años se ha producido un desarrollo acentuado en el conocimiento del fenómeno contrario a la
proliferación y neoplasia, cual es la "muerte celular programada" o apoptósis. Normalmente existe un
equilibrio entre la reproducción celular y la apoptósis a fin de mantener la población adecuada al momento en
que los tejidos han llegado al estado adulto de desarrollo. (1)
El término apoptósis fue propuesto por John Kerr en el año de 1972, proviene de un concepto griego que
define la caída de las hojas de los árboles en el otoño. La apoptósis no es más que el proceso de la muerte
celular cuando el calendario genético de la célula señala el final de la funcionalidad útil, es a decir, el final del
sentido de su existencia.
Recientes descubrimientos indican que la salud de todos los organismos multicelulares, depende no solo de la
habilidad del cuerpo de producir nuevas células sino también en la habilidad de las células individuales de
autodestruirse cuando surge algún desorden en ellas. Este decisivo proceso llamado apoptósis o muerte celular
programada fue pasado por alto por décadas, pero los científicos han dado grandes pasos recientemente para
comprender como se presenta y se controla el suicidio celular. (2)
Muchos investigadores motivados tanto por su curiosidad científica como por el deseo de combatir algunas de
las más aterradoras enfermedades, se han avocado al estudio de la muerte celular programada obteniendo en
sus investigaciones asombrosos descubrimientos.
La pregunta inicial acerca de la existencia de un posible mecanismo y patrón fisiológico de la muerte celular
programada emergió a la luz pública al final del siglo antepasado en estudios realizados acerca del
crecimiento animal. Solamente en años recientes se ha descubierto que todas las células de los animales
multicelulares están programadas para autodestruirse y que la supervivencia de dicha célula depende de la
capacidad para reprimir este programa de autodestrucción.
La apoptósis ha demostrado tener un rol muy importante en el adulto, por el mantenimiento de la homeostasis
en los tejidos, la regulación del número de células, la eliminación de células dañadas o anormales y como
1
defensa contra infecciones. Una desregulación de la apoptósis provoca o participa en la patogénesis de serias
enfermedades que abarcan desde el cáncer, autoinmunidad, SIDA y desordenes neurodegenerativos. (1)
La muerte celular programada ha sido establecida como una parte intrínseca del desarrollo de todos los
vertebrados e invertebrados estudiados hasta hoy. La apoptósis juega un papel fundamental en la
morfogénesis (la escultura de las formas de los embriones y larvas) y en al auto−organización de los procesos
funcionales que llevan a la maduración de los dos sistemas más complejos que regulan los organismos
multicelulares: el sistema nervioso y el sistema inmune.
Comprender como la apoptósis es regulada tanto intra como extracelularmente es indudablemente un área
fascinante de la ciencia moderna. En la actualidad es bien aceptado el hecho de que las células apoptóticas
juegan un rol significativo en muchos procesos biológicos importantes. Apoptósis representa un mecanismo
de eliminación celular donde las células muertas son desmanteladas desde dentro mientras simultáneamente
señalado su inminente fallecimiento las células circundantes son capaces de asistir su eliminación. Las células
no siempre mueren sin embargo cuando esto sucede puede acumular muchos problemas. La identificación de
la regulación genética de la muerte celular programada, de cómo esta ordenado su fenotipo y de su rol
esencial, no solamente durante el desarrollo, sino también en la homeostásis del tejido adulto, son pruebas
para aceptar la idea de que las células, pueden sobrevivir solamente cuando son señaladas por otras células
para suprimir la inducción de una falla en el proceso de suicidio celular. (3)
En el presente trabajo se analizaran los aspectos más relevantes relacionados con este fascinante tema llamado
Apoptósis.
Definición
Proceso de muerte celular caracterizado por la escisión del DNA, la condensación y fragmentación del núcleo
y la vesiculación de la membrana plasmática que provoca la fagocitosis de la célula sin inducir una respuesta
inflamatoria. Este tipo de muerte celular es importante en el desarrollo de linfocitos, en la regulación de las
respuestas linfocíticas a los antígenos extraños y en el mantenimiento de la tolerancia de los autoantígenos. (4)
La apoptósis es la muerte celular programada, un mecanismo que se activa gracias a diferentes genes y
proteínas que hacen que la célula inicie un proceso de desaparición pasiva, sin producir cambios bruscos en la
célula, es decir morir lentamente y desaparecer cuando ya no tiene una función vital importante o interesante
para la célula. Es por eso que este es un proceso de gran importancia para el estudio de la biología celular
porque una pequeña mutación o un error en un gen producirían una alteración en el ciclo vital de la célula, de
forma que si esta es cancerígena o está defectuosa el mecanismo de apoptósis no se activa.
Células que mueren por Apoptosis:
• Células sin función.
• Células formadas por exceso.
• Células defectuosas.
• Células con defectos deletéreos.
• Células que han completado su ciclo de vida.(5)
Diferencias entre Apoptosis y Necrosis
Dos formas de muerte celular son habituales en el organismo: necrosis y apoptósis. Las características
morfológicas de ambas, permiten, en la mayoría de los tejidos establecer claras diferencias.
En la necrosis se observan numerosas células vecinas sometidas a este proceso, cubriendo una extensión
variable con desintegración. La destrucción de la membrana celular permite el escape al exterior de elementos
2
tóxicos que provocan un proceso inflamatorio que tendrá efecto nocivo en el organismo, según la extensión
del proceso. El material cromático sufre una dispersión irregular. Las causas son agentes tóxicos, traumáticos
e hipóxicos; siempre patológicos. La célula contiene muchas enzimas (lipasas, proteasas, nucleasas) y
bioproductos del metabolismo que pueden causar daños severos e incluso la muerte, si estos son simplemente
vertidos en el espacio extracelular. Así una célula necrótica a menudo termina perjudicando muchas células
vecinas como consecuencia de su propio fallecimiento.
En la apoptósis el proceso afecta a determinadas células, no necesariamente contiguas y no a todas en un área
tisular. La membrana celular no se destruye, lo que impide el escape al espacio extracelular de su contenido,
resultando un proceso "silencioso", sin inflamación. En el citoplasma se produce granulación fina, con
conservación de algunos organelos, en especial las mitocondrias que tienen un rol interactivo importante. A
nivel nuclear la cromatina se condensa agrupada en varios sectores formando cuerpos apoptósicos. La
membrana celular se recoge sobre las eminencias globuliformes que forman los elementos deteriorados del
citoplasma y núcleo. Finalmente, fagocitos captan la célula en su totalidad impidiendo en una acción
impecable, que se produzca alarma en el resto del tejido. Se ha demostrado, al menos en tejidos epiteliales,
que si algo de material apoptósicos escapa a la acción de los fagocitos, es captado por células vecinas. La
participación de células vecinas en este proceso se manifiesta además por la capacidad de éstas de enviar
señales moleculares a la célula que debe morir, como mecanismo complementario al que desarrolla la célula
misma cuando se determina molecularmente su autodestrucción. El proceso de apoptósis demora entre 30 y 60
minutos en células en cultivo. Uno de los más lentos se produce en células hepáticas empleando como
promedio 3 horas. En resumen la apoptósis se diferencia de la necrosis en que sin que ocurra o medie un
proceso traumático o inflamatorio aparente y sobre todo: con la membrana íntegra, la célula se hace más
pequeña, pierde cromatina, fracciona sus cadenas de ácido desoxirribonucleico (DNA) y la membrana, tanto
en su cara interna como en la externa, sufre modificaciones de los fosfolípidos que le dan apariencia de
burbuja. Este proceso que no excede de 24 horas acaba en la pérdida total de la función y en la muerte. (6)
NECROSIS
CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS
Pérdida Integridad de Membrana
Disgregación de la Cromatina
Edema Celular y Lisis
Desintegración de Organelos
CARACTERISTICAS BIOQUIMICAS
Alteración Homeostasis Celular
No Dependiente de la Energía
Digestión DNA azar
APOPTOSIS
CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS
Formaciones Ampulares
Compactación de la cromatina
Condensación Celular
Formación Cuerpos Apópticos
CARACTERISTICAS BIOQUIMICAS
Proceso Altamente Regulado
Dependiente de la Energía
Fragmentación DNA
Apoptósis y Mitosis
En tejidos donde la mitosis no ocurre, como en el sistema nervioso central, la pérdida celular por apoptósis es
una manifestación de envejecimiento y pérdida de función.
Dado que la apoptósis actúa como oponente a la mitosis, es muy importante su relación con el ciclo celular.
En el ciclo celular hay cuatro fases: mitosis, fase de control celular G1, síntesis de ADN y fase de control G2.
La apoptosis puede iniciarse en el tercio final de G1 para impedir que una célula dañada ingrese a la fase de
síntesis de manera que las mutaciones no se reproduzcan durante la réplica del ADN ingresando así a la
especie y en la fase G2 para impedir que las células que no hayan llegado a la madurez entren en mitosis.
Los motores del ciclo celular son complejos proteicos, formados por subunidades llamadas ciclinas y kinasas
ciclino dependientes, sintetizados por genes específicos. La síntesis de estos complejos es constante porque
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son inestables. De ahí que el nivel de ellos varía de acuerdo al momento evolutivo de la fase a que están
asignados. Así en el avance de la fase G1 a la de síntesis actúa la ciclina D asociada a las kinasas
ciclinodependientes 2, 4 y 6 (cdk 2 4 6). En la segunda mitad del G 1 aumenta la presencia de ciclina E con la
kinasa ciclinodependiente 2. En la fase de síntesis actúa la ciclina A con cdk 2 y en la fase G2, la ciclina B
con cdk 2. En la fase G1 se han podido determinar dos puntos importantes: G o (en la mitad de la fase) donde
el ciclo puede detenerse, la célula bloquea su crecimiento; pero se mantiene metabólicamente activa y un
punto de restricción (en unión de los 2/3 con 1/3 final de esta fase) en que se puede detener el ciclo para
corregir defectos celulares (en especial de su ADN), lo que si no se consigue induce el mecanismo de muerte
celular. En la fase G2 también existen elementos de detección de inmadurez celular que inducen la apoptósis
cuando la célula no está capacitada para entrar en mitosis.
De esta manera, durante el ciclo celular se determina cuándo la célula debe entrar en el proceso de
autodestrucción o continuar el ciclo y dividirse. Se ejerce así un balance entre mitosis y apoptósis, regulando
la población celular de cada tejido. (7)
Mitocondrias y Apoptósis
Estudios de evolución celular permiten sugerir que el metabolismo aeróbico asociado al origen
endosimbiótico de las mitocondrias, constituyen un paso importante en la evolución de mecanismos de muerte
celular, principalmente del tipo apoptósis como se observa en metazoos. Eventos claves de la apoptósis están
relacionados con las mitocondrias. La liberación de activadores de caspasas, cambios en el transporte de
electrones, perdida de potenciales mitocondriales transmembrana, alteraciones en actividades de
oxido−reducción celular y la participación de antiapoptóticos como Bcl−2, son algunas de las diferentes
señales que convergen en la mitocondria para inhibir o activar el proceso de MCP. Si, las mitocondrias
pueden jugar un rol clave en la regulación de la vida y muerte celular, ¿cómo este organelo se relaciona con la
apoptósis? A lo menos tres mecanismos han sido sugeridos:
A. Alteración del transporte de electrones, fosforilación oxidativa y producción de ATP.
Una alteración en el transporte de electrones se relaciona con una disminución en la producción de ATP.
Distintos procesos son capaces de alterar el transporte de electrones, probablemente a nivel de citocromo
bc1/citocromo c.
B. Liberación de proteínas que activan caspasas.
Se ha observado que la inhibición de Bcl−2 sobre la condensación y fragmentación del DNA nuclear es
dependiente de la presencia de mitocondrias. La presencia de Bcl−2 a nivel de mitocondria es capaz de inhibir
la salida de citocromo c desde la mitocondria. La liberación de citocromo c permite la activación de proteasas
(Caspasas) que clivan sitios Asp−x de proteínas. Las caspasas constituyen una familia de proteasas citosólicas
estructuralmente relacionadas con productos génicos de ced3 y de la enzima convertidor de la Interleukina 1
(ICE).
C. Alteración de potenciales de oxido−reducción.
La mitocondria es la principal fuente de producción de radicales superóxido a nivel celular. Durante el
transporte de electrones hasta el oxígeno molecular, a lo menos 1−5% de los electrones participan el la
formación de O2=. Así, una alteración en el transporte de electrones aumenta la producción de radicales.
Durante la apoptosis se observa un incremento de superóxidos y peroxidaciones.
La decisión vida o muerte, apoptosis o necrosis, parece estar relacionada con el estado de la membrana
mitocondrial. De esta forma la mitocondrias son organelos fundamentales en la activación de los procesos de
muerte celular. (1)
4
El Proceso
En esencia la apoptósis es un proceso de muerte celular, donde la célula a través de un apropiado estimulo
contacta un grupo de moléculas que cooperan a desmantelar la célula desde dentro. Este proceso culmina con
la separación del cuerpo celular en muchas piezas intactas llamadas cuerpos apoptóticos, que continúan con el
mantenimiento de la integridad de la membrana por muchas horas antes de haber sido formadas. Alteraciones
de la composición de la membrana plasmática de la célula apoptótica atrae la atención de los fagocitos
cercanos, estos fagocitos se encargan de comer a la célula que esta muriendo antes de que esta pueda vaciar su
contenido en el espacio extracelular evitando la inflamación.
Numerosos genes poseen propiedades pro y antiapoptóticas. Estos genes pueden ser activados e inhibidos por
una variedad de señales intrínsecas o extrínsecas. Se han descrito 4 etapas en el proceso apoptótico.
• Etapa I, caracterizada por la activación celular debida a estímulos internos y externos.
• Etapa II, que se caracteriza por la recepción y transducción de señales.
• Etapa III o efectora, caracterizada por activación de la cisteina−proteasa (caspasa).
• Etapa IV o terminal, con fragmentación internucleosómica del ADN.
En todo este proceso las mitocondrias juegan un papel primordial.
Para demostrar que existe apoptosis es necesario visualizar los fragmentos de DNA por procedimientos
histoquímicos específicos.
En todos los tejidos del organismo ocurre la muerte celular programada; en algunas situaciones, la apoptosis
no es más que la contraposición de la replicación celular o mitosis. (2)
La inducción de la muerte celular programada puede depender de uno o varios aspectos, dependiendo del
organismo en el cual se lleve a cabo. Por ejemplo, en el nemátodo Caenorhabditis elegans, el proceso se lleva
acabo por un linaje de información entre las células. En la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, se
lleva a cabo por un proceso de activación de la trascripción genética. En los mamíferos (ser humano), el
proceso se lleva a cabo por una combinación de linaje de información entre las células, señales intercelulares,
activación de factores de la transcripción genética y segundos mensajeros citoplasmáticos.
En todos estos casos de organismos multicelulares citados hasta ahora, la muerte celular programada es un
proceso de auto−destrucción que esta ligado a la activación (por medio de una ruptura proteolítica) de una
familia de cisteína−proteasas, conocidas como caspasas y que son fundamentalmente las Ced−3, CPP−32
y la DCP.
Esto aparece expresado en la mayoría (sino en todas) de las células, seguido de la ejecución de la fase efectora
de la muerte celular programada. Varios fenotipos de la muerte celular han sido descritos, pero en todos los
casos que la apoptósis aparece, ocurre a través de un proceso de desintegración morfológica y el fenotipo más
frecuente de la apoptósis, constituye un paradigma que consta de las siguientes etapas: marginación de la
cromatina, condensación y fragmentación de la misma y condensación, vacuolización y fragmentación del
citoplasma.
El concepto de suicidio celular por defecto (la idea es que la célula sobrevive solamente cuando recibe señales
5
dominantes para permitir la prevención de la ejecución del suicidio) ha emergido en años recientes a partir del
estudio de la regulación intercelular de la apoptosis en células de mamíferos y la regulación genética en el
nemátodo Caenorhabditis elegans. En ambos modelos, la activación de las Ced−3/CPP32 se puede prevenir
por los productos de la expresión de las familias de los genes Ced−9 y Bcl−2. De acuerdo con esta visión del
suicidio celular por defecto, el núcleo básico de la regulación de la muerte celular programada depende de la
interacción entre los productos de dos familias de genes antagonistas. Sin embargo, este núcleo básico de la
regulación de la muerte celular programada, parece mucho más complejo y sofisticado en mamíferos que en el
nemátodo Caerhabditis elegans.
Si el nemátodo posee una simple caspasa Ced−3 como ejecutora de la apoptósis y una simple Ced−9 como
antagonista de la Ced−3, en los mamíferos hay por lo menos diez miembros de la familia de las caspasas que
son homólogos de la Ced−3, y por lo menos nueve miembros de la familia de los genes Bcl−2 que son
homólogos del gen Ced−9.
Niveles adicionales de complejivilidad en los mamíferos, se derivan del hecho de que:
1) Algunos miembros de la familia Bcl−2, como el Bcl−2 y el BclXl, inhiben la apoptósis (como el gen
Ced−9), mientras que otros miembros de la familia Bcl−2, como el Bax y el Bad pueden activar o favorecer la
inducción de la apoptosis.
2) Varios miembros de la familia Bcl−2 pueden hetero o homodimerizarse, y la regulación de la muerte
celular parece depender de la razón entre inhibidores a activadores.
3) Este proceso de dimerización parece ser regulado por fosforilación.
Al menos en las células de mamíferos, la última decisión de si se activa o no la autodestrucción, parece
tomarse en el citoplasma y es el resultado de al menos tres factores:
A− La activación proteolítica de una caspasa inactiva a una activa.
B− La realización por parte de la mitocondria de las moléculas requeridas para la óptima activación
proteolítica de las caspasas.
C− La interacción de los productos de las familias de los genes Ced−9/Bcl−2 con la membrana externa de la
mitocondria.
Además, la decisión puede depender de un homólogo de la expresión del gen ced−4 del nemátodo
Caenorhabditis elegans, el cual aparece para actuar como un activador de las caspasas Ced−3 y CPP32, y de
la muerte celular (cuando ced−4 es expresado en ausencia de los inhibidores de la muerte celular de los genes
Ced−9 y Bcl−2), y como un adaptador entre las caspasas y los inhibidores de la muerte celular expresados por
los genes Ced−9 y Bcl−2, cuando estos han sido expresados.
Así, la apoptosis puede ser vista como un tipo de proceso de embalaje que facilita la eliminación de células
innecesarias rompiéndolas en fragmentos más pequeños, y al romperse están preparadas para morir. (1)
Caspasas
El mecanismo central de la maquinaria de muerte en cualquier célula está constituido por una familia de
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proteasas, a las que se han denominado "caspasas", por ser Cisteín−proteasas que hidrolizan a su sustrato
junto a un residuo de ácido Aspártico. Las caspasas responden al estímulo apoptótico mediante activación de
una cascada intracelular proteolítica que ocasiona la activación o inactivación de diferentes sustratos celulares
y provoca la muerte celular
En el nemátodo Caenorhabditis elegans hay dos genes que son esenciales para la ejecución de la muerte
celular programada (PCP), estos genes son el ced−3 y el ced−4. El gen ced−4 codifica para una proteína de
544 residuos, la cual se une a la proteína Ced−3 y la activa; recientemente un homologo del gen ced−4 ha sido
encontrado en humanos, se conoce como el Apaf−1. En contraste el ced−3 codifica para una proteína de 503
residuos, con una región intermedia rica en serina y con las regiones laterales carentes del mismo aminoácido,
las cuales están muy conservadas en los nemátodos.
Una pista importante acerca de la función del gen ced−3, proviene de la observación de que este codifica una
proteína homologa a la enzima convertidora de interleukina− 1beta, enzima conocida como ICE, la cual es
una nueva cisteína−proteasa que lleva a cabo la ruptura de la pro−interleukina−1beta entre los residuos Asp
116 y Ala 117 para generar la citokina madura. Sobretodo, Ced−3 e ICE humana son 29% idénticas. La región
más conservada (43% idénticas) entre estas dos proteínas se encuentra en el extremo c−terminal: los
aminoácidos del 246 al 360 en la Ced−3, y del 166 al 287 en la ICE. Importante porque las proteínas
contienen un pentapéptido QACRG en esta región que incluye el sitio activo con la cisteína 285, el cual es
esencial en ICE para la función proteolítica.
Además, la ICE es activada por un proceso proteolítico en cuatro sitios de ruptura Asp−X, dos de los cuales
han sido conservados en la Ced−3. También, la vasta mayoría de fallas en las mutaciones del gen ced−3,
alteran residuos de aminoácidos que se conservan en la ICE humana.
Las similitudes entre la Ced−3 y la ICE han implicado una nueva familia de cisteína−proteasas, involucradas
en la PCD de organismos tan diversos como los gusanos y los seres humanos, y ha sugerido fuertemente que
el aparato que lleva a cabo la PCD ha sido marcadamente conservado durante el proceso evolutivo. Esta
familia de proteínas con función de proteasas, la cual ha crecido bastante con el tiempo, se le ha dado el
nombre de caspasas (cisteína−proteasas con sustrato específico de ácido aspártico).
Las caspasas se clasifican en tres sub−familias:
Sub−familia−1: posee las caspasas 1, 4, 5 y 11
Sub−familia−2: posee las 2 y 9.
Sub−familia−3: posee las 3, 7, 6, 8,10.
PAPEL DE LAS CASPASAS EN LA PCD
A. LA SOBEEXPRESION DE LAS CASPASAS INDUCE LA PCD.
Para comenzar, la expresión de ADN de las caspasas de forma pasajera, induce cambios morfológicos y
bioquímicos que señalan la aparición de la apoptósis ( por ejemplo, una condensación entre la célula y el
núcleo, y la fragmentación del ADN del nucleosoma) en mamíferos o en insectos.
B.LAS CASPASAS SON ACTIVADAS DURANTE LA PCD.
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Alguna evidencia acerca del rol que juegan las caspasas en la apoptosis proviene de la observación de que
algunas de estas proteasas son proteoliticamente procesadas y activadas durante la PCD. La proenzima
caspasa p45 (procaspasa ) es rota en sus subunidades activas p20 y p10 durante la inducción de la
apoptosis por la remoción de la matriz extracelular y por la granzima B. Desde el proceso proteolítico de la
pro−IL−1beta que es una función específica de la caspasa , la detección de la IL−1 beta madura puede ser
usado como un indicador de la actividad de la caspasa . La pro−caspasa (p32) es proteoliticamente
procesada en sus subunidades activas p20/17 y p12durante la inducción de la apoptosis por una variedad de
agentes, incluidos el anti−Fas mAb, TNF−alfa, el amplio espectro del inhibidor de proteínquinasas conocido
como estaurosporina, el inhibidor de la fosfatidilinositol −quinasa, el agente dañador de ADN conocido
como etoposide y por la granenzima B. De manera similar. La caspasa , la caspasa y la caspasa ,
muestran todas haber sido procesadas a sus subunidades activas durante la inducción de la PCD por una
variedad de estímulos. Igualmente importante, el procesamiento de estas proenzimas precede o coincide con la
fisura de los sustratos apoptóticos como el
PARP y la aparición de formas morfológicas de la apoptosis, por consiguiente, la activación de las proteasas
ocurre durante la puesta en marcha de la apoptosis y por esos juega un rol en su ejecución sistemática.
C. LOS INHIBIDORES DE LAS CASPASAS PREVIENEN LA PCD.
Inhibidores virales: La observación de que algunas caspasas son activadas durante la apoptosis, solamente las
implica a ellas en la ejecución de este proceso. Evidencia concluyente de que ellas juegan un papel esencial en
la PCD proviene de una multitud de estudios los cuales demuestran que los inhibidores específicos de estas
proteasas previenen o retrasan el amplio espectro de la PCD. Algunas expresiones de genes virales han sido
identificadas como inhibidores de pasos clave en la maquinaria de la PCD. Estas proteínas antiapoptóticas
permiten engrandecer la replicación viral y su supervivencia por la prevención de la apoptosis en células
huésped infectadas con el virus. El gen crmA codifica una serfina (serpin) la cual es un potente inhibidor de la
caspasa , además un activador de los inhibidores de otras caspasas como la caspasa . El gen crmA también
inhibe a la granenzima B e inhibe también una serinproteasa en los linfocitos T− citotóxicos. (7)
Péptidos Inhibidores
Péptidos inhibidores específicos de las caspasas han también demostrado que estas proteasas juegan un papel
crítico en la apoptosis de los mamíferos. Como se notó anteriormente, los péptidos inhibidores son modelados
luego de que los residuos P1−P4 se anclan a la zona de ruptura de la pro−IL−1beta y a la PARP, de ese modo
proveen alguna selectividad contra la caspasas−1 y la caspasa−3, respectivamente Los péptidos con secciones
aldehído son inhibidores competitivos reversibles de las caspasas , mientras que los correspondiente péptidos
con secciones cetona son inhibidores irreversibles los cuales modifican covalentemente el sitio de anclaje a la
cisteína, y penetran a la célula más rápidamente.(7)
Apoptósis y Enfermedades
La apoptósis es una función biológica muy importante 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.
La desregulación de la apoptósis puede tomar dos formas:
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A. Un incremento de la sensibilidad hacia la apoptósis, marcada por una muerte celular excesiva
B. Una resistencia hacia la apoptósis, resultando en una muerte celular deficiente
Desordenes caracterizados por un incremento en la apoptosis incluyen desordenes neurodegenerativos como
el Alzheimer, la enfermedad de Huntigton, esclerosis amiotrofica lateral, atrofia de la espina muscular y otras.
También incluye enfermedades vasculares y el sida.
En contraste, las enfermedades caracterizadas por una deficiente o inadecuada apoptósis incluyen el cáncer,
desordenes autoinmunes (como el Lupus, artritis reumatoide, y otras) e infecciones virales crónicas.
Debido a que las caspasas juegan un papel muy importante en la muerte celular por apoptosis, ellas parecen
tener una importante actividad en la patogénesis de estas enfermedades.
En algunas enfermedades asociadas con un exceso en la apoptósis, la activación de las pro−caspasas juega un
papel fundamental. Por ejemplo, en la isquemia (una insuficiencia vascular), se ha encontrado un ligamen
entre la activación del mecanismo de la apoptosis con la aparición de señales como el aumento de los
radicales libres, el incremento en los niveles de calcio y la aparición de citokinas. Algunas evidencias indican
que las caspasas son mediadores importantes de la apoptosis durante la isquemia. Primero, la isquemia
cerebral y sus sub−secuentes repercusiones han sido asociadas con la rápida producción de IL−1beta madura.
Dado que la caspasa−1 es la única proteasa conocida que puede convertir pro−IL−1beta en su forma madura,
esto sugiere que la caspasa−1 es activada durante la repercusión de la isquemia. Segundo, la caspasa−1 y otras
caspasas son proteolíticamente procesadas durante la repercusión de la isquemia cerebral. Finalmente, la
sobreexpresión del gen crmA protege a la célula de la muerte celular por hipoxia, en los cultivos de tejido con
modelo de isquemia.
En contraste enfermedades asociadas con una apoptosis deficiente, pueden ser caracterizadas por una
inhibición o un decrecimiento en la actividad de las caspasas. Por ejemplo, las células cancerígenas adquieren
una disminución en la sensibilidad hacia la apoptosis como resultado del daño genético acumulado. Una
ilustración dramática de la importancia de dicha resistencia hacia la apoptosis en la patogénesis del cáncer,
proviene del estudio del gen bcl−2, un gen de los mamíferos que es homologo del gen ced−9 de los
nemátodos. El gen bcl−2 fue clonado en virtud de su translocación del cromosoma 18 al 14 en los linfomas
foliculares, un evento que condujo a su sobreexpresión y que dio como resultado la resistencia a la muerte
celular por apoptosis. El gen bcl−2 es un regulador negativo de las caspasas: la sobreexpresión del gen bcl−2
en células tumorales, las protegen a estas mismas de la inducción de la apoptosis por una variedad de
estímulos y previene de la activación de la cascada proteolítica de las caspasas. Más recientemente, la
sobreexpresión de un inhibidor endógeno de algunas caspasas, el llamado FLIP, el cual es una proteína, se ha
demostrado su aparición en melanomas malignos.
Dado el importante papel que juegan las caspasas en la regulación de la apoptosis en estas patologías y en
muchas más, estas proteasas parecen ser candidatas para la manipulación terapéutica (7)
Apoptósis y Neuropatías
En el desarrollo del sistema nervioso, las neuronas se generan a partir de células precursoras que una vez
diferenciadas no se dividen más. Antes de emitir dendritas y axones, las neuronas inmaduras o las precursoras
emigran desde el lugar de nacimiento en busca de la localización definitiva usando como camino el sistema
glial. Esta migración tiene, además, como objetivo lograr las conexiones interneuronales correctas. Si ello no
se efectúa la neurona no recibe la acción de factores de crecimiento secretados por la célula receptora a que
pertenece el axón conectado y la célula que hizo la conexión equivocada muere por apoptosis.
Cualitativamente, en estudios realizados en la formación de la vía óptica en la rata, por oligodendrocitos que
milienizan axones, mueren por apoptosis alrededor del 50 % de ellos debido a conexiones erróneas. De esta
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manera contribuye la apoptosis en el desarrollo correcto del sistema nervioso.(1)
Apoptósis y Cáncer.
La muerte celular programada o apoptósis es dirigida por genes que justamente, llevan la información para la
síntesis de proteínas que desencadenan la destrucción del interior celular.
Una de ellas es una proteína llamada p53. La información para su fabricación se encuentra en un gen (una
sección de todo el ADN de la célula). Este gen se llama "gen supresor de tumores p53".
Esta proteína "frena" la célula en una fase de su ciclo de vida impidiéndole ni dividirse ni replicar su material
genético. Además, se ha encontrado que el aumento de concentración de la proteína p53 lleva a la apoptósis
celular. El objetivo es controlar la existencia de daños en el ADN. Si la célula se encuentra generando células
hijas y los daños que ha sufrido su ADN son peligrosos para éstas (ya que conllevan errores genéticos que no
han podido ser "reparados" por la primera), la célula progenitora es eliminada por la misma proteína p53 que
desencadena la apoptosis (o sea, la muerte celular programada)
Este "fusible" biológico evita que el material genético de esa célula acumule mutaciones (cambios químicos a
nivel de la inmensa molécula de ADN) de forma tal que en un momento dado ésta llegue a descontrolarse y se
trasforme en cancerosa. Por eso, se sabe bien que algunas células de la piel, cuando se han expuesto al sol,
muestran aspecto de células apoptóticas. Si el mismísimo gen que guarda la información para que se sintetice
la proteína p53 es el que se daña (por irradiación o exposición solar reiterada con alto grado de UVB), y sufre
cambios fatales (mutación), las células perderán este mecanismo de control, y continuarán viviendo y
multiplicándose, "juntando" daños en su ADN y transmitiéndolo generación tras generación. Se genera así una
saga celular que va acumulando mutaciones en su genoma (información total de cómo construir un organismo
contenida en la química del ADN) y si éstas afectan los genes que controlan la multiplicación celular,
entonces podría desembocarse en cáncer Este mecanismo se postula fuertemente como responsable del cáncer
de piel no melanómico. (5)
Conclusiones
A. La apoptósis ha demostrado tener un rol muy importante en el adulto, por el mantenimiento de la
homeostasis en los tejidos, la regulación del número de células, la eliminación de células dañadas o anormales
y como defensa contra infecciones.
B. La apoptósis es un proceso en cadena, el cual responde a los diferentes estímulos bioquímicos a los cuales
el organismo este sometido.
C. Cualquier célula de cualquier organismo puede sufrir del proceso de muerte celular inducida, conocido
como apoptósis. Esto se verifica por la existencia de mediadores en forma de proteínas, las cuales se expresan
en forma activa durante el proceso de la apoptósis.
D. Dos formas de muerte celular son habituales en el organismo: necrosis y apoptósis las diferencias que
existen entre ellas permiten al cuerpo diferenciar cuando se debe llevar a cabo un proceso y otro no.
E. La apoptósis actúa como oponente a la mitosis regulando así la población celular de cada tejido.
F. Existe una familia de proteínas, conocidas como caspasas, las cuales juegan un papel de vital importancia
en el desarrollo del proceso de la apoptósis.
G. Las caspasas están sometidas a procesos de regulación de su actividad, ya sea por medio de activadores de
su función como de inhibidores.
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H. Las caspasas son enzimas proteolíticas las cuales activan mediante su actividad a otras proteínas las cuales
son también mediadores en la vía de la apoptósis. Es esta entonces, una vía de reacción en cadena
desactivación de mediadores y que por lo tanto se puede regularen varios puntos de la misma, o podía sufrir
algún defecto en alguno o algunos de los pasos implicados en el mismo.
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Bibliografía
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