La vida de una célula

Transcripción

1 1 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 Necrosis Apoptosis II. Tipos celulares del organismo Cerca de 200 Neutrófilos: 6-7h circulando Eritrocitos: 120 días Neuronas cerebrales: años En el hombre se eliminan (por muerte celular programada) aprox. 5x10 11 eritrocitos diarios.

2 2 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

3 3 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 Formación de vesículas Manchas oscuras de bordes irregulares Formación de la escara necrótica

4 4 Necrosis Aumento de volumen mitocondrial Aumento de volumen celular Ruptura de la membrana celular Liberación del contenido celular Respuesta inflamatoria Disminución de ATP Apoptosis (1972) Del griego decaimiento Usado por Hipocrates ( A.C.) Apoptosis Es un mecanismo de construcción de estructuras y de suicidio celular Un tipo de muerte celular programada descrita basado en criterios morfológicos (1972)

5 5 Apoptosis Condensación de la cromatina Preservación de la membrana celular Fragmentación del núcleo y de organelos Disminución del volumen celular Formación de cuerpos apoptóticos Fagocitosis de cuerpos apoptóticos Mantención de los niveles de ATP

6 6 Morfología de células apoptóticas y necróticas Necrosis Apoptosis Célula normal Célula apoptótica Morfología y tamaño de células apoptóticas y necróticas Necrosis Apoptosis

7 7 Fragmentación de organelos en las células en apoptosis Fragmentación celular Fragmentación nuclear Fragmentación mitocondrial Homeostasis vs patología Tejido normal Enfermedades Nuevas células Muerte de células Nuevas Células Muerte De células Nuevas células Muerte de células Homeostasis -Alzheimer -Infecciones parasitarias intracelulares -Infertilidad -Cáncer -Autoinmunidad

8 8 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

9 9 Apoptosis durante el desarrollo embrionario T = 1día Desarrollo de las extremidades: formación de espacios interdigitales Osificación: muerte de condrocitos Sistema 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

10 10 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

11 11 Señales apoptóticas Señales fisiológicas: Control vida media células sistema inmune Programa genético desarrollo embrionario Señales de estrés o daño celular Radiaciones UV o gama Drogas quimioterapéuticas Escasez de factores de crecimiento Señales que activan receptores Citoquinas, TNF-alfa o TGF-beta Fas 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.

12 12 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. Receptor de muerte Extrínseco Intrínseco mitocondria Caspasas APOPTOSIS Retículo endoplasmico lisosoma Núcleo Caspasas Cisteína proteinasas (Cys en sitio activo) Clivan proteínas luego de Asp (Asp-XXX) Pro-enzimas (inactivas)

13 13 La cascada de las caspasas Célula normal Apoptosis Por daño a DNA Citoesqueleto DNA Caspasa activa Vía extrínseca

14 14 LIGANDO RECEPTOR PROTEINA ADAPTADORA CASPASA-8 Cascada de las caspasas en la vía extrínseca FAS/FasL Caspasa-8 Caspasa-3

15 15 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)

16 16 Activación de caspasas: Efectos Inactivación de proteínas Activación de proteínas Activación de CAD por caspasas CAD: caspase activated DNAse.

17 17 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

18 18 Señal para eliminar células apoptoticas: Fosfatidilserina Apoptosis Anexina-V DNA Reconocimiento PS externa Macrófagos 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)

19 19 Cascada de las caspasas en la vía intrínseca Apaf1 knockout Caspasa-9 knockout Iniciadora Ejecutora Regulación de la apoptosis por la familia BCL-2 BCL-2 BAX y BAK BID y BAD

20 20 BCL-2 y cáncer Transgen 14 Promotor anticuerpo 18 BCL-2 Divide Divide Divide Die Die Tejido normal Animal transgénico Mutación humana Celula B Cell B BCL-2 Equilibrio entre proteínas pro- y anti-apoptoticas Life/Death Rheostat

21 21 La activación de BAX en la mitocondria inicia la apoptosis BAX Señal de apoptosis Translocacion Oligomerizacion APAF-1 Caspase-9 Caspase-3 BAK DEATH Oligomerizacion Mitocondria La activación de BAX en la mitocondria inicia la apoptosis BAX Apoptosoma Caspasa-3 BAK Citocromo c MUERTE CELULAR Mitocondria

22 22 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

23 23 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