APOPTOSIS
Apoptosis
Mientras los filósofos buscan el significado de la vida, los
biólogos están más interesados en el significado de la muerte
Valerie Fadok
9876
Apoptosis
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
2007
2008
123411147025
100
1970
1972
1980
1990
Year
2000
Apoptosis fisiológica
Defecto
Autoinmunidad
Cáncer
Exceso
SIDA
Alzheimer
ÍNDICE
1. Fases y características de la apoptosis
2. Apoptosis y filogenia
2.1. Caenorhabditis elegans
2.2. Drosophila melanogaster
2.3. Apoptosis en vertebrados
3. La maquinaria de la muerte celular en humanos
3.1. Caspasas
3.2. Sustratos de caspasas
3.3. Inhibidores de caspasas
3.4. Vías de inducción de apoptosis
3.4.1. Vía extrínseca o de los receptores de muerte
3.4.2. Vía intrínseca o mitocondrial
1) FASES Y
CARACTERÍSTICAS
DE LA APOPTOSIS
Fases de la apoptosis
2. Ejecución
3. Fagocitosis
1. Decisión
Activación
de receptores
Desequilibrio
entre factores
inductores e
inhibidores
Temprana:
Activación
de proteasas y
endonucleasas
Intermedia:
Fragmentación DNA Detección
de fosfatidil
Tardía:
serina (PS)
Emisión de
cuerpos apoptóticos
4. Degradación y
presentación
antígenos
Evita liberación de
componentes
intracelulares
inflamación TGF b
Diferencias entre
apoptosis y necrosis.
Mecanismo
Necrosis
(Oncosis)
Apoptosis
Programada genéticamente
Accidental.
Tamaño celular
Disminuye
aumenta
Membrana.
Se mantiene
Se rompe
Orgánulos.
Se preservan
Se desintegran
Temprana
tardía
fragmentos
oligonucleosomales
fragmentos
grandes
Fragmentación del DNA
Fragmentación celular
Restos celulares
En cuerpos apoptóticos Los contenidos
.
rodeados por membrana de los orgánulos
se liberan
Son reconocidos
y fagocitados
Inducen
inflamación local.
CARACTERÍSTICAS
DE LA APOPTOSIS
Consecuencias de la apoptosis
La célula se fragmenta en cuerpos apoptóticos
con PS en la cara exterior de su membrana
Las células fagocíticas:
• Reconocen PS y fagocitan los cuerpos
apoptóticos
• Al fagocitarlos producen mediadores antiinflamatorios
Consecuencias de la apoptosis
1. Se impide la liberación de los contenidos
celulares al espacio extracelular
2. Permite muerte celular sin inflamación
3. La apoptosis permite la muerte celular
sin
provocar daño a las células
adyacentes
2) APOPTOSIS Y
FILOGENIA
2. Apoptosis y filogenia
2.1. Caenorhabditis elegans
2.2. Drosophila melanogaster
2.3. Vertebrados
2.1. C. elegans
-
Primera evidencia de una base genética de la apoptosis.
-
Desarrollo invariante y lineal.
-
Durante la ontogenia de un gusano adulto hermafrodita, 131 céls
de la 1090 céls somáticas mueren por apoptosis (959 céls).
-
Análisis genético que determinó genes específicos para la
regulación de la apoptosis:
-
egl-1
-
ced-3
-
ced-4
-
ced-9
2.1. C. elegans
A) Mutaciones con pérdida de función en egl-1, ced-3 o ced-4
provocan la supervivencia de las 131 céls: genes
inductores de apoptosis.
B) Gen supresor de apoptosis, ced-9
-
Mutantes carentes de ced-9: muerte durante el
desarrollo por muerte masiva de céls
-
Ganancia de función: supervivencia de la 131 céls.
2.1. C. elegans
La maquinaria básica de muerte celular está altamente conservada
en la evolución de los metazoos
- ced-3 es una cistein proteasa con dominios de interacción
q forman una estruc. parecida al apoptosoma: caspasa iniciadora
- ced-4 es una proteína adaptadora q desencadenaría la
activación de ced-3 si no estuviera unida a ced-9.
- ced-9 es supresora de muerte celular y homóloga a Bcl-2.
- egl-1 desplaza a ced-9 de ced-4.
2.1. C. elegans
2.2. D. melanogaster
Similitudes con C. elegans:
- Caspasas
- Adaptadores
- Supresores
Aparecen:
- p53
- IAPs
- Mitocondria
2.2. D. melanogaster
2.3. VERTEBRADOS
1. Tanto en C. elegans como en D. melanogaster el desarrollo está
restricto a la vida temprana o a la metamorfosis.
2. En vertebrados la morfogénesis, el remodelado y la regeneración
se produce abundantemente en muchos tejidos a lo largo de toda la
vida.
3. La maquinaria apoptótica es homóloga a invertebrados aunque
más elaborada y degenerada.
2.3. VERTEBRADOS
En mamíferos aparece:
1. Familia de receptores de muerte cuyo reconocimiento
desencadena activación de caspasas y muerte.
2. Daños pro-apoptóticos impactan directamente en la
mitocondria y liberan péptidos pro-apoptóticos:
- Holocitocromo c
- Smac/DIABLO que antagoniza la actividad antiapoptótica de XIAP.
2.3. VERTEBRADOS
3) MAQUINARIA DE LA MUERTE
CELULAR EN HUMANOS
3. Maquinaria de la muerte celular en humanos
3.1. Caspasas
3.2. Sustratos de caspasas
3.3. Inhibidores de caspasas
3.4. Vías de inducción de apoptosis
3.4.1. Vía extrínseca
3.4.2. Vía intrínseca
3.1. CASPASAS
CASPASAS
- Son cistein proteasas específicas de aspartato (caspase)
- Se expresan como proenzimas (zimógenos)
- Presentan 3 dominios:
1. Prodominio terminal
2. Subunidad larga (p20) que contiene el centro activo
3. C-terminal que es la subunidad pequeña (p10)
Asp
Prodominio terminal
Subunidad larga (p20)
Asp
Subunidad pequeña (p10)
ACTIVACIÓN DE CASPASAS
Asp
Asp
Caspasa
activa
Caspasa
iniciadora
MECANISMOS DE ACTIVACIÓN
DE CASPASAS
1. Activación por otra caspasa
2. Activación inducida por proximidad
3. Asociación con una subunidad reguladora
1. ACTIVACIÓN POR OTRAS
CASPASAS
- Activación de una caspasa por otra previamente activada:
cascada de caspasas
- Caspasas con prodominio corto: Caspasas efectoras
- Caspasas –3, -6, -7.
- Amplificación e integración de señales
1. ACTIVACIÓN POR OTRAS
CASPASAS
2. ACTIVACIÓN INDUCIDA POR
PROXIMIDAD
- Activación de una caspasa por proximidad: Trimerización de
receptores que reclutan caspasas y se procesan mutuamente.
- Caspasas con prodominio largo: Caspasas iniciadoras.
- Caspasa -8.
- Implicada en vía extrínseca (CD95).
2. ACTIVACIÓN INDUCIDA POR
PROXIMIDAD
3. ASOCIACIÓN CON UNA
SUBUNIDAD REGULADORA
- Activación de una caspasa a través de un cofactor.
- No se activa por proteolisis sino por cambio conformacional.
- Caspasas con prodominio largo: Caspasas iniciadoras.
- Caspasa -9. Cofactor: Apaf-1. Citocromo c.
- Implicada en vía intrínseca o mitocondrial.
3. ASOCIACIÓN CON UNA
SUBUNIDAD REGULADORA
Apoptosoma
CASPASAS
- Las caspasas efectoras se activan proteolíticamente por otras
caspasas
- Las caspasas iniciadoras son activadas mediante interacciones
reguladas proteína-proteína.
3.2. SUSTRATOS DE
CASPASAS
SUSTRATOS DE CASPASAS
-
La caspasa-3 es la última responsable de los efectos apoptóticos
junto con las caspasas -6 y –7.
-
Estas 3 caspasas ejecutoras causan el fenotipo apoptótico:
1) Fragmentación de DNA
2) Alteraciones de la membrana plasmática
3) Translocación PS
1) FRAGMENTACIÓN DEL DNA
-
La caspasa-3 actúa sobre el complejo DNasa activado por caspasa
(CAD) y sobre su inhibidor, iCAD.
iCAD
CAD
Caspasa-3
2) ALTERACIONES DE LA
MEMBRANA PLASMÁTICA
-
La caspasa-3 actúa sobre:
-
-
La gelsolina
La fodrina
Se disocia de membrana plasmática del citoesqueleto
-
Formación de vesículas
Plegamiento de la membrana plasmática
3.3. INHIBIDORES
DE CASPASAS
INHIBIDORES DE CASPASAS
-
Proteínas inhibidoras de apoptosis (IAP).
-
Se identificaron en baculovirus. Hay al menos 5 en mamíferos:
-
-
X-linked inhibitor of apoptosis (XIAP)
c-IAP1
c-IAP2
IAP neuronal
Survivina
Todos inhiben caspasa –3 y –7 activa y procaspasa-9.
INHIBIDORES DE CASPASAS
Frenan la apoptosis por inhibición, unión y degradación:
1. Dominio repetido IAP de baculovirus (BIR) por el q el IAP se
une e inhibe a las caspasas. Entre 1-4 dominios BIR.
2. Dominio RING q actúa como una ligasa de ubiquitina:
degradación del IAP y de cualquier caspasa unida a él.
3. Dominio CARD: regulación directa o indirecta del
procesamiento de las caspasas. c-IAP1 y c-IAP2
INHIBIDORES DE CASPASAS
RING BIR3 BIR2 BIR1
CARD RING BIR3 BIR2 BIR1
XIAP
c-IAP1
c-IAP2
3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN
DE APOPTOSIS
3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN DE APOPTOSIS
Existen dos vías de inducción de apoptosis:
3.4.1. Vía extrínseca o vía de los receptores de muerte
3.4.2. Vía intrínseca o vía de la mitocondria
3.4.1. VÍA EXTRÍNSECA
- A través de receptores superficiales: receptores de muerte.
Receptores de la familia de TNFR: CD95, TNFR1, TNFR2. Tb
DR3, TRAIL...
- Requiere trimerización para la transducción de la señal.
- Al receptor activado se le asocia un complejo de proteínas:
dominio de señalización inductor de muerte (DISC, deathinduced signalling domain)
DISC
1. El adaptador FADD se une a través de su dominio de muerte
(DD) al dominio de muerte del receptor activado
2. FADD contiene un dominio efector de muerte (DED) que por
homología atrae procaspasa-8 o FLICE que se activa.
3. Inhibición debida a proteínas con dos dominios DED: proteína
inhibidora de FLICE (FLIP, FLICE-inhibitory protein).
CD95L
CD95
DD
Procaspasa-8
DED
FADD
c-FLIP
Caspasa-8
Bid
Caspasa-3
DISC
3.4.1. VÍA EXTRÍNSECA
FasL
Fas
MORT/FAAD
caspasa 8
caspasa-7
Bid
Vía mitocondrial
caspasa-3
caspasa-6
Deshidratación
citoplásmica
Externalización Formación Fragmentación
Hidrólisis Fragmentación
de cuerpos
de PS
DNA
nuclear
apoptóticos
de
NuMA
Condensación
Cambios apoptóticos
Cambios apoptóticos
cromatina
extranucleares
nucleares
3.4.1. VÍA EXTRÍNSECA
3.4.2. VÍA INTRÍNSECA
- La regulación de la apoptosis en esta vía es debida a la familia de
Bcl-2.
- Bcl-2 fue descubierto como un proto-oncogén en el linfoma
folicular de células B y es homólogo a ced-9.
- Existen 19 miembros que se dividen en tres grupos.
- Cada miembro posee al menos uno de los cuatro motivos
conservados denominados dominios de homología con Bcl-2
(BH): BH1-BH4.
FAMILIA DE Bcl-2
1. Grupo I:
- Actividad anti-apoptótica
- Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w...
- 4 motivos BH: BH1-BH4
- Cola hidrofóbica en el C-terminal
2. Grupo II:
- Actividad pro-apoptótica
- Bax, Bak, Bok...
- Carecen de BH4
3. Grupo III:
- Actividad pro-apoptótica
- Bid, Bik, Bad, Bim...
- Sólo poseen el dominio BH3
- Pueden o no tener región transmembrana
CONTROL DE LA APOPTOSIS
POR LA FAMILIA DE Bcl-2
- Los miembros de la familia de Bcl-2 intentan bloquear el
siguiente movimiento de otro.
- Algunos homodimerizan
- Se forman heterodímeros de miembros pro y anti-apoptóticos
neutralizándose
Gradiente
pro-apoptóticos
Gradiente
Anti-apoptóticos
MITOCONDRIA: CENTRO DE
LA MUERTE CELULAR
La mitocondria no es sólo la central productora de energía de la
célula, también es un arsenal pues secuestra un potente
combinado de proteínas pro-apoptóticas:
1. Citocromo c: Componente junto con Apaf-1 y caspasa
9del apoptosoma
2. Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator
of caspases/direct IAP-binding protein with low pI): es
una proteína que inhibe IAPs secuestrándolas.
Daño genotóxico
Bcl-2
p53
Bax
Apaf-1
citocromo c
Procaspasa-9
Smac/DIABLO
Procaspasa-3
IAPs
caspasa-3
Apoptosoma
INTEGRACIÓN DE LAS DOS VÍAS
APOPTOSIS
-
Características definidas
-
Regulada genéticamente
-
Conservada en la evolución
-
Muy regulada: patologías
-
Inducida por señales externas e internas
Descargar

Consecuencias de la apoptosis