Universidad de Costa Rica

Escuela de Medicina

Curso: Bioquímica para Farmacia

Trabajo Final: Apoptósis

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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 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 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	APOPTOSIS
CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS	CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS
Pérdida Integridad de Membrana	Formaciones Ampulares
Disgregación de la Cromatina	Compactación de la cromatina
Edema Celular y Lisis	Condensación Celular
Desintegración de Organelos	Formación Cuerpos Apópticos
CARACTERISTICAS BIOQUIMICAS	CARACTERISTICAS BIOQUIMICAS
Alteración Homeostasis Celular	Proceso Altamente Regulado
No Dependiente de la Energía	Dependiente de la Energía
Digestión DNA azar	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 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)

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 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 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.

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:

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 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.

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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