FisiologiaDeLaApoptosis2003

5/9/2018 FisiologiaDeLaApoptosis2003 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/fisiologiadelaapoptosis2003 1/60

APOPTOSIS



Mientras los filósofos buscan el significado de la vida, los biólogos están más interesados en el significado de la muerte

Valerie Fadok

Apo ptosis

Apoptosis

Year1970 1980 1990 2000

01000200030004000

50006000700080009000

10000

100

9876

19721972



AutoinmunidadAutoinmunidad SIDASIDA

Cáncer Cáncer Alzheimer Alzheimer

Apo ptosis fisiológicaApo ptosis fisiológica

DefectoDefecto ExcesoExceso



ÍNDICE1. Fases y características de la apoptosis

2. Apoptosis y filogenia2.1. Caenorhabditis elegans

2.2. Drosophila melanogaster

2.3. Apoptosis en vertebrados

3. La maquinaria de la muerte celular en humanos3.1. Caspasas3.2. Sustratos de caspasas3.3. Inhibidores de caspasas3.4. Vías de inducción de apoptosis

3.4.1. Vía extrínseca o de los receptores de muerte3.4.2. Vía intrínseca o mitocondrial



1) FASES Y1) FASES Y

CARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS

DE LA APOPTOSISDE LA APOPTOSIS



Fases de la apoptosis

1.1. DecisiónDecisión

2.2. EjecuciónEjecución

4.4. DegradaciónDegradación yy

presentaciónpresentaciónantígenosantígenos

3.3. FagocitosisFagocitosis

DesequilibrioDesequilibrioentreentre factoresfactoresinductoresinductores eeinhibidoresinhibidores

Tem prana:Tem prana:

ActivaciónActivaciónde proteasas yde proteasas yendonucleasasendonucleasas

InIntermedia:termedia:Fragmentación D NA Fragmentación D NA

TardTardíía:a:Emisión deEmisión de

cuer pos a po ptóticoscuer pos a po ptóticos

ActivaciónActivaciónde rece ptoresde rece ptores

DetecciónDetecciónde fosfatidilde fosfatidilserina (PS)serina (PS)

Evita liberación decom ponentesintracelularesinflamación TGF F



Diferencias entreDiferencias entreapoptosis y necrosis.apoptosis y necrosis.

ApoptosisApoptosisNecrosisNecrosis(Oncosis)(Oncosis)

Programada genéticamenteProgramada genéticamente Accidental.Accidental.

Se mantieneSe mantiene Se rom peSe rom pe

DisminuyeDisminuye aumentaaumenta

Se preservanSe preservan Se desintegranSe desintegran

Fragmentación del DNAFragmentación del DNAtardíatardía

fragmentosfragmentosgrandesgrandes

..En cuer pos a po ptóticosEn cuer pos a po ptóticos

rodeados por membranarodeados por membrana

Son reconocidosSon reconocidos

y fagocitadosy fagocitados

Los contenidosLos contenidosde los orgánulosde los orgánulos

se liberanse liberan

InducenInducen

inflamación local.inflamación local.

Membrana.Membrana.

Tamaño celularTamaño celular

Orgánulos.Orgánulos.

Tem pranaTem pranafragmentosfragmentos

oligonucleosomalesoligonucleosomales

Fragmentación celularFragmentación celular

Restos celularesRestos celulares

MecanismoMecanismo



CARACTER ÍSTICAS

DE LA APOPTOSIS



Consecuencias de la a po ptosis

LaLa célulacélula sese fragmentafragmenta enen cuer poscuer pos a po ptóticosa po ptóticosconcon PSPS enen lala caracara exterior exterior dede susu membranamembrana

LasLas célulascélulas fagocíticasfagocíticas::

�� R econocenR econocen PSPS yy fagocitanfagocitan loslos cuer poscuer posa po ptóticosa po ptóticos

�� AlAl fagocitarlosfagocitarlos producen producen mediadoresmediadores antianti--inflamatoriosinflamatorios



Consecuencias de la apoptosis

1.1. SeSe im pideim pide lala liberaciónliberación dede loslos contenidoscontenidoscelularescelulares alal es pacioes pacio extracelular extracelular

2.2. PermitePermite muertemuerte celular celular sinsin inflamacióninflamación

3.3. LaLa a po ptosisa po ptosis permite permite lala muertemuerte celular celular sinsin provocar provocar dañodaño aa laslas célulascélulasadyacentesadyacentes



2) APOPTOSIS Y2) APOPTOSIS Y

FILOGENIAFILOGENIA



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 a po ptosis.- Desarrollo invariante y lineal.

- Durante la ontogenia de un gusano adulto hermafrodita, 131 céls

de la 1090 céls somáticas mueren por a po ptosis (959 céls).

- Análisis genético q determinó genes es pecíficos para la regulación

de la a po ptosis:

- 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 su pervivencia 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: su pervivencia de la 131 céls.



2.1. C . elegans

La maquinaria básica de muerte celular está altamente conservadaen la evolución de los metazoos

- ced-3 es una cistein proteasa con dominios de interacción

q forman una estruc. parecida al a po ptosoma: cas pasa iniciadora

- ced-4 es una proteína ada ptadora q desencadenaría la

activación de ced-3 si no estuviera unida a ced-9.

- ced-9 es su presora de muerte celular y homóloga a Bcl-2.

- egl-1 des plaza a ced-9 de ced-4.



2.1. C . elegans



2.2. D . melanogaster

Similitudes con C. elegans:- Cas pasas

- Ada ptadores

- Su presores

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 tem prana o a la metamorfosis.

2. En vertebrados la morfogénesis, el remodelado y la regeneraciónse produce abundantemente en muchos tejidos a lo largo de toda la

vida.

3. La maquinaria a po ptótica es homóloga a invertebrados aunquemás elaborada y degenerada.



2.3. VERTEBRADOS

En mamíferos a parece:

1. Familia de rece ptores de muerte cuyo reconocimiento

desencadena activación de cas pasas y muerte.

2. Daños pro-a po ptóticos im pactan directamente en la

mitocondria y liberan pé ptidos pro-a po ptóticos:

- Holocitocromo c

- Smac/DIABLO que antagoniza la actividad anti-

a po ptótica de XIAP.



2.3. VERTEBRADOS



3) MAQUINARIADE LA MUERTE3) MAQUINARIADE LA MUERTE

CELULAR EN HUMANOSCELULAR EN HUMANOS



3. Maquinaria de la muerte celular en humanos

3.1. Caspasas

3.2. Sustratos de caspasas3.3. Inhibidores de caspasas

3.4. Vías de inducción de apoptosis

3.4.1. Vía extrínseca

3.4.2. Vía intrínseca



3.1. CASPASAS3.1. CASPASAS



CASPASAS- Son cistein proteasas es pecíficas de as partato (caspase)

- Se ex presan 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)

Prodominio terminal

Subunidad larga ( p20)

Subunidad pequeña ( p10)

As p

As p



ACTIVACIÓ N DE CASPASAS

As p

As p Cas pasa

iniciadora

Cas pasaactiva



MECA NISMOS DE ACTIVACIÓ N

DE CASPASAS

1. Activación por otra cas pasa

2. Activación inducida por proximidad

3. Asociación con una subunidad reguladora



1. ACTIVACIÓ N POR OTRAS

CASPASAS- Activación de una cas pasa por otra previamente activada:

cascada de cas pasas

- Cas pasas con prodominio corto: Caspasas efectoras

- Cas pasas ±3, -6, -7.

- Am plificación e integración de señales



1. ACTIVACIÓ N POR OTRAS

CASPASAS



2. ACTIVACIÓ N I NDUCIDA POR

PROXIMIDAD- Activación de una cas pasa por proximidad: Trimerización de

rece ptores que reclutan cas pasas y se procesan mutuamente.

- Cas pasas con prodominio largo: Caspasas iniciadoras.

- Cas pasa -8.

- Im plicada en vía extrínseca (CD95).



2. ACTIVACIÓ N I NDUCIDA POR

PROXIMIDAD



3. ASOCIACIÓ N CO N U NA

SUBU NIDAD REGULADORA- Activación de una cas pasa a través de un cofactor.

- No se activa por proteolisis sino por cambio conformacional.

- Cas pasas con prodominio largo: Caspasas iniciadoras.

- Cas pasa -9. Cofactor: Apaf-1. Citocromo c.

- Im plicada en vía intrínseca o mitocondrial.



3. ASOCIACIÓ N CO N U NA

SUBU NIDAD REGULADORA

Apoptosoma



CASPASAS

- Las cas pasas efectoras se activan proteolíticamente por otras

cas pasas

- Las cas pasas iniciadoras son activadas mediante interacciones

reguladas proteína- proteína.



CASPASAS I NICIADORAS

- En el prodominio largo tienen un módulo de interacción proteína- proteín

q permite la asociación con proteínas reguladoras (CD95, Apaf-1...):

- Dominio efector de muerte (DED, death-effector domain).Cas pasas ±8 y ±10

- Dominio de reclutamiento y activación de caspasas (CAR D,

cas pase activation and recruitment domain). Cas pasas ±2 y ±9.

- Secuencias distintas pero plegamiento similar: 6 hélices E anti paralelas

q tb a parecen en otras proteínas reguladoras de a po ptosis (FADD).



3.2. SUSTRATOS DE3.2. SUSTRATOS DE

CASPASASCASPASAS



SUSTRATOS DE CASPASAS

- La cas pasa-3 es la última res ponsable de los efectos a po ptóticos

junto con las cas pasas -6 y ±7.

- Estas 3 cas pasas ejecutoras causan el fenoti po a po ptótico:

1) Fragmentación de D NA

2) Alteraciones de la membrana plasmática

3) Translocación PS



1) FRAGME NTACIÓ N DEL D NA

- La cas pasa-3 actúa sobre el com plejo D Nasa activado por cas pasa(CAD) y sobre su inhibidor, iCAD.

iCAD CAD Cas pasa-3



2) ALTERACIO NES DE LA MBRA PLASMÁTICA

- La cas pasa-3 actúa sobre:

- La gelsolina

- La fodrina

- Se disocia de membrana plasmática del citoesqueleto

- Formación de vesículas

- Plegamiento de la membrana plasmática



3) TRA NSLOCACIÓ N DE PS

- Es de pendiente de la acción de las cas pasas.



3.3. INHIBIDORES3.3. INHIBIDORES

DE CASPASASDE CASPASAS



I NHIBIDORES DE CASPASAS

- Proteínas inhibidoras de apoptosis (IAP).

- Se identificaron en baculovirus. Hay al menos 5 en mamíferos:

- X-linked inhibitor of a po ptosis (XIAP)

- c-IAP1

- c-IAP2

- IAP neuronal

- Survivina

- Todos inhiben cas pasa ±3 y ±7 activa y procas pasa-9.




Frenan la a po ptosis por inhibición, unión y degradación:

1. Dominio repetido IAP de baculovirus (BIR ) por el q el IAP se

une e inhibe a las cas pasas. Entre 1-4 dominios BIR .

2. Dominio RING q actúa como una ligasa de ubiquitina:

degradación del IAP y de cualquier cas pasa unida a él.

3. Dominio CAR D: regulación directa o indirecta del

procesamiento de las cas pasas. c-IAP1 y c-IAP2




RING BIR3 BIR2 BIR1 XIAP

RING BIR3 BIR2 BIR1CAR Dc-IAP1c-IAP2



3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN

DE APOPTOSISDE APOPTOSIS



3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN DE APOPTOSIS3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN DE APOPTOSIS

Existen dos vías de inducción de a po ptosis:

3.4.1. Vía extrínseca o vía de los rece ptores de muerte

3.4.2. Vía intrínseca o vía de la mitocondria



3.4.1. VÍA EXTR

ÍNSECA

- A través de rece ptores su perficiales: rece ptores de muerte.

R ece ptores de la familia de T NFR : CD95, T NFR 1, T NFR 2. T b

DR 3, TRAIL...

- R equiere trimerización para la transducción de la señal.

- Al rece ptor activado se le asocia un com plejo de proteínas:dominio de señalización inductor de muerte (DISC, death-

induced signalling domain)



DISC1. El ada ptador FADD se une a través de su dominio de muerte

(DD) al dominio de muerte del rece ptor activado

2. FADD contiene un dominio efector de muerte (DED) que por

homología atrae procas pasa-8 o FLICE que se activa.

3. Inhibición debida a proteínas con dos dominios DED: proteínainhibidora de FLICE (FLIP, FLICE-inhibitory protein).

CD95L



c-FLIP

CD95L

CD95

FADD

DISC DD

Caspasa-8

Procaspasa-8 DED

Caspasa-3Bid



3.4.1. VÍA EXTR ÍNSECA

FasFasLMORT/FAAD

caspasa 8

Cambios apoptóticos

extranucleares

Fragmentaciónnuclear

Formaciónde cuerposapoptóticos

caspasa-6caspasa-7 caspasa-3

Hidrólisisde NuMA

Cambios apoptóticos

nucleares

FragmentaciónDNA

Condensacióncromatina

Externalizaciónde PS

Deshidratación

citoplásmica

Bid Vía mitocondrial



3.4.1. VÍA EXTR ÍNSECA



3.4.2. VÍA I NTR ÍNSECA

- La regulación de la a po ptosis en esta vía es debida a la familia deBcl-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 gru pos.

- Cada miembro posee al menos uno de los cuatro motivos

conservados denominados dominios de homología con Bcl-2

(BH): BH1-BH4.

FAMILIA DE B l 2



FAMILIA DE Bcl-21. Grupo I:

- Actividad anti-a po ptótica

- Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w...

- 4 motivos BH: BH1-BH4

- Cola hidrofóbica en el C-terminal

2. Grupo II:- Actividad pro-a po ptótica

- Bax, Bak, Bok...

- Carecen de BH4

3. Grupo III:- Actividad pro-a po ptótica

- Bid, Bik, Bad, Bim...

- Sólo poseen el dominio BH3

- Pueden o no tener región transmembrana



FAMILIA DE Bcl-2

CONTROL DE LA APOPTOSIS



CO NTROL 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-a po ptóticos

neutralizándose

Gradiente pro-a po ptóticos

GradienteAnti-a po ptóticos

MITOCONDRIA CENTRO DE



MITOCO NDRIA: CE NTRO 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-a po ptóticas:

1. Citocromo c: Com ponente junto con Apaf-1 y cas pasa

9del a po ptosoma

2. Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of cas pases/direct IAP-binding protein with low pI): es

una proteína que inhibe IAPs secuestrándolas.

Daño genotóxico



Daño genotóxico

p53

Bax

Bcl-2

citocromo c

Smac/DIABLOProcaspasa-9

Apaf-1

Procaspasa-3

caspasa-3

IAPs

Apoptosoma

Ó



REGULACIÓ N DE LA SALIDA DELCITOCROMO C POR LA FAMILIA DE Bcl-2



I NTEGRACIÓ N DE LAS DOS VÍAS



APOPTOSIS

- Características definidas

- R egulada genéticamente

- Conservada en la evolución

- Muy regulada: patologías

- Inducida por señales externas e internas

Documents

FisiologiaDeLaApoptosis2003