Apoptosis

Fernando FalcónJavier Martínez

Universidad El BosqueFacultad de OdontologíaPostgrado de Ortodoncia

Biología Molecular y Celular de la Apoptosis

Biología OralProfesor Juan Carlos Munévar

Tipos de muerte celular

Necrosis Apoptosis

Necrosis vs Apoptosis

• Grupo de células mueren.• Destrución del citoesqueleto

(Bleb).• Inflamación.• Proceso incontrolado pasivo

(no hay gasto de energía).• Hay ruptura de la membrana,

el contenido citoplasmático sale y hay atracción de células inflamatorias.

• Células individuales mueren.• Fragmentación celular

(cuerpos apoptóticos).• Hay contracción celular en

vez de aumento de volumen.• Proceso controlado

dependiente de energía.• No hay liberación del

contenido citoplasmático y los restos celulares son rápidamente fagocitados

Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

Necrosis vs Apoptosis

Morfología celular durante la apoptosis

• Encogimiento celular y picnosis.

• Citoplasma se torna denso y las organelas se encuentran sumamente empaquetadas.

• Separación en cuerpos apoptóticos que son posteriormente fagocitados.


Morfologia celular durante la apoptosis

Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death Susan Elmore NIEHS, Laboratory of Experimental Pathology, Research Triangle Park, North Carolina 27709, USA

Vía Intrínseca Vía extrínseca

Vía perforinas / granzimas A y B (células T)

Mecanismos de la apoptosis

Patología Estructural y Funcional. Robbins. Sexta Edición

The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

Mecanismos de la apoptosis

La apoptosis puede ser desencadenada por varios estímulos

Intracelulares Extracelulares

• Activación de receptores en la superficie de la célula.

• Daños en el ADN causados por defectos en sus mecanismos de reparación.

• Tratamiento con drogas citotóxicas o radiación. • Ausencia de señales de supervivencia.

Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death Susan Elmore NIEHS, Laboratory of Experimental Pathology, Research Triangle Park, North Carolina 27709, USA

Vía Extrínseca

• Receptores transmembranales de muerte (superfamilia TNF) con sus dominios de muerte. Ej. : FasL/FasR, TNF-α/TNFR1.


Vía Extrínseca

• Funciones biológicas de los receptores:

• Pertenecen a la superfamilia de Receptores TNF :

• TNFR1 (tumor necrosis factor receptor 1)• Fas/CD95/APO-1 (Apoptosis Antigen 1)• TRAIL/DR-4/APO-2 y TRAIL-R2/DR-5 (TNF Related Apoptosis Inducing Ligand Receptor)

Receptores de Muerte


Receptores de Muerte

La transducción de la señal apoptótica depende de la presencia de una porción citoplasmática denominada Dominio de Muerte (Death Domain)

También se pueden encontrar moleculas adaptadoras como FADD (Fas Associated Death Domain) o TRADD (TNF Receptor Associated Death Domain).

Dando origen a la formación de DISC

(Death Inducing Signaling Complex).DISC


TNFα y TNFR1

(dominio de muerte asociado al TNFR)

(factor asociado al TNFR)

• TNFR1 es una proteína transmembranal con sus dominios receptores expuestos en la sup. celular.

• El TNFα es producido por linfocitos T y macrófagos.

• La unión de este ligando al receptor causa una trimerización y agrupamiento de los dominios de muerte para desencadenar diferentes vías de señalización.

(proteína con región de muerte asociado a Fas)


TNFα y TNFR1

TRAF-2(factor asociado

al TNFR)


Fas y FasL

• Fas L es un ligando ubicado en los linfocitos T.

• FasL Puede ser un ligando de membrana o soluble.

• Causa trimerización de los DD (dominos de muerte) que permite su unión con el FADD (dominio de muerte asociado a Fas) que también contiene un DED (dominio efector de muerte).

• El DED recluta a la procaspasa 8 para formar el Complejo de Señalización Inductor de Muerte (DISC).

DDDED

DED


TRAIL y TRAIL-R

Existen 4 tipos de receptores TRAIL-R:

• Receptores Inductores de Muerte:1. TRAIL-R1 (DR4)2. TRAIL-R2 (DR5)

• Receptores Inhibidores de Muerte (Decoy):

1. TRAIL-R3 (DcR1)2. TRAIL-R4 (DcR2)


Caspasas

Su nombre deriva de: Proteasas dependientes de cisteína y específicos de aspartato

Su actividad catalítica depende de un residuo cisteína crítico

Las caspasas clivan los sustratos específicamente después de un

residuo de aspartato

Structure and zymogen activation of caspases. Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

Caspasas

Las caspasas son sintetizadas como cimógenos inactivos llamados procaspasas, los cuales están constituidos por un prodominio, una subunidad pequeña (aprox. 10 KD) y otra grande (aprox. 20 KD). Al activarse mediante proteólisis forman un heterotetrámero.


Caspasas

Pueden dividirse en:

Caspasas iniciadoras:Procaspasas 2-8-9-10

Caspasas efectoras:Procaspasas 3-6-7

Contienen prodominios largos:Dominios Efectores de Muerte (DED)

como procaspasas 8 y 10

Dominios de reclutamiento de caspasas (CARD)Como procaspasas 9 y 2

Contienen prodominios cortos

Caspasas pro inflamatorias 1-4-5

Pro IL-1 Pro IL-18


Caspasas

Pueden Contener:• Dominios de Reclutamiento y

Activación de Caspasas.(CARD)

• Dominios Efectores de Muerte Celular

(DED)


Caspasas

Las caspasas pueden activarse principalmente por 3 vías:• Clivaje proteolítico por una caspasa

corriente arriba (Caspasa 3)• Proximidad inducida (Caspasa 8)• Formación de una holoenzima (Caspasa 9)


Caspasas

Mediante sus prodominios las caspasas iniciadoras son reclutadas y activadas en los Complejos Señalizadores de Inducción de Muerte (DISC), debido a la activación de receptores de muerte o señales

internas en la célula.

Vía Extrínseca


Caspasas

La Caspasa 9 es activada a través de eventos proapoptóticos que ocurren a nivel mitocondrial, mediante la liberación de Citocromo C. (Salvesen, 2002)

La oligomerización de la procaspasa 9 en el Apaf-1, son los responsables de la activación de la caspasa 9 (Denault, 2002)

Vía Intrínseca


Caspasas

Las caspasas pueden actuar de dos formas principalmente:• Inactivando o clivando sustratos

(Cadenas polipeptídicas simples o estructuras

macromoleculares complejas).• Activando sustratos ( Eliminando

secciones inhibitorias o reguladoras)


Caspasas

Blancos de las Caspasas


Caspasas

Una vez activadas las caspasas iniciadoras, son capaces de activar proteolíticamente a las caspasas 3-6-7 que posteriormente pueden clivar proteínas específicas, incluyendo a otras caspasas, lo cual da como resultado la mediación y amplificación de la señal de muerte.


Vía Extrínseca

Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol. 2007 ; 35(4): 495–516.

Vía Intrínseca

Factores desencadenantes de la vía intrínsecaUn defectuoso del ciclo celular,

Desprendimiento de la matriz extracelular,

La pérdida de factores de supervivencia celular,

Otros tipos graves de estrés celular

Daños del ADN,

Hipoxia


Vía Intrínseca

• Estímulos no mediados por receptores de membrana, atacan blancos directamente dentro de la célula y son ejecutados por las mitocondrias.

• Estímulos pueden ser:

Positivos: Presencia de factores (radiadión, toxinas,

hipertermia…)

Negativos: Ausencias (factores de crecimiento, hormonas o factores

tróficos)


Vía Intrínseca

• Estos mecanismos producen cambios en la membrana mitocondrial (poros) y se liberan al citosol proteínas pro apoptóticas.

• Citocromo c, Smac/DIABLO, y AIFs


Vía Intrínseca

• Familia de proteínas Bcl-2.

• Controlan la permeabilidad de la membrana mitocondrial, puede ser pro o anti apoptótica.

• Regulan la liberación de citocromo c por la permeabilidad de la membrana mitocondrial.


Familia Bcl-2

Su nombre deriva de un gen aislado involucrado en el Linfoma de Células B.

Ésta familia de proteínas ha sido dividido en tres grupos, basado en su similitudes estructurales y funcionales.

Grupo IActividad anti-apoptótica

Bcl-2, Bcl-x

Grupo II y IIIActividad pro-apoptótica

Bax, Bid, Blk


Familia Bcl-2

Son encargadas de regular la apoptosis, ejerciendo su accion sobre la mitocondria

Bid Bax y Bak

Son encargados de la activación de la vía intrínseca,

actuando a nivel de mitocondria y de retículo

endoplasmático.


Familia Bcl-2

Existen varias teorías sobre la acción de la familia Bcl-2:• Formación de un poro para

permitir la salida de Citocromo C.

• Heterodimerización entre miembros pro y anti apoptóticos.

• Regulación de las caspasas a través de moléculas adaptoras.

• Interacción con otras proteínas mitocondriales que posiblemente permitan la salida de Citocromo C

• Oligomerización para formar un canal poco selectivo.


Familia Bcl-2En condiciones normales Bcl-2 o Bcl-xL están ancladas en determinadas membranas intracelulares como la mitocondria, el retículo endoplásmico o la membrana nuclear.


Vía Intrínseca

• Puma y Noxa: Miembros de la familia de las Bcl2 asociados con reacciones pro apoptóticas. • Juegan un papel importante en la apoptosis

mediada por p53.


El citocromo c: Proteína pequeña que guarda relación con la membrana interna de la miticondria. Desencadena la activación de las caspasas.


El SMAC/DIABLO: (second mithocondrial-derived activator of caspase / direct IAP-associated binding protein with Low PI), bloquea la acción de las proteínas inactivadoras de la apoptosis (IAP)


IAPs

NFKβ

• Ademas de regular la respuesta inmune:

• Es conocido como un factor de transcripcion antiapoptotico.

• A traves de la regulación de miembros de la familia Bcl-2, como Bcl-xl y Bcl-2.

• Activa otros genes antiapoptoticos como los IAPs (Inhibitors of Apoptosis Proteins)


IAPs

c-IAP1, c-IAP2, XIAP, Survivina

• Poseen 2 funciones principales:

1. Inhibición de la actividad de las caspasas

2. Dirigen a las caspasas hacia su ubiquitinación y degradación


AIF: Apoptosis inducing factor. Son proteínas pro apoptóticas. En el núcleo producen la fragmentación del ADN en porciones de

~50–300 kb.



Vía perforinas / granzimas

• Linfocitos T citotoxicos CD8+ (NK) destruyen a las células que contienen antígenos paro los cuales han sido sensibilizados.

• CD8 pueden activar la vía extrínseca FasL/FasR.

• Otra vía es a través de la perforación de la membrana celular e introducción de gránulos citoplasmáticos (granzimas A y B)

• La B produce activación de la caspasa 3.


Vía perforinas / granzimas

La granzima A.

• Activa una vía independiente de las caspasas• Destrucción del ADN vía DNAasa NM23-H1

LODISH, et al., MOLECULAR CELL BIOLOGY, Fifth Edition

• Factores tróficos: Proteínas relacionadas con actividad anti apoptótica ya que en su ausencia Bad puede promover la apoptosis. Ej.: NGF factor de crecimiento nervioso.

LODISH, et al., MOLECULAR CELL BIOLOGY, Fifth Edition

Fosfatidilserina

Es un fosfolípido que se encuentra normalmente en el interior de la bicapa lipídica, cuando esta se expresa en el

exterior de la misma actúa como un marcador para que sea reconocida por células fagocitarias.

Patología Estructural y Funcional. Robbins. Sexta Edición

Detección de apoptosis

Anexina V es una proteína recombinante de unión a fosfatidilserina que interactua

fuertemente con residuos de fosfatidilserina y puede ser usado para la detección de

apoptosis.


Apoptosis

Los especialistas son aquellas personas que saben cada vez más sobre menos, hasta que

finalmente saben todo sobre nada y nada sobre todo.

Danny Kaye

Gracias…

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