Apoptosis

APOPTOSIS

Normalmente existe un equilibrio entre la división celular y la apoptosis, funcionando como un mecanismo esencial del mantenimiento del recambio celular en los tejidos de los organismos. En este sentido se ha dicho a propósito de la apoptosis que mientras que la muerte del organismo humano es una tragedia, la muerte permanente de la mitad de sus células es esencial para su existencia.

Mientras que durante la vida embrionaria la división celular es mayor que la apoptosis, hay otros momentos del desarrollo en los que predomina la apoptosis; de ese forma es posible que desaparezcan ciertos vestigios de tejidos que de otro modo persistirían en forma de alteraciones congénitas.

La apoptosis (o "muerte celular programada") es un proceso biológico ordenado y "silencioso", que no produce ningún tipo de reacción en los tejidos, pero que resulta necesario para evitar la sobreproducción celular. Así, por ejemplo, se encuentra estimulado cuando hay células envejecidas o mutaciones neoplásicas. El proceso afecta sólo a determinadas células, no necesariamente contiguas.

Las características morfológicas que ocurren en una célula en apoptosis consisten en la segmentación del núcleo, la condensación de la cromatina, la pérdida de organelas (menosmitocondrias), y formación de burbujas en la membrana que finalmente dará lugar a la desintegración celular y a la formación de los cuerpos apoptóticos los cuales a su vez serán fagocitados por los macrófagos. El contenido celular no sale al exterior, evitándose la inflamación y daño tisular. En células de cultivo este proceso puede durar en torno a 30 a 60 minutos.

En la necrosis, en cambio, se observan numerosas células vecinas en similares circunstancias, en estadios diferentes de desintegración, y sus causas son siempre patológicas (agentes tóxicos, traumáticos, etc.). Su principal diferencia con la necrosis es que se trata de una muerte celular accidental, con liberación del contenido celular de la célula necrótica al tejido y la consiguiente inflamación y daño tisular.

Hay una estrecha relación entre la apoptosis y el ciclo celular. En concreto, la apoptosis puede iniciarse en el tercio final de la fase G1 de la mitosis para evitar que una célula dañada pase a la fase de síntesis, y en la fase G2 para evitar que algunas células aun inmaduras entren en mitosis; de hecho en esta fase G2 existen elementos de detección de inmadurez celular que inducen la apoptosis cuando la célula no está capacitada para entrar en mitosis. El resultado final es que durante el ciclo celular se determina cuándo la célula debe entrar en el proceso de autodestrucción o continuar el ciclo y dividirse, lo que en la práctica supone un equilibrio entre mitosis y apoptosis, regulando la población celular de cada tejido.

FASES DE LA APOPTOSIS

El proceso apoptótico puede ser dividido en tres etapas: la primera fase es la de iniciación, en la cual la célula recibe el estimulo que la conduce a la muerte; en la segunda o fase de ejecución, se dan la mayor parte de los cambios morfológicos y bioquímicos característicos de la apoptosis; y por ultimo en la etapa de eliminación, los restos celulares son degradados por los macrófagos y células adyacentes.

1) Fase de iniciación o efectora

La muerte apoptotica puede ser desencadenada por diferentes señales intra o extracelulares. Las primeras son, en muchos casos, originadas por estrés biológico, el cual provoca la liberación de citocromo C de la mitocondria (vía intrínseca), mientras que algunas de las señales extracelulares desencadenan el proceso apoptotico al unirse a su ligando presente en la membrana plasmática de la célula blanco (vía extrínseca). La naturaleza de los inductores puede ser fisiológica (hormonas, citosina), biológica (bacterias, virus, parásitos), química (fármacos) o física (radiaciones), pudiendo un mismo estimulo generar efectos diferentes y gasta opuestos en distintos tipos celulares, e incluso en células del mismo tipo pero que se encuentren en diferente etapa de desarrollo.

Es por lo tanto la adopción sin retorno del compromiso hacia la muerte. Se caracteriza por el aumento en el contenido de Ca++ intracelular, que origina la activación de ciertos grupos enzimáticos (endonucleasas y proteasas -caspasas), junto con cambios en el citoesqueleto celular produciendo cambios en el tamaño y forma celular.

2) Fase de ejecución o degradativa:

La célula que ha recibido una señal que le induce apoptosis, pierde contacto con las células vecinas y el citoplasma se contrae provocando una disminución en el tamaño celular. Los organelos citoplasmáticos permanecen intactos, sin embargo en la mitocondria se dan cambios como la reducción del potencial transmembranal, el desacoplamiento de la cadena de transporte de electrones para la síntesis de ATP y el incremento en la generación de especies reactivas del oxigeno. En etapas posteriores la cromatina se condensa y se fragmenta. Finalmente la célula genera un número variable de vesículas de diferentes tamaños (cuerpos apoptóticos) rodeados de membrana plasmática íntegra, que contienen parte de la cromatina y de los organelos celulares.

A nivel bioquímico, cuando un inductor llega a su célula blanco, avanza a través de ella gracias a intermediarios que dirigen dicha señal hacia la maquinaria enzimatica responsable de los cambios, esta maquinaria la constituyen principalmente las caspasas, tanto la apoptosis vía intrínseca como la vía extrínseca, provoca la activación de estas enzimas. Las caspasas activadas dependen del estimulo. Las caspasas constituyen una familia de proteasas de cisteína que muestran entre si similitud en la secuencia de aminoácidos, en estructura y en especificidad; sus sustratos deben contener una molécula de ácido aspartico y requieren del reconocimiento de almenos otros cuatro aminoácidos en el sitio de ruptura. Además de específica la ruptura es muy eficiente. De hecho algunas caspasas pueden ser sustrato de otras así como de sí mismas vía auto procesamiento. Las caspasas son sintetizadas como zimógenos, por lo que requieren de un procesamiento proteo lítico para volverse activas. Los precursores de las caspasas están constitutivamente expresados en las células vivas y su actitud esta regulada por una combinación de proteasas regulatorias, cofactores, umbrales y mecanismos de retroalimentación.

Dentro de las funciones de las caspasas destacan la inactivación de proteínas que normalmente protegen a la célula de la muerte apoptotica, de aquellas involucradas en la reparación de DNA y de las encargadas de la organización del cito esqueleto; participan en la destrucción de la lamina nuclear, en la activación de CAD, e inducen a la célula a expresar señales que la marcan para ser fagocitadas. Uno de los eventos característicos es la fragmentación del DNA por la nucleasa CAD.

La vía extrínseca puede ejemplificarse con la señal pro apoptptica que se desencadena por la unión de Fas con su ligando. FasL (CD95L) es un trímero que al unirse con Fas (CD95 o APO-1) induce la trimerizacion de este. Esta unión provoca el reclutamiento del complejo DISC al dominio citoplasmático de Fas. DISC contiene proteínas adaptadoras que permiten la unión de la pro- caspasa 8 favoreciendo su auto activación, la caspasa 8 puede entonces activar a las caspasas efectoras 3, 6 y 7, además puede activar a Bid y esta inducir la liberación del citocromo C y Apaf-1 de la mitocondria para formar el apoptosoma y activar también la vía intrínseca.

La vía intrínseca o mitocondrial se activa por estrés, y otras señales que provocan la translocacion a la mitocondria de miembros por apoptóticos. Lo anterior provoca la liberación de citocromo C al citosol, lo cual se acompaña de pérdida del potencial de membrana mitocondrial y desestabilización de la membrana externa de la mitocondria. En el citosol el citocromo C se une a Apaf-1 en presencia de ATP y forma el complejo conocido como apoptosoma, el cual activa a la pro-caspasa 9, la cual puede activar a las caspasas 3, 6 y 7, estas son las principales responsables de los cambios morfológicos y bioquimicos que ocurren en la célula apoptotica ya que entre sus sustratos se encuentran proteínas del cito esqueleto, de la membrana nuclear y las encargadas de la reparación del DNA entre otras.

En otras palabras se degradan los ácidos nucleicos y hay más cambios en la membrana celular. Los cuerpos apoptóticos son fagocitados por macrófagos impidiendo la salida del contenido celular al exterior y evitando inflamación. En esta fase se activan las endonucleasas que se encargan de fragmentar el DNA; además se producen cambios marcados en el citoesqueleto, y se condensa la cromatina

3) Fase de eliminación:

Aunque la muerte celular ocurre de manera constante en un organismo, las células que están muriendo por apoptosis son rara vez vistas in situ debido a que son rápida y eficientemente removidas por células fagocíticas. Los responsables de esto son los fagocitos profesionales, pero existen evidencias de que fagocitos no profesionales, como las células dendríticas, epiteliales y fibroblastos también participan en la remoción.

Son varios los mecanismos de reconocimiento de las células apoptoticas, lo cual parece ser un evento conjunto que involucra varios receptores, que pueden funcionar aislada, simultánea o secuencial mente. La existencia de más de un mecanismo de reconocimiento asegura la remoción eficiente, disminuyendo la posibilidad de que estas células liberen su contenido citoplasmático y causen daño.

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