Apoptosis

Concepto de Apoptosis

La apoptosis es un tipo de muerte celular programada caracterizada por modificaciones morfológicas y bioquímicas en las células. Las alteraciones morfológicas se refieren al encogimiento de las células, mantenimiento de la integridad del organelo, condensación y fragmentación nuclear, entre otras. En cuanto a las alteraciones bioquímicas, éstas son caracterizadas por la externalización de la fosfatidilserina y por numerosos clivajes de sustratos por enzimas específicas [revisado en (Indran et al., 2011; Ouyang et al., 2012)].

Existen dos tipos de vías apoptóticas: la extrínseca (o vía de los receptores de muerte) y la intrínseca (o vía mitocondrial). Relativamente a la vía extrínseca, consiste en la activación de receptores de muerte que están localizados en la superficie de la membrana celular. Esta vía se inicia cuando ocurre un enlace de los ligandos de muerte a sus correspondientes receptores, como por ejemplo enlace del ligando FASL al receptor FAS/CD95. Estos receptores contienen un dominio extracelular y un dominio intracelular citoplasmático (también conocido como dominio de muerte). Este último es responsable por la transmisión de la señal de muerte, llevando a la activación de los receptores de muerte que, a su vez, reclutan la molécula adaptadora FADD (FAS-proteína asociada con dominio de muerte) y la procaspasa-9, llevando a la formación del complejo de señalización de inducción de muerte (DISC). A su vez, el complejo DISC activa la caspasa iniciadora pro-caspasa-8 que, puesto que en su forma activa de caspasa-8 puede activar las caspasas ejecutoras a través de dos vías: a) cliva directamente las pro-caspasas-3, -6 y -7, accionando así la vía ejecutora de la apoptosis que, en este caso, es una vía dependiente de caspasas e independiente de la vía mitocondrial; b) cliva la proteína Bid (proteína pro-apoptótica de la familia Bcl-2) en el fragmento Bid truncado (tBid) que sufre translocación para la mitocondria donde induce la liberación del citocromo C (cit C). Éste, a su vez, se enlaza al factor-1 apoptótico activador de la peptidasa (APAF-1) y a la pro-caspasa iniciadora -9, formando así el apoptosoma. Esta estructura induce la activación de la caspasa-9 que a su vez cliva las pro-caspasas ejecutoras -3, -6 y -7 activándolas, desencadenándose así el proceso apoptótico [revisado en (Indran et al., 2011; Ouyang et al., 2012; Galluzzi et al., 2012)].

Por otro lado, la vía intrínseca es activada por diferentes condiciones de estrés dentro de la célula, como por ejemplo daños en el ADN, hipoxia, privación de nutrientes esenciales para el crecimiento y radiación, entre otros, llevando a alteraciones en la permeabilidad de la membrana mitocondrial interna. Por consiguiente, estas alteraciones llevan a modificaciones en la permeabilización de la membrana mitocondrial externa (MOMP), a la pérdida del potencial de membrana (Δѱm), a la parada de síntesis de ATP, a la liberación de proteínas pro-apoptóticas y a la elevada producción de especies reactivas de oxígeno (ROS). En lo que se refiere a las proteínas pro-apoptóticas liberadas, éstas pueden ser divididas en dos grupos: un grupo que induce apoptosis en una vía dependiente de caspasas, en el cual están incluidos el cit C, una proteína de enlace con bajo punto isoeléctrico que inhibe directamente la familia de los inhibidores de la apoptosis (IAP) denominada DIABLO (también conocida como segundo activador de caspasas derivado de la mitocondria – SMAC) y una proteína de elevada temperatura (HTRA2); y otro grupo induce apoptosis en una vía independiente de caspasas en el cual están incluidos el factor inductor de apoptosis (AIF) y la endonucleasa G (EndoG). Relativamente a las proteínas DIABLO/SMAC y HTRA2, éstas tienen como principal papel inhibir la función antiapoptótica de diversos miembros de la familia IAP, llevando así a la activación de las caspasas ejecutoras -3, -6 y -7, permitiendo la progresión del proceso apoptótico. En cuanto al factor AIF y a la EndoG, tras ser liberados por la mitocondria sufren translocación para el núcleo donde van a llevar la fragmentación del ADN. La vía mitocondrial de la apoptosis es sobre todo controlada y regulada por los miembros de la familia de la Bcl-2. Esta familia que es constituida por miembros pro-apoptóticos (Bax, Bak, Bad, Bcl-Xs, Bid, Bik, Bim, Hrk, Puma y Noxa) regula la liberación del cit C de la mitocondria. En este sentido, cuando ocurre interacción entre las proteínas antiapoptóticas Bcl-2 y Bcl-Xl y las proteínas mitocondriales responsables por la formación de poros hay una protección de la integridad de la membrana mitocondrial, lo que hace con que no ocurra liberación del cit C. Por otro lado, la proteína proapoptótica Bax puede homodimerizar o heterodimerizar con Bak o tBid, llevando a la formación de poros mitocondriales, quedando así la liberación de cit C favorecida. Al ocurrir la liberación de esta proteína apoptótica, como fue mencionado anteriormente, ésta se enlaza al APAF-1 y a la pro-caspasa-9, formando la estructura del apoptosoma. Este complejo lleva entonces a la formación de la caspasa-9 activa que, a su vez, activa las pro-caspasas-3, -6 y -7, desencadenando así el proceso apoptótico. Adicionalmente, será importante referir que las proteínas proapoptóticas Puma y Noxa también contribuyen para el proceso apoptótico puesto que bloquean los efectos de las proteínas antiapoptóticas en la mitocondria [revisado en (Elmore, 2007; Indran et al., 2011; Ouyang et al., 2012; Galluzzi et al., 2012)].

Existen diferentes métodos para determinar la apoptosis [revisado en (Ulukaya et al., 2011)]:

1. Morfológicos (basados en diferentes tipos de microscopía);
2. Inmunohistoquímicos (incluyen los ensayos de Anexina V-FITC, TUNEL, detección del antígeno M30, detección de activación de caspasa-3);
3. Bioquímicos (incluyen electroforesis en gel de agarosa para evaluar la fragmentación del ADN, Western blotting para evaluar la activación de la caspasa-3 y la liberación del citocromo C y Citometría de flujo para analizar la exposición de la fosfatidilserina-Anexina V-FITC);
4. Inmunológicos (incluyen la técnica de ELISA para detección del antígeno M30 y métodos Fluorimétricos para detectar caspasas activas);
5. Arrays (el ADN microarray es una técnica relativamente reciente que permite detectar en un solo ensayo diferentes genes relacionados con apoptosis, siendo por ello considerado de cierta forma una tecnología efectiva y de bajo coste).

References:

• Elmore S. Apoptosis: a review of programmed cell death. Toxicol Pathol 2007 Jun; 35 (4): 495-516;
• Galluzzi L, Vitale I, Abrams JM, Alnemri ES, Baehrecke EH, Blagosklonny MV, Dawson TM, Dawson VL, El-Deiry WS, Fulda S, Gottlieb E, Green DR,Hengartner MO, Kepp O, Knight RA, Kumar S, Lipton SA, Lu X, Madeo F, Malorni W, Mehlen P, Nuñez G, Peter ME, Piacentini M, Rubinsztein DC, Shi Y, Simon HU, Vandenabeele P, White E, Yuan J, Zhivotovsky B, Melino G, Kroemer G. Molecular definitions of cell death subroutines: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2012. Cell Death Differ 2012 Jan; 19 (1): 107-120;
• Indran IR, Tufo G, Pervaiz S, Brenner C. Recent advances in apoptosis, mitochondria and drug resistance in cancer cells. Biochim Biophys Acta 2011 Jun; 1807 (6): 735-45;
• Ouyang L, Shi Z, Zhao S, Wang FT, Zhou TT, Liu B, Bao JK. Programmed cell death pathways in cancer: a review of apoptosis, autophagy and programmed necrosis. Cell Prolif 2012 Dec; 45 (6): 487-498;
• Ulukaya E, Acilan C, Ari F, Ikitimur E, Yilmaz Y. A Glance at the methods for detection of apoptosis qualitatively and quantitatively. Turk J Biochem 2011 May; 36 (3): 261-269.