Biología Molecular y Celular de la Apoptosis

1. Universidad El Bosque
Facultad de Odontología
Postgrado de Ortodoncia
Biología Molecular y Celular de
la Apoptosis
Biología Oral
Profesor Juan Carlos Munévar
Fernando Falcón
Javier Martínez

2. Tipos de muerte celular
Necrosis Apoptosis

3. Necrosis vs Apoptosis
• Grupo de células mueren. • Células individuales mueren.
• Destrución del citoesqueleto • Fragmentación celular
(Bleb). (cuerpos apoptóticos).
• Inflamación. • Hay contracción celular en
• Proceso incontrolado pasivo vez de aumento de volumen.
(no hay gasto de energía). • Proceso controlado
• Hay ruptura de la dependiente de energía.
membrana, el contenido • No hay liberación del
citoplasmático sale y hay contenido citoplasmático y
atracción de células los restos celulares son
inflamatorias. 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

5. Necrosis vs Apoptosis

6. 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.
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7. Morfologia celular durante
la apoptosis

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

9. Mecanismos de la apoptosis
Vía Intrínseca Vía extrínseca
Vía perforinas / granzimas A
y B (células T)
Patología Estructural y Funcional. Robbins. Sexta Edición

10. The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

11. 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

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

16. Receptores de Muerte
•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)
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17. 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
DISC
Signaling Complex).
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18. TNFα y TNFR1
• 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 (dominio de muerte
causa una trimerización y agrupamiento (proteína con región
de muerte asociado a Fas)
asociado al TNFR)
de los dominios de muerte para (factor asociado al
TNFR)
desencadenar diferentes vías de
señalización.
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19. TNFα y TNFR1
TRAF-2
(factor asociado
al TNFR)
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

20. 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 DD
unión con el FADD (dominio de DED
muerte asociado a Fas) que también
DED
contiene un DED (dominio efector de
muerte).
• El DED recluta a la procaspasa 8
para formar el Complejo de
Señalización Inductor de Muerte
(DISC).
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21. 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)
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23. Caspasas
Su nombre deriva de: Proteasas dependientes de cisteína
y específicos de aspartato
Su actividad catalítica depende Las caspasas clivan los sustratos
de un residuo cisteína crítico específicamente después de un
residuo de aspartato
Structure and zymogen activation of caspases. Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

24. 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.
Structure and zymogen activation of caspases. Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

25. Caspasas
Pueden dividirse en:
Contienen prodominios largos:
Dominios Efectores de Muerte (DED)
Caspasas iniciadoras: como procaspasas 8 y 10
Procaspasas 2-8-9-10
Dominios de reclutamiento de caspasas (CARD)
Como procaspasas 9 y 2
Caspasas efectoras: Contienen prodominios
Procaspasas 3-6-7 cortos
Caspasas pro Pro IL-1
inflamatorias 1-4-5 Pro IL-18
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26. Caspasas
Pueden Contener:
• Dominios de Reclutamiento y
Activación de Caspasas.
(CARD)
• Dominios Efectores de Muerte
Celular
(DED)
Structure and zymogen activation of caspases. Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

27. 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)
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28. 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
Structure and zymogen activation of caspases. Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

29. 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
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30. 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)
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31. Caspasas
Blancos de las Caspasas
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

32. 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.
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

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

34. Vía Intrínseca
Factores desencadenantes de la vía intrínseca
Un defectuoso del ciclo celular,
Daños del ADN,
Desprendimiento de la matriz
extracelular,
La pérdida de factores de
supervivencia celular,
Hipoxia
Otros tipos graves de estrés celular
Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol. 2007 ; 35(4): 495–516.

36. 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:
Negativos: Ausencias (factores de Positivos: Presencia de factores
crecimiento, hormonas o factores (radiadión, toxinas, hipertermia…
tróficos) )
Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol. 2007 ; 35(4): 495–516.

37. 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
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

38. 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.
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39. 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 I Grupo II y III
Actividad anti-apoptótica Actividad pro-apoptótica
Bcl-2, Bcl-x Bax, Bid, Blk
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

40. 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.
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

41. 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.
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

42. Familia Bcl-2
En condiciones normales Bcl-2 o Bcl-xL
están ancladas en determinadas
membranas intracelulares como la
mitocondria, el retículo endoplásmico o
la membrana nuclear.
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

43. 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.
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44. El citocromo c: Proteína
pequeña que guarda
relación con la membrana
interna de la miticondria.
Desencadena la activación
de las caspasas.
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45. 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)
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46. 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)
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

47. 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
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

48. AIF: Apoptosis inducing factor. Son proteínas
pro apoptóticas. En el núcleo producen la
fragmentación del ADN en porciones de
~50–300 kb.
The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

50. .
Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol. 2007 ; 35(4): 495–516

51. 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.
Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol. 2007 ; 35(4): 495–516.

53. 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

54. • 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

55. 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

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

58. Apoptosis

59. 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

60. Gracias…