ENVEJECIMIENTO Y APOPTOSIS Dra. Judith de Rodas Salón 207, 2017

hasta los sistemas fisiológicos. La geriatría como la gerontología, son ciencias que se encargan del estudio del envejecimiento. El envejecimiento es un fenómeno multifactorial, afecta todos los niveles de organización biológica, desde las moléculas hasta los sistemas fisiológicos. El envejecimiento temprano o progeria (síndrome de Werner y sindrome de Hutchinson) aparece codificado en los genes, es una enfermedad genética muy rara de la de la infancia 4 infanci, un envejecimiento brusco y de los primeros años de vida (1 a 3 años), daña a los diferentes órganos y tejidos: hueso, piel músculos, tejido subcutaneo (sin grasa) y sistema circulatorio. Son niños con baja estatura, craneo prominente, alopecia, arrugas, rigidéz articular, signos de vejez

Teorías del envejecimiento Se han formulado casi 200 teorías para explicar porqué los organismos envejecen, desde complejos procesos moleculares; hasta metafísicas explicaciones de las "razones del ser», pero aún son un misterio para la biología. El proceso involucra distintos tipos de células, interacciones celulares, factores internos y externos al organismo. 1. Programación genética/Reloj biológico: La mayoría de las células están programadas para reproducirse un número fijo de veces (40 a 60) y luego entran un período en el cual no pueden volver a multiplicarse y que inevitablemente la lleva a la muerte.

Teoría del error catastrófico Acumulación de errores en la síntesis proteica, que causan daño en la función celular debido a errores en los procesos de transcripción y translación, que se van acumulando con el tiempo. Teoría de la acumulación de productos de desecho: es posible que la acumulación de productos del metabolismo celular, que al no ser solubles no pueden ser eliminados acumulándose en las células. Teoría de los radicales libres (o de la peroxidación): El daño producido en los tejidos por los radicales libres que se forman durante el proceso oxidativo del metabolismo normal, reaccionan con los componentes celulares, originando la muerte de células vitales y, finalmente, el envejecimiento y la muerte del organismo.

El oxígeno ayuda al metabolismo celular, produciendo energía en la cadena respiratoria, pero como su utilización y manejo no es perfecta, se producen átomos y moléculas inestables y muy reactivas (radicales libres), que producen daño a las células a través de reacciones oxidativas. Mutaciones en el ADN Radicales libres Las mitocondrias, alteran los componentes celulares por acumulación endógena de especies reactivas de oxigeno (ERO), que dañan las membranas, las enzimas, el ADN, los órganos y tejidos, debido al metabolismo oxidativo celular, lo que conlleva a prematuro envejecimiento y al aparecimiento de numerosas enfermedades: cardiovasculares, neurológicas, degenerativas y cáncer).

BASES MOLECULARES DE LA APOPTOSIS Muerte programada dentro de la misma célula, en ausencia de injuria directa y sin proceso inflamatorio, características que la diferencian de la necrosis. La apoptosis juega un rol importante en la homeostasis de los tejidos durante el programa de desarrollo desde las etapas embrionarias hasta el recambio celular en el individuo adulto. La apoptosis funciona en la remodelación de tejidos embrionarios, la diaria remoción de células cutáneas, la regresión de la próstata o timo a partir de cierta edad, cambios celulares que provocan la menstruación o el fin de la lactación. Este equilibrio u homeostasis celular se da entre dos acontecimientos importantes de la vida celular: su proliferación y su muerte.

Etapas del proceso apoptótico: Ocurre muerte de células en forma programada, y se pueden separar 3 fases: Inducción: inicia con el reconocimiento de la señal de muerte externa o interna, su transducción por medio de moléculas adaptadoras a efectores hacia los procesos de ejecución. Los estímulos externo son: familias de receptores de membrana llamados Fas/CD95) y TNFR1 (factor de necrosis tumoral) proteínas que atraviesan la membrana celular y transducen la señal de afuera hacia adentro, la proteína Fas induce apoptosis, desencadenado por TNF y Fas-Ligando, muy importante en el sistema inmunitario, en enfermedades autoinmunes, SIDA, transplante de medula ósea. Los estímulos internos: son activados por acumulación de radicales libres, de citocromo c en citoplasma en ves de la mitocondria, daño en el DNA, a veces el daño se da directamente dentro de la célula o los sensores son activados en respuesta al estrés.

Ejecución: Se activa una maquinaria celular que incluye cascadas de proteasas, y enzimas líticas cuyo sustrato son diversas moléculas celulares, donde actúan proteínas anti apoptóticas. que incluye la super familia de proteinas kinasas mitogenas activadas ( MAPKs ), los estímulos activan un primer grupo de MAPKs que fosforilan otros miembros en cascada y factores de transcripción como c-jun y ATF2 para expresar los genes de proteínas efectoras. Otros sistemas comprenden el daño en el material genético mediante proteínas como p53 y Rb (del gen del retinoblastoma) para la reparación del ADN si es posible, o se toma la vía de apoptosis. Factores de crecimiento y oncogenes son reguladores positivos de la progresión del ciclo celular, mientras los genes supresores de tumores como p53 y Rb se oponen a la proliferación celular incontrolada, a través de la inhibición de los protooncogenes. Otros sistemas incluyen la vigilancia de daño en el material genético mediante proteínas como p53 y Rb (del gen del retinoblastoma) que deciden la reparación del ADN si se puede, caso contrario se toma la vía de apoptosis. Los factores de crecimiento y protooricogenes son reguladores positivos de la progresión del ciclo celular, mientras los genes supresores de tumores como p53 y Rb se oponen a la proliferación celular incontrolada, a través de la inhibición de los protooncogenes

- Degradación: asociado a la desinategración de las organelas, núcleo y formación de cuerpos apoptóticos, contrariamente a las otras fases, la célula se encuentra en el "punto de no retorno", irreversible. Caspasas o la familia ICE: diferentes tipos de señales intermediarias convergen en la activación de las caspasas (cysteine-containing aspartate-specific proteases), también llamadas proteínas relacionadas a ICE (interleukin-1b-converting enzyme), enzimas proteolíticas que normalmente están inactivas como precursores pro-caspasas, son ricas en cisteína y cortan en aspartatos específicos. Las caspasas 8, se activan primero por oligomerización con las moléculas adaptadoras y luego se autoclivan para convertirse en proteasas funcionales, que actiavan otras pro-caspasas en cascadas proteolíticas 3,4,1 Citocromo c (cyto c): proteína liberada por radicales libres es de las más importantes en el proceso de transporte electrónico producido al interior de la mitocondria. Cuando cyto c es "derramado" en el citoplasma se acopla a moléculas adaptadoras como Apaf-1 (apoptosis activator factor 1) que en presencia de ATP y dATP activa la procaspasa-9 quien a su turno cliva otras caspasas.

La familia Bcl 2: Compuesta de varios miembros de proteínas que sirven de reguladores positivos y negativos de la apoptosis una vez que se activa la maquinaria. Algunos aceleran el proceso (proapoptótico) como Bax y Bik, otros hacen que se preserve la vida celular (antiapoptótico) como Bcl-2 y Bcl-XL. Se cree que los proapotóticos crean poros en la membrana mitocondrial y estorban la interacción de procaspasas con proteínas antiapoptóticas. Por otro lado los antiapoptóticos tratan de preservar la integridad de la mitocondria y taparían las fugas de material mitocondrial (incluyendo cyto c) al citoplasma. También impedirían la asociación del adaptador Apaf-1 con procaspasa-9 inhibiendo de esa manera su activación8,10.

Ejecución: se produce una serie de alteraciones celulares como condensación del núcleo y luego fragmentación de su cromatina Se produce una serie de alteraciones celulares como condensación del núcleo y luego fragmentación de su cromatina Las organelas se destruyen, las mitocondrias vierten su contenido al citoplasma, señales importantes del compromiso celular hacia la apoptosis. La forma celular se pierde por la destrucción del citoesqueleto y la célula se vuelve esférica. Finalmente las células se retraen, condensan y se fragmentan originando los llamados "cuerpos apoptóticos" formados de organelas y cromatina rodeadas de membrana plasmática que mantiene su integridad durante todo el proceso. Hay ausencia de hinchazón celular y de liberación del contenido intracitoplasmático, no hay inflamación que si ocurre en necrosis. Los cuerpos apoptóticos son fagocitados por macrófagos o células vecinas que en otras circunstancias carecen de esta propiedad. Según Cohen (1993) toda célula nucleada probablemente tenga capacidad fagocítica y puede digerir células que han muerto apoptóticamente, por ejemplo cita a las células epiteliales.

APOPOTOSIS Muerte celular programada o inducida por el mismo organismo para controlar su desarrollo y crecimiento, es fisiológica y desencadenada por señales celulares controladas genéticamente. Es un proceso en el cual las células en exceso, dañadas, viejas o disfuncionales son destruidas, por representar un peligro para la integridad del organismo, para evitar que sigan reproduciendo y causen enfermedades (cáncer). Es útil para eliminar las células en exceso, reabsorción de la cola de los renacuajos, eliminación de membranas interdigitales, eliminación de células infectadas con virus tumorales. Célula normal Condensación de cromatina Fragmentación de cromátina Cuerpos apoptóticos

Enzimas relacionadas a la apoptosis: 3 vías de apoptosis: extrínseco, intrínseco y el perforina/granzima. Por vía extrínseca inicia la apoptosis, mediada por receptores de muerte transmembrales caracterizados por la presencia de receptores de necrosis tumoral (TNF) que activa factores de transcripción (NFk B y el JNK/AP-1) y FAS que activan caspasas. Enzimas relacionadas a la apoptosis: En la apoptosis ocurre fragmentación del DNA, la condensación de la cromatina, encogimiento de la célula y su desintegración en vesículas llamadas cuerpos apoptóticos, cambios morfológicos en los que participan caspasas (Cisteín aspartato proteasas)

CARACTERISTICAS DE LAS CASPASAS Y VARIEDAD QUE PARTICIPAN EN LA APOPTOSIS: Las caspasas son mediadores esenciales de los procesos apoptóticos, especialmente en los morfogenéticos del desarrollo embrionario, pero también están implicadas en procesos de maduración proteica como en el caso de mediadores del sistema inmune del tipo de las interleucinas. Fallos en procesos mediados por caspasas son las causas principales del desarrollo de tumores y enfermedades autoinmunes, así como una excesiva activación se vincula con enfermedades como el Alzheimer. De las 14 variedades de enzimas caspasas, 11pertenecen a proteínas humanas, entre estas: CASPASA 1: familia de proteasas importante en los procesos de inflamacion y muerte celular, poseen 2 dominios, de activación y de regulación. Son altamente específicas.

2 grupos de caspasas relacionadas con la apoptosis: A. grupo inflamatorio formado por la caspasa del gen 11, B. grupo apoptótico, formado por las relacionadas con ced-3 como las caspasas-3 y -7, ambos presentan similitudes en cuanto a la especificidad de sustrato, pero el primero media la maduración de citocinas pro-inflamatorias y el segundo el procesamiento de productos que desencadenan cambios celulares: degradación del ADN, condensación de cromatina y desintegración de la membrana plasmática. Caspasas iniciadoras y caspasas efectoras: Iniciadoras como las caspasas-8 y -9​ procesan las formas inactivas de las caspasas efectoras como las caspasas-3 y 7. Las caspasas 2 y 9 son reguladoras e inducen a la formación de los cuerpos apoptóticos.

CANCER Capacidad de invadir, migrar e implantarse con éxito para estimular el nuevo crecimiento de vasos sanguíneos son todas las propiedades importantes de las células metastásicas para la formación del tumor primario. Unas 30 000 millones de células que constituyen nuestro organismo nacen, crecen, se dividen y mueren bajo la estricta vigilancia de la molécula de ADN y la participación de gran cantidad de proteínas, enzimas, factores de crecimientos y genes que se activan y desactivan con la precisión de la maquinaria de un reloj, Señales reguladoras del crecimiento recibidas por la célula regulan si ésta debe o no pasar a través de su ciclo de vida.

CANCER: es monoclonal La transformación maligna de una célula ocurre por acumulación de mutaciones en unos genes específicos, agrupados en 2 familias: Protooncogenes: dirigen la producción de proteínas como ciclinas, factores de crecimiento, receptores, etcétera que estimulan actuan durante el ciclo celular y regulan la proliferación celular. Oncogenes: estimulan la multiplicación anómala de las células, algunos de ellos estimulan la transcripción incrementándose de forma masiva determinados factores de crecimiento y multiplicación celular. GENES SUPRESORES Controlan la proliferación celular, son reguladores negativos del crecimiento y cuando no están presentes en la célula o se encuentran inactivos a causa de mutaciones, las células dejan de crecer normalmente y adquieren propiedades proliferativas anormales, características de las células tumorales.

Variedad de genes supresores: Rb inactivo estimula la aparicion del retinoblastoma.

Genes supresores de tumores: Son genes que reducen la probabilidad de que una célula se transforme en cancerígena. Se encuentran en las células normales (son parte del genóma) e inhiben la proliferación celular excesiva. Una mutación o deleción de un gen supresor tumoral puede conducir a un tumor, al perder su función y actuar como un oncogén. Las proteínas codificadas por los genes supresores de tumores detienen la progresión del ciclo celular por un daño en el ADN o a señales de supresión del crecimiento provenientes del medio extracelularinactivos, Si los genes supresores de tumores estan mutados, las células no responden normalmente a los puntos de control del ciclo celular, o son incapaces de hacer apoptosis, si el daño del ADN es considerable

Genes supresores de tumores P53 guardián del genoma

C

Transformación oncogénica: Proceso que sigue la célula cancerosa

Hay > 100 oncogenes conocidos que pueden contribuir a la transformación neoplásica en células humanas. El gen RAS codifica la proteína ras, que lleva las señales de los receptores unidos a la membrana por la vía RAS-MAPKinase al núcleo de la célula, y por lo tanto regula la división celular. Las mutaciones pueden causar activación inapropiada de la proteína Ras, que determina el crecimiento celular descontrolado. De hecho, la proteína ras es anormal en alrededor del 25% de los cánceres humanos. Se han implicado otros oncogenes en cánceres específicos; por ejemplo: HER2-NEU (amplificado pero no mutado en el cáncer de mama) BCR-ABL (una translocación de 2 genes que subyace a la leucemia mieloide crónica y algunas leucemias linfocíticas agudas de linfocitos B) C-MYC (linfoma de Burkitt) N-MYC (cáncer microcítico de pulmón, neuroblastoma) EGFR mutado (adenocarcinoma de pulmón) EML4-ALK (una translocación que activa la tirosina cinasa ALK y causa una forma única de adenocarcinoma de pulmón)

Genes supresores: Gen Rb: el producto del gen Rb regula la progresión de las células desde la fase GI del ciclo celular a la fase S. p53 Codifica para la proteína p53, si el material genético de la célula resulta dañado o algún sistema de control se desajusta, p53 lo detecta e intenta restaurarlo. Si la lesión no es grave, la p53 detiene la división celular y activa los genes reparadores del ADN. Si para p53 el daño es irreparable pone en marcha los mecanismos genéticos para que la célula entre en apoptosis WT1 Involucrado en el tumor de Wilm del riñón. BRCA1y 2 Involucrados en cánceres de mama y ovario. VHL Involucrado en cáncer de células renales. Cuando la célula recibe el estímulo de los factores de crecimiento, las ciclinas D y E también son estimuladas y activan a las CDK (CDK4 y CDKó); a su vez, éstas producen la fosforilación de pRb y la liberación de factores de transcripción E2E Así pues, la transcripción de los genes es esencial para que la célula inicie la fase S. Cuando existen mutaciones del gen Rb, la regulación de los factores de transcripción E2F se pierde y la célula permanece en el ciclo, aunque no reciba ningún estímulo para el crecimiento.

P53: GUARDIAN DEL GENOMA: