APOPTOSIS

Nº de citaciones/año (med line) Apoptosis Mientras los filósofos buscan el significado de la vida, los biólogos están más interesados en el significado de la muerte Valerie Fadok Nº de citaciones/año (med line) Apoptosis Year 1970 1980 1990 2000 1000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 100 9876 1972 2007 2008 123411 147025

Apoptosis fisiológica Defecto Exceso Autoinmunidad SIDA Cáncer Alzheimer

ÍNDICE 1. Fases y características de la apoptosis 2. Apoptosis y filogenia 2.1. Caenorhabditis elegans 2.2. Drosophila melanogaster 2.3. Apoptosis en vertebrados 3. La maquinaria de la muerte celular en humanos 3.1. Caspasas 3.2. Sustratos de caspasas 3.3. Inhibidores de caspasas 3.4. Vías de inducción de apoptosis 3.4.1. Vía extrínseca o de los receptores de muerte 3.4.2. Vía intrínseca o mitocondrial

1) FASES Y CARACTERÍSTICAS DE LA APOPTOSIS

Fases de la apoptosis 2. Ejecución 3. Fagocitosis 1. Decisión 4. Degradación y presentación antígenos Activación de receptores Temprana: Activación de proteasas y endonucleasas Intermedia: Fragmentación DNA Tardía: Emisión de cuerpos apoptóticos Desequilibrio entre factores inductores e inhibidores Detección de fosfatidil serina (PS) Evita liberación de componentes intracelulares inflamación TGF b

Programada genéticamente Accidental. Diferencias entre apoptosis y necrosis. Necrosis (Oncosis) Apoptosis Mecanismo Programada genéticamente Accidental. Tamaño celular Disminuye aumenta Membrana. Se mantiene Se rompe Orgánulos. Se preservan Se desintegran Temprana fragmentos oligonucleosomales tardía fragmentos grandes Fragmentación del DNA Fragmentación celular Los contenidos de los orgánulos se liberan En cuerpos apoptóticos rodeados por membrana . Restos celulares Son reconocidos y fagocitados Inducen inflamación local.

CARACTERÍSTICAS DE LA APOPTOSIS

Consecuencias de la apoptosis La célula se fragmenta en cuerpos apoptóticos con PS en la cara exterior de su membrana Las células fagocíticas: Reconocen PS y fagocitan los cuerpos apoptóticos Al fagocitarlos producen mediadores anti-inflamatorios

Consecuencias de la apoptosis Se impide la liberación de los contenidos celulares al espacio extracelular Permite muerte celular sin inflamación La apoptosis permite la muerte celular sin provocar daño a las células adyacentes

2) APOPTOSIS Y FILOGENIA

2. Apoptosis y filogenia 2.1. Caenorhabditis elegans 2.2. Drosophila melanogaster 2.3. Vertebrados

2.1. C. elegans Primera evidencia de una base genética de la apoptosis. Desarrollo invariante y lineal. Durante la ontogenia de un gusano adulto hermafrodita, 131 céls de la 1090 céls somáticas mueren por apoptosis (959 céls). Análisis genético que determinó genes específicos para la regulación de la apoptosis: egl-1 ced-3 ced-4 ced-9

2.1. C. elegans Mutaciones con pérdida de función en egl-1, ced-3 o ced-4 provocan la supervivencia de las 131 céls: genes inductores de apoptosis. B) Gen supresor de apoptosis, ced-9 Mutantes carentes de ced-9: muerte durante el desarrollo por muerte masiva de céls Ganancia de función: supervivencia de la 131 céls.

2.1. C. elegans La maquinaria básica de muerte celular está altamente conservada en la evolución de los metazoos - ced-3 es una cistein proteasa con dominios de interacción q forman una estruc. parecida al apoptosoma: caspasa iniciadora - ced-4 es una proteína adaptadora q desencadenaría la activación de ced-3 si no estuviera unida a ced-9. - ced-9 es supresora de muerte celular y homóloga a Bcl-2. - egl-1 desplaza a ced-9 de ced-4.

2.1. C. elegans

2.2. D. melanogaster Similitudes con C. elegans: - Caspasas - Adaptadores - Supresores Aparecen: - p53 - IAPs - Mitocondria

2.2. D. melanogaster

2.3. VERTEBRADOS 1. Tanto en C. elegans como en D. melanogaster el desarrollo está restricto a la vida temprana o a la metamorfosis. 2. En vertebrados la morfogénesis, el remodelado y la regeneración se produce abundantemente en muchos tejidos a lo largo de toda la vida. 3. La maquinaria apoptótica es homóloga a invertebrados aunque más elaborada y degenerada.

2.3. VERTEBRADOS En mamíferos aparece: 1. Familia de receptores de muerte cuyo reconocimiento desencadena activación de caspasas y muerte. 2. Daños pro-apoptóticos impactan directamente en la mitocondria y liberan péptidos pro-apoptóticos: - Holocitocromo c - Smac/DIABLO que antagoniza la actividad anti-apoptótica de XIAP.

2.3. VERTEBRADOS

3) MAQUINARIA DE LA MUERTE CELULAR EN HUMANOS

3. Maquinaria de la muerte celular en humanos 3.1. Caspasas 3.2. Sustratos de caspasas 3.3. Inhibidores de caspasas 3.4. Vías de inducción de apoptosis 3.4.1. Vía extrínseca 3.4.2. Vía intrínseca

3.1. CASPASAS

CASPASAS - Son cistein proteasas específicas de aspartato (caspase) - Se expresan como proenzimas (zimógenos) - Presentan 3 dominios: 1. Prodominio terminal 2. Subunidad larga (p20) que contiene el centro activo 3. C-terminal que es la subunidad pequeña (p10) Prodominio terminal Asp Subunidad larga (p20) Asp Subunidad pequeña (p10)

ACTIVACIÓN DE CASPASAS iniciadora Asp Caspasa activa

MECANISMOS DE ACTIVACIÓN DE CASPASAS 1. Activación por otra caspasa 2. Activación inducida por proximidad 3. Asociación con una subunidad reguladora

1. ACTIVACIÓN POR OTRAS CASPASAS Activación de una caspasa por otra previamente activada: cascada de caspasas Caspasas con prodominio corto: Caspasas efectoras Caspasas –3, -6, -7. Amplificación e integración de señales

1. ACTIVACIÓN POR OTRAS CASPASAS

2. ACTIVACIÓN INDUCIDA POR PROXIMIDAD Activación de una caspasa por proximidad: Trimerización de receptores que reclutan caspasas y se procesan mutuamente. Caspasas con prodominio largo: Caspasas iniciadoras. Caspasa -8. Implicada en vía extrínseca (CD95).

2. ACTIVACIÓN INDUCIDA POR PROXIMIDAD

3. ASOCIACIÓN CON UNA SUBUNIDAD REGULADORA Activación de una caspasa a través de un cofactor. No se activa por proteolisis sino por cambio conformacional. Caspasas con prodominio largo: Caspasas iniciadoras. Caspasa -9. Cofactor: Apaf-1. Citocromo c. Implicada en vía intrínseca o mitocondrial.

3. ASOCIACIÓN CON UNA SUBUNIDAD REGULADORA Apoptosoma

CASPASAS Las caspasas efectoras se activan proteolíticamente por otras caspasas Las caspasas iniciadoras son activadas mediante interacciones reguladas proteína-proteína.

3.2. SUSTRATOS DE CASPASAS

SUSTRATOS DE CASPASAS La caspasa-3 es la última responsable de los efectos apoptóticos junto con las caspasas -6 y –7. Estas 3 caspasas ejecutoras causan el fenotipo apoptótico: Fragmentación de DNA Alteraciones de la membrana plasmática Translocación PS

1) FRAGMENTACIÓN DEL DNA La caspasa-3 actúa sobre el complejo DNasa activado por caspasa (CAD) y sobre su inhibidor, iCAD. iCAD CAD Caspasa-3

2) ALTERACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA La caspasa-3 actúa sobre: La gelsolina La fodrina Se disocia de membrana plasmática del citoesqueleto Formación de vesículas Plegamiento de la membrana plasmática

3.3. INHIBIDORES DE CASPASAS

INHIBIDORES DE CASPASAS Proteínas inhibidoras de apoptosis (IAP). Se identificaron en baculovirus. Hay al menos 5 en mamíferos: X-linked inhibitor of apoptosis (XIAP) c-IAP1 c-IAP2 IAP neuronal Survivina Todos inhiben caspasa –3 y –7 activa y procaspasa-9.

INHIBIDORES DE CASPASAS Frenan la apoptosis por inhibición, unión y degradación: 1. Dominio repetido IAP de baculovirus (BIR) por el q el IAP se une e inhibe a las caspasas. Entre 1-4 dominios BIR. 2. Dominio RING q actúa como una ligasa de ubiquitina: degradación del IAP y de cualquier caspasa unida a él. 3. Dominio CARD: regulación directa o indirecta del procesamiento de las caspasas. c-IAP1 y c-IAP2

INHIBIDORES DE CASPASAS RING BIR3 BIR2 BIR1 XIAP c-IAP1 c-IAP2 RING BIR3 BIR2 BIR1 CARD

3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN DE APOPTOSIS

3.4) VÍAS DE INDUCCIÓN DE APOPTOSIS Existen dos vías de inducción de apoptosis: 3.4.1. Vía extrínseca o vía de los receptores de muerte 3.4.2. Vía intrínseca o vía de la mitocondria

3.4.1. VÍA EXTRÍNSECA A través de receptores superficiales: receptores de muerte. Receptores de la familia de TNFR: CD95, TNFR1, TNFR2. Tb DR3, TRAIL... Requiere trimerización para la transducción de la señal. Al receptor activado se le asocia un complejo de proteínas: dominio de señalización inductor de muerte (DISC, death-induced signalling domain)

DISC 1. El adaptador FADD se une a través de su dominio de muerte (DD) al dominio de muerte del receptor activado 2. FADD contiene un dominio efector de muerte (DED) que por homología atrae procaspasa-8 o FLICE que se activa. 3. Inhibición debida a proteínas con dos dominios DED: proteína inhibidora de FLICE (FLIP, FLICE-inhibitory protein).

CD95L CD95 DD DISC Procaspasa-8 DED FADD c-FLIP Caspasa-8 Bid Caspasa-3

3.4.1. VÍA EXTRÍNSECA FasL Fas MORT/FAAD caspasa 8 Hidrólisis de NuMA Bid Vía mitocondrial caspasa-7 caspasa-3 caspasa-6 Deshidratación citoplásmica Externalización de PS Formación de cuerpos apoptóticos Fragmentación DNA Condensación cromatina Hidrólisis de NuMA Fragmentación nuclear Cambios apoptóticos extranucleares Cambios apoptóticos nucleares

3.4.1. VÍA EXTRÍNSECA

3.4.2. VÍA INTRÍNSECA La regulación de la apoptosis en esta vía es debida a la familia de Bcl-2. Bcl-2 fue descubierto como un proto-oncogén en el linfoma folicular de células B y es homólogo a ced-9. Existen 19 miembros que se dividen en tres grupos. Cada miembro posee al menos uno de los cuatro motivos conservados denominados dominios de homología con Bcl-2 (BH): BH1-BH4.

FAMILIA DE Bcl-2 1. Grupo I: - Actividad anti-apoptótica - Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w... - 4 motivos BH: BH1-BH4 - Cola hidrofóbica en el C-terminal 2. Grupo II: - Actividad pro-apoptótica - Bax, Bak, Bok... - Carecen de BH4 3. Grupo III: - Bid, Bik, Bad, Bim... - Sólo poseen el dominio BH3 - Pueden o no tener región transmembrana

CONTROL DE LA APOPTOSIS POR LA FAMILIA DE Bcl-2 Los miembros de la familia de Bcl-2 intentan bloquear el siguiente movimiento de otro. Algunos homodimerizan Se forman heterodímeros de miembros pro y anti-apoptóticos neutralizándose Gradiente pro-apoptóticos Gradiente Anti-apoptóticos

MITOCONDRIA: CENTRO DE LA MUERTE CELULAR La mitocondria no es sólo la central productora de energía de la célula, también es un arsenal pues secuestra un potente combinado de proteínas pro-apoptóticas: Citocromo c: Componente junto con Apaf-1 y caspasa 9del apoptosoma Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspases/direct IAP-binding protein with low pI): es una proteína que inhibe IAPs secuestrándolas.

p53 Bcl-2 Bax citocromo c Smac/DIABLO Daño genotóxico Apaf-1 Procaspasa-9 Smac/DIABLO Procaspasa-3 IAPs caspasa-3 Apoptosoma

INTEGRACIÓN DE LAS DOS VÍAS

APOPTOSIS Características definidas Regulada genéticamente Conservada en la evolución Muy regulada: patologías Inducida por señales externas e internas