Apoptosis: Muerte celular programada

 INTRODUCCIÓN

 Como sabemos, los organismos vivos se multiplican replicando su material genético. El proceso de replicación de ADN seguido de división celular es el ciclo celular. Para que el organismo funcione correctamente deben existir mecanismos regulados de muerte celular, ya que es necesario un equilibrio entre muerte y división celular. 

  Se diferencian dos tipos de muerte:

 - Necrosis: muerte celular causada por un agente nocivo (agentes externos como el calor, el frío, falta de oxígeno,...).
- Apoptosis: Muerte celular programada, es decir, la célula se “suicida”, ya que activa una serie de proteínas (caspasas) que la autodestruyen.



DEFINICIÓN. TIPOS. 

¿Qué es?

  Es la muerte celular programada (regulada genéticamente), la base del recambio celular de la mayor parte del organismo. Mecanismo natural para eliminar células que supongan una amenaza para el organismo, es parte del desarrollo de los tejidos (de plantas y de animales pluricelulares).

¿Cuándo sucede? 

  Todas las células del organismo están programadas para destruirse por apoptosis. Sucederá cuando, por ejemplo, la célula: 

- Haya realizado todas sus funciones.

- Haya sufrido una mutación grave (a no ser que ésta haya afectado a los genes encargados de la apoptosis).

-Otras. 

Figura 1: Causas de la apoptosis.

¿A qué afecta?

  Afecta a una sola célula (y no a un trozo de tejido u órgano como en la necrosis). Va a afectar a células determinadas, no necesariamente contiguas ni del mismo tejido


¿Qué tipos de apoptosis se distinguen?

  Se distinguen los siguientes tipos de apoptosis:

•  Programada: Como resultado de un programa genético.

•  Activa: Formando parte de un proceso activo, con características morfológicas y bioquímicas propias.

•  Modulable: En respuesta a determinadas condiciones del entorno.

DIFERENCIAS CON LA NECROSIS 

  La apoptosis es un proceso muy distinto a la necrosis. ya que como hemos dicho antes, la necrosis es la muerte celular causada por un agente nocivo, y por tanto, no sucede de forma "programada"

  Durante la necrosis Se produce la hinchazón de la célula y los orgánulos, provocando lesiones irreversibles en la membrana y el estallido de la propia célula, vertiendo el contenido al exterior. Además, esto causa la lesión de las células adyacentes y produce una reacción inflamatoria.  Es  por ello una muerte “explosiva” y que afecta a un trozo de tejido u órgano.

  La necrosis puede ser por autolisis, cuando los lisosomas intracelulares son los que provocan la destrucción celular, o por heterolisis, cuando son otras células como los macrófagos los encargados de la destrucción celular.

PROCESO

  Se produce una pérdida de líquido por parte de la célula apoptótica, la picnosis (condensación del material del núcleo) y empaquetamiento del contenido citoplasmático (lo que evita que se produzca la respuesta inflamatoria característica de la necrosis) pero se conservan algunos orgánulos, en especial las mitocondrias, que juegan un papel importante. Este empaquetamiento del citoplasma da lugar a una granulación fina.

   La membrana celular no se destruye, evitando el escape al medio extracelular de su contenido, sino que se divide en varias vacuolas formando los cuerpos apoptóticos que serán fagocitados por macrófagos o polimorfonucleados.

   Así, en lugar de hincharse y reventar (derramando su contenido intracelular dañino enzimático hacia el espacio intercelular), las células en proceso de apoptosis se encogen, y con frecuencia se fragmentan conformando vesículas pequeñas que contienen el material citoplasmático. De esta manera, pueden ser eficientemente englobadas vía fagocitosis y, consecuentemente, sus componentes son reutilizados por macrófagos (evitando la inflamación y la alarma en el resto del tejido) o por células del tejido adyacente

En la imagen observamos los pasos del proceso:

Figura 2: Proceso de apoptosis.
1) La célula sana inicia la apoptosis (por cualquier motivo). 2) Se produce una pérdida de líquido, la picnosis (condensación del material del núcleo) y el empaquetamiento del contenido citoplasmático. 3) La membrana plasmática se divide en varias vesículas: los cuerpos apoptóticos. Así, no se derrama su contenido en el exterior celular. Estos cuerpos serán fagocitados por macrófagos.  

MECANISMO MOLECULAR DE CONTROL DE LA APOPTOSIS

Actúan varios agentes, el más importante de ellos es el complejo de cisteinil-aspartato proteasas (caspasas).

11 caspasas participan en la apoptosis en células humanas. Otra proteasa implicada es el complejo multiproteico llamado proteosoma.

¿Qué son las caspasas y cómo actuan?

Las caspasas son un grupo de proteasas de cisteína (con un residuo clave de cisteina en su sitio catalítico) que se activan en una etapa temprana de la apoptosis y desencadenan la mayor parte o todos los cambios observados durante la muerte celular. Las capasas realizan esta tarea mediante la división de un grupo selecto de proteínas esenciales.

Figura 3 : Caspasas

  Éstas hidrolizan secuencias específicas de tetrapéptidos que contienen un residuo de aspartato.

  Entre sus sustratos se encuentran:

-Elementos del citoesqueleto (actina, fodrina, proteína Tau y catenina).

-Enzimas encargadas de reparar (PARP) o degradar (ADNasa) el ADN celular .

-Factores de transcripción (retinoblastoma, HDM2).

-Proteínas reguladoras (proteína cinasa C, fosfatasas 2A, cinasas de adhesión focal).

  La activación de las caspasas puede tener lugar en respuesta a estímulos tanto extracelulares como intracelulares. Así, se conocen dos vías para la apoptosis : La vía extracelular y la vía intracelular.

¿Cómo es la vía intrínseca o mitocondrial? 

  Es la principal vía de inducción de apoptosis. Las proteínas de la familia de Bcl-2 regulan la apoptosis ejerciendo su acción sobre la mitocondria. La activación de proteínas pro-apoptóticas de la familia de Bcl-2 provocan una permeabilización de la membrana externa de las mitocondrias (producen poros en la membrana externa) que permite la liberación de numerosas proteínas del espacio intermembrana; entre ellas, el citocromo c. El citocromo c, una vez en el citosol, activa un complejo proteico llamado "apoptosoma", que activa directamente a la caspasa-9. Una vez que la caspasa-9 está activada, ésta activa a las caspasas efectoras como la caspasa-3, lo que desencadena las últimas fases de la apoptosis.

  Numerosos estudios han mostrado que incluso en los casos en los que las caspasas no se activan, la muerte celular sigue sucediendo, bien porque la mitocondria deja de funcionar correctamente o bien por la toxicidad de las proteínas liberadas. La permeabilización mitocondrial constituye el "punto de no retorno" hacia la muerte celular. 

¿Cómo es la vía extrínseca o de los receptores de la muerte?

  Otra vía es la vía extrínseca, que establece conexiones con el espacio extracelular, recibiendo señales proapoptóticas desde el exterior y de las células vecinas. Dos familias de receptores se han identificado con estas características: la proteína Fas y el factor de necrosis tumoral (TNF). Éstos, activan a otros receptores mediante unos segundos mensajeros, que son muy ricos en cisteína. Y estos receptores activan la maquinaria apoptótica mediante reacciones en cascadas que activan la caspasa-8 y ésta activa a la caspasa-3, desencadenando las últimas fases de la apoptosis.

CONCLUSIONES

  La apoptosis es un mecanismo esencial en el organismo para mantener el equilibrio entre la división celular y la muerte celular. Otras de sus funciones son: eliminación de tejidos dañados o infectados, regulación ante condiciones de estrés, regulación del sistema inmunitario y del crecimiento celular y tisular.

Figura 4: Proceso de apoptosis

  Por su gran importancia, los fallos en los procesos asociados a la apoptosis causan diversas enfermedades. La apoptosis incrementada provoca enfermedades neurodegenerativas, como el parkinson y el parkinson; mientras que la inhibición de la apoptosis da lugar a otras como los distintos tipos de cáncer.







BIBLIOGRAFÍA

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2. Alberts, Bruce, Johnson, Alexander y Otros. Molecular Biology of The Cell. 5ª. s.l. : Garland Science, 2008.

3. Karp, Gerald. Biología celular y molecular. 6ª. s.l. : Mc Graw Hill, 2010.