La apoptosis

La apoptosis, también llamada muerte fisiológica o 'suicidio celular', es un proceso de muerte programada dentro de la misma célula en ausencia de injuria directa y sin proceso inflamatorio, características que la diferencian de la necrosis. A pesar que puede ser gatillada por diferentes estímulos internos o externos, el proceso converge en eventos intracelulares seriados, regulados y coordinados, con cascadas de proteólisis y destrucción controlada de organelas y el material genético. Características como la degradación 'en escalera' del DNA o la contracción del citoplasma y la presencia de un núcleo con aparición de cuerpos apoptóticos, son visibles en las etapas finales del proceso.

ETAPAS DEL PROCESO APOPTÓTICO
Este proceso de eliminación de células en forma programada, tiene características morfológicas típicas que la diferencian de la necrosis. Esquematicamente se pueden separar 3 fases
i) Inducción: que comienza con el reconocimiento de la señal de muerte externa o interna, su transducción por medio de moléculas adaptadoras citoplasmicas a efectores para la conducción hacia los procesos de ejecución.
ii) Ejecución: Se enciende una maquinaria celular que incluye cascadas de proteasas, y otras enzimas líticas cuyo sustrato son diversas moléculas celulares, a este nivel pueden actuar proteínas antiapoptóticas.
iii) Degradación: Evento asociado con el desmembramiento 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.I. Inducción: La célula detecta una señal (extra o intracelular) de muerte mediante cualquiera de sus sensores. Los sensores externos interactúan con proteínas adaptadoras intracelulares quienes a su vez activan enzimas que van a preparar el proceso de ejecución.
a) Sensores externos: Entre los sensores externos mejor caracterizados estan las familias de receptores de membrana representados por Fas/CD95 (oncogen Fas/Cell death protein # 95) y TNFR1 (tumor necrosis factor receptor 1). Estas proteínas atraviesan la membrana celular y transducen la señal de afuera hacia adentro mediante oligomerización (agrupación de moléculas similares) y sutiles cambios químicos tipo fosforilación (kinasión)/defosforilación. Tienen un dominio extracelular que interactua con un ligando (la molécula señal), ejemplos bien estudiados de ligandos son Fas-L (Fas ligand) del linfocito T citotóxico y TNF (tumor necrosisfactor). La proteína Fas induce apoptosis, desencadenado por TNF y Fas-L, teniendo una gran importancia en el sistema inmunitario, en enfermedades autoinmunes, SIDA, transplante de medula ósea3 .
Al otro lado de la membrana Fas y TNFR1 tienen un dominio intracitoplasmico llamado DD (death domain) que oligomeriza con proteínas adaptadoras intracelulares que también tienen un dominio DD8. Ejemplos de proteínas adaptadoras son FADD (Fas associating protein withDD) y TRADD (TNF receptor - associating protein with DD) que son reclutadas a la membrana celular por Fas o TNFR respectivamente8. Las moléculas adaptadoras FADD y TRADD tienen a su vez otro dominio llamado DED(death effector domain) que recluta precursores de las moléculas efectoras llamadas caspasas, que también poseen un dominio DED (ver moléculas efectoras)8.
b) Sensores internos: Los sensores internos son activados por la acumulación de radicales libres, presencia de citocromo c en citoplasma (normalmente confinada en mitocondrias), daño en el DNA, etc. A veces el daño se da directamente dentro de la célula o a veces los sensores son activados como respuesta al estrés.
Un sistema incluye la superfamilia de proteínas MAPKs (mitogen-activated protein kinases). Los estímulos activan un primer grupo de MAPKs que van a fosforilar otros miembros en cascada, resultando en la fosforilación de factores de transcripción como c-jun y ATF2 para expresar los genes de proteínas efectoras. Dos subfamilias que responden a estrés han sido bien caracterizadas, una que incluye JNK/SAPK (c-jun N-terminal kinase/stress activatedproteinkinase) y al p38-MAPK y la otra subfamilia es de las ERKs (kinasas reguladas por señales extracelulares). Las vías del JNK y p38 son activadas por variedad de estímulos externos como radicales libres, rayos UV, ceramida libre y citokinas; mientras que las vías de ERK pueden ser activadas por factores de crecimiento8. Recientemente se ha demostrado in vitro e in vivo que JNK y p38 estan implicados en el remodelado cardiaco en I.C. La hipertrofia de cardiomiocitos así como apoptosis pueden ser inducidas por distintos miembros de la familia p38, sugiriendo un rol significativo de la señal p38 en la fisiopatología de la I.C. La vía de señales MAPKes mas compleja de lo que se piensa, y probablemente esta complejidad provee selectividad diferencial a cada tipo celular9.
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 protooncogenes3,4.
II. Ejecución: La maquinaria de apoptosis es activada para la producción de proteínas ejecutoras que degradaran la estructura celular. Hay la activación de proteasas específicas de apoptosis, la presencia de citocromo C en citoplasma y la presencia de miembros de la familia de proteínas Bcl-2 que pueden tener actividad apoptótica o contrariamente impediran la apoptosis.
a. 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). Estas son enzimas proteolíticas que normalmente estan inactivas como precursores pro-caspasas, son ricas en cisteína y cortan en aspartatos específicos. Unas caspasas (ej. caspasa-8) se activan primero por oligomerización con las moléculas adaptadoras y luego se autoclivan para convertirse en proteasas funcionales, que a su turno clivan otraspro-caspasas en cascadas proteolíticas3,4,10.
b. Citocromo c (cyto c): Esta proteína es de las mas importantes en el proceso de transporte electrónico producido al interior de la mitocondria donde normalmente se encuentra. 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. El citocromo C puede ser liberado de las mitocondrias por radicales libres y por diferentes concentraciones de calcio o ceramida producto de la degradación de la esfingomielina de membrana. La presencia de cyto c en citoplasma es una de las señales mas poderosas para desencadenar la apoptosis8 .
c. La familia Bcl-2: Compuesta de varios miembros son 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 .

III. Degradación: En la apoptosis se produce una serie de alteraciones celulares como condensación delnúcleo y luego fragmentación de su cromatina (material nuclear (ADN + proteínas a nivel microscópico) y del propio ADN (a nivel molecular). Algunas caspasas corriente abajo en la cascada van a degradar proteínas como actina, involucradas en la forma celular, otras digieren un complejo proteico que normalmente retiene una endonucleasa, que una vez liberada empieza a cortar el DNA de la cromatina nuclear. Hay igualmente la destrucción de la proteína PARP (poly-ADP ribose polymerase) involucrada en la reparación e integridad del ADN y su clivaje era usado hasta hace poco como un signo de apoptosis3 .
Las organelas se destruyen, las mitocondrias vierten su contenido al citoplasma lo que constituye una de las señales importantes al 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 fragmentan originando los llamados 'cuerpos apoptóticos' formados de organelas y cromatina rodeadas de membrana plasmatica que remarcablemente mantiene su integridad durante todo el proceso12 . Hay ausencia de tumefacción (hinchazón) celular y de liberación del contenido intracitoplasmatico, por lo tanto 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