A P O P T O S I S

Profesor: Dr. Egon R. Casanova(*)

I. - Summary: A brief review of the apoptotic mechanisms and the relevance of apoptosis from the physiologic and pathophysiologic viewpoint are made. Physiologically, the apoptosis play an important role in the maintenance of tissues keeping the balance (constant number of cells) between proliferation and cell death. Furthermore, by apoptosis are eliminated: a) potentially dangerous cells (malignant). b) Virus-infected cells. c) Reactive lymphocytes (immune response regulation), and d) Apoptosis participate in embryogenesis and in organ remodelation (thymus involution, menstrual changes, and breast changes at the end of lactation). The cells of our body are prepared to eliminate themselves because of they possess the enzymatic machinery (cystein proteases or caspases) to dismount the cell from within. At present, 14 different caspases are recognized, being 6 related to inflammatory process and the other to apoptosis. Pathophysiologically, the disregulation of apoptosis leads to inhibition or activation of apoptosis. The inhibition of apoptosis may generate cancer or autoimmune diseases. The activation of apoptosis may induce neurodegenerative diseases (Alzheimer disease, Parkinson disease), cell death secondary to ischemic injury, and lymphocyte depletion induced by virus infection (AIDS). There are external and internal signals that trigger apoptosis. The external signals are TNF-alpha and Fas ligand molecules produced by CD4-Th1-T-lymphocytes and NK cells respectively, whereas the internal signals are represented by the pro-apoptotic proteins Bad Bax, Bid, cytochrome “c”, protein p53, and granzyme B the latter injected to the interior of the target cells by NK lymphocytes. The sequential or chain activation of caspases lead to fragmentation of proteins and activation of endonucleases that fragment the DNA, ending in the formation of the apoptotic bodies which finally are silently phagocytosed.


(*) Profesor Asistente Hematología. Departamento de Fisiopatología. Facultad de Ciencias Biológicas. Universidad de Concepción. Concepción – Chile. Médico Medicina Interna – Hematología, Servicio de Medicina Interna y Jefe Banco de Sangre, Hospital Naval de Talcahuano – Chile.


II. - Introducción: Casi todas las células de nuestros tejidos tienen un período de vida perfectamente determinado, uno de cuyos controles es ejercido por los telómeros los cuales al llegar a una longitud límite inducen la muerte celular. En algunos tejidos la vida de las células es muy corta como por ejemplo las células sanguíneas cuya vida puede fluctuar en horas (neutrófilos), días (neutrófilos, plaquetas), meses (eritrocitos) o bien pueden vivir años como los linfocitos de memoria, en el otro extremo en cambio se encuentran las neuronas que permanecen vivas durante toda nuestra existencia y si mueren no son renovadas. Por otra parte, la vida de las diferentes células de la economía puede acortarse independientemente de los telómeros, por injuria celular (lisis) o bien por inducción de la muerte celular programada o apoptosis.
La apoptosis, corresponde al punto final de una cascada de eventos moleculares dependientes de energía iniciados por estímulos extra y/o intracelulares, los cuales juegan un papel muy importante en la mantención de los tejidos y en el desarrollo embrionario, manteniendo un equilibrio entre el ritmo de proliferación y muerte celular de modo que el número de células se mantenga constante, si se rompe este equilibrio se llega a una situación crítica, ya sea por aumento de células o por disminución de ellas (1,2). Las células de la economía, se encuentran preparadas para autoeliminarse ya que poseen en su citoplasma las proteínas para suicidarse, de aquí que la apoptosis cumple un papel fisiológico cuyas funciones principales son las siguientes: a) Mantención de un número constante de células, mediante la eliminación de las redundantes en aquellos tejidos que están sujetos a recambios celulares como hígado, médula ósea y mucosa del tracto digestivo. En el caso particular de la médula ósea esta produce continuamente elementos figurados para reemplazar a los que se eliminan, se ha establecido que 2,5 por 10 elevado a 11 eritrocitos y plaquetas por Kg de peso y 1 por 10 elevado a 9 granulocitos por Kg de peso requieren ser reemplazados diariamente para mantener la homeostasis o equilibrio, sin embargo, la pequeña población de células tronco totipotenciales que mantiene esta masa celular, produce un exceso de precursores que son eliminados por apoptosis como ocurre por ejemplo con la eritropoyesis inefectiva fisiológica que corresponde a la muerte intramedular del 5 – 10% de precursores eritrocitarios normales. b) Eliminación por apoptosis de células potencialmente peligrosas que pueden desarrollar un proceso maligno. c) Función inmune: La apoptosis interviene en los mecanismos de defensa especialmente en infecciones virales, en estas circunstancias las células infectadas sufren apoptosis inducida por linfocitos a fin de evitar la replicación viral y por lo tanto la propagación de la infección. Además en toda reacción inmune una vez eliminado el agente ofensor, se debe detener lo que se hace mediante apoptosis de los linfocitos reactivos, para tal objeto las células NK eliminan por apoptosis linfocitos activados limitando o regulando de este modo fisiológicamente la respuesta inmune. d) Remodelación de tejidos embrionarios y organogénesis: Durante la gestación por ejemplo se produce un exceso de neuronas, de las cuales el 50% son eliminadas por apoptosis, quedando el resto para constituir el SNC. Por otra parte, la apoptosis también participa en la involución de órganos como el timo en la pubertad, cambios celulares que inician la menstruación y en las mamas cuando termina la lactancia (1,2,3). En suma, las células que mueren por apoptosis son aquellas formadas en exceso, las infectadas por virus, las defectuosas o que presentan alteraciones que puede significar un peligro para la economía y todas aquellas que han completado su función (regulación reacción inmune).
Introduciendo el concepto de disregulación de la apoptosis se puede explicar la génesis de varias enfermedades, por una parte aquellas patologías que se producen por aumento en la inhibición de la apoptosis con sobrevida celular prolongad y por otra aquellos desórdenes asociados a incremento de la apoptosis con muerte celular excesiva (1,2). a) Inhibición de la apoptosis: Implica aumento de la sobrevida celular, lo que genera permanencia de células anormales que se van acumulando. Ejemplos; cáncer de mama, ovario y próstata que presentan mutaciones del gen p53 (supresión de su actividad) y son hormono-dependientes, leucemia linfocítica crónica, leucemia mieloide crónica y enfermedades autoinmunes en esta última los linfocitos activados autorreactivos no son eliminados. Aparentemente en las enfermedades autoinmunes son reemplazadas células nobles por tejido cicatricial, al inducir los linfocitos T-NK apoptosis de ellas mediante ligandos o mensajeros químicos como TNF-a, Fas-ligando (Fas-L) y la enzima granzima B. Por otra parte, numerosos virus codifican moléculas inhibidoras de la apoptosis con lo que demoran o evitan la muerte de la célula huésped que ha sido estimulada para morir por el sistema inmune, lo que permite al virus tener tiempo suficiente para su replicación. Tal es el caso del virus del papiloma humano (HPV) que produce una proteína (E6) que se une e inactiva a la proteína p53, el virus de Epstein-Barr que genera el linfoma de Burkitt el cual induce la producción de dos proteínas anti-apoptóticas una similar a Bcl-2 y la otra estimula a la célula a aumentar la producción de proteínas Bcl-2 todo lo cual bloquea la apoptosis. b) Aumento de la apoptosis: implica muerte celular: Genera b.1) enfermedades neurodegenerativas por disregulación del control de la apoptosis produciendo eliminación de neuronas como ocurre en la enfermedad de Alzheimer, atrofia muscular espinal, enfermedad de Parkinson y diferentes tipos de esclerosis siendo además importante, factores de tipo hereditarios y/o ambientales que contribuyen a desencadenar estas enfermedades (4,5,6). b.2) Injuria por isquemia donde se eliminan células que han sufrido hipoxia, ya que la hipoxemia es un agente inductor de apoptosis, como puede ocurrir en el infarto al miocardio o cerebral (7) y b.3) infecciones por virus que inducen depleción linfocitaria por apoptosis mediante mecanismos aun no bien dilucidados como en el SIDA (2).
Fisiológicamente, el bloqueo de la apoptosis es fundamental para la sobrevida prolongada de células tan importantes como neuronas, células tronco totipotenciales de la médula ósea y linfocitos de memoria. Por otra parte, es necesario considerar que el crecimiento o progresión tumoral depende no solo de la proliferación y capacidad invasiva, sino que también de la pérdida de inducción de la apoptosis y de la posibilidad de generar actividad telomerasa para mantener estable la longitud de los telómeros, con lo que se consigue la inmortalidad de las células malignas.


III. - Mecanismo de la apoptosis: El mecanismo de la apoptosis descansa en la activación de una cascada de enzimas cistein proteasas perteneciente a la familia de las CASPASAS, las cuales desmantelan la célula en forma rápida, controlada y silenciosa (sin causar daños en el entorno que den signos de alarma e induzcan un proceso inflamatorio). El nombre caspasa deriva de su actividad enzimática, la “C” representa al aminoácido cisteína y “ASPASA” se refiere a la acción catalítica de hidrólisis que induce la cisteína sobre el aminoácido ácido aspártico o sus enlaces produciendo la ruptura de la proteína o polipéptido (1,2,8,9).

 


Las caspasas se sintetizan como pro-enzimas o procaspasas, las cuales una vez activadas (hidrólisis del polipéptido inactivador por caspasas o autocatalíticamente) actúan sobre otra caspasa en una reacción secuencial en cadena. Muchas de estas procaspasas presentan un dominio C - terminal hidrofóbico que le permite anclarse en diferentes membranas ya sea citoplasmáticas, mitocondriales, retículo endoplásmico y nuclear donde ejercen su acción de desmantelamiento celular. Se conocen en la actualidad 14 caspasas, de ellas 6 se relacionan con procesos inflamatorios y las restantes con apoptosis, estas últimas se dividen a su vez en caspasas iniciadoras (conocidas a la fecha casapasas 8, 9 y 12) y caspasas ejecutoras (conocidas a la fecha caspasas 2, 3 y 6) (2,4,9,10).
Vías de activación de la apoptosis: Actualmente tres son las vías conocidas que inducen apoptosis: 1) Vía receptores de TNF–alfa y Fas-L. 2) Vía activación de genes que comprende 2.1) Activación del proto-oncogen Bcl – 2 y 2.2) Activación del gen supresor de tumores p53. 3) Vía sistema inmune a través de linfocitos T NK.
1) Vía receptores de TNF-alfa y Fas-Ligando: La familia de receptores de TNF (TNFR) incluye a miembros que unen TNF (TNFR1 y TNFR2) y también a Fas (FasR: CD95). Algunos TNFRs inician la apoptosis otros estimulan la proliferación celular y aun otros estimulan ambas acciones (1,2,8,9). Los TNFR no poseen actividad enzimática propia y tienen en común la presencia en su fracción o dominio citoplasmático, de un polipéptido constituido por 80 aminoácidos denominado dominio de reconocimiento de muerte (death recognition domains o DD) (11). Para transmitir la señal, estos receptores requieren de la presencia en el citoplasma de proteínas “adaptadoras”, que pueden o no tener DD. TNF-a y Fas-L son ligandos triméricos, es decir tienen tres lugares de unión para sus respectivos receptores (FasR, TNFR1), lo que induce homotrimerización o unión de tres receptores monómeros con dominios de muerte DD (Death Domain) unión trimérica que se requiere para activar a una proteína adaptadora (1,2,8). El receptor Fas–L presenta en su dominio citoplasmático a FADD (Fas associating protein with DD) que activa a la proteína adaptadora DED (Death Effector Domain) que interactúa con la procaspasa iniciadora 8 activándola a caspasa 8 promoviendo la apoptosis. TNF-alfa cuando activa al receptor TNFR1 que tiene en su dominio citoplasmático a TRADD (TNF receptor associating protein with DD) activa a DED siguiendo la vía de activación de la apoptosis a través de la caspasa 8 (figura. 1). Sin embargo, TNFR1 puede conectarse a otra proteína adaptadora, diferente a DED, que es una tirosin quinasa (Src) cuyo resultado es la inhibición de la apoptosis (figura: 2). El TNFR2 se acopla directamente a Src y mediante tres vías a lo menos activa a la PQC/Raf (protein quinasa C, serin treonin quinasa codificada por el proto-oncogen Raf) que ejerce diferentes acciones como liberación del factor de transcripción nuclear NF-kB de su proteína inhibitoria (IkB) permitiendo por una parte que NF-kB se una a la procaspasa 8 bloqueando su activación inhibiendo la apoptosis (12) y por otra parte se transloque al núcleo donde activa la multiplicación celular. PQC/Raf además genera ácido araquidónico y PAF (Platelet Activator Factor) favoreciendo el proceso inflamatorio e inhibe la apoptosis mediante la heterodimerización de Bad, Bax y Bid con la proteína 14-3-3 (figura: 2) (1,2,13).
Las señales externas activadoras de la apoptosis son llevadas por los mensajeros químicos TNF-a y Fas-L producidos por linfocitos. TNF-a es sintetizado por linfocitos T CD4 de ayuda/inductor inflamatorios o TH1, cuando son activados por macrófagos u otras células presentadoras de antígenos (antígeno extraño junto al complejo mayor de histocompatibilidad clase II). Fas es un ligando o mensajero químico, producido por células NK que puede fijarse en la superficie celular de las mismas células NK, o bien permanecer libre en solución teniendo este último un radio de acción reducido por ser una proteína que se degrada rápidamente ejerciendo solo acción local. Fas-L tiene una función muy importante en la respuesta inmune, los linfocitos T-CD8 citotóxicos (NK) cuando reconocen

Figura: 1


LEYENDA FIGURA: 1: (*) Receptor TNFR1 a través TRADD ->DED -> Apoptosis, pero puede conectarse también mediante proteínas acopladas a Src e inhibir la apoptosis. Fas: Receptores detectados por anticuerpos monoclonales CD95 que unen a la citoquina Fas-ligand. TNFR-1: Tumor necrosis factor receptor 1 que une a la citoquina TNF. DD: Death domain. FADD: Fas associating protein with DD. TRADD: TNF receptor associating protein with DD. DED: Death effector domain. Apaf-1: Apoptotic protease activating factor-1. Citocromo “c” – Apaf –1 – Procaspasa 9 – ATP: Complejo denominado APOPTOSOMA.


antígenos extraños presentes en la superficie de células infectadas (péptidos de
agentes patógenos junto a péptidos del complejo mayor de histocompatibilidad - I o MHC – I), expresan Fas-L en su superficie celular de tal modo que al unirse al receptor Fas que posee normalmente la célula infectada induce apoptosis en ella.
Cuando se une TNF-a o Fas-L a su receptor correspondiente, a través de los dominios de muerte activa a la procaspasa 8, la caspasa 8 a su vez activa a la procaspasa 9, la que actúa sobre la procaspasa 3 y la caspasa 3 inicia la acción proteolítica fragmentando estructuras citoplasmáticas como citoesqueleto, órganelos celulares y proteínas y en el núcleo fragmenta proteínas que participan en la transcripción y reparación del DNA y activa endonucleasas que segmentan el DNA en fragmentos regulares, consistentes en multímeros de 180 – 200 pares de nucleótidos denominados “escalera de DNA” (DNA ladder) (Figura: 1) (1,2). A lo anterior, sigue retracción y ruptura celular en segmentos que son separados de la célula por gemación, dando origen a los cuerpos apoptóticos rodeados de membrana celular que presentan moléculas marcadoras en su superficie, fosfatidilserina y trombospondina, que facilitan el reconocimiento de ellas por parte del sistema mononuclear fagocítico siendo fagocitados en forma silenciosa sin inducir proceso inflamatorio (1,2,8,14). Las moléculas marcadoras se generan en las células apoptóticas que las expresan en la cara externa de la membrana celular. La fosfatidilserina, fosfolipido constitutivo de la membrana celular, es extraída de las zonas internas de la capa bilipídica de la membrana celular en tanto que por síntesis se genera la glicoproteina de adhesión trombospondina (8). Se debe recordar que la trombospondina interviene en la coagulación primaria, estabilizando al fibrinógeno que participa en la unión plaqueta con plaqueta (agregación plaquetaria) que da origen al tapón plaquetario. Normalmente la


Figura: 2


LEYENDA FIGURA: 2: (*) TNFR2: Solamente se conecta a Src/Shc -> INHIBICION APOPTOSIS. PIP2: Fosfatidil inositol difosfato. PQC/Raf: Protein quinasa C, serin treonin quinasa codificada por proto-oncogen Raf. FL: Fosfolipasa. FLC g 1 y 2: FLC gama 1 y 2. IP3: Inositol trifosfato. DAG: Diacil glicerol. FC: Fosfatidil colina. FLC-FC: FL C FC específica. Fo Col: Fosforil colina. FLA2: Inhibe a DAG. Src: (sarcoma = Src: Nombre derivado de la proteina oncogénica del virus del sarcoma de Rous) Tirosin quinasa. Shc: Proteina adaptadora a la que se acopla la tirosin quinasa-Src fosforilando al aminoácido tirosina en Shc lo que permite la sociación o unión de Grb2 mediante su dominio SH2. PAF: Platelet activator factor. MAPQ/ERK: Mitogen activated or microtubule associated protein kinase citoplasmático / Extracellular Regulated Kinases; serin treonin quinasa codificada por proto-oncogenes ERK1 y ERK2. c-Myc, c-Jun, c-Fos: Proteínas de respuesta proliferativa. c-kit: Receptor de factor de crecimiento c/actividad enzimática propia tirosin quinasa, codificado por proto-oncogen c-kit (importante en la proliferación de mastocitos). Grb2: Growth factor receptor bound. Sos: Son of sevenless: Factor de intercambio de nucleótidos guanílicos.

trombospondina se encuentra almacenada en los gránulos alfa de las plaquetas (sintetizada en megacariocitos), desde donde es liberada cuando se activan.
2) Vía activación de genes.
2.1) Activación del proto-oncogen Bcl-2: La apoptosis es regulada por la familia de proteínas Bcl-2 (B-cell leukemia–2) denominadas así por haber sido identificadas inicialmente en linfocitos malignos B que presentaban la translocación t(14;18). La familia de proteínas Bcl-2 esta constituida por 15 miembros, algunos de ellos inhiben (Bcl-2, Bcl-XL, Mcl-1) y otros activan (Bad, Bax, Bid) la apoptosis. Estas proteínas son codificadas por el proto-oncogen Bcl-2 que se ubica en el cromosoma 18q21 (banda 21 del brazo largo del cromosoma 18). Cuando se produce la translocación al cromosoma 14, el gen Bcl-2 se ubica junto al gen que codifica y facilita (enhancer) la producción de cadenas pesadas de las inmunoglobulinas transformándolo en oncogen, lo que induce sobreproducción o sobreexpresión de proteínas anti-apoptóticas Bcl-2 y Bcl-XL (resultado similar es inducido por mutaciones del gen Bcl-2) lo que lleva a un bloqueo permanente de la apoptosis (inmortalidad), manteniendo a la célula viva pese a recibir estímulos que en células normales inducen muerte celular como es la deprivación o ausencia de estímulo por factores de crecimiento e hipoxemia. Es necesario recordar, que la célula normal para mantenerse viva requiere ser estimulada permanentemente en diferentes intensidades, mediante citoquinas, factores de crecimiento, neurotrofinas, contacto con células vecinas, etc. que mantienen inhibida la apoptosis. Un ejemplo de ello son las neuronas que requieren durante la etapa gestacional para su sobrevida, del factor de crecimiento de nervios (nerve growth factor), si dejan de recibir este estímulo mueren por apoptosis.
Las proteínas INHIBIDORAS DE LA APOPTOSIS representadas por Bcl-2, Bcl-XL y Mcl-1 se insertan como proteínas integrales en la membrana del retículo endoplásmico, membrana nuclear y membrana externa de las mitocondrias estabilizándolas, asegurando su integridad evitando el aumento de permeabilidad y por ende de la apoptosis (Figura. 3) (1,2,15,16,17).

Figura: 3


Las proteinas ACTIVADORAS DE LA APOPTOSIS son Bad, Bax y Bid que inducen apoptosis al alterar la permeabilidad de las membranas de los organelos intracelulares. Las mitocondrias juegan un papel fundamental en la generación de apoptosis. Cuando se unen las proteínas pro-apoptóticas Bad y Bax a la membrana externa mitocondrial, estas proteínas forman poros o canales que atraviesan dicha membrana lo que altera su permeabilidad desestabilizándolas, induciendo cambios en las cargas eléctricas de la membrana (reducción potencial de membrana) y aumento de volúmen mitocondrial, permitiendo la salida al citoplasma o citosol de una molécula activadora o gatilladora de la apoptosis el citocromo “c” componente soluble en agua de la cadena respiratoria mitocondrial, que se encuentra normalmente localizado entre las dos membranas mitocondriales o espacio intermembranas (figura: 4) (1,2,16,17,18).

Figura: 4


La unión de Bad y Bax a la membrana del retículo endoplásmico activa a la procaspasa 12 que se encuentra inserta en la membrana de dicho organelo (figura: 1) (4).
Factores de crecimiento (hormonas), contacto con células vecinas y neurotrofinas constituyen señales externas que activan al proto-oncogen Bcl-2 induciendo la síntesis de proteínas inhibidoras de la apoptosis (1,2,9).
Por lo tanto, la generación de apoptosis o anti-apoptosis dependerá del predominio de proteínas de la familia Bcl-2 pro-apoptóticas (Bad, Bax) versus anti-apoptóticas (Bcl-2, Bcl-XL). Cuando las proteínas anti apoptóticas Bcl-2 y Bcl-XL se encuentran en concentración suficiente en la superficie membranosa, heterodimerizan con Bad y Bax impidiendo su acción manteniendo la integridad de las membranas evitando la apoptosis. Por otra parte, estas proteínas anti-apoptóticas interactúan con la proteína (enzima) pro-apoptótica Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor – 1, factor activador de la proteasa apoptótica – 1). Apaf-1 normalmente se encuentra unida a la procaspasa–9 en el citoplasma formando un heterodímero, lo que facilita la activación de la procaspasa 9 por caspasa 8 ó citocromo “c” (figura: 1). Sin embargo, las proteínas anti-apoptóticas de la familia Bcl-2 fijan a Apaf-1 formando un heterotrímero “Bcl-2—Apaf-1—Procaspasa-9” en la superficie externa de la membrana mitocondrial lo que evita la acción de citocromo “c” y de la caspasa 8 sobre Apaf-1-procaspasa 9 (figura: 5) (1,2,9). Es necesario señalar que el citocromo “c” tiene alta afinidad por Apaf-1 de tal modo que si se libera de la mitocondria al citosol se une a Apaf-1 – procaspasa 9 libre

Figura: 5


(no unido a proteínas Bcl-2) formando el complejo “citocromo “c” – Apaf-1 – procaspasa 9 – ATP” denominado APOPTOSOMA, liberando a la procaspasa 9 en su forma activa mediante el aporte de energía del ATP, activando el proceso apoptótico.
Por lo tanto, se puede señalar que las funciones de las proteínas anti-apoptóticas Bcl-2 son a lo menos dos: 1) Estabilización de membranas evitando la formación de poros por Bad, Bax y por ende la liberación de citocromo “c” de las mitocondrias. 2) Fijación del heterodímero Apaf-1 – procaspasa 9 evitando su unión al citocromo “c” en el citosol y consiguiente liberación de caspasa-9.
Como se ha señalado, el predominio de proteínas Bcl-2 inhibidoras o activadoras determinará la generación o no de apoptosis. La concentración de las proteínas Bcl-2 pro-apoptóticas Bad, Bax y Bid, es regulada de dos maneras una por unión a Bcl-2 y/o Bcl- XL como ya se señaló y por otra por fosforilación mediada por la protein quinasa C (PQC / Raf) que es activada por la proteína Ras (p21) monomérica, DAG (diacil glicerol) y por ceramida en respuesta a estímulos externos transcritos por receptores sin actividad enzimática propia TNFR2 y por receptores con actividad enzimática propia tirosin quinasa pertenecientes a los ligandos c-kit, neurotrofinas, factores de crecimiento u hormonas y contacto con células vecinas (1,2,18). Señales que además activan al proto-oncogen Bcl-2 induciendo síntesis de proteínas inhibidoras de la apoptosis (1,2,9). La fosforilación mantiene heterodimerizados a Bad, Bax y Bid a una proteína denominada 14-3-3 (figura: 2), cuando son desfosforilados se liberan de la proteína 14-3-3 y según su concentración por una parte, pueden unirse a las proteínas anti-apoptóticas Bcl-2 impidiendo que estas últimas fijen a Apaf-1—Procaspasa-9 dejando libre el heterodímero en el citoplasma y por otra parte, desestabilizan a la membrana mitocondrial formando canales transmembranas aumentando la permeabilidad de ella con la consiguiente salida de citocromo “c” con lo cual se activa la apoptosis.
2.2) Activación del gen supresor de tumores p53: La acción de radiaciones ionizantes (rayos-X, gamma, ultravioleta), drogas utilizadas en quimioterapia del cáncer, toxinas, hipoxia, infecciones virales y radicales libres inducen daño irreversible en el DNA, lo que activa al gen supresor de tumores p53 (“interruptor” molecular que controla la vida o muerte de la célula) (1,2,8). Dicha activación induce el aumento en la concentración de las proteínas p53 las que activan la síntesis de la proteína p21 que a su vez inhibe a la protein quinasa dependiente de ciclina (cdk), deteniendo el ciclo celular en G1, S o G2 a objeto de dar tiempo para reparar el DNA. Si no es posible la reparación, p53 induce apoptosis mediante dos mecanismos el primero a través de la activación de la caspasa 8 (figura:1) y el segundo mediante el aumento transitorio del número de receptores Fas en la superficie celular, para lo cual activa el transporte desde el aparato reticular de Golgi (sitio de almacenamiento citoplasmático de Fas) a la superficie celular (19,20,21). Cuando p53 sufre mutaciones o deletions esto genera pérdida de su actividad, lo que favorece la sobrevida de células alteradas como ocurre en procesos malignos tales como: a) Linfoma de Burkitt y crisis blásticas de leucemia mieloide crónica alteración genética presente en el 25–30% de pacientes. b) Leucemia linfocítica crónica 15% de pacientes. c) Leucemia mieloide aguda, síndrome mielodisplástico y linfomas No-Hodgkin 5-10% de pacientes. d) Mieloma multiple 20% de pacientes. e) Recaídas de leucemia linfoblástica aguda 1-3% de pacientes y en cáncer de mama, colon, pulmón y sarcomas (21).
3) Vía sistema inmune a través de linfocitos T – NK : El sistema inmune a través de linfocitos-T CD8 citotóxicos (NK), además de enviar señales apoptóticas a través del receptor Fas (FasR: CD95) induce en la membrana celular de la célula blanco, poros transmembrana mediante la secreción de perforinas por donde introduce gránulos citoplasmáticos del linfocito que contienen la citotoxina “granzima B”. La granzima B es una proteasa de serina similar a la quimotripsina y tripsina que hidroliza y rompe proteinas actuando sobre el aminoácido ácido aspártico, tiene acción directa sobre la procaspasa 3 activándola promoviendo la apoptosis (figura: 1) (13).
Es importante señalar que la apoptosis también es generada en linfocitos cuando se unen glucocorticoides exógenos o endógenos con sus receptores citoplasmáticos translocándose estos al núcleo e induciendo apoptosis.
En este punto podemos resumir señalando que las procaspasas pueden ser activadas e inducir apoptosis por cuatro vías: 1) Vía procaspasa 8 mediante estímulos externos transportados por mensajeros químicos como TNF-a y Fas-L a través de los DD y por estímulos internos (daño al DNA irreversible) a través de la proteína p53, ambos activan a la procaspasa 8. 2) Vía procaspasa 9 por estímulos externos o internos que alteran la permeabilidad de la membrana mitocondrial liberando citocromo “c” que activa a la procaspasa 9. 3) Vía procaspasa 12 que se encuentra inserta en la membrana del retículo endoplásmico cuya alteración inducida por estímulos externos o internos que inducen la fijación de Bad y Bax libera a la procaspasa 12 activada. 4) Vía procaspasa ejecutora 3 por activación de ella mediante la granzima B, enzima introducida por linfocitos T citotóxicos (NK) al interior de la célula.
III. - Bloqueo o inhibición de la apoptosis: La inhibición de la apoptosis se realiza a través de cuatro vías: a) Mediante proteínas codificadas por el proto-oncogen Bcl-2 anti apoptóticas (Bcl-2, Bcl XL). b) A traves de la proteína 14-3-3 que heterodimeriza por fosforilación, mediada por PQC/Raf, con Bad, Bax y Bid. c) Mediante la unión de NF-kB a procaspasa 8 y d) por proteínas IAP (proteínas inhibidoras de la apoptosis) codificadas por genes diferentes a Bcl-2. En párrafos precedentes se analizaron a, b y c. Las proteínas inhibidoras de la apoptosis IAP fueron descubiertas a comienzos de 1990, se encuentran presentes en el citoplasma e inhiben a las caspasas 3, 7, 8 y 9, siendo la proteína inhibitoria más potente la denominada XIAP de 57 kDa de peso molecular (9,12,22). Se ha señalado que la expresión aumentada de proteínas inhibitorias de la apoptosis como Bcl-2, Bcl-XL en células tumorales (efecto antiapoptótico), se correlacionaría con respuesta pobre o resistencia a la quimioterapia y por lo tanto con acumulación de células malignas que no mueren, las cuales pueden tener un bajo índice cinético o de multiplicación celular como ocurre en linfomas foliculares indolentes en que la translocación del gen Bcl-2 se encuentra presente en el 70-95% de los casos.
Finalmente como corolario de lo anterior, podemos señalar que el conocimiento de los mecanismos de la apoptosis permite entender diferentes cuadros clínicos frecuentes de observar, como autoinmunidad, generación de células malignas inmortales, mecanismos de supervivencia de virus, enfermedades neurodegenerativas e injuria por isquemia. Este conocimiento en profundidad que va surgiendo de la Biología y Genética molecular, abre camino para un diagnóstico más preciso y permite elaborar terapéuticas dirigidas a corregir la alteración a nivel molecular, lo que necesariamente se traducirá en un mejor manejo de nuestros pacientes.


CITA DE ESTA PUBLICACIÓN: Casanova ER. Apoptosis. www.egoncasanova .cl. Mayo 2003.


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