Apoptosis

Biología Oral, Universidad El Bosque.

1. Fernando Falcón Javier Martínez Universidad El Bosque Facultad de Odontología Postgrado de Ortodoncia Biología Molecular y Celular de la Apoptosis Biología Oral Profesor Juan Carlos Munévar

2. Tipos de muerte celular Necrosis Apoptosis

3. Necrosis vs Apoptosis Grupo de células mueren. Destrución del citoesqueleto ( Bleb ). Inflamación. Proceso incontrolado pasivo (no hay gasto de energía). Hay ruptura de la membrana, el contenido citoplasmático sale y hay atracción de células inflamatorias. Células individuales mueren. Fragmentación celular (cuerpos apoptóticos ). Hay contracción celular en vez de aumento de volumen. Proceso controlado dependiente de energía. No hay liberación del contenido citoplasmático y los restos celulares son rápidamente fagocitados Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

4. Necrosis vs Apoptosis

5. Morfología celular durante la apoptosis Encogimiento celular y picnosis . Citoplasma se torna denso y las organelas se encuentran sumamente empaquetadas. Separación en cuerpos apoptóticos que son posteriormente fagocitados. Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

6. Morfologia celular durante la apoptosis

7. Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death Susan Elmore NIEHS, Laboratory of Experimental Pathology, Research Triangle Park, North Carolina 27709, USA

8. Vía Intrínseca Vía extrínseca Vía perforinas / granzimas A y B ( células T) Mecanismos de la apoptosis Patología Estructural y Funcional. Robbins . Sexta Edición

9. The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000  

10. Mecanismos de la apoptosis La apoptosis puede ser desencadenada por varios estímulos Intracelulares Extracelulares Activación de receptores en la superficie de la célula. Daños en el ADN causados por defectos en sus mecanismos de reparación. Tratamiento con drogas citotóxicas o radiación. Ausencia de señales de supervivencia. Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death Susan Elmore NIEHS, Laboratory of Experimental Pathology, Research Triangle Park, North Carolina 27709, USA

11. Vía Extrínseca Receptores transmembranales de muerte ( superfamilia TNF) con sus dominios de muerte. Ej. : FasL / FasR , TNF- α/ TNFR1. Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

12. Vía Extrínseca

13. Funciones biológicas de los receptores: Pertenecen a la superfamilia de Receptores TNF : TNFR1 ( tumor necrosis factor receptor 1) Fas /CD95/APO-1 (Apoptosis Antigen 1) TRAIL/DR-4/APO-2 y TRAIL-R2/DR-5 (TNF Related Apoptosis Inducing Ligand Receptor) Receptores de Muerte Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

14. Receptores de Muerte La transducción de la señal apoptótica depende de la presencia de una porción citoplasmática denominada Dominio de Muerte (Death Domain) También se pueden encontrar moleculas adaptadoras como FADD ( Fas Associated Death Domain) o TRADD (TNF Receptor Associated Death Domain). Dando origen a la formación de DISC (Death Inducing Signaling Complex). DISC Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

15. TNF α y TNFR1 (dominio de muerte asociado al TNFR) (factor asociado al TNFR) TNFR1 es una proteína transmembranal con sus dominios receptores expuestos en la sup . celular. El TNF α es producido por linfocitos T y macrófagos. La unión de este ligando al receptor causa una trimerización y agrupamiento de los dominios de muerte para desencadenar diferentes vías de señalización. (proteína con región de muerte asociado a Fas) Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

16. TNF α y TNFR1 TRAF-2 (factor asociado al TNFR) The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000  

17. Fas y FasL Fas L es un ligando ubicado en los linfocitos T. FasL Puede ser un ligando de membrana o soluble. Causa trimerización de los DD ( dominos de muerte) que permite su unión con el FADD (dominio de muerte asociado a Fas) que también contiene un DED (dominio efector de muerte). El DED recluta a la procaspasa 8 para formar el Complejo de Señalización Inductor de Muerte (DISC). DD DED DED Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

18. TRAIL y TRAIL-R Existen 4 tipos de receptores TRAIL-R: Receptores Inductores de Muerte : TRAIL-R1 (DR4) TRAIL-R2 (DR5) Receptores Inhibidores de Muerte (Decoy): TRAIL-R3 (DcR1) TRAIL-R4 (DcR2) Apoptosis and Necrosis in the Liver: A Tale of Two Deaths? Harmeet Malhi,1 Gregory J. Gores,1,2 and John J. Lemasters3

19. Caspasas Su nombre deriva de: Proteasas dependientes de cisteína y específicos de aspartato Su actividad catalítica depende de un residuo cisteína crítico Las caspasas clivan los sustratos específicamente después de un residuo de aspartato Structure and zymogen activation of caspases . Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

20. Caspasas Las caspasas son sintetizadas como cimógenos inactivos llamados procaspasas , los cuales están constituidos por un prodominio , una subunidad pequeña ( aprox . 10 KD) y otra grande ( aprox . 20 KD). Al activarse mediante proteólisis forman un heterotetrámero . Structure and zymogen activation of caspases . Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

21. Caspasas Pueden dividirse en: Caspasas iniciadoras: Procaspasas 2-8-9-10 Caspasas efectoras: Procaspasas 3-6-7 Contienen prodominios largos: Dominios Efectores de Muerte (DED) como procaspasas 8 y 10 Dominios de reclutamiento de caspasas (CARD) Como procaspasas 9 y 2 Contienen prodominios cortos Caspasas pro inflamatorias 1-4-5 Pro IL-1 Pro IL-18 Structure and zymogen activation of caspases . Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

22. Caspasas Pueden Contener: Dominios de Reclutamiento y Activación de Caspasas . (CARD) Dominios Efectores de Muerte Celular (DED) Structure and zymogen activation of caspases . Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

23. Caspasas Las caspasas pueden activarse principalmente por 3 vías: Clivaje proteolítico por una caspasa corriente arriba ( Caspasa 3) Proximidad inducida ( Caspasa 8) Formación de una holoenzima ( Caspasa 9) Structure and zymogen activation of caspases . Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

24. Caspasas Mediante sus prodominios las caspasas iniciadoras son reclutadas y activadas en los Complejos Señalizadores de Inducción de Muerte (DISC), debido a la activación de receptores de muerte o señales internas en la célula. Vía Extrínseca Structure and zymogen activation of caspases . Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

25. Caspasas La Caspasa 9 es activada a través de eventos proapoptóticos que ocurren a nivel mitocondrial, mediante la liberación de Citocromo C . ( Salvesen , 2002) La oligomerización de la procaspasa 9 en el Apaf-1, son los responsables de la activación de la caspasa 9 ( Denault , 2002) Vía Intrínseca Structure and zymogen activation of caspases . Biophysical Chemistry 101 – 102 (2002) 145–153

26. Caspasas Las caspasas pueden actuar de dos formas principalmente: Inactivando o clivando sustratos (Cadenas polipeptídicas simples o estructuras macromoleculares complejas). Activando sustratos ( Eliminando secciones inhibitorias o reguladoras) The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

27. Caspasas Blancos de las Caspasas The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

28. Caspasas Una vez activadas las caspasas iniciadoras, son capaces de activar proteolíticamente a las caspasas 3-6-7 que posteriormente pueden clivar proteínas específicas, incluyendo a otras caspasas , lo cual da como resultado la mediación y amplificación de la señal de muerte. The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

29. Vía Extrínseca Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol . 2007 ; 35(4): 495–516.

30. Vía Intrínseca Factores desencadenantes de la vía intrínseca Un defectuoso del ciclo celular, Desprendimiento de la matriz extracelular, La pérdida de factores de supervivencia celular, Otros tipos graves de estrés celular Daños del ADN, Hipoxia Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol . 2007 ; 35(4): 495–516.

31. Vía Intrínseca Estímulos no mediados por receptores de membrana, atacan blancos directamente dentro de la célula y son ejecutados por las mitocondrias. Estímulos pueden ser: Positivos: Presencia de factores ( radiadión , toxinas, hipertermia…) Negativos: Ausencias (factores de crecimiento, hormonas o factores tróficos ) Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol . 2007 ; 35(4): 495–516.

32. Vía Intrínseca Estos mecanismos producen cambios en la membrana mitocondrial (poros) y se liberan al citosol proteínas pro apoptóticas . Citocromo c, Smac /DIABLO, y AIFs The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

33. Vía Intrínseca Familia de proteínas Bcl-2. Controlan la permeabilidad de la membrana mitocondrial, puede ser pro o anti apoptótica . Regulan la liberación de citocromo c por la permeabilidad de la membrana mitocondrial. The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

34. Familia Bcl-2 Su nombre deriva de un gen aislado involucrado en el Linfoma de Células B. Ésta familia de proteínas ha sido dividido en tres grupos, basado en su similitudes estructurales y funcionales. Grupo I Actividad anti- apoptótica Bcl-2, Bcl -x Grupo II y III Actividad pro- apoptótica Bax , Bid , Blk The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

35. Familia Bcl-2 Son encargadas de regular la apoptosis, ejerciendo su accion sobre la mitocondria Bid Bax y Bak Son encargados de la activación de la vía intrínseca , actuando a nivel de mitocondria y de retículo endoplasmático . The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

36. Familia Bcl-2 Existen varias teorías sobre la acción de la familia Bcl-2: Formación de un poro para permitir la salida de Citocromo C . Heterodimerización entre miembros pro y anti apoptóticos . Regulación de las caspasas a través de moléculas adaptoras . Interacción con otras proteínas mitocondriales que posiblemente permitan la salida de Citocromo C Oligomerización para formar un canal poco selectivo. The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

37. Familia Bcl-2 En condiciones normales Bcl-2 o Bcl-xL están ancladas en determinadas membranas intracelulares como la mitocondria, el retículo endoplásmico o la membrana nuclear. The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

38. Vía Intrínseca Puma y Noxa: Miembros de la familia de las Bcl2 asociados con reacciones pro apoptóticas . Juegan un papel importante en la apoptosis mediada por p53. The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

39. El citocromo c : Proteína pequeña que guarda relación con la membrana interna de la miticondria . Desencadena la activación de las caspasas . The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

40. El SMAC/DIABLO: ( second mithocondrial-derived activator of caspase / direct IAP-associated binding protein with Low PI ) , bloquea la acción de las proteínas inactivadoras de la apoptosis (IAP) The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

41. IAPs NFK β Ademas de regular la respuesta inmune : Es conocido como un factor de transcripcion antiapoptotico . A traves de la regulación de miembros de la familia Bcl-2, como Bcl -xl y Bcl-2. Activa otros genes antiapoptoticos como los IAPs (Inhibitors of Apoptosis Proteins) The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

42. IAPs c-IAP1, c-IAP2, XIAP, Survivina Poseen 2 funciones principales : Inhibición de la actividad de las caspasas Dirigen a las caspasas hacia su ubiquitinación y degradación The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

43. AIF: Apoptosis inducing factor. Son proteínas pro apoptóticas . En el núcleo producen la fragmentación del ADN en porciones de ~50–300 kb . The biochemistry of apoptosis. NATURE VOL 407 12 OCTOBER 2000

44. Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol . 2007 ; 35(4): 495–516 .

45. Vía perforinas / granzimas Linfocitos T citotoxicos CD8+ (NK) destruyen a las células que contienen antígenos paro los cuales han sido sensibilizados. CD8 pueden activar la vía extrínseca FasL / FasR . Otra vía es a través de la perforación de la membrana celular e introducción de gránulos citoplasmáticos ( granzimas A y B) La B produce activación de la caspasa 3. Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol . 2007 ; 35(4): 495–516.

46. Vía perforinas / granzimas La granzima A. Activa una vía independiente de las caspasas Destrucción del ADN vía DNAasa NM23-H1 LODISH, et al., MOLECULAR CELL BIOLOGY, Fifth Edition  

47. Factores tróficos: Proteínas relacionadas con actividad anti apoptótica ya que en su ausencia Bad puede promover la apoptosis. Ej.: NGF factor de crecimiento nervioso. LODISH, et al., MOLECULAR CELL BIOLOGY, Fifth Edition  

48. Fosfatidilserina Es un fosfolípido que se encuentra normalmente en el interior de la bicapa lipídica , cuando esta se expresa en el exterior de la misma actúa como un marcador para que sea reconocida por células fagocitarias. Patología Estructural y Funcional. Robbins . Sexta Edición

49. Detección de apoptosis Anexina V es una proteína recombinante de unión a fosfatidilserina que interactua fuertemente con residuos de fosfatidilserina y puede ser usado para la detección de apoptosis. Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death. Toxicol Pathol . 2007 ; 35(4): 495–516.

50. Apoptosis

51. Los especialistas son aquellas personas que saben cada vez más sobre menos, hasta que finalmente saben todo sobre nada y nada sobre todo. Danny Kaye

52. Gracias…