CICLO CELULAR y APOPTOSIS ONCOLOGIA RESIDENCIA .pptx

CICLO CELULAR Y APOPTOSIS

1. CICLO CELULAR Y APOPTOSIS Hospital Central de San Isidro “Dr. Melchor Angel Posse” Servicio de Oncología Heidi Pérez Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 1

2. CELULA NORMAL ( Interfase-Mitosis) SENESCENCIA INMORTALIDAD APOPTOSIS Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 2

3. ETAPAS DEL CICLO CELULAR G1 (síntesis de RNA y proteínas) INTERFASE S ( síntesis de DNA) G2 ( verificación y reparación) Mitosis (M) Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 3

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5. G = GAP S= Síntesis G1 =Transcripción y traducción (Síntesis de ARN y proteínas ) 6 - 12 hs S = Replicación (Síntesis de ADN ) 6 - 8 hs G2 : Verificación y reparación : 3- 4 hs M : Mitosis : 1h. G1 8 S 16 G2 24 Proteínas ARN ADN Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 5

6. PUNTOS DE CONTROL ( CHECKPOINTS) La progresión a través del ciclo celular necesita de puntos de chequeo ( checkpoints ): G1-S : Verifica la integridad del DNA. - punto de restricción R: en fase G1 tardía: Mitosis R Arresto del ciclo OK Daño en el DNA a G0 (quiescencia) Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 6

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8. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 8

9. CICLINAS Son una subfamilia de cinasas serina/treonina que dependen de una subunidad reguladora, denominada Ciclina. Regulan diferentes estadios del CC. Se controlan por múltiples mecanismos reguladores. La 1era fue la Cdk1. Se activan por fosforilación y desfosforilación, son determinantes en la progresión a través del ciclo. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 9

10. Son los COMPLEJOS CICLINA- QUINASA CICLINA : subunidad regulatoria QUINASA ó CDK: subunidad catalítica Estos complejos se encuentran en todas las fases del ciclo celular: Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 10

11. Activación de los complejos ciclina/ Cdk : Exige una regulación tras la traducción . 1 .- CAK Depende de la fosforilación de un residuo de Treonina adyacente al sitio activo. La fosforilación se cataliza por la Cinasa activadora de Cdk (CAK). 2 .- CDC25 El complejo ciclina/ Cdk depende de una fosfatasa (Cdc25). Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 11

12. Expresión temporal de las ciclinas La actividad de las CDKs es controlada por la síntesis y degradación de las ciclinas Proteólisis mediada por el sistema Ubiquitinproteosoma Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 12

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14. Ubiquitinación de proteínas La degradación de Proteínas mediada por Ubiquitinas (Mecanismo regulador principal para garantizar una transición ordenada por las distintas fases del ciclo celular). La Ubiquitinación depende de una cascada enzimática, donde las UbiquitinasL reclutan substratos específicos para su modificación. Activación Conjugación Ligación Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 14

15. ACTIVACION DE LA FASE G1 Ciclina D se une a las quinasas CDK 4 y 6 , formando el COMPLEJO ACTIVADOR DE FASE G1. Ciclina D/ CDK4/6 fosforila a Rb (Retinoblastoma) que se separa de E2F , activador del ciclo celular por ser factor de trascripción de las ciclinas . Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 15

16. E2F se libera de Rb y estimula su propia síntesis y la de Ciclina E-CDK2. Ciclina E-CDK2 fosforila aún más Rb, liberando más E2F ,al final de G1. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 16

17. Cuando ciclina E /CDK2 se activa toma el control del ciclo y deja de tenerlo ciclina D/CDK4-6. Este es el punto de restricción (R ).Cuando se activa ciclina E, la célula continúa hacia la fase S de replicación , y ya no puede volver a la quiescencia. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 17

18. M G0 G1 R S G2 GF Ciclina D-CDK4/6 E2F - Rb P E2F Rb-P Ciclina E - CDK2 Ciclina A-CDK2 Formación del complejo prerreplicativo Transcripción de ciclina A Activa al complejo prerreplicativo FT Ciclina B -CDK1 APC Transcripción de ciclina B Condensación cromosómica,desintegración envoltura nuclear,formación del huso INH.APC Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 18

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20. Se comportan como genes supresores de tumores , pues sus mutaciones generan alteraciones en el ciclo celular con desregulación de la proliferación celular. El gen CDKN2A codifica para dos inhibidores : p19 y p16 , ambos de la familia INK4. P19 activa p53 , y p16 inhibe la unión de ciclina D con CDK4 , inhibiendo así la fosforilación de Rb y la activación del factor de transcripción E2F. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 20

21. Cuando el complejo CDK4-INK4 se une, ciclina D va a degradación y aumenta rápidamente la concentración de los inhibidores CIP/KIP , que inhiben la transcripción de CDK2 y CDK1. También disminuye la producción de ciclina A que había sido estimulada por ciclina D , y la de ciclina B , estimulada a su vez por ciclina A. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 21

22. FUNCIONES DE P53 NORMAL Una proteína oncosupresora , p53 , que aumenta su concentración como respuesta al stress genotóxico , actúa como factor de transcripción del inhibidor p21. P53 se encuentra normalmente en baja concentración , unida a una proteína MDM2 que la mantiene inactiva; si aumenta su concentración se ubiquitina y va a degradación proteasomal por su alta inestabilidad Cuando hay un daño en el DNA , se activan genes tempranos (c- myc ) que actúan como FT de proteínas inhibidoras como p19 que es inhibidora del complejo p53- MDM2 . P53 se libera y actúa a su vez como FT de p21 , que es inhibidor de ciclinas , deteniendo el ciclo . Esto impide que el DNA dañado se replique y le da tiempo a repararse. Si el daño no se puede reparar , la célula será conducida a la apoptosis , también inducida por p53. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 22

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24. APOPTOSIS Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 24

25. APOPTOSIS Kerry colaboradores 1972: Muerte celular morfológicamente distinta de la necrosis, que no provoca respuesta inflamatoria asociada. Kerr nombra el fenómeno como apoptosis (significa caída de las hojas) en su trabajo de1972: "Apoptosis : un fenómeno biológico básico con amplias implicaciones en la cinética de los tejidos" Funciones de la apoptosis a)Desarrollo embrionario b) Homeostasis del organismo c) Defensa frente a células dañadas o neoplásicas Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 25

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27. MECANISMOS DE APOPTOSIS Señalización Control e integración Ejecución Eliminación de células muertas Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 27

28. Señalización Desencadenada por distintas señales como: Acontecimiento programado intrínseco Acción de agentes nocivos Ausencia de un factor de cto . Interacciones ligando receptor específicas. Las señales transmembranales pueden activar o inhibir la apoptosis Los receptores de membrana plasmática comparten una secuencia proteica de dominio de muerte intracelular que al oligomerizarse activa las caspasas iniciadoras. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 28

29. Control e integración de señales Por acción de proteínas especificas las cuales activan o inhiben el proceso apoptotico VIAS: -Transmisión de señales apoptoticas por proteinas adaptadoras específicas -Regulación de permeabilidad mitocondrial por flia Bcl-2 Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 29

30. Ejecución Activación de procesos bioquímicos secundarios a la síntesis y/o activación de enzimas que generan los cambios morfológicos . Caspasas: la activación de estas enzimas , da activación de otras proteasas y se inicia la apoptosis. Formación de enlaces entre proteínas a través de la activación de la transglutaminasa que convierte las proteínas solubles del citoplasma y del citoesqueleto en una vaina condensada con enlaces covalente que facilitan la formación de cuerpos apoptóticos. Degradación de ADN por medio de endonucleasas dependientes de Ca y Mg . Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 30

31. Eliminación Eliminación de células muertas y de sus fragmentos los cuales poseen moléculas marcadoras, que facilitan su reconocimiento, captación y eliminación por fagocitosis, sin liberación de mediadores proinflamatorios. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 31

32. VIAS DE SEÑALIZACION - APOPTOSIS • Caspasas: Son enzimas tipo proteasas: utilizan un residuo de cisteína en su sitio activo para romper enlaces peptídicos. Reconocen y cortan proteínas después de un residuo de ácido aspártico (de ahí su nombre: Proteasas cisteina aspartica → caspasas). Se producen como proenzimas inactivas ( procaspasas ) y se activan por clivaje proteolítico cuando la célula recibe una señal de apoptosis o inflamación. Iniciadoras: caspasas-2, -8, -9, -10 Inflamatorias: caspasas-1, -4, -5 Efectoras: caspasas-3, -6, -7 Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 32

33. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 33

34. FAST LIGANDO FastL y su receptor CD95 DISC Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 34

35. Existen dos vías principales para permitir apoptosis: Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 35

36. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 36

37. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 37

38. VIA EXTRINSECA Implicación del receptor de muerte de la superficie celular en una diversidad de células. Son miembros de la familia del receptor del TNF que contiene un dominio denominado "de muerte", (por su papel esencial en el suministro de señales apoptóticas). Los mejor conocidos son el receptor de TNF de tipo 1 (TNFR1) y una proteína relacionada denominada Fas (CD95). Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 38

39. Cuando Fas se une a su ligando, 3 o más moléculas de Fas se juntan y sus dominios de muerte citoplasmáticos forman un sitio de unión para una proteina adaptadora que contiene un dominio de muerte denominado FADD (Fas- associated death domain ). FADD se une a una forma inactiva de la caspasa-8 (iniciadora) . Múltiples moléculas procaspasa-8 se separan para generar caspasa-8 activa Se desencadena una cascada de activación de caspasas escindiendo y activando otras pro-caspasas . Esta vía de apoptosis puede inhibirse por una proteína denominada FLIP, que se une a la pro-caspasa-8, pero no puede cortar y activar la enzima a las células. Algunos virus producen FLIP y lo utilizan para proteger a infectadas y normales de la apoptosis mediada por Fas. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 39

40. VIA INTRINSICA Es el resultado de una permeabilidad mitocondrial aumentada y liberación de moléculas pro-apoptóticas al citoplasma sin intervención de los receptores de muerte. DD Los FC y otras señales de supervivencia estimulan la producción de miembros antiapoptóticos de la familia de proteínas Bcl-2. Existen más de 20 proteínas en esta familia, las cuales funcionan regulando la apoptosis. Las dos antiapoptóticas principales son : Bcl-2 y Bcl -X. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 40

41. Residen normalmente en las membranas mitocondriales y en el citoplasma. Cuando las células no reciben señales de supervivencia o están sujetas a estrés, la membrana mitocondrial pierde Bcl-2 y/o Bcl -x que se sustituyen por miembros pro-apoptóticos de la familia, tales como  Bake  Bax y  Bim . La permeabilidad de la membrana mitocondrial aumenta, y se escapan varias proteínas que pueden activar la cascada de las caspasas. El citocromo c, conocido por su papel en la respiración mitocondrial. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 41

42. En el citosol, el citocromo C se une una proteína denominada Afap-1 (apoptosis activating factor-1), y el complejo activa a la caspasa-9(iniciadora). (Bcl-2 y Bcl -X pueden, asimismo, inhibir directamente la activación de Apaf-1). Otras proteínas mitocondriales, tales como el factor inductor de apoptosis (AFI), penetran en el citoplasma donde se unen, y neutralizan a diversos inhibidores de la apoptosis, cuya función normal es bloquear la activación de caspasas. El resultado neto es la iniciación la cascada de caspasas. La esencia de la vía intrínseca es un equilibrio entre moléculas pro-apoptóticas y protectoras que regulan la permeabilidad mitocondrial y la liberación de inductores de muerte. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 42

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44. MECANISMOS DE REGULACION La activación de la apoptosis ocurre cuando una célula encuentr a una señal inductora de muerte la cual se une a un receptor específico. Las vias de señalización de apoptosis se encuentran inactivas y se expresan como respuesta a este estímulo. Por otra parte existen señales de supervivencia (factores de crecimiento, hormonas, nutrientes) aumentan la actividad de las moléculas reguladoras antiapoptóticas . También se hallan factores proapoptóticos que contrarían esas moléculas inhibitorias cuando el fallecimiento de una célula es oportuno e imprescindible. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 44

45. Se unen a algunas procaspasas y previenen su activacion y otras se unen directamente a las caspasas evitando tambien su activacion . Se han identificado 8 homologos humanos entre ellas NAIP, c-IAP1, c-IAP2, XIAP . Tiene un dominio BIR el cual interactua con las caspasas y le da la mayor caracteristica anti-apoptótica . IAP (Inhibidor de Apoptosis ) Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 45

46. XIAP, c-IAP1 y c-IAP2 inhiben directamente caspasas-3, -7, y –9 XIAP BIR3 se une con la subunidad de la caspasa 9, BIR2 interactúa con caspasas 3 y 7 c-IAP1, c-IAP2, y XIAP tienen dominio RING en C-terminal con actividad ubiquitina ligasa Es importante en la regulación, la actividad de IAP, ya que inhiben de manera directa la activación de las caspasas, previniendo un local y temporal fallecimiento inapropiado de algunas células. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 46

47. Proteina mitocondrial ( segunda en su orden despues de las caspasas - proapoptotica ) liberadas del espacio intermembranal de la mitocondria durante los eventos apoptoticos y contrarresta el efecto inhibitorio de IAPs. Se une a Xiap y desplaza a las caspasas permitiendo su activacion : Produce activacion proteolitica de Procaspasa3 Promueve actividad enzimatica de Caspasa3 madura SMAC/ DIABLO Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 47

48. ACONTECIMIENTOS APOPTOTICOS Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 48

49. Biologia Celular de Hellmur-Planer. DeVita 49