Ced-3

Ced-3 es uno de los principales componentes proteicos de la vía de muerte celular programada (PCD) para Caenorhabditis elegans . ^{[ 1 ]} Hay un total de 14 genes que están involucrados en la muerte celular programada, otros importantes incluyen los genes ced-4 y ced-9 . ^{[ 2 ]} El gusano nematodo sano requerirá 131 muertes de células somáticas de las 1090 células durante las etapas de desarrollo. ^{[ 3 ]} El gen inicialmente codifica para una caspasa prototípica (procaspasa) donde el residuo de cisteína activo escinde residuos de aspartato , convirtiéndose así en una caspasa funcional . ^{[ 4 ]} Ced-3 es una caspasa efectora ( proteasa dirigida por aspartato dependiente de cisteína ) que debe dimerizarse consigo misma y ser iniciada por ced-4 para volverse activa. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Una vez activa, tendrá una serie de reacciones que finalmente conducirán a la apoptosis de las células objetivo. ^{[ 6 ]}

La muerte celular programada en C. elegans ocurre en las etapas embrionaria y postembrionaria, tanto en células somáticas como germinales . ^{[ 7 ]} Durante la embriogénesis , el transcrito ced-3 alcanza su nivel máximo debido a la gran cantidad de células que deben someterse a la apoptosis. ^{[ 8 ]} La mayoría de las muertes celulares programadas ocurren en el tejido cerebral de C. elegans, donde la mayoría de las células destinadas a la apoptosis tienen linajes neuronales y gliales . ^{[ 3 ]} A partir de ahí, ced-3 se localiza en las regiones perinucleares de las células. ^{[ 3 ]}

Para que ced-3 sea funcional, requiere una escisión autocatalítica iniciada por ced-4, que actúa como una caspasa iniciadora. ^{[ 1 ]} El gen Ced-3 se encuentra corriente abajo de ced-4 y regula positivamente a ced-3. ^{[ 1 ]} También puede ser inhibido indirectamente por ced-9 y prevenir la apoptosis al inhibir la función de ced-4, inhibiendo así la función de ced-3. ^{[ 2 ]}

El ortólogo de ced-3 en humanos es la caspasa 9 , una enzima convertidora de interleucina-1β (ICE), y se descubrió que el ortólogo en ratones era el gen Nedd-2. ^{[ 8 ]}

En 1986, los dos investigadores, Hilary Ellis y H. Robert Horvitz, descubrieron que los genes ced-3 y ced-4 estaban involucrados de alguna manera en la apoptosis. ^{[ 3 ]}

Más tarde, en 2002, Sydney Brenner , H. Robert Horvitz y John E. Sulston recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2002 por su investigación sobre la muerte celular programada ^{[ 9 ].} Lograron visualizar el proceso de PCD utilizando microscopía de contraste de interferencia diferencial (DIC). ^{[ 7 ]}

Durante su investigación, Ellis realizó varios experimentos mutando el gen ced-3 y descubrió que las células que codificaban el gen ced-3 mutado sobrevivían a pesar de que originalmente estaban destinadas a la muerte celular. ^{[ 10 ]} Esto condujo al descubrimiento de la proteína ced-3 y su función en la muerte celular programada (PCD); antes del experimento, se pensaba que ced-3 actuaba como represor del gen ced-1. ^{[ 11 ]} Ced-1 y ced-2 fueron los primeros genes ced que se descubrieron inicialmente en 1983. ^{[ 7 ]}

Para que los biólogos pudieran estudiar la PCD, necesitaban un organismo modelo, el cual fue introducido por primera vez por Sydney Brenner en 1974 con el nematodo C. elegans . ^{[ 12 ]} Este organismo sirvió como objeto de investigación durante muchos años, lo que condujo a otros descubrimientos biológicos, no solo para C. elegans sino también para mamíferos. ^{[ 12 ]}

Una de las funciones principales de la proteína ced-3 en C. elegans es ayudar al desarrollo y crecimiento del organismo. ^{[ 13 ]} Sin apoptosis, las células dañadas o envejecidas no podrán ser reemplazadas por células más nuevas y sanas, lo que inducirá el crecimiento. ^{[ 13 ]} Las células objetivo están destinadas a morir en ciertos momentos y lugares durante el desarrollo, lo que demuestra que todo forma parte de un plan de desarrollo. ^{[ 13 ]} Estas células alguna vez tuvieron una función necesaria para el crecimiento del organismo, pero luego se vuelven inútiles y son dirigidas a la eliminación. ^{[ 3 ]} Otras funciones de la muerte celular programada incluyen la homeostasis tisular y la prevención de enfermedades. ^{[ 2 ]} Si una célula se transforma o si su ADN se daña, entonces la célula debe degradarse antes de que pueda sufrir más daños. ^{[ 12 ]}

En un estudio reciente, se descubrió que, en el caso particular de C. elegans , la muerte celular programada también está relacionada con una respuesta del sistema inmunitario a una infección patógena . ^{[ 4 ]} Al eliminar las células infectadas, el nematodo puede asegurar su supervivencia frente al ataque. ^{[ 12 ] [ 4 ]} C. elegans también experimenta cambios anatómicos importantes que deben estar mediados por muertes celulares programadas, y se descubrió que la PCD está regulada por las condiciones ambientales debido a que las muertes celulares se encontraron con mayor frecuencia en gusanos viejos y hambrientos que en gusanos nuevos y sanos. ^{[ 4 ] [ 3 ]}

En C. elegans , el gen ced-3 se encuentra en el cromosoma 4 con un recuento de exones de 8 y es un gen que expresa proteínas. ^{[ 5 ]} El gen codifica una caspasa; más específicamente, una proteasa de cisteína-aspartato. [ ^{5 ] [ 11 ] El} gen se describe como una "proteína de muerte celular 3" y es un ortólogo de la versión de mamíferos del gen, caspasa 9. ^{[ 5 ]} Su nombre deriva del término " muerte celular ". ^{[ 7 ]}

Estructuralmente, ced-3 tiene dos dominios proteicos :

• Dominio CARD ( dominio de reclutamiento de caspasa ) ^{[ 11 ]}
• Dominio de caspasa ^{[ 11 ]}

Los dominios CARD tienen interacciones proteína-proteína donde el dominio CARD de ced-3 y ced-4 pueden tener interacciones homofílicas entre sí. ^{[ 15 ]} El dominio caspasa es el dominio principal de la proteína, donde tiene lugar la actividad de escisión de la proteasa. ^{[ 11 ]} La proteasa activa contiene una subunidad grande y una pequeña, donde la subunidad grande tiene un peso de 17 kDa y la subunidad pequeña tiene un peso de 15 kDa. ^{[ 7 ]}

Ced-3 consta de dos isoformas : la isoforma a y la isoforma b. La isoforma a tiene una longitud de transcripción de 2437 nucleótidos (nt), una secuencia codificante de 1512 nt y una longitud de proteína de 503 aminoácidos (aa). La isoforma b tiene una longitud de transcripción de 864 nt, una secuencia codificante de 864 nt y una longitud de proteína de 287 aa. ^{[ 11 ]} Las regiones centrales de la secuencia de aminoácidos son ricas en residuos de serina , pero estas regiones no están conservadas para las proteínas ICE en humanos. ^{[ 8 ]} En cambio, las regiones carboxi-terminales de las proteínas son las que están mejor conservadas tanto en humanos como en ratones. ^{[ 8 ]}

Los genes Ced-3 se expresan en gran medida en la célula madre de las células hijas destinadas a morir. El gen de la procaspasa ced-3, producido en las células madre, se hereda a las células hijas, donde se traduce y activa. ^{[ 7 ]}

Cuando el gen ced-3 se traduce en una proteína, primero se convierte en una proteína precursora que necesita sufrir modificaciones para convertirse en una caspasa activa. ^{[ 6 ]} Primero, la cisteína activa reconoce secuencias específicas que contienen aspartato y lo escinde, lo que provoca que el dominio C-terminal y los polipéptidos centrales se heterodimericen para formar la proteasa. ^{[ 6 ]} Este proceso es autocatalítico , lo que significa que la proteína ced-3 se escinde a sí misma para volverse funcional. ^{[ 6 ]} El dominio N-terminal restante se denomina ahora prodominio y forma parte del dominio CARD, pero no de la proteasa escindida. ^{[ 6 ]} El prodominio es reconocido por ced-4 y, en consecuencia, inicia el procesamiento de ced-3. ^{[ 6 ]} Previamente, la apoptosis debe ser desencadenada por el aumento de la expresión génica de otra proteína conocida como "receptor de muerte", denominada proteína EGL-1. ^{[ 7 ]} EGL-1 se unirá e inhibirá a ced-9, que es una caspasa inhibidora que reconoce y se une a ced-4 para que ya no pueda activar ced-3. Esto provoca un fallo en la apoptosis y la célula continúa viva. ^{[ 12 ]} Estas 4 proteínas, incluyendo ced-3, se consideran parte de la maquinaria apoptótica central, que también se encuentra en los ortólogos de los mamíferos. ^{[ 7 ]}

Una vez activada la caspasa ced-3, el mismo residuo de cisteína de la proteasa reconoce el aminoácido aspartato en otras proteínas, escindiéndolas eficazmente. ^{[ 13 ]} Estas proteínas se encuentran en el núcleo , la lámina nuclear , el citoesqueleto , el retículo endoplasmático y el citosol . ^{[ 13 ]} La acción de escisión de ciertas proteínas desencadena una serie de vías que conducen a la degradación de la célula. ^{[ 14 ]}

Ced-3 es una parte crítica de la vía de muerte celular programada, una vía bien conocida por estar asociada con el cáncer , las enfermedades autoinmunes y las enfermedades neurodegenerativas en mamíferos. ^{[ 4 ]} El descubrimiento de la función y las mutaciones de ced-3 en C. elegans condujo a la comprensión de cómo funciona la muerte celular programada en mamíferos. ^{[ 8 ]} C. elegans proporcionó un organismo modelo que permitió a los investigadores comparar los genes ortólogos en la vía de muerte celular programada. ^{[ 8 ]} El ortólogo del gen ced-3 es la caspasa 9 y su forma mutada está involucrada en el origen de ciertos cánceres y tejidos tumorales. ^{[ 12 ]} Una mutación en el gen de la caspasa puede hacer que la proteína sea no funcional, lo que permite que las células vivan y se acumulen en el tejido, o hacer que una proteína dañada por el ADN sobreviva y altere el cuerpo para causar más daño. ^{[ 12 ]} Esto ocurre comúnmente en el cerebro, lo que conduce a enfermedades del neurodesarrollo o neurodegenerativas. ^{[ 4 ]}

Se ha demostrado que Ced-3 interactúa con:

• ced-4 ^{[ 2 ] [ 4 ]}
• ced-9 ^{[ 12 ]}
• EGL-1 (BH3) ^{[ 12 ]}
• ced-1 ^{[ 7 ]}