Articulo de referencia

Muerte celular programada

La muerte celular programada ( PCD ), a veces denominada suicidio celular o suicidio celular, [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] es la muerte de una célula como resultado de eventos dentro de el...

La muerte celular programada ( PCD ), a veces denominada suicidio celular o suicidio celular, [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] es la muerte de una célula como resultado de eventos dentro de ella, como la apoptosis o la autofagia . [ 4 ] [ 5 ] La PCD se lleva a cabo en un proceso biológico , que generalmente confiere una ventaja durante el ciclo de vida de un organismo . Por ejemplo, la diferenciación de los dedos de las manos y los pies en un embrión humano en desarrollo ocurre porque las células entre los dedos sufren apoptosis ; el resultado es que los dedos se separan. La PCD cumple funciones fundamentales durante el desarrollo de los tejidos tanto de plantas como de animales .

La apoptosis y la autofagia son formas de muerte celular programada. [ 6 ] La necrosis es la muerte de una célula causada por factores externos como traumatismos o infecciones y se presenta en diversas formas. Durante mucho tiempo, la necrosis se consideró un proceso no fisiológico que ocurre como resultado de una infección o lesión, [ 6 ] pero en la década de 2000, se reconoció una forma de necrosis programada, llamada necroptosis , [ 7 ] como una forma alternativa de muerte celular programada. Se hipotetiza que la necroptosis puede servir como mecanismo de respaldo para la muerte celular en el caso de la apoptosis, cuando la señalización de esta última se bloquea por factores endógenos o exógenos como virus o mutaciones. Más recientemente, también se han descubierto otros tipos de necrosis regulada, que comparten varios eventos de señalización con la necroptosis y la apoptosis. [ 8 ]

Historia

El concepto de "muerte celular programada" fue utilizado por Lockshin y Williams [ 9 ] en 1964 en relación con el desarrollo de tejidos de insectos , aproximadamente ocho años antes de que se acuñara el término "apoptosis". Sin embargo, el término PCD ha sido fuente de confusión, y Durand y Ramsey [ 10 ] han desarrollado el concepto proporcionando definiciones mecanicistas y evolutivas. PCD se ha convertido en el término general que se refiere a todos los diferentes tipos de muerte celular que tienen un componente genético. [ 11 ]

La primera comprensión del mecanismo provino del estudio de BCL2 , el producto de un supuesto oncogén activado por translocaciones cromosómicas que se encuentran frecuentemente en el linfoma folicular . A diferencia de otros genes cancerígenos, que promueven el cáncer estimulando la proliferación celular, BCL2 promovía el cáncer impidiendo que las células del linfoma pudieran autodestruirse. [ 12 ]

La PCD ha sido objeto de creciente atención e investigación. Esta tendencia se vio reforzada con la concesión del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2002 a Sydney Brenner ( Reino Unido ), H. Robert Horvitz (EE. UU.) y John E. Sulston (Reino Unido). [ 13 ]

Tipos

Descripción general de las vías de transducción de señales implicadas en la apoptosis.

Apoptosis

La apoptosis es el proceso de muerte celular programada (PCD) que puede ocurrir en organismos multicelulares . [ 15 ] Los eventos bioquímicos conducen a cambios celulares característicos ( morfología ) y a la muerte. Estos cambios incluyen la formación de vesículas , la contracción celular, la fragmentación nuclear , la condensación de la cromatina y la fragmentación del ADN cromosómico . Ahora se cree que, en un contexto de desarrollo, las células son inducidas a cometer suicidio positivo mientras se encuentran en un contexto homeostático; la ausencia de ciertos factores de supervivencia puede proporcionar el impulso para el suicidio. Parece haber cierta variación en la morfología e incluso en la bioquímica de estas vías de suicidio; algunas siguen el camino de la "apoptosis", otras siguen una vía más generalizada hacia la eliminación, pero ambas suelen estar motivadas genética y sintéticamente. Hay cierta evidencia de que ciertos síntomas de "apoptosis", como la activación de endonucleasas, pueden ser inducidos espuriamente sin involucrar una cascada genética; sin embargo, presumiblemente la verdadera apoptosis y la muerte celular programada deben estar mediadas genéticamente. También se está haciendo evidente que la mitosis y la apoptosis se alternan o vinculan de alguna manera y que el equilibrio alcanzado depende de las señales recibidas de los factores de crecimiento o supervivencia apropiados. [ 16 ]

Vías extrínsecas frente a vías intrínsecas

Existen dos vías potenciales diferentes que pueden seguirse cuando se requiere apoptosis. Está la vía extrínseca y la vía intrínseca. Ambas vías implican el uso de caspasas, cruciales para la muerte celular. [ 17 ]

Vía extrínseca

La vía extrínseca implica una interacción específica entre el receptor y su ligando. El ligando FAS se une al receptor FAS o el ligando TNF-alfa se une al receptor TNF. En ambos casos, se activa la caspasa iniciadora. La vía extrínseca puede activarse de dos maneras. La primera es mediante la unión rápida del ligando TNF-alfa o mediante una célula T citotóxica. La célula T citotóxica puede adherirse a una membrana, facilitando la liberación de granzima B. La granzima B perfora la membrana de la célula diana y, a su vez, permite la liberación de perforina. Finalmente, la perforina crea un poro en la membrana y libera las caspasas, lo que conduce a la activación de la caspasa 3. Esta caspasa iniciadora puede causar la escisión de la caspasa 3 inactiva, convirtiéndola en caspasa 3 escindida. Esta es la molécula final necesaria para desencadenar la muerte celular. [ 18 ]

Vía intrínseca

La vía intrínseca se produce por daños celulares como el daño al ADN o la exposición a la radiación UV. Esta vía tiene lugar en las mitocondrias y está mediada por sensores llamados sensores Bcl y dos proteínas llamadas BAX y BAK. Estas proteínas se encuentran en la mayoría de los mamíferos superiores, ya que pueden perforar la membrana mitocondrial externa, lo que las convierte en una parte integral de la mediación de la muerte celular por apoptosis. Lo hacen orquestando la formación de poros en la membrana, esenciales para la liberación del citocromo c. Sin embargo, el citocromo c solo se libera si la membrana mitocondrial está dañada. Una vez detectado el citocromo c, se forma el complejo apoptosoma. Este complejo activa la caspasa efectora, que causa la muerte celular. Esta muerte celular puede ser esencial, ya que previene el crecimiento excesivo de células que puede provocar enfermedades como el cáncer. Hay otras dos proteínas que vale la pena mencionar que inhiben la liberación de citocromo c en las mitocondrias. Bcl-2 y Bcl-xl son antiapoptóticas y, por lo tanto, previenen la muerte celular. Existe una posible mutación que puede ocurrir y que causa la hiperactividad de Bcl-2. Se trata de una translocación entre los cromosomas 14 y 18. Esta hiperactividad puede dar lugar al desarrollo de linfoma folicular. [ 19 ]

Autofagia

La macroautofagia , a menudo denominada autofagia , es un proceso catabólico que da como resultado la degradación autofagosómica - lisosomal de la mayor parte del contenido citoplasmático , los agregados proteicos anormales y los orgánulos dañados o en exceso . [ 6 ]

La autofagia se activa generalmente en condiciones de privación de nutrientes , pero también se ha asociado con procesos fisiológicos y patológicos como el desarrollo, la diferenciación, las enfermedades neurodegenerativas , el estrés , las infecciones y el cáncer .

Mecanismo

Un regulador crítico de la inducción de la autofagia es la quinasa mTOR , que cuando se activa, suprime la autofagia y cuando no se activa la promueve. Tres quinasas de serina / treonina relacionadas , las quinasas tipo UNC-51 -1, -2 y -3 (ULK1, ULK2, UKL3), que desempeñan un papel similar al de la levadura Atg1 , actúan aguas abajo del complejo mTOR . ULK1 y ULK2 forman un gran complejo con el homólogo de mamíferos de un producto génico relacionado con la autofagia (Atg) (mAtg13) y la proteína andamiaje FIP200. El complejo PI3K de clase III, que contiene hVps34, Beclin-1 , p150 y la proteína tipo Atg14 o gen asociado a la resistencia a la irradiación ultravioleta (UVRAG), es necesario para la inducción de la autofagia.

Los genes ATG controlan la formación del autofagosoma a través de los complejos ATG12 - ATG5 y LC3-II ( ATG8 -II). ATG12 se conjuga con ATG5 en una reacción similar a la ubiquitina que requiere ATG7 y ATG10 . El conjugado Atg12-Atg5 interactúa de forma no covalente con ATG16 para formar un complejo grande. LC3/ ATG8 se escinde en su extremo C-terminal por la proteasa ATG4 para generar la LC3-I citosólica. LC3-I se conjuga con fosfatidiletanolamina (PE) también en una reacción similar a la ubiquitina que requiere Atg7 y Atg3. La forma lipidada de LC3, conocida como LC3-II, se une a la membrana del autofagosoma. [ 20 ]

La autofagia y la apoptosis están conectadas tanto positiva como negativamente, y existe una extensa interacción entre ambas. Durante la deficiencia de nutrientes , la autofagia funciona como un mecanismo de supervivencia; sin embargo, la autofagia excesiva puede provocar la muerte celular , un proceso morfológicamente distinto de la apoptosis. Varias señales proapoptóticas , como TNF , TRAIL y FADD , también inducen la autofagia. Además, Bcl-2 inhibe la autofagia dependiente de Beclin-1 , funcionando así como un regulador tanto pro-supervivencia como anti-autofágico. [ 20 ]

Otros tipos

Además de los dos tipos de PCD mencionados anteriormente, se han descubierto otras vías. [ 21 ] Denominadas "muerte celular programada no apoptótica" (o " muerte celular programada independiente de caspasas " o "necroptosis"), estas rutas alternativas de muerte son tan eficientes como la apoptosis y pueden funcionar como mecanismos de respaldo o como el principal tipo de PCD. [ 22 ]

Otras formas de muerte celular programada incluyen la anoikis , casi idéntica a la apoptosis excepto en su inducción; la cornificación , una forma de muerte celular exclusiva de la epidermis; la excitotoxicidad ; la ferroptosis , una forma de muerte celular dependiente del hierro [ 23 ] y la degeneración walleriana .

La necroptosis es una forma programada de necrosis o muerte celular inflamatoria. Convencionalmente, la necrosis se asocia con la muerte celular no programada resultante del daño celular o la infiltración por patógenos, en contraste con la muerte celular programada y ordenada mediante apoptosis. La nemosis es otra forma programada de necrosis que tiene lugar en los fibroblastos . [ 24 ]

La eritroptosis es una forma de muerte celular programada de los eritrocitos . [ 25 ]

La aponecrosis es un híbrido de apoptosis y necrosis y se refiere a un proceso apoptótico incompleto que se completa mediante necrosis. [ 26 ]

La NETosis es el proceso de muerte celular generado por los neutrófilos, que da como resultado NETs . [ 27 ]

La paraptosis es otro tipo de muerte celular no apoptótica mediada por MAPK a través de la activación de IGF-1 . Se caracteriza por la formación intracelular de vacuolas y la hinchazón de las mitocondrias. [ 28 ]

La piroptosis , un tipo de muerte celular inflamatoria, está mediada exclusivamente por la caspasa 1 , una enzima no involucrada en la apoptosis, en respuesta a la infección por ciertos microorganismos. [ 28 ]

Las células vegetales experimentan procesos particulares de muerte celular programada (PCD) similares a la muerte celular autofágica. Sin embargo, algunas características comunes de la PCD están altamente conservadas tanto en plantas como en metazoos. [ 22 ]

Factores atróficos

Un factor atrófico es una fuerza que causa la muerte de una célula . Solo las fuerzas naturales que actúan sobre la célula se consideran factores atróficos, mientras que, por ejemplo, los agentes de abuso mecánico o químico o la lisis celular no se consideran factores atróficos. Los tipos comunes de factores atróficos son: [ 29 ]

  1. Disminución de la carga de trabajo
  2. Pérdida de inervación
  3. Disminución del suministro de sangre
  4. Nutrición inadecuada
  5. Pérdida de estimulación endocrina
  6. Senilidad
  7. Compresión

Función en el desarrollo del sistema nervioso

Células moribundas en la zona de proliferación

La expansión inicial del sistema nervioso en desarrollo se ve contrarrestada por la eliminación de neuronas y sus prolongaciones. [ 30 ] Durante el desarrollo del sistema nervioso, casi el 50% de las neuronas en desarrollo se eliminan naturalmente mediante la muerte celular programada (PCD). [ 31 ] La PCD en el sistema nervioso fue reconocida por primera vez en 1896 por John Beard. [ 32 ] Desde entonces, se han propuesto varias teorías para comprender su significado biológico durante el desarrollo neuronal . [ 33 ]

Función en el desarrollo neuronal

La PCD en el sistema nervioso en desarrollo se ha observado tanto en células proliferantes como en células postmitóticas. [ 30 ] Una teoría sugiere que la PCD es un mecanismo adaptativo para regular el número de células progenitoras . En humanos, la PCD en células progenitoras comienza en la semana gestacional 7 y permanece hasta el primer trimestre. [ 34 ] Este proceso de muerte celular se ha identificado en las áreas germinales de la corteza cerebral , cerebelo , tálamo , tronco encefálico y médula espinal , entre otras regiones. [ 33 ] En las semanas gestacionales 19-23, se observa PCD en células postmitóticas. [ 35 ] La teoría predominante que explica esta observación es la teoría neurotrófica que afirma que la PCD es necesaria para optimizar la conexión entre las neuronas y sus entradas aferentes y objetivos eferentes. [ 33 ] Otra teoría propone que la muerte celular programada (PCD) durante el desarrollo del sistema nervioso ocurre para corregir errores en neuronas que han migrado ectópicamente, inervado objetivos incorrectos o cuyos axones se han desviado durante la búsqueda de la ruta. [ 36 ] Es posible que la PCD durante el desarrollo del sistema nervioso cumpla diferentes funciones determinadas por la etapa de desarrollo, el tipo de célula e incluso la especie. [ 33 ]

La teoría neurotrófica

La teoría neurotrófica es la hipótesis principal que explica el papel de la muerte celular programada en el desarrollo del sistema nervioso. [ 37 ] Postula que, para asegurar una inervación óptima de las células diana, primero se produce un excedente de neuronas que compiten por cantidades limitadas de factores neurotróficos protectores , y solo una fracción sobrevive, mientras que otras mueren por muerte celular programada. [ 34 ] Además, la teoría afirma que factores predeterminados regulan la cantidad de neuronas que sobreviven y que el tamaño de la población neuronal inervadora se correlaciona directamente con la influencia de su campo diana. [ 38 ]

La idea subyacente de que las células diana secretan factores atractivos o inductores y que sus conos de crecimiento tienen sensibilidad quimiotáctica fue propuesta por primera vez por Santiago Ramón y Cajal en 1892. [ 39 ] Cajal presentó la idea como una explicación de la "fuerza inteligente" que parecen tomar los axones al encontrar su diana, pero admitió que no tenía datos empíricos. [ 39 ] La teoría ganó más aceptación cuando la manipulación experimental de las dianas de los axones produjo la muerte de todas las neuronas inervadoras. Esto desarrolló el concepto de regulación derivada de la diana, que se convirtió en el principio fundamental de la teoría neurotrófica. [ 40 ] [ 41 ] Los experimentos que respaldaron aún más esta teoría llevaron a la identificación del primer factor neurotrófico, el factor de crecimiento nervioso (NGF). [ 42 ]

Sistema nervioso periférico versus sistema nervioso central

Muerte celular en el sistema nervioso periférico frente al sistema nervioso central.

Diferentes mecanismos regulan la muerte celular programada (PCD) en el sistema nervioso periférico (SNP) en comparación con el sistema nervioso central (SNC). En el SNP, la inervación del órgano diana es proporcional a la cantidad de factores neurotróficos liberados por este, como el NGF y el NT3 . [ 43 ] [ 44 ] La expresión de los receptores de neurotrofinas, TrkA y TrkC , es suficiente para inducir apoptosis en ausencia de sus ligandos . [ 31 ] Por lo tanto, se especula que la PCD en el SNP depende de la liberación de factores neurotróficos y, por consiguiente, se ajusta al concepto de la teoría neurotrófica. [ 45 ]

La muerte celular programada en el SNC no depende de factores de crecimiento externos , sino que se basa en señales intrínsecas. En la neocorteza , una proporción de 4:1 de interneuronas excitadoras a inhibidoras se mantiene mediante una maquinaria apoptótica que parece ser independiente del entorno. [ 44 ] La evidencia que lo respalda proviene de un experimento en el que se trasplantaron progenitores de interneuronas a la neocorteza de ratones o se cultivaron in vitro . [ 46 ] Las células trasplantadas murieron a las dos semanas de edad, la misma edad en la que las interneuronas endógenas experimentan apoptosis. Independientemente del tamaño del trasplante, la fracción de células que experimentaban apoptosis se mantuvo constante. Además, la interrupción de TrkB , un receptor del factor neurotrófico derivado del cerebro (Bdnf), no afectó la muerte celular. También se ha demostrado que en ratones nulos para el factor proapoptótico Bax (proteína X asociada a Bcl-2) sobrevivió un mayor porcentaje de interneuronas en comparación con los ratones de tipo salvaje. [ 46 ] En conjunto, estos hallazgos indican que la muerte celular programada en el SNC explota parcialmente la señalización mediada por Bax y es independiente del BDNF y del entorno. Los mecanismos apoptóticos en el SNC aún no se comprenden bien, pero se cree que la apoptosis de las interneuronas es un proceso autónomo. [ 45 ]

Desarrollo del sistema nervioso en su ausencia

La muerte celular programada puede reducirse o eliminarse en el sistema nervioso en desarrollo mediante la eliminación dirigida de genes proapoptóticos o mediante la sobreexpresión de genes antiapoptóticos. La ausencia o reducción de la PCD puede causar malformaciones anatómicas graves, pero también puede resultar en consecuencias mínimas dependiendo del gen objetivo, la población neuronal y la etapa de desarrollo. [ 33 ] La proliferación excesiva de células progenitoras que conduce a anomalías cerebrales graves suele ser letal, como se observa en ratones knockout de caspasa-3 o caspasa-9 que desarrollan exencefalia en el prosencéfalo . [ 47 ] [ 48 ] Sin embargo, el tronco encefálico, la médula espinal y los ganglios periféricos de estos ratones se desarrollan normalmente, lo que sugiere que la participación de las caspasas en la PCD durante el desarrollo depende de la región cerebral y el tipo de célula. [ 49 ] El knockout o la inhibición del factor activador de la proteasa apoptótica 1 ( APAF1 ), también resulta en malformaciones y mayor letalidad embrionaria. [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] La manipulación de las proteínas reguladoras de la apoptosis Bcl-2 y Bax (sobreexpresión de Bcl-2 o deleción de Bax) produce un aumento en el número de neuronas en ciertas regiones del sistema nervioso como la retina , el núcleo trigeminal , el cerebelo y la médula espinal. [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] Sin embargo, la PCD de neuronas debido a la deleción de Bax o la sobreexpresión de Bcl-2 no produce anomalías morfológicas o conductuales prominentes en ratones. Por ejemplo, los ratones que sobreexpresan Bcl-2 tienen habilidades motoras y visión generalmente normales y solo muestran deterioro en comportamientos complejos como el aprendizaje y la ansiedad. [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] Los fenotipos conductuales normales de estos ratones sugieren que puede estar involucrado un mecanismo adaptativo para compensar el exceso de neuronas. [ 33 ]

Invertebrados y vertebrados

Una vía apoptótica conservada en nematodos, mamíferos y moscas de la fruta.

Aprender sobre la PCD en varias especies es esencial para comprender la base evolutiva y la razón de la apoptosis en el desarrollo del sistema nervioso. Durante el desarrollo del sistema nervioso de los invertebrados , la PCD juega diferentes roles en diferentes especies. [ 63 ] La similitud del mecanismo de muerte celular asimétrica en el nematodo y la sanguijuela indica que la PCD puede tener una importancia evolutiva en el desarrollo del sistema nervioso. [ 64 ] En el nematodo, la PCD ocurre en la primera hora de desarrollo, lo que lleva a la eliminación del 12% de las células no gonadales, incluidos los linajes neuronales. [ 65 ] La muerte celular en los artrópodos ocurre primero en el sistema nervioso cuando las células del ectodermo se diferencian y una célula hija se convierte en un neuroblasto y la otra sufre apoptosis. [ 66 ] Además, la muerte celular dirigida al sexo conduce a una inervación neuronal diferente de órganos específicos en machos y hembras. [ 67 ] En Drosophila , la PCD es esencial en la segmentación y especificación durante el desarrollo.

A diferencia de los invertebrados, el mecanismo de muerte celular programada se conserva mejor en los vertebrados . Numerosos estudios realizados en diversos vertebrados muestran que la muerte celular programada de neuronas y glía ocurre en la mayor parte del sistema nervioso durante el desarrollo. Se ha observado antes y durante la sinaptogénesis tanto en el sistema nervioso central como en el periférico. [ 33 ] Sin embargo, existen algunas diferencias entre las especies de vertebrados. Por ejemplo, los mamíferos presentan una extensa arborización seguida de muerte celular programada en la retina, mientras que las aves no. [ 68 ] Aunque el refinamiento sináptico en los sistemas de vertebrados depende en gran medida de la muerte celular programada, otros mecanismos evolutivos también desempeñan un papel. [ 33 ]

En el tejido vegetal

La muerte celular programada en las plantas presenta varias similitudes moleculares con la apoptosis animal , pero también diferencias, la más evidente de las cuales es la presencia de una pared celular y la ausencia de un sistema inmunitario que elimine los fragmentos de la célula muerta. En lugar de una respuesta inmunitaria, la célula moribunda sintetiza sustancias para autodestruirse y las deposita en una vacuola que se rompe al morir. [ 69 ]

En "APL regula la identidad del tejido vascular en Arabidopsis ", [ 70 ] Martin Bonke y sus colegas afirmaron que uno de los dos sistemas de transporte de larga distancia en las plantas vasculares , el xilema , consta de varios tipos de células "cuya diferenciación implica la deposición de elaborados engrosamientos de la pared celular y la muerte celular programada". Los autores enfatizan que los productos de la muerte celular programada en las plantas desempeñan un papel estructural importante.

Las características morfológicas y bioquímicas básicas de la muerte celular programada (PCD) se han conservado tanto en el reino vegetal como en el animal . [ 71 ] Ciertos tipos de células vegetales llevan a cabo programas únicos de muerte celular. Estos tienen características comunes con la apoptosis animal —por ejemplo, la degradación del ADN nuclear— , pero también tienen sus propias peculiaridades, como la degradación nuclear desencadenada por el colapso de la vacuola en los elementos traqueales del xilema. [ 72 ]

Janneke Balk y Christopher J. Leaver, del Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad de Oxford , llevaron a cabo una investigación sobre mutaciones en el genoma mitocondrial de células de girasol . Los resultados de esta investigación sugieren que las mitocondrias desempeñan el mismo papel clave en la muerte celular programada (PCD) de las plantas vasculares que en otras células eucariotas . [ 73 ]

La muerte celular programada en el polen previene la endogamia.

Durante la polinización , las plantas imponen la autoincompatibilidad ( AI ) como un medio importante para prevenir la autofecundación . Investigaciones sobre la amapola ( Papaver rhoeas ) han revelado que las proteínas del pistilo sobre el que se deposita el polen interactúan con este y desencadenan la muerte celular programada (PCD) en el polen incompatible (es decir, propio ). Los investigadores, Steven G. Thomas y Vernonica E. Franklin-Tong , también descubrieron que la respuesta implica una rápida inhibición del crecimiento del tubo polínico , seguida de la PCD. [ 74 ]

En mohos mucilaginosos

El moho mucilaginoso social Dictyostelium discoideum tiene la peculiaridad de adoptar un comportamiento depredador similar al de una ameba en su forma unicelular o coalescer en una forma móvil similar a una babosa cuando dispersa las esporas que darán origen a la siguiente generación . [ 75 ]

El tallo está compuesto por células muertas que han sufrido un tipo de muerte celular programada (PCD) que comparte muchas características de la muerte celular autofágica: formación de vacuolas masivas dentro de las células, cierto grado de condensación de la cromatina , pero sin fragmentación del ADN . [ 76 ] La función estructural de los residuos que dejan las células muertas recuerda a los productos de la PCD en el tejido vegetal.

D. discoideum es un moho mucilaginoso, parte de una rama que podría haber surgido de ancestros eucariotas hace aproximadamente mil millones de años . Parece que surgieron después de que los ancestros de las plantas verdes y los ancestros de los hongos y los animales se hubieran diferenciado. Pero, además de su lugar en el árbol evolutivo , el hecho de que se haya observado la muerte celular programada (PCD) en el humilde y simple D. discoideum , de seis cromosomas , tiene una importancia adicional: permite el estudio de una vía de PCD del desarrollo que no depende de las caspasas características de la apoptosis. [ 77 ]

Origen evolutivo de la apoptosis mitocondrial

La ocurrencia de muerte celular programada en protistas es posible, [ 78 ] [ 79 ] pero sigue siendo controvertida. Algunos clasifican la muerte en esos organismos como muerte celular no regulada similar a la apoptosis. [ 80 ] [ 79 ]

Los biólogos sospechaban desde hacía tiempo que las mitocondrias se originaban a partir de bacterias que se habían incorporado como endosimbiontes ("viviendo juntas en el interior") de células eucariotas más grandes. Fue Lynn Margulis quien, a partir de 1967, defendió esta teoría , que desde entonces ha sido ampliamente aceptada. [ 81 ] La evidencia más convincente de esta teoría es el hecho de que las mitocondrias poseen su propio ADN y están equipadas con genes y aparato de replicación .

Este paso evolutivo habría sido arriesgado para las células eucariotas primitivas, que comenzaron a engullir las bacterias productoras de energía , así como un paso peligroso para los ancestros de las mitocondrias, que comenzaron a invadir a sus huéspedes protoeucariotas . Este proceso aún se observa hoy en día entre los glóbulos blancos humanos y las bacterias. En la mayoría de los casos, las bacterias invasoras son destruidas por los glóbulos blancos; sin embargo, no es raro que la guerra química librada por los procariotas tenga éxito, con la consecuencia conocida como infección debido al daño resultante.

Uno de estos raros eventos evolutivos, hace unos dos mil millones de años , hizo posible que ciertos eucariotas y procariotas productores de energía coexistieran y se beneficiaran mutuamente de su simbiosis . [ 82 ]

Las células eucariotas mitocondriales viven en un estado intermedio entre la vida y la muerte, ya que las mitocondrias conservan su repertorio de moléculas que pueden desencadenar el suicidio celular. [ 83 ] No está claro por qué se mantiene la maquinaria apoptótica en los organismos unicelulares actuales. Este proceso ha evolucionado para ocurrir solo cuando las células están programadas [ 84 ] (como la retroalimentación de las células vecinas, el estrés o el daño al ADN ), las mitocondrias liberan activadores de caspasas que desencadenan la cascada bioquímica inductora de la muerte celular . Por lo tanto, el mecanismo de suicidio celular es ahora crucial para nuestras vidas.

Daño en el ADN y apoptosis

El estrés oxidativo o las agresiones ambientales pueden provocar daños en el ADN de las células en replicación, lo que puede dar lugar a la apoptosis o al cáncer.

La reparación de los daños del ADN y la apoptosis son dos procesos enzimáticos esenciales para mantener la integridad del genoma en los humanos. Las células que son deficientes en la reparación del ADN tienden a acumular daños en el ADN , y cuando dichas células también son defectuosas en la apoptosis tienden a sobrevivir incluso con un exceso de daño en el ADN. [ 85 ] La replicación del ADN en tales células conduce a mutaciones y estas mutaciones pueden causar cáncer (ver Figura). Varias vías enzimáticas han evolucionado para reparar diferentes tipos de daño en el ADN, y se ha descubierto que en cinco vías de reparación del ADN bien estudiadas, ciertas enzimas tienen una función dual, donde una función es participar en la reparación de una clase específica de daños y la segunda función es inducir la apoptosis si el nivel de dicho daño en el ADN está más allá de la capacidad de reparación de la célula. [ 85 ] Estas proteínas de doble función tienden a proteger contra el desarrollo del cáncer. Las proteínas que funcionan en tal función dual para cada proceso de reparación son: (1) reparación de errores de emparejamiento del ADN , MSH2 , MSH6 , MLH1 y PMS2 ; (2) reparación por escisión de bases , APEX1 (REF1/APE), poli(ADP-ribosa) polimerasa (PARP); (3) reparación por escisión de nucleótidos , XPB , XPD ( ERCC2 ), p53 , p33 ( ING1b ); (4) unión de extremos no homólogos , la subunidad catalítica de DNA-PK ; (5) reparación recombinacional homóloga , BRCA1 , ATM , ATR , WRN , BLM , Tip60 , p53 .

Muerte programada de organismos enteros

Importancia clínica

ABL

Se ha descubierto que el oncogén BCR-ABL está involucrado en el desarrollo del cáncer en humanos. [ 86 ]

c-Myc

c-Myc participa en la regulación de la apoptosis mediante su función en la regulación negativa del gen Bcl-2 . Su función es el crecimiento desordenado del tejido. [ 86 ]

Metástasis

Una característica molecular de las células metastásicas es la expresión alterada de varios genes apoptóticos. [ 86 ]

Véase también

Referencias

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