Download Presentación de PowerPoint
Document related concepts
Transcript
Introducción a La Apoptosis Introducción a La Terapia Génica Curso 2008-09 Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Apoptwsix Kerr, J.F.R., Wyllie, A.H. & Currie, A.R. “Apoptosis: A Basic Biological Phenomenon With Wide Ranging Implications In Tissue Kinetics” British Journal of Cancer (1972), 26: 239. ¿Qué Es La Apoptosis? Caída de la hoja (Kerr et al., 1972). Suicidio celular. “Autodestrucción de las células, activa y genéticamente controlada, caracterizada por una morfología específica.” Apoptosis Necrosis • Necrosis: – Tipo de muerte celular, que ocurre como consecuencia de un daño masivo de tejido, asociada con una rápida incapacitación de las principales funciones celulares como son la expresión génica, síntesis de ATP y potencial de membrana. Apoptosis versus Necrosis Apoptosis Necrosis Causas Falta factores crecimiento Influencia hormonal Toxicidad suave Anoxia Daño físico o químico Morfología Cel. Encogida Cel. Inflada Núcleo Condensación, segmentación, fragmentación ADN Degradación ADN Membrana celular Mitocondria Protuberancias, cambios en la distribución de fosfatidilserina Lisa, lisis Cambios moleculares Inflamiento Expresión + Expresión génica, síntesis proteica, activación proteasas - Apoptosis de una célula trofoblástica: Website designed by Phil Dash: www.sghms.ac.uk/depts/immunology/ ~dash/apoptosis/intro.html Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Mecanismos Moleculares • Caenorhabditis elegans: – Adulto: 1090 células somáticas 131 mueren por apoptosis – Básicamente, 4 genes mayores controlan la MCP (ced = cell death defective): • Mutaciones en egl-1, ced-3 y ced-4: células sobreviven (promotores de MCP) • Mutación en ced-9: aumenta la apoptosis (inhibidor) – Genes homólogos en mamíferos Proteinas Apoptóticas En C. elegans Hengartner, M. (1998) Science 281: 1298-99 Genes Homólogos En Mamíferos Adams, J & Cory, S. (1998) Science 281: 1322-26 Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Inducción De La Apoptosis • Interacciones ligando-receptor. • Estrés celular: – Químicos, – Radiaciones, – Infecciones virales. • Linfocitos T citotóxicos (granzima). www.sghms.ac.uk/depts/immunology/ ~dash/apoptosis/intro.html 1. Interacción LigandoReceptor • “Death receptors” (Superfamilia de TNF): – CD95 (Fas) – TNFR1 – TRAIL (TNF related apoptosis inducing ligand): DR4 y DR5 Inducción Vía CD95/Fas • Muerte celular mediada por las células T citotóxicas. • Respuesta inmune: supresión de células T activadas. • Sitios inmunoprivilegiados: destrucción de células inmunes e inflamatorias. DISC www.sghms.ac.uk/depts/immunology/ ~dash/apoptosis/intro.html Inducción Vía TNFR1 • TNF se produce por células T y Macrófagos activados en respuesta a la infección. – Activación de NF-kB y AP-1 Inducción de genes proinflamatorios (1). – Inducción de apoptosis (2) 2 1 www.sghms.ac.uk/depts/immunology/ ~dash/apoptosis/intro.html Inducción Vía TRAIL • Acción similar a CD95. • Unión a receptores DR4 y DR5. • Expresión constitutiva en muchos tejidos • Mecanismos de protección celular mediante la expresión de receptores señuelo DcR1 y DcR2. www.uchsc.edu/sm/neuro/tylerlab/pennyclarke/pennyclarketrail.html 2. Estrés celular: Daño genotóxico • Agentes intercalantes (Cisplatin, mytomicin C, formaldehyde). • Inductores de aductos al ADN hydrocarbons: benzo(a)pyrene). • Agente alquilante nitrosurea). (Polycyclic aromatic (ethyl Methanesulphonate, n-ethyl-n- • Productores de radicales libres • Inhibidores de microtúbulos (Niquel, arsenic, H2O2). (Taxol). • Inhibidores de la Topoisomerasa (Etoposide, doxorubicin). • Perturbadores del balance nucleotídico • Radiaciones (x-ray). (methotrexate). p53: El Guardián Del Genoma Lane (1992) • Proteína de unión al ADN con dominios de activación de la trascripción. • Previene la replicación del ADN dañado. • Supresor tumoral. • Mutaciones de p53 en el 50% de los tumores humanos (60-70% cancer asociados al ambiente). Funciones De p53 ADN dañado ATM 1. Parada del ciclo celular: p53 p21 P Cdk2 p53 2b. Apoptosis: Bax, Fas/FasL Bcl-2 P M G2 G1 S phase (DNA synthesis) 2a. ADN reparado: ATM p53 MDM Regulación De p53 MDM Stanchina et al. (1998) Genes and Development 12: 2434-42 3. Linfocitos T Citotóxicos http://www.bio.davidson.edu/courses/Immunology/Students/spring2000/woodall/perforine.html http://www.nature.com/nri/journal/v2/n4/slideshow/nri775_bx2.html Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Función de la Mitocondria • Localización de miembros de la familia de Bcl-2 en la membrana mitocondrial. • Promover o prevenir la formación de poros en la membrana controlando la liberación de citocromo C. www.sghms.ac.uk/depts/immunology/ ~dash/apoptosis/intro.html Familia de Bcl-2 Homólogos a las proteínas ced-9 y egl-1. Miembros pro- y anti-apoptóticos Adams, J & Cory, S. (1998) Science 281: 1322-26 http://www.geocities.com/CollegePark/Lab/1580/bcl-2.html Estructura proteica • Formación de homoy hetero-dímeros. • Similar a las proteínas de formación de poros bacterianas. • Dominios de unión a membrana en el extremo C terminal. • Localización en la membrana externa mitocondrial. Adams, J & Cory, S. (1998) Science 281: 1322-26 Regulación de la apoptosis por la familia de Bcl-2 Liberación de Cyt C Activación de caspasas Adams, J & Cory, S. (1998) Science 281: 1322-26 Regulación de la apoptosis por la familia de Bcl-2 La sensibilidad de la célula a un estímulo apoptótico depende del balance entre miembros pro y anti-apoptóticos. Estímulo apoptótico Bax Bcl-2 Cyt C Regulación de la apoptosis por la familia de Bcl-2 Modelos de control de apoptosis: A B Bax Bcl-2 Bcl-2 C Bax Bax Bcl-2 Chau, D.T. & Korsmeyer, S.J. (1998) Annual Review in Immunology 16: 395-419 A + B+ C Regulación de la apoptosis por la familia de Bcl-2 Regulación post-traducción: “BH3 only” PI3-K AKT Chau, D.T. & Korsmeyer, S.J. (1998) Annual Review in Immunology 16: 395-419 Regulación de la apoptosis por la familia de Bcl-2 Caspasa-8 Regulación post-traducción: “BH3 only” Bid Desagher et al. (1999) JBC 144: 891-901 Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Familia De Caspasas • Homólogos a ced-3. • Cystein proteasas (Cys en su sitio activo). • Ampliamente expresadas en forma de proenzimas. • Digestión de proteínas en los residuos de ácido aspártico. Clases De Caspasas • Iniciadoras (like caspasa-9) • Ejecutoras (like Caspasa-3) – Digestión de proteínas – Cambios morfólogicos celulares. Thornberry, N.A.. & Lazebnik, Y. (1998) Science 281: 1312-16 Caspasa Nombre alternativo Substrato Función Caspasa-1 ICE pre-Interleukin-1b Interleukin-18 Lamins Processing of interleukins (inflammation). Can also induce apoptosis depending on isoform and if overexpressed. Caspasa-2 Ich-1 (human), Nedd2 (rat, mouse) Golgin-160 Lamins (?) Apoptosis (activity supressed by serum deprivation) Caspasa-3 CPP32, Yama, apopain PARP SREBs Gelsolin Caspase-6 Caspase-7 Caspase-9 DNA-PK MDM2 Gas2 Fodrin b-Catenin Lamins NuMA HnRNP proteins Topoisomerase I FAK Calpastatin p21Waf1 Presenelin2 ICAD Apoptosis Caspasa Nombre alternativo Substrato Función Caspasa-4 Ich-2, ICErelII Caspase-1 Inflammation/Apoptosis (note: this could be the human form of mouse caspase-11). Related to human caspase-5 and caspase-1 Caspasa-5 ICErelIII, TY ? Inflammation/Apoptosis (related to human caspase-4 and caspase-1) Caspasa-6 Mch2 PARP Lamins NuMA FAK Caspase-3 Keratin-18 Apoptosis Caspasa-7 Mch3, ICE-LAP3, CMH-1 PARP Gas2 SREB1 EMAP II FAK Calpastatin p21Waf1 Apoptosis (activity blocked by cIAP1 and cIAP2) Similar in structure and substrate specificity to caspase-3 Caspasa Nombre alternativo Substrato Función Caspasa-8 FLICE, MACH, Mch5 Caspase-3 Caspase-4 Caspase-6 Caspase-7 Caspase-9 Caspase-10 Caspase-13 PARP Bid Apoptosis (death receptors) Caspasa-9 Apaf-3, ICE-LAP6, Mch6 Caspase-3 pro-Caspase-9 Caspase-7 PARP Apoptosis Caspasa-10 FLICE-2, Mch4 Caspase-3 Caspase-4 Caspase-6 Caspase-7 Caspase-8 Caspase-9 Apoptosis (death receptors) Caspasa-11 Ich-3, ICE_B ? Murine caspase similar to human caspase-4. Belongs to the same family as caspase-3 of enzymes. May be involved in inflammation and apoptosis Caspasa Nombre alternativo Substrato Función Caspasa-12 ICE_C ? Involved in mediating apoptosis following ER stress. Related to mouse caspase-1 and caspase11 and human caspase-4 and caspase-5 Caspasa-13 ERICE ? Member of the ICE family of caspases that include caspase-1 and caspases4, -5 and –11. Involved in inflammation. http://www.sghms.ac.uk/depts/immunology/~dash/apoptosis/caspases.html Regulación De Las Caspasas Raff, M. (1998) Nature 396: 119 Regulación De Las Caspasas Thornberry, N.A.. & Lazebnik, Y. (1998) Science 281: 1312-16 Regulación De Las Caspasas Slee et L. (1999) Jounal of Cell Biology 144: 281-91 http://www.sghms.ac.uk/depts/immunology/~dash/apoptosis/caspases.html Caspasa-8 Regulación De Las Caspasas Bid Desagher et al. (1999) JBC 144: 891-901 Efectos De Las Caspasas Thornberry, N.A.. & Lazebnik, Y. (1998) Science 281: 1312-16 Efectos En El Núcleo • Inhibición de enzimas de reparación [Poly (ADPribosa) polimerasa o PARP]. • Inhibición de enzimas de replicación celular (DNA topoisomerasa II). • Ruptura de proteínas estructurales nucleares (Caspasa-6 lamina). • Fragmentación del ADN. http://www.sghms.ac.uk/depts/immunology/~dash/apoptosis/caspases.html Apoptosis Independiente De caspasas (AIF) • AIF (Apoptosis Inducing Factor) se localiza en la mitocondria. • Apoptosis: AIF migra al núcleo. • AIF se une al ADN y desencadena la destrucción del mismo y la muerte celular. • Mecanismo observado en neuronas. Eliminación De Las Células Apoptóticas Pérdida de la asimetría de membrana exposición de la fosfatidil serina en la capa externa Mecanismos moleculares de la apoptosis Terapia Cáncer Enfermedades cardiacas Infartos SIDA Enfermedades autoinmunes Enfermedades neurodegenerativas Introducción a La Apoptosis To be continued... Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Implicaciones Función fisiológica: * * * Desarrollo embrionario Homeostasia tisular y diferenciación tisular Respuesta inmune Desarrollo • Eliminación de órganos transitorios. • Remodelación Tisular. • Formación de conexiones neuronales adecuadas. • Inhibición de apoptosis mediante señales extrínsecas: – Factores Neurotróficos Supervivencia neuronal. – Factor Stell de las crestas genitales Supervivencia de las células germinales primordiales. – Andrógenos Supervivencia de las células de la próstata. Respuesta Inmune Selección de células B con anticuerpos de alta afinidad CDF CDF Apoptosis del 90% de centrocitos B Bcl-2 Mantenimiento De La Integridad De Sitios inmunoprivilegiados • Organos: ojo, oído interno, testículo o cerebro. • Expresión de FasL e inducción de apoptosis en linfocitos Fas+. Linfocito Célula cornea Utilización para permitir la tolerancia a transplantes. Eliminación De Células Peligrosas Para La Integridad Del Organismo • • • • Células Células Células Células infectadas con virus (CTL). del sistema inmune. con el ADN dañado. cancerosas. Introducción a La Apoptosis • Concepto • Mecanismos moleculares: – Inducción – Control – Ejecución • Implicaciones: – Función fisiológica – Implicaciones patológicas Implicaciones Implicación patológica: * * * * Cáncer SIDA Daño tóxico Enfermedades Neurodegenerativas Apoptosis Y Cáncer Apoptosis Bcl-2 p53 Oncogenes / Supresores tumorales ras c-myc Cancer Bcl-2 90% adenocarcinomas colorectales 30-60% cancer de próstata 70% leucemias linfocitarias 20% cancer de pulmón p53* 50% tumores P53 “El guardian Del Genoma” radiación p53* Carcinógenos genotóxicos p53 - Arresto del ciclo celular en G1 - Inducción de la apoptosis CANCER céls. hematop. Intestino delgado (stem cells) Colon epitelios Apoptosis Y Cáncer APOPTOSIS Iniciación Y Promoción • 80-90 % de las células pretumorales no desarrollan lesiones observables. (GST-P+) • apoptosis por promotores tumorales (Fenobarbital, acetato de ciproterona). • apoptosis mediante restricción alimentaria Progresión Y Crecimiento • Apoptosis: hepatocitos, foci , • ! adenoma, carcinoma Daño genético. • Ausencia de factor de supervivencia (mitógenos, hormonas) regresión y potencial eliminación de tumores. Apoptosis En Tumores Crecimiento < 5% del esperado Higado Apoptosis 0.05% 0.5%/h Proliferación Apoptosis 5%/h Inducción de Apoptosis De Células Tumorales Apoptosis Bax Bcl-2 Quimioterapia Radiación p53 Bax Bcl-2 Bcl-2Bcl-2 Bcl-2 Bax Bax Bax Bax Bax Bax Bcl-2 Apoptosis Mecanismos De Escape De La Apoptosis • Cáncer causado por virus: – HPV: Inactivación de p53 por E6. – Epstein-Barr Virus: • Producción de proteína similar a Bcl-2, • Incremento en la producción de Bcl-2 celular. • Leucemias de células B: traslocación del gen de Bcl-2. • Melanoma: Inhibición de la expresión del gen de Apaf-1. Mecanismos De Escape De La Apoptosis • Mantenimiento del tumor como un sitio inmunoprivilegiado: – Secreción de moléculas señuelo que se unen a FasL de los CTL. – Expresión de altos niveles de FasL e inducción de la apoptosis de linfocitos T activados. APOPTOSIS Y SIDA Síndrome de Inmuno-Deficiencia Adquirida 1. Infección aguda: • • Altos niveles de viremia e infección de células CD4+, macrófagos, otras,... Respuesta inmune celular y Ac. 2. Estadío asintomático: • • Replicación viral/Respuesta inmune celular, Disminución Ac. 3. Estadío sintomático: • • Disminución de CD4+ y aumento de carga viral. Sintomatología, infecciones oportunista, neoplasias, demencia... Apoptosis de células inmunitarias gp120-gp41 Apoptosis: CD8+ Células B NK Granulocitos Monocitos CD4+ ¿Mecanismo indirecto de inducción de apoptosis? Expresión de altos niveles de FasL Demencia en SIDA • Pérdida de neuronas en ganglios basales, materia blanca y corteza cerebral. • Infección por HIV de macrófagos, microglia y astrocitos. No neuronas. • Actividad neurotóxica: – Proteínas virales: gp120, Tat. – Secreciones de macrófagos y microglía activados: • TNF-a, excitoxinas, NO