Mecanismos de señalización y papel de las caspasas
La transmisión de señales para iniciar la apoptosis se lleva a cabo a través de los receptores de la membrana celular o mediante acción directa sobre las estructuras intracelulares. Las señales se dividen en dos grupos:
- Negativas (bloquean la apoptosis): transmitidas por hormonas y factores de crecimiento.
- Positivas (inducen la apoptosis): llegan a través de los ligandos Fas, el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y el factor de crecimiento transformante beta.
Algunos factores proapoptóticos actúan directamente sobre los orgánulos. Por ejemplo, los glucocorticoides provocan la muerte celular al interactuar con receptores específicos en la membrana nuclear.
El eslabón central de la patogenia es la activación de las caspasas. Son proteasas de cisteína que escinden proteínas estrictamente en los residuos de ácido aspártico. Las enzimas de la cascada se dividen en reguladoras e integradoras.
El mecanismo de su acción incluye:
- La activación de las propias caspasas.
- La escisión de numerosos blancos (proteínas del citoesqueleto y de la matriz celular). El impacto principal recae sobre el núcleo y las proteínas nucleares implicadas en la transcripción, replicación y reparación del ADN.
- La culminación: activación de nucleasas y enzimas que destruyen las nucleoproteínas.
Un ejemplo específico es la acción de la caspasa-3: convierte una desoxirribonucleasa citoplasmática inactiva en una forma activa, lo que provoca la escisión internucleosomal del ADN nuclear.
Vía intrínseca (mitocondrial)
Este mecanismo se implementa debido a un cambio en la permeabilidad de las membranas mitocondriales. Los inductores son la ausencia de factores de crecimiento y hormonas tróficas, así como la exposición a agentes que dañan el ADN.
El desencadenante más importante de la apoptosis es el citocromo c. Normalmente se encuentra en las mitocondrias, pero al salir al citosol desencadena el proceso de muerte. La permeabilidad de las membranas está controlada por la familia de proteínas Bcl-2, que incluye más de 20 proteínas. Su equilibrio determina el destino de la célula:
- Promotores de la apoptosis (Bax, Bak, Bad): se insertan en la membrana mitocondrial, forman canales y aseguran la salida del citocromo c al citosol.
- Inhibidores de la apoptosis (Bcl-2): regulan la permeabilidad de la membrana externa, previniendo la fuga de citocromo c.
Si los factores proapoptóticos vencen, el citocromo c liberado interactúa con el factor Apaf-1 (activador de proteasas, análogo del gen ced-9 de los nematodos). El resultado es la inducción de la cascada proteolítica que determina la muerte celular.
Vía extrínseca (vía de los receptores de muerte)
Se activa a través de moléculas superficiales: los receptores de muerte. La mayoría de ellos pertenece a la familia de receptores del TNF y contiene un «dominio de muerte» intracelular conservado responsable de la interacción con otras proteínas. Los prototipos son el receptor de TNF tipo I y los receptores Fas (CD95).
Mecanismo de activación utilizando el ejemplo de Fas:
- La proteína ligando de membrana (FasL) se expresa predominantemente en linfocitos T activados.
- Las células T reconocen las células diana que poseen receptores Fas.
- El FasL provoca la reticulación cruzada de las moléculas del receptor Fas.
- Se activan las proteínas adaptadoras que se unen e incorporan a la caspasa-8.
La vía extrínseca tiene una importancia fisiológica crucial: es necesaria para eliminar linfocitos autoreactivos y destruir células diana mediante linfocitos T citotóxicos (CTL). Bloquean esta vía las proteínas celulares FLIP (antagonistas de las caspasas).
Es interesante destacar que las vías pueden cruzarse. En varias células, la caspasa-8 escinde la proteína Bid (miembro proapoptótico de la familia Bcl-2). Esto respalda la vía mitocondrial y la activación combinada asesta un golpe letal a la célula.
Genética, eliminación y patología
La regulación genética del proceso está estrictamente ordenada. Los genes y sus productos proteicos se dividen en 4 grupos: los que transmiten la señal desde la membrana, los que controlan e integran, los que ejecutan la apoptosis y los que regulan la fagocitosis.
La etapa final es el aclaramiento (eliminación) de los cuerpos apoptóticos. Se produce su fagocitosis inmediata por las células vecinas y los macrófagos. La consecuencia principal de esto es el bloqueo de la reacción inflamatoria, ya que las células se eliminan antes de que su contenido salga al exterior. Vías alternativas de eliminación de los cuerpos: con la secreción de las glándulas, así como a través de los flujos linfático y sanguíneo.
Se distinguen 3 variantes patológicas de los trastornos de regulación:
- Apoptosis excesiva (supera el nivel de proliferación).
- Apoptosis insuficiente (disminuida en relación con la proliferación).
- Apoptosis incompleta (asociada a la ausencia o alteración de la fagocitosis de los cuerpos apoptóticos).
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué proteínas adaptadoras específicas conectan los receptores de muerte con la procaspasa-8?
Los receptores de muerte conectan con la procaspasa-8 mediante las proteínas adaptadoras FADD y TRADD.
- FADD (Fas-associated death domain) — está asociado con los receptores Fas, DR4 y DR5. Reconoce los dominios de muerte dentro de la procaspasa-8, se une a ella y provoca su activación a caspasa-8.
- TRADD (TNF-receptor death domain) — está asociado con el receptor TNFRI. Actúa de manera similar, pero ejerce su efecto de forma indirecta a través de la interacción con FADD.
Como resultado de estas interacciones, se forman complejos moleculares DISC (Death-inducing signaling complex), que activan la cascada de caspasas.
¿Qué papel desempeña la proteína p53 en el inicio de la vía mitocondrial de la apoptosis?
La proteína p53 inicia la vía mitocondrial de la apoptosis ante un daño irreparable en el ADN. Actúa como un factor proapoptótico que desencadena la expresión de genes de apoptosis y la síntesis de las proteínas promotoras correspondientes. La acumulación de p53 conduce a la estimulación de sensores que activan las proteínas proapoptóticas Bax y Bak (familia Bcl-2). Estas proteínas se insertan en la membrana mitocondrial, formando canales para la salida del citocromo c al citosol, lo que en última instancia activa la cascada de caspasas. En caso de mutación o ausencia de p53, la apoptosis no se activa, lo que conduce a la supervivencia de células con el ADN dañado.
¿Qué cambios morfológicos ocurren en la célula en las diferentes etapas de la apoptosis?
La morfogénesis de la apoptosis incluye cambios secuenciales en el núcleo, el citoplasma y la formación de cuerpos específicos.
- Condensación y marginación de la cromatina: la cromatina se acumula en forma de semiesferas y grumos, el núcleo adquiere un aspecto lobulado y se fragmenta, y aparecen cuerpos osmófilos.
- Encogimiento celular: se produce la condensación del citoplasma y de los orgánulos intracelulares debido a la deshidratación y al entrecruzamiento de proteínas. Los orgánulos se conservan intactos y los ribosomas se agregan en estructuras semicristaloides.
- Formación de cuerpos apoptóticos: la célula se desintegra en fragmentos rodeados por membrana, que contienen partes del núcleo y orgánulos empaquetados densamente.
- Fagocitosis: absorción de los cuerpos apoptóticos por los macrófagos o las células vecinas sin el desarrollo de una reacción inflamatoria.
¿Mediante qué métodos y marcadores se detecta la apoptosis en preparaciones histológicas?
Para detectar la apoptosis en preparaciones histológicas se emplean métodos basados en la detección de cambios específicos en el ADN, enzimas y ultraestructura celular.
- Ensayo TUNEL: método de marcaje in situ con bases de uridina para detectar regiones no emparejadas del ADN escindido. Identifica células con cromatina condensada, núcleos picnóticos y cuerpos apoptóticos.
- Métodos de inmunohistoquímica: se utilizan como marcadores para detectar la actividad de ciertos tipos de caspasas.
- Microscopía electrónica: el método más fiable de verificación ultraestructural, que permite evaluar la integridad de los orgánulos, la condensación de la cromatina y la integridad de la membrana de los cuerpos apoptóticos.
A nivel de microscopía óptica, la identificación de los cuerpos apoptóticos es difícil debido a su rápida fagocitosis in vivo.
Para no confundir las proteínas de la familia Bcl-2, preste atención a la letra «a» en el nombre: Bax, Bak, Bad corresponden a ataque (factores proapoptóticos que perforan las mitocondrias). Por el contrario, el Bcl-2 clásico es un inhibidor que protege a la célula.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la principal enzima de la apoptosis?
Un papel clave lo desempeñan las caspasas, que son proteasas de cisteína encargadas de escindir proteínas en los residuos de ácido aspártico. Destruyen el citoesqueleto y la matriz, y activan nucleasas para la fragmentación del ADN.
¿En qué se diferencian la vía extrínseca y la intrínseca de la apoptosis?
La vía intrínseca (mitocondrial) se desencadena desde el interior de la célula a través de la liberación de citocromo c. La vía extrínseca se activa mediante los «receptores de muerte» de la superficie celular (p. ej., Fas) al entrar en contacto con ligandos externos.
¿Por qué no se produce inflamación durante la apoptosis?
Los cuerpos apoptóticos sufren fagocitosis inmediata por parte de los macrófagos y las células vecinas. El contenido de la célula muerta no llega a alcanzar el espacio extracelular, por lo que la reacción inflamatoria se bloquea por completo.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de acción de la caspasa-3 y escisión internucleosomal del ADN
- Interacción del citocromo c con el factor Apaf-1 en la vía mitocondrial
- Familia de receptores del factor de necrosis tumoral (FNT/TNF) y estructura del «dominio de muerte»
- Clasificación genética: 4 grupos de genes que regulan las fases de la apoptosis
- Variantes patológicas: causas de la apoptosis excesiva, insuficiente e incompleta
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