APOPTOSIS

La apoptosis o muerte celular programada es el proceso ordenado por el que la célula muere ante estímulos extra o intracelulares. La apoptosis es fundamental en el desarrollo de órganos y sistemas, en el mantenimiento de la homeostasis del número de células y en la defensa frente a patógenos. Es un proceso finamente regulado que cuando se altera produce graves patologías como malformaciones, defectos en el desarrollo, enfermedades autoinmunes, enfermedades neurodegenerativas o aparición de tumores.

La apoptosis es fundamental en los siguientes procesos:

• Remodelado durante el desarrollo embrionario. Un ejemplo puede ser la eliminación de las zonas interdigitales.

• Desarrollo de órganos y sistemas. El establecimiento del correcto circuito de conexiones neuronales durante el desarrollo necesita que las neuronas que no establezcan contactos sinápticos mueran por apoptosis. También en el establecimiento de un repertorio inmune adecuado es necesario que los linfocitos T que reconocen antígenos propios mueran en el proceso de selección negativa
• Mantenimiento de la homeostasis celular. Es crucial el manteniendo de un número determinado de células estableciendo un equilibrio entre división y muerte celular. En sistemas como la médula ósea o el aparato digestivo es especialmente importante que los procesos de apoptosis funcionen adecuadamente

• Defensa frente a patógenos. Células infectadas por virus o bacterias disparan procesos de apoptosis como defensa.

• Defensa frente al desarrollo de tumores. Procesos de apoptosis también protegen frente al desarrollo de algunos tipos de tumores.

Los estímulos que inducen apoptosis pueden ser extra o intracelulares. Citoquinas como el TNF, radiaciones, falta de señales hormonales o de factores tróficos son algunos ejemplos de estímulos extracelulares que inducen apoptosis. Mitosis incompleta, aumento de las especies reactivas de oxígeno, aumento del calcio citoplasmático o daños irreparables del ADN mediados por la molécula p53 son ejemplos de estímulos intracelulares que disparan procesos de apoptosis.

La apoptosis comienza con la activación de unas proteínas llamadas caspasas, que producen una cascada proteolítica que culmina con la hidrólisis de proteínas estructurales y de enzimas reparadoras de ADN y con la activación de enzimas hidrolíticas como las endonucleasas. Los estímulos extracelulares activan la caspasa 8 mientras que los intracelulares activan proteínas pro-apoptóticas e inhiben proteínas anti-apoptóticas de la familia Bcl-2. En respuesta a estímulos intracelulares o como vía alternativa promovida por la caspasa 8 (que vehicula los estímulos extracelulares) se forma el apoptosoma. La mitocondria está involucrada en la apoptosis inducida por daño o stress. En un primer momento se libera citocromo c al citoplasma. Éste se une a la proteína Apaf-1 que activa a la caspasa 9.

La apoptosis es un proceso ordenado, con una serie de fases: disminución del volumen celular y pérdida de las características de adhesión, degradación de proteínas y fragmentación del ADN, condensación cromatínica, aparición de burbujas en superficie, fragmentación del núcleo, formación de los cuerpos apoptóticos (rodeados de membrana) y fagocitosis de estos cuerpos apoptóticos por macrófagos. En ningún caso se vierte el contenido celular al exterior.

La apoptosis es un proceso muy finamente regulado. Si ocurre un exceso o un defecto de apoptosis, se producen diversas patologías como malformaciones, defectos en el desarrollo, enfermedades autoinmunes, enfermedades neurodegenerativas o aparición de tumores

Una célula que va a sufrir apoptosis activa una cascada de eventos moleculares que culminan en su total desintegración. Muchos de estos cambios son característicos y parecen ser únicos a la apoptosis por lo que pueden ser utilizados para identificar este modo de muerte celular.

Uno de los eventos más tempranos de la apoptosis es la deshidratación celular. La pérdida del agua intracelular conlleva la condensación del citoplasma y cambios en la forma y el tamaño celular: Las células que eran redondas originalmente aparecen elongadas y, generalmente, más pequeñas. Otro cambio, quizá el más característico de la apoptosis, es la condensación de la cromatina nuclear.

La condensación comienza en la periferia nuclear, y la cromatina condensada a menudo adquiere una forma cóncava que se asemeja a una media luna. El DNA en la cromatina condensada presenta hipercromasia y se marca intensamente con sondas fluorescentes. La envuelta nuclear se desintegra, la laminina sufre degradación proteolítica y, por último, se produce la fragmentación nuclear.

Algunos fragmentos nucleares, que se tiñen uniformemente con sondas de DNA y que parecen gotitas de DNA de diferentes tamaños, están dispersos en el citoplasma. Estos fragmentos nucleares junto con los constituyentes del citoplasma (incluyendo orgánulos intactos), son empaquetados y envueltos por fragmentos de membrana plasmática. Estas estructuras, denominadas cuerpos apoptóticos, son emitidas por las células apoptóticas. Cuando la apoptosis sucede in vivo, los cuerpos apoptóticos son fagocitados por las células vecinas como fibroblastos o células epiteliales (y no necesariamente por macrófagos profesionales) sin desencadenar ninguna reacción inflamatoria en el tejido ( Compton MM, Kerr JFR, Magno G, Wyllie AH, Wyllie AH and Arends MJ ).

La activación de endonucleasas que cortan preferencialmente en secciones internucleosomales es otra característica específica de la apoptosis (Arends MJ, Compton MM, Wyllie AH and Arends MJ ). Los productos de la degradación del DNA son fragmentos nucleosomales u oligonucleosomales que generan el característico patrón en escalera en electroforesis de geles de agarosa. Como el DNA de las células apoptóticas está parcialmente degradado, la fracción de bajo peso molecular puede ser extraída fácilmente (Arends MJ, Compton MM, Gong J ).

Otra característica específica de la apoptosis es la preservación, al menos en la fase inicial de la apoptosis, de la integridad estructural y de la mayoría de las funciones de la membrana plasmática. También, los orgánulos celulares incluyendo la mitocondria y los lisosomas, permanecen preservados durante la apoptosis, aunque el potencial transmembrana de la mitocondria está enormemente decrementado ( Castedo M, Darzynkiewicz Z and Traganos F, Hedley DW, Lizard G ). Otras características de la apoptosis son la movilización del catión calcio (Ca 2+ ) intracelular ( McConkey DJ ), la activación de la transglutaminasa que une proteínas citoplásmicas ( Piacentini M ), la pérdida de microtúbulos ( Endersen PC ), pérdida de la asimetría de los fosfolípidos de la membrana plasmática que permite la exposición de la fosfatidilserina en la cara externa de la membrana plasmática (Fadok VA and Voelker DR), y otros cambios de la membrana plasmática que precondicionan a los restos de las células apoptóticas a ser objetivos de las células fagocíticas.

La duración de la apoptosis puede variar, pero generalmente es corta (3-6 horas), incluso es más breve que la duración de la mitosis (Kerr JFR, Wyllie AH ). De esta forma, bajo condiciones de homeostasis, cuando la proporción de células muertas está equilibrada por la tasa de proliferación celular, el índice mitótico puede exceder del índice apoptótico.

Más recientemente apareció el término anoikis que es la apoptosis inducida por la pérdida de anclaje de la célula a la matriz extracelular o porque las interacciones célula-matriz son insuficientes o inapropiadas (Meredith et al. 1993, Frish y Francis, 1994). Este proceso parece relacionado con las integrinas que son glucoproteínas integrales de la membrana plasmática que intervienen en la adhesión con las células de la matriz extracelular, en su migración, en la organización del citoesqueleto y en la transducción de señales. De hecho, Rytömaa et al (Rytömaa et al, 1999) comprueban que la pérdida de anclaje de determinadas células epiteliales provoca una fuerte activación de caspasa-8 y caspasa-3.

Mientras la apoptosis está caracterizada por una activa participación de la propia célula que está falleciendo, incluso hasta el punto de sintetizar de novo (en algunos tipos celulares) los efectores de su muerte celular, la necrosis es un proceso pasivo, catabólico y degenerativo. La necrosis también recibe otros nombres como muerte accidental u oncosis. La necrosis generalmente representa una respuesta celular a una lesión y puede ser inducida por una sobredosis de agentes citotóxicos, un choque de pH, hipertermia, hipoxia, trauma directo, un choque ácido, etc. Un acontecimiento temprano de la necrosis es la pérdida de control de la permeabilidad de la membrana plasmática.

Como consecuencia de ello se establece un flujo anormal de iones hacia el interior celular que va acompañado de la entrada pasiva de agua. La entrada de agua provoca que tanto la célula como algunos de sus orgánulos membranosos (mitocondria, retículo endoplásmico, etc) se hinchen y finalmente estallen. Después la membrana plasmática se rompe y se liberan constituyentes citoplásmicos, incluyendo enzimas proteolíticas (Majno G, Wyllie AH ). En la cromatina nuclear aparecen áreas de condensación desigual y en núcleo sufre una lenta disolución (cariolisis). La necrosis desencadena una reacción inflamatoria en el tejido que a menudo produce formación de cicatriz. La degradación del DNA no es tan excesiva durante la necrosis como en la apoptosis, y los productos de degradación son de tamaño variable que forman bandas discretas en los geles de electroforesis.