Muerte celular

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Muerte celular

• 2011

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• Sin apoptosis, se acumularían probablemente
  dos toneladas de médula ósea y de ganglios
  linfáticos y 16 km de intestino, en un humano a
  la edad de 80 años.

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Clasificación de la muerte celular  
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Apoptosis

• La palabra apoptosis deriva del griego
  antiguo que sugiere hojas que caen de un árbol
• La distinción entre necrosis y la apoptosis se
  debe en parte a diferencias en como la membrana
  plasmática participa en estos procesos.

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Células apoptóticas en el Timo, hígado e
intestino.
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Muerte celular por apoptosis y por necrosis.
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Muerte de células apoptóticas
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Muerte celular por apoptosis y necrosis
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Vías de la apoptosis celular

• Vía mediada por el receptor de muerte.
• Vía mitocondrial.

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Vía mediada por el receptor de muerte

• Es activada cuando el miembro de la superfamilia
  del factor de necrosis tumoral se une a
  receptores de muerte
• Se producen cambios conformacionales en sus
  componentes que desencadenan la actividad
  catalítica de la caspasa 8

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Vías de receptor de la muerte
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Vía mitocondrial

• Los iniciadores de la vía incluyen a especies
  reactiva de oxígeno intracelular aumentados, daño
  del ADN, respuesta de proteína no doblada, y la
  ausencia de factores de crecimiento.
• Estos iniciadores conllevan a una permeabilidad
  mitocondrial aumentada, promoviendo la liberación
  de proteínas pro-apoptóticas.

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Vía mitocondrial
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Factores que determinan la vía de muerte

• Estadio del ciclo celular.
• Tipo y magnitud de estimulo apoptótico.
• En células inmune, estadio de activación celular
  .
• Múltiples estímulos activan las diferentes vías
  apoptoticas para que ocurran concomitantemente.

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La familia BCL2

• Controlan la vía mitocondrial apoptótica.
• Aparecen en las poblaciones celulares que se
  intercambian por medio de la apoptosis, tal como
  las líneas hematopoyéticas, las células
  epiteliales intestinales y el epitelio glandular,
  en los cuales las hormonas regulan la hiperplasia
  o la involución.
• Los miembros de pro-supervivencia de la familia -
  BCL2, BCL-XL, BCLW, MCL1, A1, y BOO/DIVA, tienen
  4 regiones de homología de BCL2.

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• Las proteínas de la familia
  pro-apoptótica BCL2 BAX y BAK, que tienen tres
  dominios de homología de BCL2, son críticas para
  aumentar la permeabilidad de las membranas
  mitocondriales y la liberación del citocromo c,
  que activa la caspasa 9.
• Otras proteínas proapoptóticas tienen solamente
  homología de BCL2 en el dominio3 (BH3) BIM, PUMA
  y BID.

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Implicaciones clínicas de la apoptosis

• Cáncer
• Sistema inmune
• Enfermedades neurológicas
• Hepatitis
• Enfermedades cardiovasculares
• Sepsis

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Cáncer

• El aumento en la expresión de las proteinas BCL2.
• El gen supresor del tumor TP53 llamado el
  guardián del genoma inicia la apoptosis en
  respuesta al daño del ADN por radiación, agentes
  químicos, stress oxidativo, y otros agentes por
  inducción transcripcional de muchas proteínas
  pro-apoptótica, que incluyen a PUMA, NOXA, y BAX.
• Los defectos en este gen resultan en numerosas
  neoplasias

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Sistema inmunológico

• Clones de células B y T autorreactivosse
  eliminan del repertorio inmunológico. La
  supresión se basa en la proteína
  proapoptótica BIM.
• La eliminación de células B y T maduras activadas
  por antígenos durante la terminación de la
  respuesta inmune es mediada por BIM y FAS.
• Defecto en el ligando de FAS.
• las células T CD8 que expresan ligando FASinterac
  túan con los receptores FAS en las células 
  secretoras de insulinapara inducir la muerte.

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Enfermedades neurológicas

• La apoptosis neuronaljuega un papel clave en los
  desórdenes cerebrales neonatales.
• En una lesión cerebral neonatalhipóxica, el
  fenotipo de muerte celular cambia en el
  tiempo de una necrosis temprana a una apoptosis.

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Enfermedades neurológicas

• El síndrome de alcohol fetal se debe a la neuro
  degeneración apoptóticaque resulta del bloqueo
  inducido por etanol del receptor NMDA y de la
  activación del receptor del GABA.
• Los anestésicos generales modulan los mismos
  receptores.

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Hepatitis

• Los hepatocitos son particularmente propensos a
  la apoptosis.
• Las pruebas de un potente inhibidor de la caspasa
  (IDN-6556) en pacientes con hepatitis C crónica
  mostraron que la droga causó una muy
  significativareducción de los niveles de
  alanina aminotransferasa yaspartato
  aminotransferasa en pacientes con hepatitis
  crónica. 

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Enfermedades cardiovasculares

• La Necrosis predomina en la lesión isquémica
• Hay células apoptóticas en hipóxica, en el
  infarto agudo de miocardio y accidentes
  cerebrovasculares.
• Ciclosporina, que inhibe la apoptosis mediante el
  bloqueo de los poros permeabilidad-transición
  mitocondriales-, puede disminuir el tamaño del
  infarto.
• Los pacientes con accidente cerebrovascular agudo
  tratados con minociclina (antiapoptótico)
  tuvieron mejores resultados neurológicos.

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Septicemia

• La profunda pérdidade las células inmunes
  efectoras en la sepsis inhibe la capacidad del
  sistema inmune para erradicar la infección
  primaria y hace al paciente susceptible a las
  infecciones nosocomiales.
• Han demostrado que la prevención de la
  apoptosis inducida por la sepsis mejora la
  supervivencia.

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Autofagia

• Deriva del Griego ("auto") uno mismo ("phagy"),
  "comer.
• La autofagia es el proceso por el cual la células
  reciclan sus propios orgánulos y componentes
  macromoleculares no esenciales, redundantes o
  dañados para transformarlos en metabolitos
  esenciales.

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• Se trata de una respuesta adaptativa a estrés
  subletal
• La privación de nutrientes
• Supresión del crecimiento tumoral
• Eliminación de proteínas mal plegadas tóxicas
• Eliminación de microorganismos intracelulares y
  la presentación de antígenos.

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Tres formas de autofagia

• Macroautofagia
• Microautofagia
• Autofagia mediada por chaperonas

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• Macroautofagia, una estructura de doble membrana
  (el autofagosoma) envuelve la carga y se fusiona
  con los lisosomas. 
• En la microautofagia, una invaginación de la
  membrana lisosomal envuelve a la carga.
•  En autofagia mediada por chaperonas, proteínas
  afines al choque térmico, entregan sustratos a
  los lisosomas.

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• Autofagosomas se fusionan con los lisosomas,
  donde hidrolasas ácidas catabolizan el material
  ingerido en sustratos metabólicos

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• La microscopía electrónica es la mejor manera
  de visualizar autofagosomas, el sello de la
  autofagia.
•  
•  Las espirales típicos en las vacuolas de
  autofagia son los restos de membranas .
• Fragmentos de organulos (mitocondrias, y otros)
  en distintas etapas de desintegracion.

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Panel A Panel BPanel C
Panel A mujer de 85 años de edad
con peritonitis. Paneles B y C  mujer de
73 años de edad con urosepsis.
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• El panel A muestra dos autofagosomas grandes, uno
  que abarca fragmentos de organelas con extensiva
  degradación (flecha) y el otro conteniendo mitocon
  drias y otros orgánulos en distintas etapas de
  degradación (puntas de flecha). La muestra se
  obtuvo de una mujer de 85 años con peritonitis.
• Panel B muestra una célula con vacuolización
  autofagica extensiva con pocos orgánulos intactos,
   un autofagosoma que contiene fragmentos de las
  mitocondrias (flecha) y un núcleo celular que
  tiene características de condensación
  nuclear (cabeza de flecha) - un ejemplo  de la
  muerte celular asociada a autofagia .
•  Panel C muestra una célula en la que los
  autofagosomas han asumido un aspecto más complejo
  con espirales redundantes de material derivado de
  membrana . Esta estructura  lisosomal  compleja
  es yuxtapuesta  y focalmente invaginada  en
  una mitocondria adyacente (flecha). Las
  muestras de los paneles B y C se obtuvieron
  de una mujer de 73 años de edad con urosepsis. 

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• Un complejo de proteínas relacionadas a
  autofagia regulan la formación de los
  autofagosomas
• Complejo formado por (PI3K)clase IIIy beclin -
  1(BECN1), un miembro de la familia BCL2.
• Control adicional por parte de mTOR una
  serina-treonina proteín quinasa que integra la
  entrada de los nutrientes celulares, factores de
  crecimiento celular y estado redox para inhibir
  la formación de los autofagosomas.
• Proteínas de membrana relacionada a autofagia
  LC3II Y atg.

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(No Transcript)
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• Características morfológicas y reguladoras
  clave de la autofagia. 
• La autofagia es inducida por
  estrés subletal (nutrientes, retículo
  endoplasmático ER - o el estrés genotóxico) a
  través de la activación de la PI3K
  clase III /vps34  vesicular o por la inhibición
  de mTOR. La inhibición  Farmacológica
  de vps34 por 3-metiladenina impide  la autofagia 
  mientras que la inhibición de mTOR por rapamicina 
  activa la autofagia. Dos caminos
  paralelos existen y culminan en el ensamblaje de
  complejos de atg12  y LC-3II maduros 
  en membranas pre - autofagosomales. 
• Estas membranas  encapsulan a componentes
  celulares dañados, formando los autofagosomas de
  doble membrana que se someten a la fusión con los
  lisosomas en una forma que es inhibida por la
  cloroquina. El gen supresor tumoral p53 juega un
  papel complejo en la regulación de la autofagia.
  En condiciones basales, p53 inhibe la
  AMPk (inhibidor de mTOR) y la pérdida
  de p53 basal promueve la autofagia. La inducción
  de actividad adicional de p53  (p53supra)
  aumenta la autofagia tanto por la regulación
   transcripcional a la alta  de DRAM, PTEN y TSC1co
  mo por la activación post-transcripcional de la
  AMPK.

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• La autofagia es un objetivo de controversia, a
  pesar de que es una respuesta adaptativa, no hay
  un acuerdo de que la desenfrenada autofagia pueda
  agotar orgánulos y proteínas funcionales al punto
  de muerte celular. Por otro lado un aumento en el
  numero de autofagosomas en la célula muertas, no
  se sabe si estas estructuras facilitan la muerte
  o si no puede seguir reciclando sus componentes
  vitales. Esto se denomina muerte celular ASOCIADA
  a la autofagia.

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Implicaciones clínicas

• Mecanismo de supervivenciaque provee a la
  célula otras fuentes desustrato cuando los
  nutrientes son limitados.
• Proteger a la célula mediante la eliminación de
  mitocondrias dañadas oproteínas mal plegadas
  tóxicas.

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Cáncer

• La autofagia funciona como supresor deneoplasia.
• Supresores de la autofagia oncogenes PI3K/AKT,
  BCL2, y mTOR  .
• Promotores de autofagia supresores de tumores(
  PTEN, TSC2, y HIF1A).
• La pérdida de genes individuales relacionados
  con la autofagia ( BECN1, UVRAG Y BIF1)
  resulta en los linfomas y tumores del estroma
  gastrointestinal en modelos de ratón, y estos
  mismos genes están mutados con frecuencia en los
  cánceres humanos (intestino y hepatocelulares)

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Tratamiento

• Hidroxicloroquina, un fármaco que bloquea la
  autofagia elevando el pH intralisosomal, se
  encuentra en evaluación en pruebas de cáncer.
• En los pacientes sometidos a quimioterapia,
  la autofagia puede promover la resistenciaa la
  muerte celular, en especial a los agentes que
  dañan el ADN, y la hidroxicloroquina  bloquea
  esta respuesta celular adaptativa, lo que resulta
  en un aumento de la eliminación de tumores.
• Sirolimus (rapamicina) fármaco inhibidor de mTOR,
  utilizado para cáncer de mama, próstata, colon.

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Necrosis

• Necrosis del griego "nekros," es identificada por
  tumefacción de células y orgánulos o la ruptura
  de membranas superficiales con derrame de
  contenido intracelular.
• La Necrosis por lo general resulta de una
  deficiencia metabólica con rápido agotamiento de
  ATP, principalmente ocurre en isquemia.
• Es considerada una forma accidental de muerte
  celular se produce en respuesta a la hipoxia
  aguda o lesión isquémica.

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Mediadores del proceso

• Las especies reactivas del oxígeno, los iones de
  calcio, poli-ADP-ribosa polimerasa
  (PARP),proteasas no lisosomales activadas por
  Calcio (calpainas), y catepsinas median la
  necrosis.
• En la apoptosis, PARP sufre una rápida separación
  e inactivación por lo que las reservas de ATP se
  conservan
• Agotamiento de ATP
• Apoptosis necrosis

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Mediadores del proceso

• El aumento de iones calcio puede inducir
  diferentes tipos de muerte celular la afluencia
  de los iones de calcio a través de la membrana
  plasmática provoca necrosis,mientras que la
  liberación de iones calcio en el retículo
  endoplasmáticoinduce la apoptosis.

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Programado o regulado?

• Función de células necróticas como centinelas
• HMGB1 células
  inmunes innatas
• La identificación de una serpina intracelular
  (inhibidor de la proteasa) que impide la necrosis
  causada por múltiples estímulos nocivos indica
  que la necrosis puede ser regulada, programada y
  conducida por un camino de peptidasas de
  respuesta al estrés.

activan
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• El tipo y la intensidad de las señales nocivas,
  concentración de ATP, tipo de célula, y otros
  factores determinan como ocurre la muerte celular

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Comunicación entre los mecanismos de muerte
celular

• El bloqueo de una vía puede no evitar la
  destrucción de la célula, sino llevar a un camino
  alternativo, Ejemplo
• Los inhibidores de la caspasa antiapoptóticos
  causa necrosis hiperaguda inducida por el TNF-a.
• La sobreexpresión de las proteínas
  antiapoptóticas pueden permitir a las células
  dañadas sobrevivir, y la autofagia puede ayudar
  proporcionando metabolitos críticos

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• Si los estímulos de muerte persisten se produce
  la necrosis.
• El factor nuclear kB, ATG5, ATP, y PARP
  probablemente funcionan como interruptores
  moleculares que determinan si una célula se
  somete a la apoptosis, necrosis, o autofagia .
• P53 modula la autofagia, su actividad basal  la
  suprime , mientras que su activación por ciertos
  estímulos puede por el contrario inducir autofagia

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Efectos inmunomoduladoresde la muerte de las
células

• Las células apoptóticasinducen anergia o un
  fenotipo inmunosupres
• Las células necróticas aumentan la inflamación,
  en parte mediante la unión al receptor de lectina
  tipo C dominio de la familia 9 (CLEC9A) en
  células dendríticas.

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Formas alternativas de muerte celular

• Catástrofe mitótica muerte celular resultante de
  mitosis aberrantes en celulas con puntos de
  control defectuosos.
• Pyropoptosis muerte celular no apoptótica
  pro-inflamatoria mediada por la activación de
  Caspasa-1

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Formas alternativas de muerte celular

• Parapoptosis muerte celular caracterizada por
  una vacuolización extensiva e hinchazon
  progresiva de mitocondrias y RE.
• Entosismuerte celular no apoptótica que ocurre
  en celulas epiteliales de mamiferos que se han
  desprendido de la matriz extracelular
• Anoikis muerte apoptótica que ocurre siguiendo
  la separación física de la célula de la matriz
  que lo sostiene.

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Preguntas importantes

• Tema 2
• Cuantos tipos de muerte celular conoce? Mencione
  las características morfológicas y bioquímicas
  de cada una de ellas.
• Referido a la apoptosis (muerte celular tipo 1)
  cuales son las 2 rutas principales implicadas?
  Características de la Vía Extrínseca e
  Intrínseca.
• Familia BCL2 cuales son sus miembros, función.
• Cual son las implicancias clínicas de la
  apoptosis en el cáncer, sistema inmunológico y en
  la sepsis.
• Que es la autofagia? Cuales son los 3 tipos de
  autofagia? Características morfológicas de c/u de
  ellas. Señalamiento básico
• Cual son las implicancias clínicas de la
  autofagia en el cáncer
• Que es la necrosis? Características
  morfológicas.
• Cuales son los mediadores del proceso en la
  necrosis?

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• Muchas GRACIAS
• Borrell, Cintia
• González, Gisela
• Marquez Illanes, M. Soledad
• Quintas, Luis Martin