II Overview of Morphology and Molecular Events of Apoptosis
Apoptotic cell death can be divided into four sequential stages: initiation, decision to die, execution, and engulfment. Una gama de tensiones celulares puede iniciar la apoptosis mediante la activación de vías de señalización intracelular o la liberación de segundos mensajeros. Algunos ejemplos de desencadenantes de muerte celular son la radiación ionizante, los fármacos quimioterapéuticos, la hipertermia y la privación del factor de crecimiento., Las moléculas presentadas por otras células, como el ligando Fas (FasL) y el factor de necrosis tumoral (TNF), también pueden inducir apoptosis en células que tienen los receptores apropiados. Una célula puede recibir una variedad de señales simultáneamente, incluyendo señales de proliferación y muerte celular. En respuesta a estas señales, una célula debe evaluar su situación y decidir si cometer suicidio por apoptosis. Las moléculas reguladoras clave en esta etapa son miembros de la familia de proteínas Bcl-2 (White, 1996; Yang y Korsmeyer, 1996), aunque el mecanismo de su acción no se comprende completamente., Una vez que una célula ha tomado la decisión de morir, las moléculas que actúan como verdugos se activan. En todos los tipos de apoptosis estudiados, en una variedad de organismos multicelulares, los ejecutores incluyen proteasas citosólicas, la mayoría de las cuales pertenecen a una familia llamada caspasas (Nicholson y Thornberry, 1997; Alnemri, 1997). Estas proteasas atacan proteínas celulares específicas resultando en la destrucción irreversible de procesos y estructuras celulares críticas., En la etapa final de la apoptosis, los restos de la célula moribunda son reconocidos, engullidos y degradados, ya sea por una célula vecina o por un macrófago carroñero.
los cambios morfológicos asociados con la apoptosis son distintos y bien caracterizados (Wyllie, 1987; Darzynkiewicz et al., 1997). Las células sometidas a apoptosis se encogen y condensan rápidamente, alejándose de las células vecinas. Como resultado de la pérdida del volumen citoplasmático, la membrana plasmática forma manchas y protuberancias, dando a la célula un aspecto ampolloso., También se observa comúnmente un rápido aumento en la concentración intracelular de iones de calcio (Schwartzman y Cidlowski, 1993). La membrana nuclear se redondea y la cromatina se condensa y se agrega en formas densas, en forma de media luna cerca de la membrana nuclear. La condensación de cromatina se asocia con la escisión de doble cadena del ADN por una o más endonucleasas nucleares (Wyllie et al., Montague y Cidlowski, 1996) y degradación de la lámina nuclear por proteasas (Lazebnik et al., 1995).
la degradación del ADN durante la apoptosis ocurre en un patrón preciso y reproducible (Wyllie et al.,, 1992; Montague y Cidlowski, 1996). Inicialmente, el ADN cromosómico se divide en grandes segmentos de aproximadamente 50-300 kilobases (Oberhammer et al., 1993). En la mayoría de los casos de apoptosis, pero no en todos, estos dominios se digieren posteriormente en fragmentos más pequeños por escisión entre nucleosomas. La separación del ADN de los núcleos apoptóticos por electroforesis en gel de agarosa produce un patrón característico de estos fragmentos mono u oligonucleosómicos en múltiplos de 185-200 pares de bases (bp), descritos como una escalera de ADN (Tilly y Hsueh, 1993)., Las endonucleasas responsables de esta fragmentación del ADN no han sido identificadas de manera convincente, aunque se han sugerido varios candidatos (Montague y Cidlowski, 1996). Algunos estudios han sugerido un papel para la DNasa I O II, pero estas enzimas no se localizan normalmente en el núcleo. Tal vez un mejor candidato es una endonucleasa dependiente de Ca2 +/Mg2 +de 18 kD llamada NUC18 que se aisló de extractos nucleares apoptóticos y se encontró que es altamente homóloga a la ciclofilina A. NUC18 puede ser responsable de la escisión del ADN en fragmentos de 50 kD., Además, se ha identificado una nueva endonucleasa dependiente de Ca2 + / Mg2 + de 95 kD que es activa durante la apoptosis (Pandey et al., 1997). Una proteína llamada factor de fragmentación del ADN (DFF) que parece activar la endonucleasa apoptótica(s) también se ha aislado de células HeLa (Liu et al., 1997).
Los cambios en las mitocondrias de las células apoptóticas preceden a la condensación celular y la desintegración nuclear y pueden ser un evento temprano esencial en la apoptosis (Petit et al., 1996; Kroemer, 1997). Las mitocondrias exhiben una despolarización en el potencial de membrana (Δψm) (Marchetti et al.,, 1996; Zamzami et al., 1995b; Zamzami et al., 1996), que parece deberse a la apertura de los poros de transición de permeabilidad mitocondrial (MPT) (Zoratti y Szabo, 1995). Las proteínas liberadas de las mitocondrias apoptóticas en el citoplasma justo antes o justo después del MPT son capaces de inducir la condensación de cromatina y la fragmentación del ADN (Liu et al., 1996; Susin et al., 1996; Zamzami et al., 1996).
la célula moribunda se rompe en varias piezas redondas encerradas en membrana llamadas cuerpos apoptóticos que son fagocitosados y degradados por células fagocíticas (Savill et al., 1993; Hart et al.,, 1996). Las células epiteliales, las células endoteliales y los fibroblastos adyacentes a los sitios de apoptosis pueden envolver cuerpos apoptóticos. Varios estudios también demuestran que los macrófagos «profesionales» son reclutados para sitios de muerte celular y son responsables de gran parte de la fagocitosis de los cuerpos apoptóticos (Hopkinson-Woolley et al., 1994; Camp y Martin, 1996). Este envolvimiento evita una respuesta inflamatoria de la fuga de residuos celulares en los espacios intercelulares., Las células apoptóticas muestran un rango de señales para atraer fagocitos, incluyendo cambios en moléculas de la superficie celular como azúcares, lípidos y proteínas. Aunque el reconocimiento fagocítico de las células apoptóticas es un proceso crítico y un campo activo de investigación, los detalles de este evento final en la apoptosis están más allá del alcance de esta revisión.
los eventos celulares de apoptosis contrastan con los de necrosis, aunque ambos eventualmente resultan en la muerte de la célula (Darzynkiewicz et al., 1997)., La Necrosis, o muerte celular accidental, Se caracteriza por la muerte rápida y casi instantánea de una célula debido a una lesión catastrófica. Las células necróticas se hinchan a un gran volumen, exhibiendo un aumento dramático en el volumen mitocondrial. La membrana plasmática se interrumpe y el contenido celular se libera, produciendo típicamente una respuesta inflamatoria que daña las células vecinas. La degradación del ADN a veces ocurre durante la necrosis; sin embargo, los sitios de escisión son aleatorios, lo que resulta en una gama completa de tamaños de fragmentos., Los casos de muerte celular a menudo se pueden distinguir claramente como necrótica o apoptótica, pero en algunos casos una célula moribunda exhibe características de ambos procesos.
el término muerte celular programada (PCD) se usa comúnmente para describir la desaparición de las células durante el desarrollo normal de un organismo. En la mayoría de los casos, pero no en todos, PCD procede por el mismo proceso estereotipado que apoptosis; por lo tanto, los Términos apoptosis y PCD se utilizan a menudo indistintamente. Una práctica alternativa es definir el término apoptosis como descriptivo de uno de los mecanismos de la CPD., A lo largo de este capítulo, usamos el término apoptosis para describir la muerte celular inducida por tensiones extracelulares anormales y el término PCD para indicar la muerte celular apoptótica que está predestinada en el desarrollo y que ocurre normalmente.