172009190 la expansion y la evolucion de programas de muerte celular

7/27/2019 172009190 La Expansion y La Evolucion de Programas de Muerte Celular

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La expansin y la evolucin de programas de muerte celular

AbstractoLa muerte celular histricamente se ha subdividido en los mecanismos regulados y no regulados. Laapoptosis, una forma de muerte celular regulada, refleja la decisin de una clula a morir en respuestaa las seales y se ejecuta por la maquinaria celular intrnseca.La muerte celular no regulada (a menudollamado necrosis) es causada por el estrs abrumadora que es incompatible con la supervivencia

celular.Nuevas pruebas, sin embargo, sugiere que estos dos procesos no explican adecuadamente losdiversos mecanismos de muerte celular.Los ltimos datos apuntan a la existencia de mltiplesmecanismos de muerte celular regulada nonapoptotic, algunos de los cuales se superponen o seexcluyen mutuamente con la apoptosis.Aqu examinamos cmo y por qu estos diferentes programasde muerte celular se han desarrollado, con la mirada puesta en las nuevas oportunidades teraputicascitoprotectoras. La muerte celular es una respuesta celular fundamental que tiene un papel crucial enla formacin de nuestros cuerpos durante el desarrollo y en la regulacin de la homeostasis del tejidomediante la eliminacin de clulas no deseadas.La primera forma de muerte celular regulada oprogramada (PCD) para ser caracterizado era la apoptosis, que se describi en Caenorhabitiselegansen la dcada de 1990.Anlisis gentico posterior de apoptosis de mamfero presenta unpanorama ms complejo, en el que la apoptosis genes individuales de C.eleganshan expandido agrandes familias de mltiples protenas (Figura 1).Estos hallazgos sugieren que la redundancia, laespecializacin funcional y la regulacin de compensacin de la sealizacin de apoptosis de mamferoy ejecucin podran ser caractersticas importantes de la apoptosis de mamferos.Debido a sunaturaleza conservada y uniforme, la apoptosis se define con frecuencia de manera mecnica como unava de la muerte celular regulada que implica la activacin secuencial de las caspasas, una familia deproteasas de Cys, y que est controlado tanto positiva como negativamente por el linfoma de clulas Bde la protena-2 (BCL2) miembros de la familia.Los ensayos han sido desarrollados para mltiplespasos de la va, lo que permite la caracterizacin de la muerte apopttica in vitroe in vivo.La muertecelular apopttica se caracteriza por rasgos morfolgicos distintivos, incluyendo fragmentacinnuclear, formacin de ampollas en la membrana y la formacin de cuerpos apoptticos (ver. Ref. 2 params detalles), que se puede utilizar para identificar eventos de muerte de clulas apoptticas. Losestudios genticos han demostrado que la apoptosis tiene un papel importante durante el desarrollonormal de los mamferos, especialmente en el sistema nervioso central donde la deficiencia genticade genes de apoptosis (tales comola caspasa-9,factor de apoptosis-1-proteasa activadora (APAF1), yBCL2-X asociada protena (BAX) y BCL2-antagonist/killer-1 (BAK) ratones dobles mutantes) setraduce en importantes abnormalities4-6.La apoptosis tambin funciona para mantener lahomeostasis, especialmente en el sistema inmunolgico, ya que elimina las clulas no deseadas.Ladesregulacin de la apoptosis conduce a diversas enfermedades humanas, tales como el cncer y la

autoinmunidad.La activacin inapropiada de la muerte celular es tambin la causa principal de la lesintisular y declive funcional en un gran nmero de enfermedades agudas (tales como accidentecerebrovascular, infarto de miocardio y trauma cerebral) y enfermedades crnicas (tales como ladiabetes y la neurodegeneracin).Sin embargo, las terapias citoprotectores efectivos para estasenfermedades siguen siendo una importante necesidad mdica no cubierta. En gran medida, el xitolimitado de desarrollo de frmacos citoprotector se puede remontar a la vista simplificada que lamuerte celular est bien regulada intrnsecamente por apoptosis o que no est regulada, causada porel estrs abrumador (llamada necrosis).Necrosis posee rasgos caractersticos, tales como orgnulohinchazn, la disfuncin mitocondrial, el estrs oxidativo masivo y rpido permeabilizacin de lamembrana plasmtica, que se cree que es indicativo de la naturaleza catastrfica de la muerte celular,

en lugar de un resultado de la regulacin celular.La vista general de la relacin entre la apoptosis y lanecrosis es que los insultos ms leves a la causa apoptosis de las clulas, mientras que los insultos msintensos inducen necrosis incontrolable.Se cree que tal aparentemente no reguladas - y por lo tantoinalcanzable - cuentas de proceso para la mayor parte de los eventos de muerte celular en patologas


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agudas.Sin embargo, en los ltimos aos, han surgido pruebas para una serie de vas de la muerte declulas no apoptticas reguladas, incluyendo algunos con caractersticas morfolgicas que fueronatribuidos anteriormente a necrosis8.Ha quedado claro que la simple clasificacin de apoptosis-necrosis no representa adecuadamente la complejidad de la regulacin de la muerte celularendgeno.Ahora estamos empezando a apreciar las importantes funciones de la muerte celularapopttica no regulado en la regulacin y el desarrollo de las enfermedades humanas homeosttico.Enesta revisin, primero ofrecemos una breve descripcin de la apoptosis y luego examinamos cmo los

mamferos podran haber adquirido genes ms apoptosis y la regulacin de la apoptosis ms complejo atravs de la duplicacin de genes.A continuacin describimos ejemplos de vas de muerte celular noapoptticos regulados y considerar las posibles relaciones y orgenes evolutivos de los diversosprocesos de muerte celular.

La apoptosis - el mecanismo fundamental de PCDEl mecanismo de PCD dilucidado por estudios genticos en el nematodo C.elegansdefine un paradigmaprimordial de apoptosis9.En C.elegans, la activacin de la CPD es controlado por una va elegante ysimple (figura 1).El inicio de la apoptosis est regulada por la regulacin positiva de latranscripcin EGL-1, una homologa-3 pro-apoptticos BCL2 (BH3)-nico miembro de la familia deprotenas BCL2.La unin deEGL-1a antiapoptticoCED-9alivia la inhibicin que CED-9 ejerce sobre eladaptador de protena CED-4, lo que permite CED-4 para unirse y activar la proteasa CysCED-3, que asu vez escinde mltiples sustratos celulares especficos a ejecutar la muerte celular. Anlisis de laapoptosis en clulas de mamfero ha llevado a la identificacin de mltiples homlogos de mamferospara cada clase de la C.elegansCED protenas.Extensos estudios han puesto de manifiesto que elmecanismo de la apoptosis de mamfero es similar a la de C.elegans, a pesar de que se ha vuelto muchoms compleja (figura 1).Por ejemplo, aunque la regulacin positiva transcripcional de los miembrospro-apoptticos de la familia BCL2 todava puede jugar un papel en la iniciacin de la apoptosis enclulas de mamfero, muchos BH3-slo los miembros pro-apoptticos de la familia BCL2, se pueden

activar en un nmero de maneras diferentes ( incluyendo la escisin, la fosforilacin, ubiquitinacinmiristoilacin y 13-16) para regular el inicio de la apoptosis. En clulas de mamferos, las EGL-1-comoBH3-slo los miembros activados de la familia BCL2 tambin inhiben CED-9-al igual que los miembrosanti-apoptticos de la familia BCL2 (como BCL2, Bcl-XL yMCL 1)mediante la interaccin directa(CAJA 1; la figura 1)..Sin embargo, un importante mecanismo por el cual los miembros anti-apoptticosde la familia BCL2 no protegen a las clulas es a travs de la inhibicin directa de la activacin de lacaspasa en el nivel de molculas adaptadoras (por ejemplo, la protena APAF1 CED-4-como mamferos),pero mediante la proteccin la integridad de la mitocondria (BOX 1,. Figura 1).BH3-nicos factores seunen y antagonizan anti-apoptticos BCL2 miembros de la familia que residen en la membranamitocondrial externa.Protenas antiapoptticas BCL2 ejercen su actividad mediante la prevencin dela pro-apoptticos de la familia BCL2 multidominio miembros BAX y BAK de causar dao mitocondrial,y la unin de BH3-slo las protenas alivia esta inhibicin.Adems, una subclase de BH3-nicosfactores podra inducir directamente la formacin de un canal de BAX-BAK, a pesar de lo mucho queeste mecanismo directo contribuye a la apoptosis sigue siendo un tema de debate. BAX y BAK se hanpropuesto para formar un oligmero (por lo menos tetramrica o ms grande) canal que conduce a daomitocondrial y liberacin de citocromo c.En algunos casos, BAX y BAK pueden actuar a travs deinteracciones con los componentes del poro de permeabilidad mitocondrial, es decir, con el canalaninico dependiente de voltaje (VDAC).Dao mitocondrial tambin podra ser causada por losmecanismos de BAX-y BAKindependent, tales como los inducidos por intramitocondrial K + afluencia, ocausado por la accin directa de la caspasa-2 en las mitocondrias (que se produce, curiosamente,

independientemente de la actividad de la proteasa de la caspasa-2) .Dao mitocondrial y la liberacinde protenas mitocondriales amplifica la sealizacin de apoptosis en clulas de mamfero, un paso quese considera que es menos importante para la apoptosis en los organismos inferiores, incluidas lasmoscas y los gusanos.El citocromo c, que se libera desde la mitocondria daada, promueve la


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formacin de un megacomplejo heptameric 'apoptosoma' de APAF1 y la caspasa-9 (un miembro de lafamilia de las proteasas Cys CED-3-como).Esto conduce a que el cambio conformacional y la activacinde la caspasa-9 (figura 1).Activado caspasa-9, a su vez escinde y activa las caspasas aguas abajo,incluyendo la caspasa-3, caspasa-6 y caspasa-7, que llevan a cabo la fase de ejecucin de laapoptosis.Adems de la va de la apoptosis intrnseca, que se asemeja a PCD en C.elegans, clulas demamferos tambin poseen una va de la apoptosis extrnseca, que es inducida por las citoquinas pro-apoptticas y pro-inflamatorias (tales como ligando FAS (FASL) y factor de necrosis tumoral-

(TNF), que son ligandos para el receptor de la muerte- familia).Mediante la unin a los receptores demuerte-dominio, FASL y TNFa inducir la formacin de complejos especficos intracelulares inducidaspor la muerte de sealizacin (DISCs23), que activan caspasas aguas arriba, tales como la caspasa-8.La activacin de la caspasa-8 a su vez puede escindir caspasas, como la caspasa-3 y caspasa-7, paraejecutar la muerte celular; alternativamente, caspasa-8 puede escindir la BH3-sloBIDprotena pro-apopttica, que a su vez amplifica la seal de muerte celular por causar dao mitocondrial y la muertecelular.El desarrollo de los programas de la apoptosis mediada por citoquinas en los organismosmulticelulares superiores proporciona una manera fundamental la articulacin de la regulacin delnmero de clulas en el nivel organismal en respuesta a los estmulos ambientales.

Expansin evolutiva de la apoptosisAunque los reguladores principales de PCD en C.elegansconsistir slo 4 genes - EGL-1, ced-3, ced-4y ced-9- cada uno tiene varios homlogos de mamferos.Sobre la base de una estrecha homologaen las regiones clave, el cedmamferos como los genes probablemente surgi a travs de la duplicacinde genes y podra haber evolucionado y se ha seleccionado durante la evolucin para afrontar los retosque enfrentan los organismos altamente compleja multicelular.

Mltiples genes permiten la especializacin funcionalUna consecuencia directa de esta duplicacin degenes es la especificacin -. Diferentes reguladores de la apoptosis responden a diferentes seales

pro-apoptticas.La familia de las caspasas de mamferos es un excelente ejemplo de laespecificacin.Los diferentes miembros de la familia de caspasas poseen distintas funciones en las

clulas de mamferos que se basan predominantemente en su localizacin subcelular y las interaccionesprotena-protena en lugar de en sus especificidades de sustrato. Caspasas de mamferos fueronasignados inicialmente a tres clases principales: caspasas apicales o activador, como la caspasa -2, -4,-8, -9, -10 y -12, que inician la cascada de caspasas en la apoptosis; caspasas ejecutoras, tales como lacaspasa -3, -6 y -7, que actan en los pasos de ejecucin aguas abajo del proceso, y caspasasinflamatorias, tales como la caspasa -1, -5 y -11, que median la muerte celular y las respuestasinflamatorias.Otros anlisis sugieren que puede haber importantes diferencias adicionales entre losmiembros de la familia en la misma clase.Caspasas Activator tienen funciones distintas que dependende la activacin de los complejos que son reclutados para. Por ejemplo, la caspasa-8 contribuyeespecficamente a la sealizacin del receptor de la muerte y la proliferacin normal de los linfocitos;caspasa-2 media estrs genotxico mediada por la muerte; ratn caspasa-12 humana y la caspasa-4mediar retculo endoplsmico (ER)-estrs mediada por la muerte; y la caspasa-9 es activado por losapoptosoma aguas abajo de la liberacin del citocromo c.Esta divisin del trabajo podra proporcionarun mecanismo sensible a permitir que los organismos multicelulares complejos para detectar yresponder diferencialmente a los distintos estmulos ambientales.Una divisin similar de mano de obrase ha observado para los miembros de la familia BCL2. BCL2 miembros de la familia puedensubdividirse en tres categoras principales, sobre la base de differences17 estructural y funcional(cuadro 1).Sin embargo, estudios recientes sugieren que existen diferencias sutiles pero importantesen cada sub-clase.En particular, a pesar de todos los BH3-nicos factores similares poseen un modode EGL-1-al igual que de accin, que pueden ser activados no-redundante por determinados tipos deseales de apoptosis.Por ejemplo, media BID sealizacin del TNF-familia y el estrsgenotxico;BIMjuega un papel clave en la induccin de la muerte en las clulas linfoides y mieloides


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siguientes a la retirada de citoquinas; NOXA y PUMA de seal aguas abajo de p53 (Ref. 34), y BMFtiene una papel clave en anoikis.Las especificidades de BH3-slo los factores no slo el resultado desus interacciones con los reguladores de aguas arriba, que tambin son el resultado de suspreferencias de unin diferentes para diferentes multidominio BCL2 miembros de la familia. Porejemplo, el dominio BH3 de MAL se une BCL2 y BCL-XL, mientras que el dominio BH3 de NOXAmuestra selectividad hacia MCL 1 y la protena A1 relacionada con BCL2 (Ref. 36).Tal selectividad enlas interacciones de los diferentes miembros de la familia BCL2 proporciona una importante base

mecanicista para la activacin de distintas vas de sealizacin de apoptosis en respuesta a diferentesestmulos pro-apoptticos.

Las ventajas de la redundancia.Un significado adicional y no conflictivo de la multiplicacin de losreguladores de la apoptosis es el beneficio que se proporciona por la redundancia.La redundancia delos programas de la apoptosis en clulas de mamfero se muestra por la regulacin al alzacompensatoria de las caspasas en diferentes ratones mutantes caspasa - la prdida de una caspasapuede ser compensada por la regulacin al alza de otra caspasa.Aunque la especificacin de losdiferentes reguladores de apoptosis en una seal, y / o forma compartimentacin subcelularproporciona un mecanismo para respuestas celulares afinar, el peligro podra surgir si la respuestaespecificada se ha perdido debido a una mutacin gentica.En este caso, parece que la regulacinpositiva de una caspasa alternativa, o de sus reguladores, se puede compensar la prdida de unacaspasa especfica.Aunque diferentes caspasas exhiben especificidad hacia ciertos sitios de escisin,tal especificidad es relativa.Cuando est presente en una concentracin suficiente y dado suficientetiempo de incubacin, la mayora de las caspasas puede escindir la mayora, si no todos, de lossustratos de la caspasa que se han identificado hasta la fecha.La escisin preferencial de un subgruposelectiva de sustratos de caspasa en la fase temprana de la apoptosis slo puede reflejar laproximidad de los sustratos de las caspasas activadas en ese momento especfico o que puede servirpara modular la cintica del proceso.La capacidad de mltiples caspasas escinden a sustratos comunespodra servir para asegurar la ejecucin de la apoptosis, incluso cuando se pierde una caspasa.

Por otraparte, aunque las caspasas aguas arriba se pueden activar preferentemente durante las primeras

etapas de la apoptosis (tales como la caspasa -8 y -10, que se activa preferentemente en respuesta auna seal de FASL o TNF), todos los caspasas se escinden y se activan durante las etapas posterioresde la apoptosis.Por lo tanto, todas las caspasas puede contribuir a la ejecucin de la apoptosis. Laapoptosis en clulas de mamfero est programado genticamente para maximizar la capacidad dematar las clulas una vez una orden apropiada se recibe.Ampliacin o reduccin.Aunque los hallazgos mencionados anteriormente nos llevan a sugerir que lasvas de apoptosis expandieron durante la evolucin, otro punto de vista tambin esposible. C.elegans, junto con sus parientes evolutivos, podran haber experimentado una reduccin en

la complejidad de la maquinaria apopttica de antepasados primordiales con maquinaria apopttica quepodran haber sido ms cercano al de los seres humanos.Sin embargo, nos encontramos con esteescenario menos probable, porque no hay tal maquinaria apopttica desarrollado, se asemeja a la de losmamferos, ha sido identificada en los organismos ms primitivos, tales como plantas, hongos ybacterias.Los mecanismos no-apoptticos de la muerte celularNuevas evidencias sugieren que la apoptosis no es el nico mecanismo de suicidio celular, sino que lasclulas puede elegir uno de los muchos mecanismos a morir cuando estn listos, con la apoptosis amenudo representa la mejor opcin.En C.elegans, eventos de muerte celular ms desarrollo seproducen a travs del mecanismo de apoptosis y slo los eventos poco comunes, tales como la muerte

del desarrollo de una clula enlazador, son no-apoptticos.Llene la muerte celular I, que muestra lamorfologa caracterstica de la apoptosis como se discuti anteriormente, es tambin la forma msfrecuentemente observado de la muerte durante el desarrollo normal de ratn.Aunque la induccin dela muerte celular de desarrollo morfolgicamente no apopttica se hace prominente enratones in


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vivocuando la maquinaria apopttica se interrumpe genticamente (por ejemplo, en las neuronasmotoras de la caspasa-deficientes), se podra cuestionar si la muerte celular no apopttica tambinpuede ocurrir en condiciones normales cuando la apoptosis Es posible.Se podra argumentar que losmecanismos no apoptticas representan rudimentarias formas de back-up de la muerte celular queslo son relevantes en circunstancias excepcionales, cuando la maquinaria apopttica es genticamentedisponible.Sin embargo, la comprensin de los mecanismos moleculares que subyacen a la muerte declulas no apoptticas in vitroha comenzado a surgir, y ahora estamos empezando a apreciar la

importancia de estos procesos.A continuacin, se resumen los datos que se describen tres nuevasnonapoptotic vas de muerte celular regulada: la muerte celular tipo II, necroptosis y poli (ADP-ribosa) polimerasa-1 (PARP1) mediada por la muerte necrtica.

Muerte de las clulas de tipo II.Muerte de las clulas de tipo II se caracteriza por la acumulacin devesculas de doble membrana-cerrados.Estas vesculas son caractersticos de la autofagia y la muertecelular por lo tipo II a menudo se llama la muerte celular por autofagia, aunque el papel de la autofagiaen este tipo de muerte celular est siendo objeto de debate. La autofagia es un mecanismo catablicointracelular conservadas evolutivamente que opera en niveles bajos en condiciones normales paramediar la degradacin de los componentes citoplasmticos, agregados de protenas y orgnulosintracelulares caducados (por ejemplo, la sala de emergencia y mitocondrias) mediante la formacin devesculas de doble membrana-cerrados llamados autofagosomas .El contenido de autofagosomas sondegradados por enzimas lisosmicas despus de autofagosomas fusionan con los lisosomas.Encondiciones normales, la autofagia tiene un papel importante en el mantenimiento de la homeostasisintracelular.En esta funcin, la autofagia elimina orgnulos daados o disfuncionales y las protenasmal plegadas que pueden ser perjudiciales para la supervivencia (por ejemplo, de las neuronas). Encondiciones de privacin de nutrientes, la autofagia promueve la supervivencia celular por degradantescontenido intracelular desechables, generando de ese modo los bloques de energa y la construccinpara la sntesis de protenas.La autofagia es regulada por un gran grupo de genes (ATGautofagiarelacionada) que se conservan de la levadura a los seres humanos (Cuadro 2).

La activacin de laautofagia durante Drosophila melanogastermetamorfosis ha sido bien establecida.Uso de eliminacin

gentica de los genes ATG, se demostr recientemente que la falta de la autofagia atenuada ladegradacin de D.melanogasterglndulas salivales mediante el bloqueo de la CPD.Por lo tanto, esteestudio proporciona evidencia del papel de la autofagia en la muerte celular en el desarrollo. Sinembargo, la falta de muerte celular efects en ratones mutantes deficientes en la autofagia (talescomoATG5oAtg7mutantes de ratn), as como en Atg7 deficiente en Drosophila, se plantea lacuestin de si la autofagiaper se oslo una parte de la va de la autofagia est involucrado en lamuerte celular de tipo II durante el desarrollo.La autofagia podra contribuir a la muerte celular quees inducido por virus.Virus de la inmunodeficiencia humana-1 (VIH-1) induce la acumulacin debeclin-1de protena y de la muerte celular en clulas T CD4 + no infectadas espectador cuando la protenaVIH1 envoltura (Env) interacta con el receptor de quimiocinas CXCR4.Aunque el mecanismo por elcual la autofagia se activa por Env an no est claro, este resultado sugiere que la autofagia podracontribuir a la muerte celular de una manera no-autnomo de la clula, proporcionando un mecanismopor el cual un virus podra inducir la muerte celular independiente de la replicacin viral.La autofagiapuede asumir el papel de asesino en la apoptosis no est disponible.Por ejemplo, la autofagia media lamuerte celular en la apoptosis deficiente en BAX-/ - BAK-/ -clulas en respuesta a estmulos deestrs genotxicos o ER.Es posible que se induce la autofagia, aunque a niveles bajos, en condicionesnormales, pero que se convierte en exacerba en respuesta a estrs celular durante las condiciones dela apoptosis-deficientes para promover la muerte celular.En este sentido, es interesante observarque beclin-1 - el homlogo de mamfero de la levadura Atg6 y un regulador del tipo IIIfosfatidilinositol 3-quinasa Vps34 - tiene un dominio BH3 e interacta con BCL2, que refleja laregulacin de la apoptosis y convergente celular por autofagia death55.Por otra parte, un subconjuntode BH3-slo los miembros de la familia BCL2 pro-apoptticos, incluyendo BNIP3 y BIK, puede inducir


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la activacin de la muerte celular por autofagia.Aunque el mecanismo por el cual BNIP3 y BIK inducenla autofagia no est claro, y aunque queda por ver si la autofagia se induce como una consecuenciasecundaria de dao mitocondrial, tales estudios plantean la posibilidad de que la muerte celular porautofagia podra ser inducido en una manera similar a que de la apoptosis.

Necroptosis como una forma de necrosis regulado.Necroptosis (Recuadro 2), lo que representa untipo de necrosis programada, es otro ejemplo interesante de un mecanismo de muerte celular

nonapoptotic regulado.Su descubrimiento se debi a las observaciones que los estmulos apoptticosclsicos, como la participacin de muerte-domain-receptor por ligandos correspondientes, puedenllevar a la muerte de clulas no apoptticas (evaluada utilizando criterios morfolgicos) cuandoapoptosis es inhibida por los inhibidores de caspasas oa travs de mutaciones en la caspasa -8 oprotena muerte de dominio asociado a Fas (FADD).Aunque necroptosis es activada por los mismosestmulos que inician la apoptosis, las caractersticas morfolgicas de necroptosis - orgnulohinchazn, rpido disfuncin mitocondrial permeabilizacin de la membrana plasmtica y la falta defragmentacin nuclear - son caractersticas de necrosis patolgica, la cual se presume que la muerteno regulada que se produce por el estrs abrumador.Nuevas evidencias sugieren que la iniciacin delprograma de necroptotic por TNFa se produce a nivel del receptor a travs del reclutamiento y laactivacin de un complejo de sealizacin intracelular que implica la molcula adaptadoraRIP1(pero noel complejo TRADD-RIP1, que media en la activacin del factor nuclear kappa B (NF-kB) y laapoptosis).La activacin de la necroptosis requiere la actividad de la quinasa de RIP1, que no serequiere para la NF-kappa B y la apoptosis de sealizacin.La naturaleza diferente de la apoptosis y lanecroptosis Se destac adems por el descubrimiento, en una pantalla basada en clulas al azar, deuna serie de estructuralmente distintas de molculas pequeas necrostatins, todos los cuales inhibenespecficamente y de manera eficiente necroptosis, pero no la apoptosis inducida por TNFa. Elmecanismo que conduce a la ejecucin de aguas abajo necroptosis de RIP1 activacin de la quinasasigue siendo poco clara.RIP1 se transloca dentro de la mitocondria, lo que conduce a la interrupcin dela asociacin de ADP-ATP translocasa (ANT) con ciclofilina D y esto podra explicar la disfuncinmitocondrial rpida que se asocia con la necroptosis.Curiosamente, el efecto protector del inhibidorde la necroptosis necrostatin-1 en un corazn in vivo delesin de isquemia-reperfusin eradependiente de la expresin de ciclofilina D. Sin embargo, los detalles de la mecnica de este paso nose haban determinado.

La muerte necrtica PARP1 mediada.PARP1 es una enzima nuclear que tiene un papel clave en elmantenimiento de la estabilidad del genoma.PARP1 se activa rpidamente por roturas de ADN decadena y recluta factores de reparacin del ADN por unir unidades ADP-ribosa a protenas asociadasa la cromatina.La prdida de PARP1 conduce a un aumento de la sensibilidad al dao del ADN, lo quellev al desarrollo de inhibidores de PARP1 como chemopotentiators de agentes contra el cncer quedaan el ADN.Sin embargo, el exceso de activacin de PARP1 puede conducir a la muerte celularindependiente de caspasas.PARP1 puede mediar la muerte celular en una serie de escenariosdiferentes (recuadro 2).En un escenario, alquilacin de dao en el ADN promueve el rpidoagotamiento PARP1 mediada citoslica de NAD +, que conduce a la muerte necrtica por "colapsoenerga 'en las clulas glucolticas (estas clulas dependen de citoslica NAD + para la gluclisis y lageneracin de energa).Este mecanismo puede ser visto como una extensin de la funcin del genomade vigilancia de PARP1, ya que proporciona una forma elegante para regular diferencialmente lasrespuestas de dao de ADN en clulas que proliferan rpidamente glucolticas y en las clulas en unestado vegetativo, basndose en la respiracin mitocondrial para el mantenimiento de ATP

niveles.Clulas que proliferan rpidamente glicolticas pueden representar un peligro significativopara el organismo si se acumulan dao en el ADN y, por lo tanto, tienen que ser eliminados de maneraeficiente, por el contrario, las clulas vegetativas se puede permitir ms tiempo para completar lareparacin del ADN.A lo largo de estas lneas, PARP1 activacin tambin conduce a la liberacin


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especfica de la citoquina inflamatoria grupo de alta movilidad de protena-B1 (HMGB1), que puedealertar a las clulas inmunes a la presencia de clulas peligrosas con DNA77 daado.PARP1 tambinmedia la muerte celular que es inducida por dao en el ADN secundario asociado con la lesin neuronalaguda.En este caso, la muerte de las clulas neuronales excitatorios conduce a la translocacin de lapoli (ADP-ribosa)-polmero en el citosol, lo que provoc la translocacin del factor deapoptosisinducing protena (AIF) de las mitocondrias a los ncleos, en donde media la muertecelular.Curiosamente, el dao de ADN inducida por la muerte celular mediada por PARP1 implicareceptor de TNF-factor asociado-2 (TRAF2) - activacin RIP1-dependiente de c-Jun N-terminalquinasa-1 (JNK1, tambin conocido como MAPK8), lo que contribuye a La disfuncin mitocondrial y lamuerte necrtica.Sin embargo, la relacin entre este proceso y necroptosis sigue siendo pococlara.En la actualidad, es difcil llegar a conclusiones definitivas sobre la relacin de las dos vas de lamuerte celular inducida por PARP1.Sin embargo, parece posible que el agotamiento de NAD + y FIAactividad actuando en la misma va y que sus contribuciones relativas a la desaparicin de clulaspodran depender del entorno especfico de la clula.Aunque los detalles de la muerte celular PARP1dependiente an no se han clasificado, est claro que la muerte celular mediada por PARP1 es un temaimportante para la investigacin debido a su papel en diversas patologas humanas (Cuadro 3).

Las races de la muerte celular reguladaCuriosamente, a pesar de que el fenmeno de la apoptosis fue descrita por primera vez en el contextode la regulacin del desarrollo, la funcin de la apoptosis en el desarrollo no es tajante; C.elegans ced-3(prdida de funcin) o ced-4(prdidas offunction) mutantes son el desarrollo normal81.Si PCD noproporciona una ventaja evolutiva para los nematodos que lo han comparado con las variantes antiguasque carecan de ella, qu factores podran haber llevado a la seleccin y la evolucin de los mecanismosde PCD?Curiosamente, se encontr que los mutantes ced-3y ced-4a ser significativamente mssensibles a la muerte causada por la infeccin de Salmonella typhimuriumen comparacin con losgusanos de tipo salvaje, aumentando la posibilidad de que la respuesta de defensa del husped, en

lugar de la muerte celular de desarrollo, podra ser la primordial funcin de la apoptosis.La funcin dedefensa del husped de la apoptosis ha sido ampliado en clulas de mamfero.Protenas de una gran

familia de NLR mamferos (NOD-like receptor), homlogas a C.elegansCED-4 y de mamferos APAF1,la funcin de regular la activacin de las caspasas en respuesta a los patgenos intracelulares.NLRscontienen tres dominios distintos: un dominio de reclutamiento de caspasas-N-terminal (CARD)opirinadominio efector (con la excepcin de la protena inhibidora de la apoptosis-neuronal (NAIP) y,posiblemente, NOD5 (tambin conocido como NLRX1)); un nucleotidebinding y oligomerizacin dedominio (el llamadoNACHTdominio), y un nmero variable de C-terminal repite Leu-ricos (LRRs) (Cuadro 1).Los 22 NLRs identificados se pueden dividir en dos grandes sub-clases - los NODs(NOD1-5), que activan la va RIP2-NF-kappa B, y los NLRs, que consta de NALP1-14 (NALP se nombra

despus de Nacht-, LRR - y el dominio pirina (PYD)-que contiene protenas), IPAF (tambin conocidocomo NLRC4) y NAIP, que promueven la activacin de la caspasa-1.Adems, la protenaNLRCIITA(complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) de clase II trans-activador) sirve lafuncin de regulador maestro de la transcripcin de MHC de clase II.Al menos algunos de la funcinNALPs mediante el reclutamiento de la protena adaptador deASCa travs de una interaccin PYD-PYD homotipica, y ASC a su vez recluta la caspasa-1 a travs de una interaccin-TARJETATARJETA.La oligomerizacin de NALPs trae las caspasas inflamatorias, tales como la caspasa-1 y lacaspasa-5, en estrecha proximidad para promover su activacin.Este complejo de protenas NALP sellama la inflamasoma.La activacin de la caspasa-1 a su vez conduce a la transformacin y la liberacinde interleuquina-1 (IL-1) y la IL-18, que sirven funciones pro-inflamatorias

importantes.ElNALP1mediada por la activacin de la caspasa-1 tambin est regulada por lasprotenas anti-apoptticos de la familia BCL2, proporcionando un posible papel de las protenas de lafamilia BCL2 en la regulacin de la respuesta de defensa del husped.Curiosamente, los orgenes de lafamilia NLR se remontan a los reguladores no apoptticas en organismos simples, lo que podra


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proporcionar una visin interesante sobre los orgenes evolutivos de apoptosis de mamfero.NLRs demamfero funcional y estructuralmente se asemejan a las protenas NLR-como, tales como lasprotenas R-codificadospor genes de plantas, que estn presentes en muchos organismos primitivos(figura 2).Las protenasR-codificadospor genes contienen LRR, que detectan patgenos intracelularesy las seales de peligro de patgenos inducida y activan la sealizacin inflamatoria.De una maneraque es muy anloga a la del sistema inmune innato de la planta, inflamosomas de mamferos reconocenseales que se presentan por patgenos intracelulares y median en la activacin de la muerte en las

clulas infectadas (tales como macrfagos) a travs de la apoptosis de la caspasa-1-dependiente(pyroptosis) y la induccin de la sealizacin inflamatoria a travs de procesamiento de la caspasa-1-dependiente de la IL-1, IL-18 y, probablemente, IL-33.Similar a cientos deprotenas-Rcodificadospor genes de plantas, mamferos distintos complejos inflamasoma sentido particular patronesmoleculares asociados a patgenos (PAMPs conservadas, que incluyen componentes de la pared celularbacteriana, la flagelina bacteriana, y ARN bacteriano y viral) y el peligro de patgenos inducidaasociados a patrones moleculares (apaga, que incluyen cambios en los niveles de ATP y concentracionesde potasio intracelular).Por ejemplo, los sentidos NALP1 inflamasoma bacterianas peptidoglicanos dela pared celular, mientras que el IPAF inflamasoma se activa por citoslica flagelina.Adems, estudiosrecientes demostraron que las protenas R-codificadospor genes de plantas pueden detectar PAMP enlos ncleos para inducir cambios transcripcionales que promueven una respuesta inmune.Es importantedeterminar si esto tambin puede representar un modo adicional de accin de NLRsmamferos.Curiously, whereas the plant innate immune response can lead to cell death at theinfection site, involving measurable induction of caspase-like activity, it is carried out by non-caspasemolecules, such as legumains. Plant proteins displaying sequence homology and structure similarity tocaspases, termed metacaspases, probably represent a different branch of the evolutionary tree.Based on these observations, the mammalian inflammasome might be a convergence point between asimple ced-gene-mediated apoptotic pathway and the NLR-mediated innate immune pathway,providing capabilities for PAMP or DAMP sensing by NLRs, as well as caspase activation. Therefore,

the mammalian apoptotic machinery might have evolved by converging the simple apoptotic machinery,such as that found in C. elegans, with a separate and even more ancient and highly conserved innateimmune system. Furthermore, because mammalian CED-4-like factors (such as NLRs, APAF1 and p53-induced protein with a death domain (PIDD)) function similarly in caspase activation, development ofthe mammalian apoptosis machinery might have been primarily driven by the requirements for a moreefficient host defence system, rather than the more complex homeostatic and developmentalregulation in higher eukaryotes. Although retaining the basic layout of the PCD mechanism in C.elegans, the convergence of this pathway with NLR regulation led to the acquisition of a number ofunique features that are characteristic of mammalian apoptosis, including direct regulation of themammalian CED-4 orthologues by specific activators (such as cytochrome c, ATP and pathogens) and

divergence of the developmental, genotoxic and inflammatory pathways, which are regulated byseparate sets of activating complexes (the apoptosome, PIDDosome and inflammasome, respectively)(BOX 1).

Evolution of non-apoptotic cell death mechanismsWhereas PARP1-mediated non-apoptotic cell death probably evolved as part of the cellular responseto DNA damage, other non-apoptotic cell death mechanisms might have evolved as a part of hostdefence responses. Autophagy has a well-established role in defending against viral and bacterialinvasion. Sindbis virus, a single-stranded RNA virus of the Togavirus family, causes encephalitis,which can be ameliorated by overexpression of Beclin-1in transgenic mice. Bacteria that escape into

the cytosol from the endosomes can be engulfed by macroautophagy. Furthermore, autophagicmachinery promotes the clearance of extracellular bacteria that are recognized by the TLR4receptor. One could speculate that autophagic cell death might have arisen from the need to ensurethe survival of the whole organism through sacrificing infected cells. Both type I and II interferons


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(IFNs) modulate macroautophagy as a part of the antiviral response. In this regard, it is interestingthat treatment of human HeLa cells with IFN leads to the induction of autophagy through theactivation of death-associated protein (DAP) kinases, and overactivation of DAP kinases can lead toautophagic cell death. Thus, autophagic cell death might be part of the antiviral response that isactivated by IFNs. The functional significance of necroptosis in the host defence response is lessclear. However, RIP1, a kinase that is crucially involved in the activation of necroptosis, has animportant role mediating the activation of NF-Band IFNgenes in the context of the innate immune

system, although apparently in a kinase-independent manner. RIP1 signalling can be triggered byextracellular pathogen-sensing Toll-like receptors, components of invading pathogens andinflammatory cytokines, such as TNF. The closest D. melanogasterhomologue of RIP1, IMD, is also akey mediator of the innate immune response to Gram-negative bacteria, acting upstream of a numberof factors that are also linked to RIP1 signalling in mammalian cells, including the D.melanogasterhomologues of FADD, caspase-8, IKK (inhibitor of nuclear factor (NF)-B (IB) kinase)complex and NF-B. Furthermore, IMD can also mediate caspasedependent apoptosis, similar to therecently discovered RIP1-dependent, caspase-8-mediated apoptosis cascade in mammalian cells.Curiously, IMD lacks a kinase domain, so kinasedependent induction of necroptosis might be anevolutionarily novel addition to the repertoire of RIP1 functions. Therefore, RIP1 might promote boththe induction of specific inflammatory signalling (by NF-B and IFN upregulation) and the eliminationof infected cells through a pro-inflammatory process (necrosis). The promotion of necrosis can byitself serve to potentiate the antibacterial response by causing a leakage of cellular contents and thespecific release of pro-inflammatory mediators, such as IL-6. Recently discovered cell-death-independent activation of autophagy by TLR4RIP1 as a potential mechanism for bacterial clearancealso fits well with this notion. These data suggest that the evolution of the innate immune responsemight have led to the acquisition of the RIP1-kinase-mediated necroptotic response by the IMDpathway.

Opportunities for cytoprotective therapy

Catastrophic cell death is the main underlying cause of death and lifelong disabilities in a broad rangeof human diseases, from acute disorders (such as stroke, myocardial infarction, brain and spinal cordtrauma and septic shock) to chronic neurodegenerative conditions. Cell death is also an importantcompounding factor as a side effect of chemotherapy, many inflammatory diseases, diabetes andother conditions. Therefore, the development of efficient strategies to inhibit pathological celldeath remains a key challenge of cell death research and a crucial unmet medical need. The discoveryof apoptosis and the development of specific genetic and small molecule methods to inhibitpathological apoptosis in vivohave shown that pathological cell death can, indeed, be targeted fortherapeutic benefit. However, the success of anti-apoptotic therapies has been limited, perhaps

because of our lack of understanding of the complexity of cell death regulation in mammalian cells.The appreciation of such complexity leads us to suggest that when considering the possibility ofinhibiting a specific pathological mechanism of cell death, we must consider several issues. Does oneparticular form of cell death have a major role in the injury (FIG. 3)? Alternatively, are several celldeath mechanisms operational in the injured tissue? If several mechanisms are operational, thencombination therapy might provide maximal benefit. Whether a combination therapy will be effectivedepends on the contribution of each form of death, not only to the tissue injury, but also to thefunctional decline of the tissue (FIG. 3c). We must also consider whether a possible backup cell deathmechanism that might be activated in the event of the primary mechanism is being inhibited. Giventhese possibilities, cytoprotective treatment might not only be improved by combination treatment, it

might require combination treatment (FIG. 3d). It is important to keep in mind that althoughapoptosis may be the preferred type of physiological cell death, the option to die by apoptosis mightnot always be available under in vivoconditions. Situations that involve an imbalance of RO S-generation and RO S-detoxification, limited energy metabolism or a lack of proper protein synthesis


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might restrict the ability of cells to activate apoptotic cell death. Under such circumstances, cellsmight choose to die through one of the alternative cell death pathways. The existence of other celldeath options suggests that there might be some plasticity in the choice of cell death programmes,with apoptosis being only one of the spectrum of available regulated cell death options. Furthermore,rather than considering a hierarchal regulation of multiple cell death mechanisms, in which cells firstactivate apoptosis and only undergo non-apoptotic cell death if apoptosis is inhibited, we propose thatcommitment to apoptosis might not even be necessary for the activation of non-apoptotic cell demise.

In other words, non-apoptotic signalling can be initiated independently through alternativemechanisms to carry out the order of cellular execution under conditions that are ill-suited forapoptosis, but ideal for non-apoptotic cell death (FIG. 4). The discovery of the apoptotic programmeopened the door for the development of specific cell-death-targeting 'smart' therapies. Pathologicalcell death processes might represent a 'conscious' decision of the cell in response to specificpathological signals, which would allow the development of specific approaches to influence this'choice' by small molecule or protein-based agents that could target the apoptotic signallingmachinery. This has already led to the development of multiple classes of agent, such as BCL2 andinhibitor of apoptosis (IAP) proteins, that specifically trigger apoptosis in cancer cells. Althoughthese agents are still in the early stages of clinical development, preliminary evidence is promising. Atthe same time, therapies to eliminate catastrophic tissue damage and functional decline, which areassociated with pathological cell death in various human pathologies (from stroke to myocardialinfarction), are still limited. The recent discovery of regulated nonapoptotic cell death might offer anew hope for treating these diseases. Although the study of these forms of cell death is still in itsinfancy, a number of promising results have already been generated (BOX 3).

ConclusinLess than 2 decades ago, cell death was categorically considered to be passive and uninteresting. Thediscovery of mammalian homologues of C. eleganscell death genes led to the understanding that cell

death, in the form of apoptosis, can be a highly regulated cellular mechanism. In-depthcharacterization of mammalian apoptosis uncovered both conservation of the basic layout ofapoptotic signalling in C. elegansand evolutionary expansion of the protein families of apoptoticregulators. Moreover, these features allowed specialized activation of cell death responses by variousupstream stimuli, improved integration of apoptosis with other cellular signalling and metabolicpathways, and increased fidelity of apoptosis execution, due to the redundancy in the functions ofindividual members of apoptosis regulatory families. Recent characterization of the inflammasomepathway of caspase-1 activation revealed that the evolution of mammalian apoptosis probably involvedconvergence of the primitive apoptosis machinery with the innate immune system. In the past fewyears we have also begun to appreciate that apoptosis is not the only form of regulated cell death.

Three of the best-understood examples of non-apoptotic cell death are type II cell death,necroptosis and PARP1- mediated necrotic death (see above). Although these processes can servefunctions that are complimentary or reinforce apoptosis, it is likely that they have evolved to servespecific non-redundant functions in responses to pathogen infection, nutrient and energy deprivation,and DNA damage. The changing perception of regulated cell death as an array of diverse responses,rather than a single apoptotic pathway, implicates complexity and provides novel opportunities forcytoprotective therapies. In particular, the discovery of the specific regulated, morphologicallynecrotic, non-apoptotic cell death mechanisms suggests that at least a subset of necrotic pathologicalcell death might also be regulated by cellular mechanisms and, therefore, could be amendable totherapeutic drug development. Understanding how cell death operates under the specific conditions

of particular human diseases might bring in a new era of cytoprotective drug development.


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Figure 1 | Evolutionary expansion of C. elegansapoptotic machinery in mammalian cells.Side-by-side comparison of the Caenorhabditiselegans CED protein pathway and the coreapoptotic machinery in mammalian cells shows theconservation of the general outline of thepathway. Extension of the apoptotic machinerycan also be observed at every step of the

pathway, including multiple B-cell lymphomaprotein-2 (BCL2) homology-3 (BH3)-onlyproteinactivating signals, complex regulation of the BCL2family and the addition of mitochondrialcytochrome c release, which drives the formationof an apoptosome and activation of the upstreamcaspases (first caspase-9 and then theexecutioner caspases, such as caspase-3 andcaspase-7). Added complexity is provided by theexistence of multiple family members in eachclass of the apoptotic regulators, with bothredundant and non-redundant functions. Theseregulators provide 'fail-safe' apoptosis machinerythat can generate specialized responses tovarious upstream stimuli. Possible directactivation of BAX and BAK by BH3-only proteinsis indicated by a dotted line. APAF1, apoptoticprotease-activating factor-1; BAK, BCL2-antagonist/killer-1; BAX, BCL2-associated X protein.

Box 1 | Major classes of apoptosis mediators

CaspasesCaspases are a family of Cys proteases(humans have 11 caspases) that cleave theirsubstrates after Asp residues. Caspases containthree main domains: a prodomain and large (p20)and small (p10) catalytic subunits. The largedomain contains the active site Cys residue.Activation of caspases involves the proteolytic

cleavage of zymogens, the removal of theprodomain and separation of the p20 and p10subunits, or allosteric conformational changes.The prodomains of activator and inflammatorycaspases contain proteinprotein-interactiondomains (such as the caspaserecruitment domain(CARD) and the death-effector domain (DED))that link them to apoptosis signallingmolecules21.

BCL 2 familyThe B-cell lymphoma protein-2(BCL2) family is subdivided into three sub-classes: anti-apoptotic (such as BCL2, BCL-XLand MCL1), multidomain pro-apoptotic (BAX and


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BAK) and BH3-only (such as BID, BIM, BAD, NOXA and PUMA). The BH1, BH2 and BH3 domains ofmultidomain family members form a hydrophobic cleft that serves as a heterodimerization interfacefor the BH3 domains of BH3-only proteins. The BH4 domain of anti-apoptotic BCL2 family membersdirectly interacts with a voltagedependent anion channel and inhibits apoptotic mitochondrialchanges113. Anti-apoptotic BCL2 family members can be cleaved by caspases, which results in theloss of the BH4 domain and in the proteins exhibiting pro-apoptotic, rather than anti-apoptotic,activity114. BH1/BH2/BH3, BCL2 homology-1/2/3 domain; TM, transmembrane domain.

APAF1, NLR and PIDD adaptorsNLR (nucleotide-binding and oligomerization domain (NOD)-likereceptor), APAF1 (apoptotic protease-activating factor-1) and PIDD (p53-induced protein with adeath domain) activate caspases following pathogenic infection (caspase-1), cytochrome crelease(caspase-9) and genotoxic stress (caspase-2), respectively. The NLR family (22 proteins in humans)can be subdivided into NOD factors (which sense bacterial peptidoglycans and signal through RIP2 toactivate NF-B), inflammasome-forming NALPs, IPAF, NAIP and CIITA (which regulates majorhistocompatibility (MHC) class II transcription). Activation of APAF1, NLRs and PIDD proteins leadsto the formation of large multimeric caspase-activating complexes 115,116. Caspase recruitment canbe direct (through CARD domains) or can involve additional adaptors (such as RAIDD (also known asCRADD) interacting with the death-domain (DD) of PIDD116). The nucleotide-binding andoligomerization domain (the NACHT domain) and NB-ARC domains are required for oligomerization.The NB-ARC domain of APAF1 also binds to dATP, which is required for apoptosome formation. TheWD-40 repeats of APAF1 bind cytochrome c. The Leu-rich repeats (LRRs) of NLRs probably have akey role in sensing pathogen-associated molecular patterns83. CIITA, major histocompatibilitycomplex (MHC) class II trans-activator; IPAF, ICE-protease activating factor; NAIP, neuronalapoptosis-inhibitory protein; NALP, NACHT-, LRR- and pyrin domain (PYD)-containing proteins; NF-B, nuclear factor-B.

Box 2 | Three pathways of non-apoptotic cell death

Autophagic cell death. Eighteen yeast autophagy-related ( ATG) genes, which are required forautophagosome (AP) formation, have been identified (APAtg proteins). Several mammalianhomologues have been identified (shown in figure panel a ). The activity of the class III

phosphatidylinositol 3-kinase complex is subject to inhibition by B-cell lymphoma protein-2 (BCL2) andto activation by the tumour suppressor UVRAG (UV radiation resistance-associated gene protein).Nutrient-deprivation signalling induces autophagy through the suppression of mammalian target ofrapamycin (mTOR) activity. Functional analysis has implicated the same core ATG proteins in the


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formation of different types of autophagosomes, including those that have pro-death roles118. Themolecular machinery of mammalian autophagosomes is still only partially characterized. Intrinsicdifferences in the composition of autophagosome protein machinery might determine its function as apro-survival mechanism, rather than a pro-death mechanism. PAS, phagophore assembly site. SeeREF. 117 for further details. This panel is modified, with permission, from ref. 117 (2007) ColdSpring Harbor Laboratory Press. Necroptosis. The activation of RIP1 kinase increases reactiveoxygen species (ROS) production (from the mitochondrial respiratory chain and the RIP1Rac1

NADPH oxidase complex) and activates c-Jun N-terminal kinase (JNK) kinase (which might be crucialfor the execution of necroptotic cell death in some cell types). Autophagy can be prominentlyactivated during necroptosis, but it only appears to contribute to cell death in some cell types. Otherexecution steps, including the activation of phospholipase A2, lipoxygenases and acidsphingomyelinase, have been described. The exact roles of these steps remain to be elucidated. Giventhe similarity of many of the downstream execution steps in necroptosis to those attributed to'classic' unregulated necrosis, the main difference between these two mechanisms might be in themethod of activation (regulated by internal signalling mechanisms rather than caused byoverwhelming stress) of similar relatively nonspecific execution events. SMase, sphingomyelinase;TNF, tumour-necrosis factor-; TNFR, TNF receptor. PARP1-mediated cell death. Two pathwaysare shown: energy collapse and apoptosis-inducing factor (AIF) translocation. In addition to the celldeath role, poly(ADPribose) polymerase-1 (PARP1) is involved in initiating DNA repair. Geneticdeletion of PARP1 leads to sensitivity to DNA-damaging agents. Oxidoreductase activity of AIF alsohas a homeostatic role, as it is crucial for mitochondrial complex I function124 and a mutation in micethat is associated with severe progressive neurodegeneration has been mapped to AIF124. TRAF2,TNF receptor-associated factor-2.

Box 3 | The contribution of non-apoptotic cell death to pathological injuryRecent studies have shown that non-apoptotic cell death is not just a nuisance of in

vitroexperimentation it makes important contributions to pathological regulation in vivo.Autophagy has been prominently observed in various disease models and its inhibition can providetherapeutic benefit. For example, recent studies suggest that Beclin-1-dependent autophagypromotes injury in mouse models of heart ischaemia reperfusion injury and heart failure. In addition,autophagy suppresses apoptosis in MYC-dependent lymphomas, promoting tumour growth. Conversely,genetic analysis has clearly established that Beclin-1 functions as a tumour suppressor. Autophagypromotes the survival of cancer cells that express apoptosis-inhibiting BCL2 family members underthe conditions of hypoxia. However, inhibiting autophagy under such conditions unleashes necrosis,which might promote inflammation and, ultimately, tumorigenesis. These data suggest a complex roleof autophagy in tumour formation. As the morphology of necroptotic cell death is similar to that of

necrosis, it has been investigated whether pathological necrosis might actually represent, if only inpart, regulated necroptosis. Indeed, administration of necroptosis inhibitor necrostastin-1 (Nec-1)provides significant tissue protection and functional improvements in a range of acute tissueinjuries in vivoin mouse models (brain and heart ischaemiareperfusion) by mechanisms that areclearly distinct from the inhibition of pathological apoptosis. In particular, in a mouse model ofstroke, the effect of Nec-1 was both temporally and mechanistically (measured through caspase -3activation) distinct from that of apoptosis inhibitors. Furthermore, the protective effect of Nec -1did not require co-administration of caspase inhibitors, although the pan-caspase inhibitor zVAD. fmkand Nec-1 did have an additive effect (FIG. 3). Poly(ADPribose) polymerase-1 (PARP1) inhibitorsprovide significant protective effects in mouse brain and heart ischaemiareperfusion injury, mouse

models of colitis and other inflammatory diseases, neurodegeneration and diabetes mellitus (reviewedin Refs 131133). PARP1 inhibitors have also emerged as promising anti-cancer agents, increasing thesensitivity of resistant cancer cells to various DNA-damaging agents and also selectively killing sometumour cells.


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Figure 2 | Mammalian NLR proteins andNB-LRR proteins from simpler organismshave similar functions.

Although NLR (panel a ) and NB-LRR(panel b ) proteins (such as those encoded by

plant R-genes) have variable domainarchitecture83,89,90, all NLR and NB-LRRproteins are characterized by the presenceof: Leu-rich repeats (LRR), which havesignificant variability (because of alternativesplicing136) and are involved in pathogen-associated molecular pattern (PAMP) sensing;nucleotide-binding ATPase oligomerizationdomains (NACHT or NB; these make-up the'oligomerization domain'); and effector

domains (CARD and pyrin in NLRs; TIR andcoiled coil (CC) in NB-LRRs), which areinvolved in the recruitment of downstream factors, such as caspase -1 or RIP2 in the case of IPAFand NOD proteins, or additional adaptors, such as ASC, in the case of NALP3 protein83. Themammalian NLRs (panel a ) also display multiple functional similarities with NB-LRRs (panel b ) inthat they function as part of the innate immune response. Other similarities include: NLRs andNB-LRRs both require SGT1HSP90 binding to maintain the proteins in an inactive, but signal-competent state; they are both activated by PAMPs and danger-associated molecular patterns(DAMPs) in vivo and in vitro; and their cell death and inflammatory responses are activated through

effector domains. These similarities suggest that mammalian NLR proteins (and other APAF1-likemolecules, such as APAF1 and PIDD) probably evolved from primitive NB -LRR proteins. ASC,apoptotic speck protein; IPAF, ICE-protease activating factor; NB-LRR,nucleotide-binding Leu-rich-repeat; NLR,nucleotide-binding and oligomerizationdomain (NOD)-like receptor; NALP3,NACHT-, LRR- and pyrin domain (PYD)-containing protein-3; TIR, translocatedintimin receptor.

Figure 3 | Plasticity of cell deathactivation in vivo.

The existence of multiple cell deathmechanisms suggests that carefulconsideration should be given to determinewhich mechanism (or mechanisms) isprimarily activated in any particular injuryparadigm if therapeutic approaches are to

prove useful. As an example, multipleoutcomes of anti-apoptotic or anti-necroptotic therapies can be anticipateddepending on the specific injury


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paradigm. a | Predominant necrotic death might occur when the endogenous conditions prohibitapoptosis. Use of necrostatin-1 (Nec-1), which inhibits RIP1-dependent necroptosis, might providemaximal cytoprotective benefit as a single agent under these circumstances. b | Alternatively,apoptotic cell death might be predominant in cell populations that are not subjected to excessiveexternal stress, or that are intrinsically deficient in necroptosis activation58,63. zVAD.fmk preventsapoptosis by inhibiting caspases. c | A mixture of apoptotic and necroptotic cell death might occur,leading to a significant, but partial, cytoprotective effect of each treatment and an additive effect

of combination therapy. d | Apoptosis might be the predominant 'primary' form of cell death.However, inhibition of apoptosis might result in the activation of necroptosis. In this scenario,neither apoptosis nor necroptosis inhibitors might work as single agents, and combined treatmentcould provide maximal cytoprotective benefit.

Figure 4 | Activation of alternative cell fates following TNFstimulation.

In many cell types, apoptosis is not the default response to tumour-necrosis factor- (TNF)stimulation multiple cell fates can be independently adopted. a | In many cases, activation ofnuclear factor-B (NF-B) signalling, resulting from NF-B-activating complex I formation andRIP1 polyubiquitylation136, is a primary response to TNF. In this scenario, RIP1 ubiquitylation limitsthe formation of pro-apoptotic signalling complexes137. In addition, NF-B transcriptionallyupregulates the expression of pro-survival genes137. The low level of caspase -8 cleaves RIP1, whichinhibits necroptosis. b | Activation of apoptosis as a primary response to TNF requires specific

apoptosis-promoting conditions, such as the presence of protein synthesis inhibitors (cycloheximide),the overexpression of zinc finger-like protein (ZFRA) polypeptide138 or a deficiency in focaladhesion kinase (FAK) kinase signalling139. This leads to efficient pro-apoptotic death-inducing-signalling complex (DISC) formation136 and caspase-8 activation. c | Activation of necroptosis as aprimary response to TNF requires suppression of apoptotic signalling or, at least, caspase activity(by caspase inhibitors). Rapid loss of ATP140143, conditions of excessive reactive oxygen ornitrogen species production144 or ischaemic conditions63,130 can provide environments that are non-permissive to apoptosis. Notably, all three of these pathways represent independent cell fates thatare selected on the basis of the specifics of the cellular regulation. IKK, inhibitor of NF-B (IB)

kinase; NIK, NF-B-inducing kinase; RIP1, receptor-interacting protein-1; TRADD, TNF receptor type1-associated death domain protein; TRAF2, TNF receptor-associated factor-2; Ub, ubiquitin.

172009190 la expansion y la evolucion de programas de muerte celular

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