desrregulación de la apoptosis en cancer

Bases Moleculares del CáncerAplicación a la Patología Tumoral

Hospital Lluis AlcanyisServicio de PatologíaXátiva-Valencia

Desregulación de Apoptosis en Cáncer

Marcos Martínez Banaclocha

-Concepto de apoptosis-Mecanismos y vías de apoptosis-Funciones de la apoptosis-Otros tipos de muerte celular-Regulación de apoptosis-Desregulación de apoptosis en cáncer

Apoptosis y Cáncer

Kerr y colaboradores: muerte celularmorfológicamente distinta de la necrosis, que no provoca respuesta inflamatoria asociada.

¿Apoptosis?

Br J Cancer 1972; 26: 239

Diferencias entre necrosis y apoptosisNecrosis

Apoptosis

Condensación y marginación de la cromatina

Condensación citoplasmáticaFormación de burbujasFragmentación nuclear

Fagocitosis

Cuerpos apoptóticos

Célula fagocítica

Nucleo de la célula fagocítica

DAPI (4', 6-diamidino-2-phenylindole)

Anti-phospho-HistoneAnticuerpo H2B (Ser14)

Características morfológicas de la apoptosisS

entido

de la

electroforesis

Formación de burbujascitoplasmáticas

Patrón en escalera

Apoptosis

The Biology of Cancer (Garland Science 2007)

Degradación del ADN nuclear

1000 pb

800

600

400

200

Endonucleasas

Nucleosomas

ADN internucleosómico

Nucleofilamento Mono-Oligonucleosomas ADN en escalera

ExtracitoplasmáticaIntracitoplasmática

Composición de los fosfolípidos de membrana

TranslocasaFlopasa

Fosfatidilserina

Espacio extracelular

Translocación de PS al exterior de la membrana citoplasmática

Anexina Calreticulina

Fosfatidilserina

Mecanismos de la apoptosis

• Caspasas- Proteínas que contienen el aa Cisteína. - Tienen actividad proteasa.- En residuos de ácido aspártico.

Se sintetizan como proenzimasIniciadoras: caspasas -2, -8, -9, -10Inflamatorias: caspasas -1, -4, -5Efectoras: caspasas -3, -6, -7

Annu Rev Cell Dev Biol 2005; 21: 35

Caspasa iniciadora

Caspasas activas

Pro

teolisis d

e p

rote

ínas d

el

citoesq

uele

toy a

ctivació

n d

e

endonucle

asa

s

Principales vías de apoptosis

Intrínseca (activada por estrés o mitocondrial):

Depende de la liberación mitocondrial de citocromo c

Extrínseca (vía de los receptores de la muerte):

No depende de la liberación de citocromo c

Vía citotóxica (Perforina/granzima):Utilizada por los linfocitos T citotóxicos y células

NK

Vía extrínseca

Vía intrínseca

Citotóxica

Degradación del ADN

Ligando

Proteínas intracelulares

Citocromo c

Granzima B

Caspasas 3, 6, 7

Estímulos de la vía intrínseca

• Dependen del tipo celular• Disminucíon de factores tróficos

• Factores de crecimiento• Hormonas• Citoquinas

• Agentes tóxicos• Temperatura• Cambios osmóticos• Radiaciones Gamma, UV, Rx• Altas concentraciones de calcio• Oxido nítrico/Radicales libres

Mem

bra

na

exte

rna

Mem

bra

na

inte

rna

Vía intrínseca (mitocondrial)

Citocromo c

Célula normal Progresión de la apoptosisThe Biology of Cancer (Garland Science 2007)

Formación del complejo Apaf-1, dATP , citocromo c

y procaspasa 9

(Apoptosoma)

Caspasa 9


Vía extrínseca (receptores de muerte)

Procaspasa 8

Caspasa 8

Vía común o de ejecución Caspasas -3, -6,-7

Fas L Apo2LTNF- Apo3L

Adaptadores

Vía citotóxica (Perforina/granzima)

Célula tumoral

Immunol Rev 2003; 193: 31

Canales de perforina

Perforina polimerasa

CD8Monómeros perforina

Vía citotóxica (Perforina/granzima)

Immunol Rev 2003; 193: 31

Granzima B

Granzima B

Caspasa 3 Bid

Citocromo c

Perforina

Funciones de la apoptosis

a) Desarrollo embrionario

b) Homeostasis del organismo

c) Defensa frente a células dañadas o neoplásicas

La apoptosis permite eliminar el exceso de células que se produce en las fases tempranas del desarrollo embrionario.

Su defecto puede conducir a malformaciones.

a) Desarrollo embrionario


Participa en la continua remodelación y maduración de todos los órganos y tejidos.

La apoptosis de las células que proliferan y pierden su contacto con la membrana basal, permiten el desarrollo y maduración de conductos mamarios.

b) Homeostasis del organismo

Membrana basalCélulas basalesCaspasa 3 activada.


c) Defensa frente a patología

Célula tumoral en apoptosis: Vía FasR/FasL

CD8Células infectadas por virus

Daño por agentes físicos (radiación)

Células dañadas por agentes químicos (tóxicos)

Daño hipóxico-isquémico

Células tumorales

Muerte celular programadaApoptosis: (muerte celular tipo I) conjunto

de procesos celulares, genéticamente programados, por el que las células inducen su propia muerte, en respuesta a diferentes estímulos, sin alterar a las células

vecinas. Caspasas

Autofagia (muerte celular tipo II)Catástrofe mitóticaParaptosisEnvejecimiento (muerte celular muy lenta)

Necrosis

No ca

spasa

sDefinición

En la autofagia la célula digiere sus propias estructuras, mediante autofagolisosomas en respuesta a la ausencia de nutrientes esenciales

La catástrofe mitótica media la autodestrucción celular cuando el daño en el material genético es muy severo.

Nat Cell Biol 1999; 1: 461

DAPI B-tubulina Solapamiento

ParaptosisVacuolización citoplasmática con edema progresivo de las mitocondrias y del retículo endoplásmico sin condensación de la cromatina.

Apoptosis y cáncerEn 1984, se descubre que los linfocitos B del linfoma folicular presentan la t(14;18) que extendía la vida media de los linfocitos B neoplásicos como consecuencia de la sobreexpresión de una proteína denominada Bcl-2 (B-cell lymphoma/leukemia-2).

bcl-2 fue el primer gen anti-apoptótico clonado en una célula de mamífero, así como el primer oncogen que ejercía sus efectos sobre muerte celular en lugar de sobre proliferación celular.

Además, el hecho de que el gen bcl-2 fuera homólogo del gen ced-9 de un nematodo indicaba que el proceso de apoptosis se había conservado durante la evolución.

C. elegans

Science 1984; 226: 1097

CANCER

Célulasnormales

Células con inestabilidadgenética

Células con excesivainestabilidad

Inh

ibic

ión

ap

opto

sis

Inhibición de apoptosis y cáncer

Catástrofe mitótica


Regulación de apoptosis

• Familia Bcl-2

•Familia IAPs

• p53 y proteínas asociadas

Estructura y función de la familia Bcl-2

p53 upregulated

Cierran

Abren el canal


Anti-apoptosis

Pro-apoptosis

Regulación de la vía mitocondrial

Citocromo c

BaxBax

Bax

Bax

Bak

Bak

BakBak

BH3

BH3

CaspasasApoptosoma

BH3

BH3

Cell 2002; 111: 331

Bcl-2

BH3

Bcl-2

BH3

Bcl-2 Bcl-2+BH3-only

BH3-only

Bax

Regulación intermolecular e intramolecular de las proteínas de la familia Bcl-2

Bcl-2

Molecular Cell 2005; 17: 525

Las señales intracelulares que alteran el balance entre proteínas pro-apoptóticas (Bax, Bak, Bim, BH3) y anti-apoptóticas (Bcl-2, Bcl-xl, Bcl-w) en la superficie de las mitocondrias pueden conducir a malformaciones y/o cáncer.

Desregulación de la vía mitocondrial


Estructura y función de las IAPs

Survivina

Procaspasas caspasas

Annu Rev Cell Dev Biol 2005; 21: 35

Desregulación de la apoptosis: Familia Bcl-2 e IAPs

Inhibidores de

la apoptosis: IAPscaspasas -3, 6, 7

Anti-apoptosis: Bcl-2; BclXLPro-apoptosis:

Bax; Bad; Bim

procaspasas -3, 6, 7

Mem. mitocondrial externa

Mem. mitocondrial internaCitocromo c

Apaf-1canal cerrado

canal abierto

Smac/diablo

procaspasa 9 caspasa 9

apoptosoma

apoptosis/CANCER

membrana plasmática

célula citotóxica

citocromo c

Granzima B

Apaf-1

CANCER/apoptosis

Ligando

Receptor

procaspasas

apoptosoma

procaspasascaspasa 8

caspasa 10

caspasa 3caspasa 8

Desregulación de apoptosis y cáncer

Survivina

apoptosis/CANCER

Parada celular G1/S

p53, survivina y familia Bcl-2

Daño del ADN

X

Nat Rev Cancer 2002; 2: 647

Ausencia de activación de caspasas

Desarrollo de cáncer de mama

Fallo en apoptosis

Inhibición de caspasas

Carcinoma “in situ”


desrregulación de la apoptosis en cancer

Health & Medicine