ENVEJECIMIENTO Y MUERTE CELULAR 1. Introducción 2. Envejecimiento celular. Experiencias de Hayflick 3. Muerte celular. Tipos: 3.1. Necrosis 3.2. Apoptosis 4. Control de la apoptosis Envejecimiento y muerte celular 1. Introducción ETAPAS DEL CICLO VITAL 1. Fecundación 2. Desarrollo embrionario 3. Nacimiento 4. Desarrollo postnatal 5. Madurez 6. Envejecimiento 7. Muerte Editor: Fisicanet ® Envejecimiento y muerte celular 2. Envejecimiento celular CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 1. Morfológicas (poco evidentes): Tamaño celular Forma y regularidad Contacto 2. Acumulación de pigmentos de desgaste: Lipofuscina (en neuronas y cardiomiocitos) Ceroides (en hepatocitos) Acumulación de lipofuscina 3. Acumulación de filamentos intermedios (queratinocitos) 2. Envejecimiento celular Envejecimiento y muerte celular Experiencias de Hayflick Los fibroblastos humanos normales en cultivo, se dividen durante un tiempo y finalmente mueren. Parece que el envejecimiento es una propiedad intrínseca de las células. Experiencia: Cultivo de tejido pulmonar embrionario, al alcanzar la confluencia se subcultiva. Mientras las células se dividen, se sigue subcultivando. Al cabo de unos 50 subcultivos ya no se dividen, degeneran y mueren Antes hay signos de envejecimiento: tardan más en confluir, lo hacen irregularmente. LÍMITE DE HAYFLICK: Número de divisiones necesarias para entrar en senescencia. pase 20 Dr. Leonard Hayflick pase 50 Células WI-38: 2. Envejecimiento celular Envejecimiento y muerte celular Experiencias de Hayflick Experiencia A ¿Viven más las células viejas si se cultivan con céls jóvenes? Se utilizan tres tipos de cultivo: 1. Células masculinas (XY) en pase 40 → se subcul van 10 veces más. 2. Células femeninas (XX) en pase 10 → se subcul van 40 veces más 3. Mezcla de ambos cul vos → se subcul van 20 veces más y sólo quedan células femeninas (XX) Experiencia B Las células pueden ser congeladas a temperaturas muy bajas (nitrógeno líquido) y volver a vivir cuando se descongelan. Céls. congeladas en el pase 20→ se descongelan y se pueden subcul var 30 veces más. Céls. congeladas en el pase 40→ se descongelan y se pueden subcul var 10 veces más. Conclusión: la duración limitada de la vida de las células es una propiedad intrínseca de las mismas Envejecimiento y muerte celular 2. Envejecimiento celular Experiencias de Hayflick Hipótesis: El factor regulador del envejecimiento está en el núcleo celular Experiencia Tratando las células con citocalasina B, expulsan el núcleo y se convierten en citoplastos, viables varios días. Después podemos trasplantar núcleos a citoplastos: Núcleos de céls. jóvenes + citoplastos viejos Núcleos de céls. viejas + citoplastos jóvenes Sobreviven más las células con núcleos jóvenes (los núcleos sobreviven 50 subcultivos, independientemente de en que célula se encuentren). Conclusión: En el núcleo se encuentra el reloj mitótico que determina el límite de la vida celular Envejecimiento y muerte celular 2. Envejecimiento celular HIPÓTESIS EXPLICATIVAS Acortamiento de los telómeros (5' TTAGGG 3‘) 2. Envejecimiento celular Envejecimiento y muerte celular HIPÓTESIS EXPLICATIVAS Acortamiento de los telómeros A 3’ 5’ 5’ 3’ Replicación de Replicación delADN DNA B 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ Eliminación de cebadores de ARN Ligación de fragmentos de Okazaki C El ADN sólo se sintetiza de 5’ a 3’ (de 3’ a 5’ de la cadena molde) En cada replicación se pierde el extremo 5’ (donde está el cebador) Telomerasa (cél. germinales y cancerosas) 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ ADN replicado replicado DNA RNA ARN primer cebador Envejecimiento y muerte celular 2. Envejecimiento celular HIPÓTESIS EXPLICATIVAS Genes del envejecimiento Patología degenerativa: •Progeria (mutación gen laminas A/C) •Síndrome de Werner (mutación gen WRN de la helicasa) Envejecimiento y muerte celular Tipos de muerte celular CARACTERÍSTICAS GENERALES NECROSIS APOPTOSIS 1. Accidental 1. Fisiológica 2. Afecta a grupos de células 2. Afecta a células individuales 3. Se produce inflamación 3. No produce inflamación 4. Puede alterar la estructura y 4. No altera la estructura ni función función del tejido del tejido Envejecimiento y muerte celular Tipos de muerte celular CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS NECROSIS APOPTOSIS 5. Aumento del volumen celular 5. Disminución del volumen celular 6. Orgánulos alterados 6. Orgánulos bien conservados 7. Condensación anómala de la 7. Picnosis (marginación) cromatina 8. Fragmentación del núcleo y de la 8. Rotura de la membrana plasmática célula en cuerpos apoptóticos 9. Fagocitosis por céls. especializadas 9. Fagocitosis por células hermanas Envejecimiento y muerte celular Tipos de muerte celular CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS NECROSIS APOPTOSIS Envejecimiento y muerte celular Tipos de muerte celular MUERTE CELULAR ‐ APOPTOSIS Remodelación tisular durante el desarrollo embrionario de un ratón. Las células interdigitales (marcadas con un colorante verde brillante) mueren por apoptosis. Envejecimiento y muerte celular Control de la apoptosis Activación de procaspasas por escisión CASPASA: cisteín‐proteasa que hidroliza a su sustrato a nivel de un residuo de ácido aspártico CASPASAS activación de procaspasas por escisión Mediadores de la apoptosis caspasa activa subunidad grande subunidad pequeña Sintetizadas como procaspasas PROCASPASA: Tres dominios asp asp 2 sitios de corte CASPASA ACTIVA Cuatro dominios (2+2) Activación de procaspasas asp asp procaspasas inactivas ESCISIÓN caspasa activa Pro-dominios N-terminales Envejecimiento y muerte celular Control de la apoptosis Activación de las caspasas en cascada cascada de las caspasas caspasa iniciadora Tipos de caspasas: Caspasas iniciadoras (8, 9, 10) Caspasas ejecutoras (3) caspasas ejecutoras Desde las primeras etapas del desarrollo embrionario, las células sanas fabrican procaspasas y otras proteínas necesarias para la apoptosis escisión de proteínas citosólicas escisión de laminas nucleares Envejecimiento y muerte celular Control de la apoptosis VÍA EXTRÍNSECA linfocito T citotóxico ligando Fas célula diana receptor Fas proteínas adaptadoras procaspasa-8 o 10 complejo de señalización caspasa-8 o 10 activada activación de caspasas ejecutoras célula apoptótica diana Ligando Fas Receptor Fas Complejo de señalización (proteínas adaptadoras + caspasas iniciadoras) APOPTOSIS Envejecimiento y muerte celular Control de la apoptosis VÍA INTRÍNSECA Apaf: apoptotic protease activating factor 1