4.13: Introducción a la muerte celular

Paradójicamente, la muerte celular ayuda a dar forma a la vida de un organismo. Al igual que cualquier organismo completo, las células pueden morir como resultado del envejecimiento, debido a una lesión accidental o después de una infiltración de patógenos, una célula puede sacrificarse para evitar la propagación de la infección. En estas circunstancias, las células pueden seguir diferentes vías de muerte como la apoptosis, la autofagia o la necrosis. Todos estos tipos presentan características morfológicas específicas. La apoptosis o muerte celular programada conduce a la ?formación de ampollas? y la fragmentación nuclear. La autofagia, que también está regulada, conduce a la formación de grandes vacuolas que encierran componentes celulares. Por último, la necrosis, que es ?no planificada? o accidental, termina en lisis celular.

Este video discutirá descubrimientos importantes que condujeron a la identificación de estas vías, explorará las preguntas que los investigadores todavía se hacen sobre la muerte celular, discutirá las herramientas que usan para responderlas y, finalmente, revisará algunos ejemplos de experimentos.

Primero, repasemos algunos investigadores clave que ayudaron a descifrar diferentes vías de muerte celular.

Los términos modernos utilizados para describir estos caminos se remontan a Hipócrates, un médico de la antigua Grecia. Usó el término apoptosis, que significa "caerse". Para describir la ?trituración de huesos? observada después de una fractura. Al llegar a la era moderna, la primera mención notable de la ?necrosis? ocurrió en 1859, cuando Rudolf Virchow, en su compilación llamada Patología Celular, utilizó este término para describir la "degradación avanzada de los tejidos".

Con los avances en microscopía e histología durante la siguiente década, en 1877 Carl Weigert y Julius Cohnheim pudieron estudiar la necrosis a nivel celular. Proporcionaron información sobre las características morfológicas asociadas con este tipo de muerte, como la pérdida de núcleos.

Casi 70 años después, Christian de Duve descubrió la "autofagia". Un proceso en el que los componentes celulares son engullidos y descompuestos por orgánulos unidos a la membrana llamados autofagosomas, que se fusionan con otro tipo de orgánulos, los lisosomas, para destruir aún más su contenido. Ahora sabemos que la autofagia en realidad desempeña un doble papel en la célula, ya sea facilitando la supervivencia o induciendo la muerte.

En 1972, John Kerr, A. R. Currie y Andrew Wyllie observaron otro tipo de muerte celular con una morfología peculiar. Dado que este proceso implicaba que las piezas ?se cayeran? de células muertas, le dieron el nombre griego antiguo de apoptosis. Más tarde, la apoptosis fue reconocida como una forma de ?muerte celular programada? en 1977, cuando H. R. Horvitz y John Sulston estaban estudiando el desarrollo de C. elegans. Se dieron cuenta de que células específicas sufrían apoptosis al mismo tiempo en diferentes gusanos.

Dado que esto sucedía al principio del desarrollo, insinuó que los genes podrían guiar la apoptosis. Esta hipótesis fue confirmada por el grupo de Horvitz en la década de 1980, cuando observaron que las células con mutaciones en ciertos ced o ?C. elegans death? Los genes no murieron durante el desarrollo de estos gusanos. Más tarde, Horvitz demostró que el gen ced-3 codifica una enzima degradadora de proteínas llamada caspasa. Ahora, sabemos que hay varias caspasas y que juegan un papel importante en la muerte celular.

Estos avances en el campo de la muerte celular abrieron nuevos caminos para que los investigadores exploraran. Veamos algunos de ellos.

Siempre ha habido interés en averiguar qué factores desencadenan la muerte celular. Para identificarlos, los investigadores están exponiendo las células a la radiación, a los productos químicos y a las moléculas de señalización, y luego buscan cambios en el grado o tipo de muerte.

Otros científicos están interesados en dilucidar las vías bioquímicas involucradas en cada mecanismo de muerte celular. Actualmente, sabemos que la apoptosis sigue una vía en la que las caspasas son las enzimas clave, mientras que la autofagia involucra proteínas que son necesarias para la formación de autofagosomas. Sin embargo, hay componentes en estas vías que se desconocen, y los investigadores están tratando de encontrar formas de explicarlos. Además, los investigadores también están estudiando si alguna ?diafonía? ocurre entre las vías de muerte celular. Si la diafonía está presente, entonces la misma señal puede tener en cuenta la apoptosis, así como la autofagia.

Por último, un área popular de investigación se ocupa de comprender por qué ciertas células, como las células cancerosas, se vuelven inmortales. Los científicos buscan constantemente mutaciones en las células cancerosas y evalúan si alguna de ellas afecta a los genes que codifican factores implicados en las vías de muerte.

Todas estas son preguntas complicadas, pero afortunadamente los investigadores tienen una variedad de herramientas a su disposición para responderlas.

El ensayo de azul de tripano es una herramienta de cribado comúnmente utilizada para evaluar el efecto de un compuesto en la muerte celular. El ensayo se basa en una tinción que no puede entrar en las células vivas, ya que poseen "membranas selectivas". pero pueden entrar fácilmente en las células muertas ya que sus membranas se "rompen". Este ensayo identifica la muerte celular, pero no identifica la vía específica de muerte celular.

Por lo tanto, los científicos han diseñado técnicas como los ensayos de actividad de caspasas. Dado que las caspasas se activan durante la apoptosis, los científicos pueden agregar sustratos para estas enzimas que emiten fluorescencia cuando son activadas por las caspasas. Esto ayuda en la identificación de las células apoptóticas.

Del mismo modo, la fragmentación del ADN que se produce durante la apoptosis puede identificarse fácilmente mediante el ensayo TUNEL, que se basa en reactivos que marcan el ?nicked? extremos del ADN dañado. Como este método es relativamente fácil de realizar, es un ensayo comúnmente empleado en el campo.

Cuando los científicos quieren determinar el mecanismo de muerte celular que ocurre en su población, pueden emparejar las tinciones de anexina V y yoduro de propidio (PI) con el análisis de citometría de flujo. La anexina V se une a los residuos de fosfatidilserina en la membrana, mientras que la PI ingresa a través de las membranas dañadas para asociarse con el ADN. Al estudiar los datos resultantes, los científicos pueden separar las células que experimentan diferentes vías de muerte.

Por último, los científicos pueden utilizar imágenes de células vivas para ver el proceso de muerte celular en tiempo real. Se trata de una técnica integral que puede utilizarse para identificar células autófagas, necróticas o apoptóticas en función de características morfológicas únicas.

Como has visto, existen varios métodos para detectar la muerte celular, algunos de los cuales no son específicos, otros que pueden ayudar a identificar las células apoptóticas y algunos que distinguen entre diferentes vías.

Ahora, veamos cómo los científicos están utilizando estas técnicas para estudiar más sobre la muerte celular.

La dieta juega un papel importante en la salud y puede afectar la muerte celular en diferentes tejidos. En este ensayo in vitro, los investigadores expusieron neuronas de ratón al ácido palmítico, un ácido graso saturado presente tanto en los productos lácteos como en la carne, y luego utilizaron un ensayo de caspasas para evaluar la apoptosis. Descubrieron que las células tratadas con ácido palmítico demostraron un aumento de la actividad de las caspasas y de la muerte celular.

Otros investigadores están utilizando estos ensayos para determinar cómo los medicamentos inducen diferentes mecanismos de muerte. Aquí, se inyectó doxorrubicina a ratones transgénicos con células cancerosas marcadas con fluorescencia, un fármaco contra el cáncer. Luego, los científicos tomaron imágenes de células en animales vivos y, al buscar cambios en la morfología de las células cancerosas, determinaron que el tratamiento con medicamentos desencadenaba tanto la apoptosis como la necrosis.

Por último, algunos científicos están investigando si se puede revertir la muerte celular. En este experimento, los investigadores expusieron células cancerosas humanas al etanol y confirmaron a través de una variedad de ensayos que este tratamiento hizo que se embarcaran en la vía de la apoptosis. Al lavar el etanol, las células afectadas pudieron recuperarse de la apoptosis a través de un proceso llamado "anástasis". Esto proporcionó información sobre cómo los cánceres pueden regresar después del tratamiento con medicamentos.

Acabas de ver la introducción de JoVE a las vías de muerte celular. Este video revisó la rica historia de la investigación de la muerte celular, desde la antigüedad hasta el siglo XX, y luego discutió algunas preguntas actuales. También explicamos los métodos populares para analizar la muerte celular y demostramos cómo se utilizan estas técnicas para comprender mejor la conexión entre el medio ambiente, la enfermedad y la muerte celular. Como siempre, ¡gracias por mirar!