Una introducción a la muerte celular

Cell Biology

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Summary

Necrosis, apoptosis y muerte celular autofagia son todas las maneras en que las células pueden morir, y estos mecanismos pueden ser inducidos por diferentes estímulos, tales como lesión de la célula, niveles bajos de nutrientes o proteínas de señalización. Mientras que la necrosis se considera una forma "accidental" o inesperada de la muerte celular, existe evidencia que apoptosis y autofagia son tanto programados como "planificadas" por las células.

En este video introductorio, JoVE destaca descubrimientos claves relativas a la muerte celular, incluyendo trabajo reciente realizado en gusanos que ayudó a identificar los genes involucrados en la apoptosis. Luego exploramos cuestiones planteadas por los científicos que estudian la muerte de las células, algunas de las cuales miran muerte diferentes vías y sus interacciones. Finalmente, se discuten varios métodos para evaluar la muerte celular, y observamos cómo los investigadores están aplicando estas técnicas en sus experimentos hoy.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la biología celular. Una introducción a la muerte celular. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Paradójicamente, la muerte celular ayuda a moldear la vida de un organismo. Al igual que cualquier organismo, las células pueden morir como resultado de envejecimiento, debido a una lesión accidental, o después de una infiltración de patógenos una célula pueden sacrificarse para evitar la propagación de la infección. En estas circunstancias, las células pueden seguir vías diferentes de la muerte como apoptosis, autofagia o necrosis. Todos estos tipos muestran características morfológicas específicas. Apoptosis o muerte celular programada conduce a "blebbing" de membrana y fragmentación nuclear. Autofagia, que también está regulada, conduce a la formación de grandes vacuolas que encierra componentes celulares. Por último, la necrosis, que es "no planificado" o accidental, termina por lisis celular.

Este video será discutir descubrimientos importantes que llevaron a la identificación de estos caminos, explorar preguntas que los investigadores todavía se preguntan sobre muerte celular, discutir herramientas usan para responderlas y finalmente revisar unos experimentos de ejemplo.

En primer lugar, vamos a repasar algunos investigadores claves que ayudó a descifrar las vías de muerte celular diferente.

Términos modernos usados para describir estas rutas se remonta a Hipócrates, un médico en la antigua Grecia. Él utilizó el término apoptosis, lo que significa "caída," para describir el hueso "desmenuzar" observado a raíz de una fractura. Llegando a la era moderna, la primera mención notable de "necrosis" ocurrió en 1859, cuando Rudolf Virchow, en su compilación llamada Patología celular, utiliza este término para describir la "descomposición del tejido avanzado."

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

Casi 70 años más tarde, Christian de Duve descubrió "autofagia", un proceso en el que componentes celulares son engullidos y desglosados por membrana-limitan organelles llamados autophagosomes, que con otro tipo de orgánulo: lisosomas, para destruir aún más su contenido. Ahora sabemos que la autofagia juega realmente un papel dual en la célula, facilitando la supervivencia o inducir la muerte.

En 1972, John Kerr, A. R. Currie y Andrew Wyllie observan otro tipo de muerte celular con morfología peculiar. Desde este proceso piezas involucradas "caída" de las células muertas, le dio el antiguo nombre griego apoptosis. Más tarde, apoptosis fue reconocido como una forma de "muerte celular programada" en 1977, cuando H. R. Horvitz y John Sulston estaban estudiando desarrollo de C. elegans . Notaron que las células específicas experimentaría apoptosis al mismo tiempo en diferentes gusanos.

Puesto que esto estaba ocurriendo desde el principio durante el desarrollo, insinuó que genes pueden guiar a apoptosis. Esta hipótesis fue confirmada por el grupo de Horvitz en el decenio de 1980, cuando observaron que las células con mutaciones en ciertos ced o "Muerte de laC. elegans" genes no mueren durante el desarrollo de estos gusanos. Más adelante, Horvitz demostró que el gene ced-3 codifica una enzima de degradación de la proteína llamada una caspasa. Ahora, sabemos que hay varias caspasas y desempeñan un papel importante en la muerte celular.

Estos avances en el campo de la muerte de la célula abrieron nuevos caminos para los investigadores a explorar. Echemos un vistazo a algunos de ellos.

Siempre ha habido interés en averiguar qué factores desencadenan la muerte celular. Para identificarlas, los investigadores son actualmente exponiendo las células a la radiación, productos químicos, moléculas señalizadoras y luego buscar cambios en el grado o tipo de muerte.

Otros científicos están interesados en dilucidar las vías bioquímicas involucradas en cada mecanismo de muerte celular. En la actualidad, sabemos que la apoptosis sigue un camino donde caspasas son las enzimas claves, considerando que la autofagia consiste en proteínas que son necesarias para la formación de autophagosome. Sin embargo, hay componentes de estas vías que son desconocidas, y los investigadores tratan de averiguar la manera de explicarlos. Además, los investigadores también están estudiando si se produce cualquier "interferencia" entre vías de muerte celular. Si hay una interferencia, la misma señal puede factor en apoptosis y autofagia.

Por último, un área popular de la investigación trata de comprender por qué ciertas células, como células cancerosas, convertirse en inmortal. Los científicos constantemente buscando mutaciones en las células cancerosas y determinar si alguno de ellos afectan a genes que codifican los factores involucrado en caminos de muerte.

Estas son todas las preguntas complicadas, pero afortunadamente los investigadores tienen una variedad de herramientas a su disposición para darles respuesta.

El ensayo de azul de tripano es una herramienta de detección utilizados para evaluar el efecto de un compuesto en la muerte celular. El ensayo se basa en una mancha que no puede entrar en las células vivas, que poseen "membranas selectivas", pero que fácilmente puede entrar células muertas como sus membranas son "roto". Este ensayo identifica la muerte celular, pero no identificar la vía de muerte celular específica.

Por lo tanto, los científicos han diseñado técnicas como ensayos de actividad de la caspasa. Desde caspasas son activadas durante la apoptosis, los científicos pueden añadir sustratos para estas enzimas que es fluorescente cuando está activadas por caspasas. Esto ayuda en la identificación de células apoptóticas.

Del mismo modo, fragmentación del ADN que ocurre durante la apoptosis se puede identificar fácilmente mediante el ensayo TUNEL, que se basa en los reactivos etiqueta los extremos "mellados" de la DNA dañada. 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, puede asociar la anexina V y yoduro de propidio (PI) las manchas con análisis de citometría de flujo. Anexina V se une a residuos de fosfatidilserina en la membrana, mientras que el PI entra a través de las membranas dañadas para asociar con el ADN. Mediante el estudio de los datos obtenidos, los científicos pueden separar las células en vías de muerte diferentes.

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 global que puede utilizarse para identificar necrosis, autofagia, o células apoptóticas basadas en características morfológicas.

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

Ahora, vamos a ver cómo los científicos están utilizando estas técnicas para estudiar más acerca de la muerte celular.

Dieta juega un papel importante en la salud y puede afectar a la muerte celular en diferentes tejidos. En este ensayo en vitro , los investigadores exponen las neuronas de ratón a ácido palmítico, un ácido graso saturado presente en productos lácteos y carne y entonces utilizó un ensayo de caspasas para evaluar apoptosis. Descubrieron que las células tratadas por el ácido palmítico demostraron caspasa mayor actividad y muerte celular.

Otros investigadores utilizan estos análisis para determinar cómo las drogas inducen mecanismos de muerte diferentes. Aquí, se inyectaron ratones transgénicos con células de cáncer fluorescencia etiquetada con doxorrubicina, un medicamento contra el cáncer. Las células los científicos entonces reflejadas en animales vivos y buscando cambios en la morfología de la célula de cáncer, determinan que tratamiento de drogas desencadena apoptosis y necrosis.

Por último, algunos científicos están investigando si la muerte celular puede ser revertida. En este experimento, los investigadores exponen las células cancerosas humanas a etanol y confirmaron a través de una variedad de ensayos que este tratamiento hizo que embarcarse en la vía de apoptosis. Al eliminar el etanol con el lavado, las células afectadas pudieron recuperar de apoptosis a través de un proceso llamado "anastasis". Esto proporcionó la penetración en cómo cánceres pueden volver después del tratamiento de drogas.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a las vías de muerte celular. Este video repasa la rica historia de investigación de la muerte de la célula, desde la antigüedad hasta el siglo XX y entonces se discuten algunas cuestiones actuales. También explicó métodos para ensayo de muerte celular y demostró cómo se utilizan estas técnicas para comprender mejor la conexión entre el medio ambiente, enfermedad y muerte celular. ¡Como siempre, gracias por ver!

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