LA MUERTE CELULAR PROGRAMADA.

Las células proliferativas, quiescentes y fijas-postmitóticas pueden ser eliminadas en cualquier momento de su ciclo celular.

 Esta eliminación puede estar mediada por mecanismos internos celulares o por la acción de agentes externos. La apoptosis es el proceso por el cual una célula entra en degeneración y termina con su eliminación al activarse un mecanismo intracelular (un proceso interno). Por las peculiaridades que presenta, también es conocida como “suicidio celular” o “muerte celular programada” (MCP). La necrosis es el resultado de la muerte y eliminación de la célula, pero en este caso se produce como consecuencia de la acción de un agente externo (traumatismo, etc.).

Aunque la apoptosis y la necrosis tienen un final común, cual es la eliminación de la célula afectada, ambos procesos como ya hemos comentado, tienen un inicio o desencadenante diferente. Pero lo más característico de ambos es que los sistemas que empleará la célula para conducir a su muerte son diferentes y, su conocimiento ha producido un importante avance en el campo de la investigación de la longevidad celular.

La necrosis de una célula sucede cuando algún agente externo (traumatismo, tóxico, agentes infecciosos, etc.) actúa sobre ella induciendo su muerte. Las células que degeneran ocasionan una serie de reacciones locales que conducen a respuestas de tipo inflamatorio que son probablemente la manifestación más importante de este proceso.

La acción del agente inductor de la necrosis produce una alteración en las membranas plasmática y mitocondrial, donde se alojan las bombas iónicas (fundamentalmente de Na+, K+ y Ca++) que se encargan de mantener el adecuado equilibrio iónico intra-extracelular. Esta alteración en los sistemas homeostáticos dispara un mecanismo de defensa frente a la alteración de la homeostasis. Así, el núcleo de la célula comienza a transcribir ADN con información para la síntesis de proteínas protectoras de la célula (hsp – heat-shock proteins-, chaperonas). En ocasiones estas proteínas son capaces de restaurar las funciones celulares, pero en otras no y es entonces cuando la célula continuará de manera inevitable hacia su destrucción.

Los iones Na+ y Ca++ comienzan a entrar en la célula y son acompañados de agua, para mantener el equilibrio osmótico, lo que determina que los diversos organoides celulares (mitocondrias, retículo, etc.) sufran un proceso de hinchazón y fragmentación intracelular (Figura 5). Asimismo el citosol se llena de agua y electrolitos y, la célula en su conjunto sufre un proceso de turgencia general que conduce a una vacuolización, ruptura de la membrana citoplasmática e inicio de una reacción inflamatoria por la liberación de moléculas proinflamatorias (Edinger y Thompson, 2004).

Los macrófagos locales, células con capacidad fagocítica del tejido muerto, comienzan un proceso de fagocitosis para eliminar los restos celulares necróticos. Si la población celular en necrosis es muy elevada, puede ser necesario el reclutamiento de más células que actúen en el proceso de limpieza como son los monocitos, que abandonarán el torrente sanguíneo para ingresar en el tejido lesionado, donde se transforman en macrófagos para incrementar la fagocitosis. Esto se desarrolla en el contexto de una reacción inflamatoria y unido a otras manifestaciones producirá las expresiones clínicas (calor, dolor y rubor) y bioquímicas (liberación de interleucinas, etc.) ya conocidas. La necrosis tiene una significación funcional menos importante que la apoptosis, desde el punto de vista del envejecimiento.

5.4.2  La apoptosis

Desde el punto de vista del envejecimiento, el proceso de eliminación de células por apoptosis tiene una significación funcional más importante. Durante el desarrollo embrionario y en las fases posteriores además de la proliferación celular se produce, de forma fisiológica, un proceso de remodelación de los órganos de la economía que implica la muerte “programada” de numerosas células. Sin este proceso de muerte celular programada nuestro organismo tendría una morfología difícil de reconocer y probablemente muchas de sus funciones estarían comprometidas. Por medio de la MCP se eliminan células que después de haber cumplido sus funciones, fundamentalmente en el desarrollo, deben ser eliminadas.

Si bien, durante el desarrollo, el proceso de MCP era bien conocido, fueron los estudios de Kerr et al., 1972, los que mostraron que representaba la forma “natural” de eliminación de células a lo largo de toda la vida del organismo, incluido el envejecimiento. Estos autores sugirieron que la MCP que ocurría en el adulto debía denominarse apoptosis (del griego “caerse”), en semejanza a la caída otoñal de las hojas de los árboles.

Cuando lo observamos al microscopio el proceso de apoptosis se caracteriza por el hecho de que la célula adquiere una morfología arrugada a la cual se asocian cambios específicos en el núcleo y el citoplasma (Figura 5). El núcleo cambia notablemente de forma y se aprecia como la cromatina, que normalmente está en forma de eucromatina o cromatina dispersa (indica actividad transcripcional del ADN), comienza a concentrarse formando cromatina condensada o heterocromatina (indica que el ADN no está transcribiendo). Finalmente todo el núcleo se hace muy denso por la condensación total de la cromatina (falta total de actividad transcripcional del ADN). La consecuencia última de este proceso es la falta de síntesis de ARN mensajero, ribosómico y de transferencia, la imposibilidad de la síntesis de proteínas y la consiguiente muerte y fragmentación de la célula. Este proceso de fragmentación se manifiesta morfológicamente por la aparición de diferentes vesículas esféricas (cuerpos apoptóticos), rodeados de membrana celular, que contienen diversos organoides citoplasmáticos degenerados. Estos cuerpos apoptóticos van siendo fagocitados por los macrófagos sin ningún tipo de reacción inflamatoria acompañante. Esta ausencia de reacciones locales del tipo inflamatorio es fundamental para entender la “limpieza” biológica del proceso de apoptosis en contraposición al proceso de necrosis.

El mecanismo interno que constituye la muerte celular por apoptosis se puede desencadenar por estímulos de origen extracelular o intracelular. El estímulo extracelular más frecuente, durante el desarrollo, es la falta de factores tróficos encargados de mantener la funcionalidad celular (v. gr., factor de crecimiento neural –NGF–). Las señales extracelulares en el adulto, entre las que destacan las moléculas de la familia del factor de necrosis tumoral, activan la vía extrínseca de la apoptosis por medio de su unión a receptores específicos de la membrana celular (apoptosis mediada por receptor). Los estímulos intracelulares más típicos son: la expresión de mensajes genéticos de suicidio celular, la hipoxia celular o que la célula no pase los controles –check-points– para entrar en mitosis, como estudiaremos más adelante (capítulo dedicado a la reparación del ADN).

Sea cual sea el inductor de la apoptosis (extra o intracelular), la primera reacción por parte de la célula, es la expresión de genes para la síntesis de un tipo particular de proteínas con alta actividad enzimática (proteasas). Concretamente las primeras proteasas identificadas que actúan en la apoptosis son las del tipo ICE, así denominadas por su parecido estructural con la Interleukin-1 Converting Enzyme (actualmente se denomina caspasa 1 y se han identificado más de 11 tipos). Cuando estas proteasas se activan, actúan sobre otras proteínas celulares o sobre el ADN nuclear originando su destrucción.

Basándose en sus funciones proapoptóticas, las caspasas se han dividido en dos grupos: caspasas iniciadoras y caspasas efectoras. Las iniciadoras actúan sobre las efectoras que son en definitiva las que degradan múltiples sustratos, incluyendo proteínas estructurales y enzimáticas en el núcleo y el citoplasma celular. Además las mitocondrias se afectan por el daño apoptótico y se origina la liberación del citocromo-c y la formación de apoptosomas (complejos de proteínas conteniendo el citocromo-c). Una vez que se forma el apoptosoma se le une la caspasa-9, desencadenando una cascada de reacciones de proteolisis que conducen a la muerte celular.

5.4.3  Inmunosenescencia

El sistema inmune posee dos vías para responder a los antígenos: la respuesta inmune celular y la humoral. La inmunidad celular implica a las diferentes familias de linfocitos T, mientras que la respuesta de inmunidad humoral implica a los linfocitos de tipo B.

Figura 6. Esquema que muestra las vías de activación de las respuestas de inmunidad celular y humoral. El linfocito T4 (CD4+) se activa por la célula presentadora de antígenos y libera citoquinas que a su vez activan a linfocitos B para la formación de anticuerpos. Por otra parte también la célula CD4+ activa linfocitos citotóxicos (CD8+) que liberan perforina que agujerea la membrana del agente extraño y produce su destrucción (imagen tomada de lyC; adaptado de López Moratalla, 1998).

5.4.3.1  Inmunosenescencia celular

El modelo celular más ampliamente utilizado para el estudio de la apoptosis ha sido el linfocito de origen tímico (célula o linfocito T). El timo es un órgano linfoide primario que tiene como función fundamental la formación de linfocitos T. En las primeras etapas del desarrollo uterino (semanas 7-8), el saco vitelino forma linfocitos inmaduros que, vía el torrente sanguíneo, llegan a colonizar el timo (timocitos) que en esos momentos se está formando. La función de los timocitos es proliferar en un ambiente libre de antígenos y formar de esta manera linfocitos T maduros, reconocibles porque ya poseen en su superficie receptores específicos de estas células (receptor T). Las células T maduras abandonan el timo y van colonizando el resto de órganos linfoides y tejidos conjuntivos, donde ejercen una función de defensa frente a microorganismos invasores. Además vigilan la composición molecular del organismo y destruyen aquellas células que expresan mutaciones que pueden conducir a la formación de neoplasias.

Lo que nos interesa resaltar del timo y de los linfocitos T son dos peculiaridades. En primer lugar, un aspecto importante referido a la maduración de los linfocitos T, es que la gran mayoría de ellos (95%) no cumplen los criterios biológicos de madurez inmunológica y entran en un proceso de apoptosis. Esto se debe a una selección negativa que impide la maduración de linfocitos T auto-reactivos. De esta manera se eliminan las células T que reconocen lo propio como extraño, patología que se encuentra en la base de las enfermedades autoinmunes. En segundo lugar, el timo es un órgano transitorio, pues, después de sembrar de linfocitos T nuestro organismo, llegada la pubertad comienza a degenerar (la llamada involución etaria) y va siendo sustituido por tejido conjuntivo y material graso de tal manera que en el adulto este órgano no es ya reconocible (Pantelouris, 1973). Algunos autores han señalado la desaparición del timo como el principio del envejecimiento.

Las células T también envejecen, en el sentido de que su activación se vuelve más lenta y menos eficaz y la respuesta proliferativa al estímulo de la citoquina IL-2 está muy disminuida. Además unen una proteína llamada FAS-ligando (FAS-L o LFAS) a la proteína FAS de la célula a destruir. FAS es una proteína transmembrana que sirve, por medio de su dominio externo, para informar a la célula de las variaciones en el microambiente extracelular. La activación de FAS induce el inicio de la apoptosis y los linfocitos T liberan perforinas que crean agujeros en la membrana de la célula a destruir. El proceso de envejecimiento repercute de forma importante en la calidad y cantidad de la respuesta inmune.

Para activar la inmunidad celular, el antígeno es fagocitado y procesado por los macrófagos. El antígeno así procesado se incorpora a la membrana celular del macrófago ligado a proteínas del sistema HLA (sistema de histocompatibilidad), quien lo presenta al linfocito T. Estos macrófagos, llamados células presentadoras de antígenos activan a un subgrupo de células T vírgenes denominados CD4+ o linfocitos helper. Los CD4+ activados comienzan a liberar citoquinas y activan a linfocitos CD8+ citotóxicos que producen la lisis de las células afectadas, la bacteria intrusa, etc. Pasada la respuesta celular, algunos linfocitos que reconocen el antígeno nuevo que ha penetrado en el organismo quedan como centinelas ante posibles reentradas y se denominan linfocitos-T memoria 

Con el envejecimiento, la capacidad proliferativa de los linfocitos va disminuyendo. Se ha visto que los linfocitos T derivados de neonatos tienen una capacidad mitótica de 52 divisiones, los de adultos-jóvenes (20-30 años) alcanzan las 40 divisiones y aquellos de ancianos (70-90 años) sólo llegan a 32 divisiones (McCarron et al., 1987).

La proliferación conduce al progresivo acortamiento de los telómeros (porciones más distales de los cromosomas) hasta un punto crítico de longitud mínima que conduce a la apoptosis. La medición de la longitud de los telómeros ha mostrado que los de las células CD4+ de los jóvenes tenían una longitud de 10-12 kb. Se considera que por debajo de 5 kb se ocasiona el suicidio celular (apoptosis). En este sentido tiene gran importancia el observar que los telómeros analizados de personas centenarias mostraron una longitud de 7,5 kb. Esta inusual longitud en los telómeros de los linfocitos de las personas centenarias ha sugerido que el mantenimiento de una adecuada actividad inmune es uno de los pilares que condiciona la longevidad como veremos más adelante.

Respecto de los linfocitos T memoria, sabemos que persisten durante largo tiempo en nuestro organismo, pero no de manera indefinida. Esta duración se ha sugerido que es dependiente del antígeno que reconozcan y de las características y peculiaridades propias de la genética de cada individuo. El mantenimiento de la memoria inmunológica puede ser problemática en personas muy mayores, pero también en los jóvenes sometidos a estrés inmunológico crónico (tumores, infestación por parásitos, infecciones virales persistentes, etc.).

5.4.3.2  Inmunosenescencia humoral

La inmunidad humoral se caracteriza por la participación de los linfocitos B que actúan frente a los antígenos con respuestas de producción de moléculas específicas denominadas anticuerpos (inmunoglobulinas). Pasada la respuesta de inmunidad humoral, quedan algunos linfocitos B memoria y células plasmáticas que se pueden reactivar ante la nueva entrada del antígeno que las programó. Se ha visto que con el envejecimiento se reduce la afinidad de los anticuerpos frente a los antígenos específicos. Además en las respuestas inmunes humorales que se producen en edades tardías se ha visto que se incrementa la cantidad de autoanticuerpos.

Con el envejecimiento se va perdiendo la capacidad del organismo para renovar la población de linfocitos “vírgenes”, de tal manera que ante un antígeno nuevo existen pocas posibilidades de encontrar una célula capaz de interaccionar con él y desencadenar la respuesta de inmunidad. Del mismo modo también van disminuyendo las diversas poblaciones de linfocitos T y B memoria pues no son renovadas, fruto del envejecimiento celular. La capacidad de síntesis de anticuerpos está disminuida y lo mismo la de formación de nuevas inmunoglobulinas.

La inmunosenescencia explica:

§                     La reacción de hipersensibilidad retardada que ocurre en la piel de la personas mayores (Dworsky, et al., 1983).

§                     Que las personas mayores sean más sensibles a infecciones banales que las jóvenes (gripe, etc.).

§                     Que las vacunaciones en las personas mayores tengan menos éxito al no producir la inoculación de los antígenos la respuesta antigénica apropiada (vacuna antigripal, etc.).

§                     El incremento del número y malignidad de las neoplasias al permitir el sistema inmune por su envejecimiento la presencia y proliferación de células mutadas.

§                     Un decremento de las enfermedades autoinmunes.

§                     Por otra parte, una ventaja de la inmunosenescencia es el hecho de que los transplantes de tejidos u órganos son tolerados más fácilmente que en los jóvenes y son necesarias dosis más bajas de fármacos inmunosupresores para impedir el rechazo frente al nuevo injerto. 

Un aspecto muy interesante respecto a la relación entre envejecimiento y respuesta inmune es el hecho observado en personas centenarias de que los parámetros citológicos y bioquímicos que marcan el estado del sistema inmune  están en valores próximos a los encontrados en adultos de 40 años (Franceschi, et al., 1995). Este hecho explicaría de algún modo que el correcto funcionamiento del sistema inmune juega un papel fundamental en la longevidad, dadas las importantes acciones de este sistema en el mantenimiento de nuestra integridad.

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