Anales de la Facultad de Medicina
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Copyright© 1997

ISSN 1025 - 5583
Vol. 58, Nº 2 - 1997


Apoptosis y Sistema Nervioso

CARLOS COSENTINO

 

RESUMEN

Se realiza una revisión sobre el tema de muerte celular programada o apoptosis con énfasis en su relación al desarrollo del sistema nervioso y su implicancia en algunas enfermedades neurológicas.

Palabras Claves: Muerte celular programada, apoptosis neuronal, factores neurotráficos.

 

APOPTOSIS AND THE NERVOUS SYSTEM

SUMMARY

A review on programmed cell death or apoptosis is made. A special emphasis is put on its relationship with nervous system development and some neurological disorders.

Key words: Programmed cell death, neural apoptosis, neurotrophic factors.

 

INTRODUCCIÓN

En 1964, Lockshin y Williams estudiaron el proceso a través del cual ciertas células de insecto morían durante la metamorfosis en una secuencia aparentemente predeterminada, proceso al que llamaron "muerte celular programada" (1). Posteriormente se determinó que este evento requería la síntesis de proteínas, suscitándose que la propia célula participaba activamente en su muerte. En efecto, cada célula poseería a partir de su material genético, un programa de muerte que al ser desencadenado de manera espontánea o inducida conduce a la desaparición de la célula. En 1972, Kerr y col. propusieron el término apoptosis para describir este fenómeno (2).

En el hombre la apoptosis ocurre durante muchos eventos fisiológicos, tales como la embriogenésis, el desarrollo y mantenimiento normal de órganos y tejidos, y durante el envejecimiento.

Y aunque esta noción de muerte celular programada es bastante antigua no es sino recientemente, que se la involucra en numerosas patologías como enfermedades autoinmunes, el SIDA y varias del sistema nervioso (3-5).

 

APOPTOSIS Y GENÉTICA

La apoptosis es un fenómeno universal que ocurre prácticamente en todas las especies: en la Drosophila y el nemátodo Caenorhabditis elegans este mecanismo ha sido bien estudiado (6,7). De las de más de mil células somáticas formadas durante el desarrollo del C elegans, aproximadamente un 10% sufrirán apoptosis, de las cuales, la gran mayoría corresponden a células nerviosas. Se han identificado hasta catorce genes implicados en este proceso, destacando tres: el ced-3, ced-4 y ced-9 (8). Los dos primeros son conocidos también como genes proapoptósicos.

La estructura del producto Ced-4 sugiere que se trataría de una proteína relacionada al calcio aunque ha identificado aún su homólogo en mamíferos. El Ced-3 es una proteasa relacionada a la cisteína que comparte características morfológicas y funcionales con el grupo de enzimas que convierte la interleuquina- 1b (ECI) de los mamíferos. Estas proteasas, especialmente la CPP32, juegan un papel importante en la inducción de apoptosis (9). Así, varios estudios han mostrado que mientras la sobreexpresión de los genes ECI favorece la apoptosis, la inyección de un inhibidor viral de estos a nivel de las neuronas del ganglio dorsal espinal del pollo disminuye la muerte celular inducida por depravación de factores neurotróficos (10).

El gen ced-9 inhibe la acción de los dos anteriores (gen antiapoptósico) y se ha determinado una homología con el gen Bel-2 de los mamíferos (B cell lymphoma-leukemia 2). Este último ha sido identificado en linfomas foliculares del tipo B caracterizados por una traslocación del gen del cromosoma 18 al 14. Esto condiciona un incremento de la transcripción de la proteína Bel-2 en los linfocitos tumorales sobreviviendo por tiempos anormalmente prolongados. Bel-2 es una proteína localizada en las membranas mitocondrial, nuclear y reticuloendoplásmica. Se expresa fuertemente en tejidos fetales y adultos, en vías de división/diferenciación y muy poco en tejidos maduros, su rol en el control de la apoptosis en el sistema nervioso fue establecido hace pocos años. Las neuronas simpáticas con un Bel-2, sobreexpresado y sometidas a deprivación de factor de crecimiento neural (NGF) sobreviven 16 días más que las neuronas sometidas a situaciones similares sin poseer un Bel-2 sobreexpresado (11).

 

MECANISMOS DE APOPTOSIS

Los criterios morfológicos son los determinantes en la definición de apoptosis ya que los marcadores y bioquímicos varían de una célula a otra. El mecanismo por el cual se desencadena la apoptosis es variado y depende de la línea celular (Figura N.º 1).

Fig. Nº 1 Mecanismos Intracelulares de la Apoptosis

Se han identificado sustancias como el factor de necrosis tumoral (TNF), ciertas interleuquinas, (IL-1 y -4) y hormonas esteroideas que actuarían como inductoras; sin embargo, y como ya se señaló, la deprivación de factores neurotróficos también desencadena apoptosis (12). Estas sustancias inductoras interactúan con un receptor específico de la membrana desencadenando a nivel intracelular la activación de segundos mensajeros y ciertos genes que incrementan la concentración de calcio intracelular, la síntesis de macromoléculas y la activación de proteínas como la calpaina y endonucleasas. Luego que la "orden" de apoptosis ha sido dada, ocurre una condensación y luego una fragmentación del ADN, generando de alrededor de 100 pares de bases que al someterlos a una electroforesis en gel adoptan un aspecto característico en "escalera". Estos fragmentos, son el resultado de la digestión del ADN genómico por las, endonucleasas dependientes; de Ca2+/Mg2+ (13). Luego, ocurre un fenómeno de marginación del ADN hacia la membrana nuclear. El citoplasma se condensa preservándose las mayor parte de organelas. Las membranas celular y nuclear se invaginan y fragmentan, procesos mediados posiblemente por proteasas del tipo calpaína, y se generan los "cuerpos apoptósicos" que viene a ser material citoplasmático y nuclear englobados en porciones de membrana. Dede señalarse que las células anucleadas pueden presentar características de apoptosis lo que sugiere que la degradación del ADN no es una condición indispensable en este tipo de muerte celular (14). Finalmente, estos cuerpos apoptósicos son reconocidos y fagocitados por los macrófagos sin la liberación de enzimas proteolíticas o radicales libres , por ende no hay reacción inflamatoria ni modificación de la arquitectura tisular. Por ello, la apoptosis se diferencia substancialmente de la muerte celular por necrosis. Se compara estos dos procesos en la Tabla N.º 1.

Tabla Nº 1.- Comparación entre eventos celulares vistos en Apoptosis y necrosis
Características Apoptosis Necrosis
Factor desencadenante Fisiológico Noxa conocida
Distribución celular Células aisladas En áreas
Tamaño celular Disminuídos o sin cambios Incrementado
Integridad membrana celular Conservada Pérdida precoz
Compromiso de organelas Tardío Precoz (+++)
Núcleo Condensación y marginación de cromatina Edema (picnosis)
ADN Fragmentado Intacto
Infiltrado inflamatorio Ausente Presente
Fagocitosis Presente Ausente
Fragmentación celular Presente Ausente (lisis)
(cuerpos apoptósicos)

 

La velocidad a la que se producen los fenómenos antes descritos varían de una especie a otra y de un tejido a otro dentro de una misma especie, variando de algunos segundos para los linfocitos a algunos minutos u horas para las neuronas.

 

APOPTOSIS Y DESARROLLO DEL SISTEMA NERVIOSO

En el hombre, la apoptosis interviene sobretodo en dos tipos de células: los linfocitos a lo largo de toda la vida, y en las neuronas durante el periodo perinatal. Durante el desarrollo del sistema nervioso la apoptosis controla por ejemplo el número de neuronas y la precisión de conexiones, sinápticas eliminando las conexiones imperfectas, es así que durante la sinaptogenésis aproximadamente el 50% de neuronas mueren por un mecanismo de apoptosis (15). Esta eliminación de neuronas es esencial para la correcta maduración y funcionamiento del sistema nervioso. Asimismo, durante una fase de este desarrollo neural, muchas neuronas pueden desarrollar apoptosis si se someten a una deprivación de factores tróficos siendo resistentes a esta deprivación antes o después de pasar esta fecha crítica. La presencia de esta "ventana" durante el desarrollo sugiere que diversos genes apoptósicos se expresarían en las neuronas en circunstancias de terminadas. Algunos de estos factores identificados son el factor de crecimiento neuronal (NGF), factor de crecimiento derivado del cerebro (BDGF) y las neurotrofinas 3 y 4 (15). En la actualidad existen más de cuarenta genes pro y antiapoptósicos en relación al sistema nervioso aunque la mayor parte con mecanismos de acción desconocidos (4). Algunos de estos genes son: c-myc, c-jun, FAS/Apo 1, Bax, entre otros. Como se señaló anteriormente, se ha demostrado que la expresión del gen Bel-2 inhibe la apoptosis de neuronas sometidas a deprivación de factores de crecimiento, así como también por radicales libres e ionóforos cálcicos aunque el mecanismo intrínseco por el cual el producto del gen Bel-2 inhibe la muerte neuronal está aún en investigación. Otro hecho importante es lo que ocurre con los oligodendrocitos del sistema nervioso central que al vérseles separados de las regiones libres de mielina de los axones a los que tienen que recubrir mueren por un mecanismo de apoptosis. Se postula la existencia de señales derivadas del propio axón las que promoverían la sobrevivencia de las células oligodendrogliales (15).

 

APOPTOSIS Y ENVEJECIMIENTO

Durante el envejecimiento dos fenómenos son constantes: la disminución del potencial proliferativo de las células y la desaparición de las mismas. Un mecanismo es la privación de factores de crecimiento lo cual está bien determinado en el sistema nervioso central. Otro mecanismo es cuando se perturban o se interrumpen las vías de señalización que generan división celular, por eso el defecto de transmisión de señales extracelulares, particularmente de señales proliferativas, representa un riesgo mortal a la célula. Se ha evidenciado disfunciones relacionadas al envejecimiento en algunos receptores de membrana como el receptor para el antígeno de linfocitos T y el APO-1/Fas los que junto a defectos de ciertas proteínas como la proteinquinasa C y la tirosinaquinasa, tienen la propiedad de inducir apoptosis (16). Durante el envejecimiento además, es posible que ciertos genes que controlan los mecanismos de proliferación modifiquen su expresión y desplacen el equilibrio entre la proliferación- muerte celular en favor de la apoptosis. Así los protooncogenes c- fos, c-jun, c-myc y p53, importantes en la regulación del cielo celular, son también conocidos genes apoptósicos. Entonces, la maquinaria apoptósica podría estar activa durante el proceso del envejecimiento y contribuir al exceso de muerte celular, fenómeno característico de esta etapa de la vida.

 

APOPTOSIS Y ENFERMEDADES NEUROLÓGICAS

Hasta la fecha no existe en ningún caso pruebas irrefutables que la apoptosis juegue un rol fundamental en las enfermedades neurológicas especialmente en las del tipo degenerativas. Sin embargo diversas evidencias circunstanciales en favor de ese papel se vienen acumulando rápidamente en los últimos tiempos.

Observaciones in vitro y en animales adultos han mostrado que ciertas lesiones focales del sistema estriado, en donde no se comprometen las aferencias o eferencias axonales, se asocian con una disminución en el número de las células dopaminérgicas de la sustancia nigra como consecuencia de fenómenos apoptósicos. Este hallazgo sugiere que estas neuronas, al igual que otros sistemas neurales, dependerían de sus células diana (en este caso el estriado) para su viabilidad. La importancia en algunos de los síndromes parkinsonianos, especialmente la enfermedad de Parkinson, queda aún por determinarse.

Asimismo, el rol exacto de la apoptosis en la enfermedad de Alzheimer (EA) no está bien precisado. Sin embargo, desde hace algunos años se conoce que ciertos genes como altamente expresado en la apoptosis de linfocitos y células prostáticas, se encuentra incrementado en cerebros de pacientes con EA. De otro lado, en esta entidad es característico el depósito anormal de proteína b - amiloide en el cerebro que al estar acumulada puede impedir a las neuronas, recibir adecuadamente los factores neurotróficos generados en las sinapsis o por células gliales adyacentes. Asimismo, la exposición al b -amiloide parece volver a las neuronas mas susceptibles a los efectos citotóxicos de los aminoácidos excitatorios (17) o incluso inducir apoptosis en cultivos, de células neuronales (18). El gen Bel-2 inhibe la apoptosis en células, neuronales tratadas con la proteína b-amiloide y opuestamente la expresión de un gen proapoptósico, el p75NTR, incrementa la sensibilidad de las células a la toxicidad del b-amiloide. Puesto que las neuronas colinérgicas de los núcleos encefálicos implicados en la EA expresan de manera elevada este p75NTR. surge la interrogante sobre su participación en la etiopatogénesis de esta enfermedad (4).

En relación a la esclerosis lateral amiotrófica del tipo familiar (ELAf) se ha descrito en un subgrupo de pacientes hasta treinta diversas mutaciones en el gen sod1 que codifica la superóxido dismutasa Cu/Zn. Inicialmente se postuló que en estos pacientes la ELAf resultaría de una actividad disminuida de esta enzima, sin embargo estudios posteriores en ratones transgénicos con una actividad enzimática normal o supranormal mostraron que también eran de desarrollar una degeneración de las motoneuronas a pesar de la expresión de sod1 (19) sugiriendo que las mutaciones asociadas a la ELAf actuaban como mutaciones de "adquisición de función". Otro hecho en favor de esa hipótesis era que el sod1 actúa como gen antiapoptósico en ciertos cultivos neuronales mientras que en las mutaciones asociadas, con la ELAf actúan como genes neuronales proapoptósicos (20). Si bien es cierto estos hallazgos no implican necesariamente que en la ELAf las motoneuronas mueren por apoptosis, la participación de ciertos genes podría ser contributoria.

En el caso del SIDA, los mecanismos por los cuales se genera la depleción linfocitaria tras la infección por VIH son complejas, sin embargo, el papel de la glipoproteína gp120 en inducir apoptosis en las células portadoras del receptor CD4 está bien determinado. Estudios iniciales sugerían que la muerte neuronal en áreas de la corteza cerebral en infección por VIH estaba mediada por esta gp120 al activar receptores NMDA e incrementar las concentraciones intraneuronales de calcio. Sin embargo, trabajos recientes, muestran que la gp120 podría no actuar directamente sobre las neuronas, sino en la microglia para liberar sustancias tóxicas aún no identificadas (21). Debe admitirse que falta evidencia directa de los mecanismos celulares involucrados en la muerte neuronal inducida por la gp120 (21).

La descripción original de apoptosis (2) fue llevada a cabo en isquemia hepática. Recientemente Linnik y col. (22) mostraron que la isquemia cerebral también induce apoptosis y que al bloquearla con inhibidores translacionales se disminuye el tamaño del infarto; asimismo la sobreexpresión del Bel-2 en el sistema nervioso de ratones transgénicos conduce a una reducción importante en el volumen de infartos experimentales. Finalmente, estudios bioquímicos y morfológicos a través de microscopia electrónica han evidenciado algunas de las características morfológicas de apoptosis luego de isquemias cerebrales experimentales y la proteína Bax podría ejercer una función proapoptósica.

En estudios, experimentales en roedores y humanos, el status epiléptico induce muerte selectiva y retardada de neuronas hipocámpicas a partir de una elevación del glutamato, activación de receptores NMDA y elevación del calcio intracelular (21)

Ninguna de todas estas observaciones prueba el rol de la apoptosis en enfermedades neurológicas. pero al ser tomadas en conjunto. sugieren fuertemente la posibilidad que estudios posteriores discriminen el papel exacto de la apoptosis.

No obstante, la meta es desarrollar agentes terapéuticos que incrementen o reduzcan la suceptibilidad de algunas células para la apoptosis. Fármacos que induzcan apoptosis podrían amplificarlos efectos, de los agentes quirmoterápicos en células neoplásicas resistentes: por otro lado, los inhibidores de apoptosis podrían ayudar a los pacientes con infección por VIH a disminuir la tasa de depleción linfocitaria (3). Otra altemativa la constituye el empleo de factores neurotróficos y de hecho en la actualidad se viene desarrollando diversos ensayos clínicoterapéuticos, en algunas entidades neurodegenerativas, como las enfermedades de Parkinson, Huntington y Alzheimer (23,24). Posiblemente con el devenir de los próximos años y con el éxito de estos estudios se incremente de manera importante el arsenal terapéutico para contrarrestar y quizás prevenir el desarrollo de estas entidades.

 

*Instituto de Ciencias Neurológicas "Óscar Trelles Montes" y Facultad de Medicina Universidad Nacional Mayor de San Marcos

 

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