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Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica 633 (2022) 55e58 a b a Enfermedad Historial del artículo: Dirección de correo electrónico: boris.zhivotovsky@ki.se (B. Zhivotovsky). Desarrollo tutet, Estocolmo, Suecia. muerte celular regulada * Autor correspondiente. Instituto de Medicina Ambiental, Karolinska Insti muerte celular activada Muerte celular programada Instituto de Medicina Ambiental, Karolinska Institutet, Estocolmo, Suecia Palabras clave: Facultad de Medicina, Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, Moscú, Rusia Aceptado el 6 de septiembre de 2022 https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2022.09.022 0006291X/ © 2022 Los autores. Publicado por Elsevier Inc. Este es un artículo de acceso abierto bajo la licencia CC BYNC (http://creativecommons.org/licenses/bync/4.0/). Recibido el 1 de septiembre de 2022 abstractoinformación del artículo compartimentación, puede causar citotoxicidad y desencadenar muerte celular apoptótica o necrótica. Con una amplia experiencia en la investigación del calcio, Ernesto Carafoli, a quien está dedicado este número especial, ha demostrado que la escisión de la bomba de calcio de la membrana plasmática por parte de las caspasas conduce a un cambio de muerte celular apoptótica a necrótica [10] . De hecho, recordando el famoso dicho de O. Loewy en 1959: ''Ja Kalzium, das ist alles!'' (citado por Carafoli, [11] ), el calcio se implementa en varias etapas del proceso de muerte celular. página de inicio de la revista: www.elsevier.com/locate/ybbrc (PCD), acuñando lo que ahora es un término ampliamente conocido y utilizado [1]. En 1972, Kerr, Willey y Curry utilizaron por primera vez el término apoptosis para describir “un fenómeno biológico básico con amplias implicaciones en la cinética tisular”. Por primera vez se separaron dos eventos biológicos importantes: la muerte celular natural (apoptosis) y la proliferación/división celular (mitosis) [2]. En los años siguientes, los investigadores descubrieron que la apoptosis es uno de varios tipos de PCD [3]. El primer sello bioquímico descrito de la apoptosis fue la fragmentación de la cromatina internucleosómica, que los investigadores sugirieron que dependía de la activación de la endonucleasa dependiente de Ca/Mg [4e6]. En consecuencia, se ha propuesto el papel del calcio en la muerte celular [7]. Aunque casi 20 años después, S. Nagata y S. Wang demostraron de forma independiente que la ADNasa activada por caspasa (CAD)/el factor de fragmentación de ADN 40 (DFF40), pero no la endonucleasa dependiente de Ca/Mg, era responsable de la fragmentación del ADN apoptótico [8,9 ] , quedó claro que la sobrecarga de Ca2+ celular , o la perturbación del Ca2+ intracelular Los autores llamaron a este fenómeno “muerte celular programada” Se sabe que todos los organismos vivos son mortales. Durante muchas décadas, el principal interés de los investigadores se ha centrado en la investigación de la proliferación, diferenciación y otros procesos celulares fundamentales, ignorando por completo la comprensión de los mecanismos de eliminación celular. Desde los años 6070 del siglo pasado se inició un estudio sistemático de la muerte celular, que en la actualidad es una de las áreas de mayor desarrollo de la biomedicina. Dado que este campo de investigación es muy amplio, en estas breves notas tratamos de discutir los temas más candentes, pero no todos, que son de interés para muchos de nuestros colegas. © 2022 Los autores. Publicado por Elsevier Inc. Este es un artículo de acceso abierto bajo la licencia CC BYNC (http://creativecommons.org/licenses/bync/4.0/). Listas de contenidos disponibles en ScienceDirect Hace casi 60 años, R. Lockshin y C. Williams estimaron que los músculos intersegmentarios del abdomen del gusano de seda Antheraea pernyi sufren una degeneración después de la ecdisis de la polilla de la vieja cutícula de la pupa. Este proceso está regulado por la ecdisona y va acompañado de una serie de cambios morfológicos. Por lo tanto, la sobrecarga de Ca2+ y el agotamiento de la reserva de Ca2+ del retículo endoplásmico (RE) da como resultado cambios en el plegamiento de proteínas que conducen a la muerte celular mediada por el estrés del RE. La liberación temprana de Ca2+ del RE se asocia con la captación de Ca2+ en las mitocondrias, lo que lleva al reclutamiento mitocondrial de una proteína relacionada con la dinamina que media la ruptura de la membrana mitocondrial externa (OMM) y da como resultado la división mitocondrial. Además, el Ca2+ regula uno de los dos mecanismos responsables de la permeabilización de OMM y la liberación de proteínas mitocondriales proapoptóticas, incluido el citocromo c, para activar la vía apoptótica intrínseca. Curiosamente, incluso el artículo seminal sobre PCD incluye una micrografía electrónica de mitocondrias inflamadas, que estaban acompañadas de depósitos de lípidos. La activación de cisteína proteasas dependientes de Ca2þ, calpaínas, regula la diafonía entre calpaína y caspasas. Un papel particularmente importante del calcio en la apoptosis es la regulación de la asimetría de fosfolípidos en la membrana plasmática. La actividad de scramblasa, que cataliza la aleatorización no específica de fosfolípidos a través de la bicapa, depende del Ca2+, mientras que el Ca2+ inhibe la actividad de la translocasa de aminofosfolípidos [12]. En las plaquetas, la elevación de la concentración de Ca2+ citosólico puede desencadenar “Es tan natural morir como nacer”. y Francis Bacon. una, b, * Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica Boris ZhivotovskyGelina S. Kopeina , Muerte celular programada: pasado, presente y futuro Machine Translated by Google https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2022.09.022 mailto:boris.zhivotovsky@ki.se https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2022.09.022 http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ www.elsevier.com/locate/ybbrc http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ www.sciencedirect.com/science/journal/0006291X 3. ¿El metabolismo controla la PCD? Por lo tanto, la desactivación de varios genes de autofagia Atg5, Atg16l1, Fip200 o Becn1 sensibiliza a los ratones a la administración del factor de necrosis tumoral (TNF). En este caso, al menos las células mieloides se caracterizan por la muerte dependiente de la caspasa 8 y la proteína 1 que interactúa con el receptor (RIP1) con algunas características apoptóticas pero no necroptóticas [22]. Curiosamente, la necroptosis desencadenada por TNF puede estimular una etapa temprana de la autofagia a través de la activación de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) dependiente de la serina/treoninaproteína quinasa 3 (RIPK3) que interactúa con el receptor. 2. ¿Hablan entre ellos? Claramente, se debe realizar más investigación para comprender qué tan común es la PANoptosis y cómo se regula a nivel molecular "fino". Es importante destacar que la autofagia puede promover la supervivencia de las células tumorales mediante la inhibición de diferentes formas de RCD. Es bien sabido que la autofagiay la apoptosis pueden inhibirse entre sí a través de la interacción entre Beclin1 y Bcl2. Sin embargo, hay enlaces más complicados. No se supone que la catástrofe mitótica sea una forma de muerte, pero es una etapa importante antes de la muerte (vía apoptosis, autofagia o necroptosis) después de alteraciones en la mitosis. Este mecanismo ayuda a eliminar las células cancerosas resistentes a la apoptosis inducida por la terapia [21]. Para abordar este problema, se ha informado recientemente que la PAN optosis, como parte de la defensa inmunitaria, es capaz de coregular la piroptosis, la apoptosis y la necroptosis (PAN) a través de la formación del PANoptosoma [24] . Este complejo proteico incluye moléculas cruciales involucradas en piroptosis (caspasa1, GSDMD y GSDME), apoptosis (caspasa8, caspasa3 y proteína de dominio de muerte asociada a FAS (FADD)) y necroptosis (RIPK3 y MLKL). Mediante la coregulación de varios tipos de RCD, la PANoptosis parece proporcionar una protección del huésped contra la infección viral o bacteriana [24] y reduce el tamaño del tumor en un modelo de ratón inmunodeficiente [25]. Es importante destacar que la supresión de PANoptosis promueve la tumorigénesis en ratones [26]. Otro vínculo entre las diferentes formas de RCD incluye la promoción de la necroptosis tras la inhibición de la apoptosis y la autofagia tras el desarrollo de una catástrofe mitótica en las células cancerosas [20]. Aunque los mecanismos detallados de la cuproptosis aún no están claros, los datos actuales apuntan a un papel importante de las mitocondrias en este tipo de muerte celular y desafían la visión tradicional de que el estrés oxidativo es un actor molecular fundamental de la toxicidad inducida por metales. La investigación intensiva mostrará qué otros tipos de muerte han creado la evolución. mecanismos moleculares. Por lo tanto, la caspasa8, el iniciador clásico de la apoptosis extrínseca, es un regulador negativo bien conocido de la necroptosis [17]. Al mismo tiempo, esta enzima es capaz de modular la piroptosis a través de la formación de motas ASC (la proteína tipo mota asociada a la apoptosis de la molécula adaptadora que contiene el dominio de activación y reclutamiento de caspasa) y la escisión de gasdermina D dependiente de caspasa1 (GSDMD) [ 18 ,19]. En particular, esta función de caspasa8 se realiza con el bloqueo genético de la necroptosis después de la eliminación del dominio de quinasa de linaje mixto como pseudoquinasa (MLKL). Recientemente, se ha definido una nueva forma de RCD que es diferente de la apoptosis, la ferroptosis y la necroptosis relacionadas con el estrés oxidativo. Es inducida por el cobre intracelular y se ha denominado “cuproptosis” [16]. Este tipo de muerte celular está asociado con la acumulación de cobre intracelular que desencadena la agregación de proteínas lipoiladas mitocondriales y la desestabilización de las proteínas del grupo FeeS que dan como resultado estrés proteotóxico y muerte celular. grandes cantidades de exposición a la fosfatidilserina en minutos, lo que enfatiza el papel del calcio en la regulación de la fagocitosis [13]. Además, el calcio también se ha implicado en este tipo de RCD [15]. Dependiendo del tipo de estímulo letal, el proceso de muerte celular puede iniciarse en diferentes compartimentos intracelulares. Varios orgánulos podrían desencadenar la muerte celular mediante sensores de estrés específicos y transmitir señales moduladoras de la muerte celular por toda la célula. Esta diafonía entre orgánulos aparentemente implica varios "interruptores" moleculares dentro de la red de señalización. El estudio detallado de los mecanismos moleculares y bioquímicos ha revelado que los “interruptores” son esenciales para una interacción entre diferentes modalidades de muerte celular, que pueden operar en las mismas células. Estas formas de RCD pueden inhibirse o promoverse entre sí a través de varios Con el tiempo, ha quedado claro que la apoptosis, como un tipo de DCP regulada genéticamente, no siempre se activa, aunque las células mueran. La evolución ha conducido a varios sistemas/vías que están involucradas en la eliminación de células ya sea durante el desarrollo embrionario/postembrionario, la homeostasis del tejido adulto o en respuesta a la exposición a agentes tóxicos. Estas vías pueden operar en varios tipos de células/tejidos. Con base en la bioquímica y la morfología, el Comité de Nomenclatura de Muerte Celular ha descrito más de 10 tipos de muerte celular, que se dividen en muerte celular accidental o regulada (ACD o RCD, respectivamente) [3] . Es importante destacar que, en ciertos casos, la necrosis, que inicialmente se descubrió como un tipo de ACD, también puede estar regulada genéticamente; esta forma se denomina necroptosis. RCD puede proceder en dos escenarios. La muerte de las células durante la embriogénesis, el desarrollo y el recambio tisular, que no requiere ningún factor exógeno, es un proceso fisiológico y se denomina PCD. Por el contrario, en los casos en que la célula no es capaz de reparar los errores que aparecen por una violación de los programas intracelulares normales (por ejemplo, el ciclo celular, la proliferación, etc.), o en respuesta a efectos tóxicos externos, la totalidad genéticamente se activa el programa RCD determinado. Tal RCD está representado por apoptosis (externa e interna), muerte celular autofágica, muerte celular inmunogénica, necroptosis, necrosis impulsada por la transición de permeabilidad mitocondrial (MPT), muerte celular entósica, muerte celular con trampa extracelular de neutrófilos (NETotic), muerte celular dependiente de lisosomas. muerte, piroptosis y parthanatos, entre otros. En la última década se han descrito varios tipos de RCD que dependen directamente de la participación de varios metales. En 2012, Brent Stockwell introdujo el término ferroptosis para explicar una forma de muerte celular provocada por la peroxidación lipídica dependiente del hierro [14]. Se han observado características ferroptóticas en diferentes organismos vivos, incluidas las plantas, y se han implicado en diversos contextos biológicos, desde el desarrollo hasta el envejecimiento, la inmunidad y el cáncer. La ferroptosis está estrechamente relacionada con la peroxidación de lípidos y con el agotamiento del glutatión celular. Las violaciones en el curso de la muerte celular están asociadas con la patogénesis de diversas enfermedades. Sin embargo, no está claro si un defecto en la señalización de la muerte celular es un desencadenante directo, un contribuyente vital o una simple consecuencia de varias agresiones que conducen a la enfermedad. Debido a que las alteraciones metabólicas están estrechamente asociadas con cambios fisiopatológicos en células y tejidos, ha habido un gran interés en estudiar las bases metabólicas de la muerte celular. Ha habido una serie de publicaciones dedicadasal control metabólico de la ferroptosis. Quedó claro que el metabolismo del hierro, el selenio, el tiol y los ácidos grasos; respiración mitocondrial; y varias otras rutas metabólicas Sin embargo, la etapa tardía, la degradación lisosomal de los autofagosomes, se bloquea con la necroptosis inducida por TNF debido a la desregulación de las proteínas del receptor de la proteína de unión del factor sensible a la Netilmaleimida soluble que media la fusión del autofagosomalisosoma (SNARE) [23 ] . En conjunto, es obvio que no solo se activa un tipo de RCD en respuesta a estímulos de estrés, y que pueden interferir con otros. Aunque la cuproptosis antes mencionada no depende de la activación de la caspasa, puede formar una interacción con otras formas de RCD. En conjunto, esto plantea la cuestión de si existe un "centro común" que regula la interacción entre los diferentes tipos de muerte celular. 1. ¿Cuántos son? GS Kopeina y B. Zhivotovsky Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica 633 (2022) 55e58 56 Machine Translated by Google Aunque la PCD se había asociado inicialmente con organismos multicelulares eucariotas, también ocurre en organismos unicelulares eucariotas, en bacterias y en plantas. De manera similar a los eucariotas, en las plantas la activación de PCD salvaguarda la correcta ocurrencia de los procesos de crecimiento y desarrollo, como la embriogénesis y la diferenciación. Además, PCD es una parte principal de las respuestas de defensa activadas por las plantas contra el estrés ambiental abiótico y biótico [35]. Los marcadores bioquímicos y las vías de señalización en eucariotas y plantas no son los mismos; por lo tanto, un mejor conocimiento de estas señales, inductores y puntos de control de PCD es clave para aumentar la productividad de la planta. El papel de la PCD en el desarrollo ha sido investigado por muchos grupos de investigación. Hace varios años, los investigadores describieron un nuevo tipo de PCD que surge durante las últimas etapas de la oogénesis de Drosophila mela nogaster, cuando las pequeñas células del folículo somático que rodean a las células nodrizas de la línea germinal pueden promover la muerte de estas últimas, a través de su engullimiento . 29]. Este tipo de PCD se ha denominado fagoptosis y se caracteriza por la activación de la maquinaria de fagocitosis para matar las células vivas. La bioquímica de este PCD, así como su frecuencia, seguían sin estar claras. Recientemente, los investigadores han demostrado que las células foliculares pueden reclutar ATPasas vacuolares y canales de cloruro en su membrana plasmática para acidificar extracelularmente las células de la línea germinal y liberar catepsinas que destruyen las células nodrizas [30]. Es importante destacar que las células nodrizas de ratón mueren por un mecanismo similar al de las células nodrizas de Drosophila [31]. Aunque esta vía de PCD autónoma no celular puede explicar la similitud entre varios organismos, aún no está claro por qué y cómo las células nodrizas de ratón se rodean de células somáticas después de separarse del quiste, y qué señales bioquímicas las obligan a sufrir PCD. Desafortunadamente, la sensibilidad de las técnicas modernas hace que sea imposible responder a estas preguntas porque el número de células analizadas es muy limitado. Sin embargo, cabe señalar que, para analizar los efectos autónomos no celulares de formas específicas de muerte celular, los investigadores propusieron recientemente un método optogenético para activar distintos modos de muerte celular en células seleccionadas [32] . La característica distintiva de este método es su reversibilidad. Los efectores optogenéticos permiten una inducción rápida y altamente específica de PCD en células de varios organismos y son adecuados para numerosas aplicaciones, como la inducción de muerte celular subletal o la eliminación precisa de células individuales o poblaciones celulares in vitro e in vivo. Se sabe que la actividad de caspasa subletal tiene numerosas funciones no apoptóticas. Por ejemplo, la activación rápida de caspasa8 sin procesamiento detectable de caspasa3 es paralela a la proliferación inducida por CD3 y la producción de interleucina2 por células T humanas, y la inhibición de la activación de caspasa bloquea la proliferación celular [33] . Además, existe evidencia de la activación de la caspasa3 en ausencia de apoptosis durante la estimulación de los linfocitos T [34], y de funciones inesperadas de la caspasa3 en la regulación de la supervivencia celular, la proliferación y la tumorigénesis. Sin embargo, en estas y muchas otras situaciones, la activación de la caspasa no está relacionada con la muerte celular y el mecanismo de activación de la caspasa aún no está claro. Es posible que se exploten las “optocaspasas” para investigar cómo se activan y cumplen sus funciones no letales. se vinculan directamente con la ferroptosis dependiente de la peroxidación de lípidos [27]. Recientemente, además de las vías metabólicas mencionadas anteriormente, se ha implicado en la ferroptosis un ciclo no canónico de la vitamina K [28]. La suplementación con vitamina K previene la inflamación en ratones sometidos a lesión por isquemiareperfusión en el hígado y el riñón, y suprime la ferroptosis en las neuronas y otros tejidos. Sería interesante saber qué vías metabólicas están directamente implicadas en la regulación de otros tipos de RCD. Los autores declaran la ausencia de intereses financieros en competencia. 5. Observaciones finales Declaración de competencia de intereses Aunque los mecanismos biológicos subyacentes relacionados con el RCD siguen sin descubrirse, la manipulación terapéutica de las vías de muerte celular es muy prometedora. Se han realizado muchos intentos para apuntar a diferentes tipos de muerte celular para tratar diversas enfermedades, incluido el cáncer. El avance más importante ha sido la aprobación de venetoclax, un inhibidor selectivo de Bcl2, para el tratamiento de pacientes con leucemia linfocítica crónica y mieloide aguda. Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Sueco (190345) Desde la aparición de los artículos seminales sobre PCD hace casi 60 años, el campo se ha convertido en una de las áreas de biomedicina de más rápido crecimiento. Al 30 de agosto de 2022, PubMed contiene más de 560 481 artículos sobre muerte celular, 514 178 artículos sobre apoptosis y 71 354 artículos sobre autofagia. PCD es el único campo biomédico que ha sido galardonado con dos premios Nobel de Fisiología o Medicina en el siglo XXI (2002 y 2016). Comprender los mecanismos de muerte celular es necesario no solo para obtener nuevos conocimientos básicos sobre el papel de la PCD en el desarrollo embrionario/postembrionario y la homeostasis del tejido adulto, sino también para dilucidar su papel en la patogenia de diversas enfermedades y los intentos de tratarlas. A pesardel gran progreso realizado durante este tiempo, todavía hay muchos problemas sin resolver y no hay respuestas a muchas preguntas. Algunas preguntas han sido mencionadas anteriormente. Aunque la muerte celular durante el desarrollo de órganos se ha descrito mejor en Caenorhabditis ele gans (gracias al trabajo del grupo de Bob Horwitz) [36] y se ha estimado la secuencia de activación de varios genes, desafortunadamente, cómo se activan estos genes y cuál es su función. de la epigenética en este proceso siguen sin resolverse. El papel de varias caspasas en la regulación de la apoptosis se ha descrito en cientos de publicaciones; sin embargo, los mecanismos detallados por los cuales las caspasas activadas actúan para apoyar la progresión del ciclo celular sin causar la muerte celular aún no se conocen bien. Se sabe que en varias enfermedades, las vías de muerte celular están interconectadas y se afectan entre sí en múltiples niveles. Por lo tanto, como se mencionó anteriormente, una de las tareas más importantes es comprender cómo operan los diferentes tipos de muerte en una misma célula y tejido y cuál es la posibilidad de cambiarlos si su activación/inhibición específica es esencial. Agradecimientos 4. ¿Qué sucedió durante el desarrollo? Referencias y Estocolmo (181301) Sociedades del Cáncer. Muchas otras drogas potenciales están bajo investigación profunda. Se sabe que varios tipos de RCD no son inmunes silenciosos. Plantea una pregunta sobre su impacto en los tejidos sanos circundantes cuando se intenta activarlos durante la terapia. Estas breves notas incluyen nuestros puntos de vista personales sobre el problema; sin embargo, hemos tratado de reflejar aquellos temas “calientes” que son de interés para muchos de nuestros colegas. Es bastante obvio que hay otras preguntas que necesitan ser respondidas. El problema de la muerte celular es enorme, pero existe la esperanza de que su desarrollo en un futuro previsible conduzca a una comprensión exitosa de los aspectos fundamentales de la vida y al desarrollo de nuevos enfoques esenciales para tratar diversas enfermedades. [2] JF Kerr, AH Wyllie, AR Currie, Apoptosis: un fenómeno biológico básico con amplias implicaciones en la cinética de tejidos, Br. J. Cáncer. 26 (1972) [1] RA Lockshin, CM Williams, Muerte celular programadadI. Citología de la degeneración en los músculos intersegmentarios de la polilla de seda pernyi, J. Insect. 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