Acércate a...

Receptores de muerte celular: iniciadores de la apoptosis y algo más…

La muerte celular por apoptosis desempeña un papel crucial tanto en el desarrollo embrionario como en el mantenimiento de los tejidos en organismos adultos. Por otra parte, alteraciones en la apoptosis están en el origen de patologías como el cáncer, determinadas inmunodeficiencias y enfermedades degenerativas.

Además de la señalización de apoptosis antes mencionada, en animales superiores existen proteínas extracelulares que inducen la muerte de las células a través de receptores específicos denominados receptores de muerte celular. Estos receptores pertenecen a una familia de proteínas con homología estructural al receptor tipo I de TNF-α, que se caracterizan por tener un dominio citoplásmico de unos 80 aminoácidos, denominado dominio de muerte (DD), que controla la activación de la maquinaria de apoptosis mediante interacciones proteína-proteína (3). Estos receptores son activados por ligandos extracelulares de la familia de proteínas homólogas a TNF-α que, tras la unión a su receptor específico, inician la señalización intracelular de la apoptosis en la célula diana. En los últimos años, el análisis de secuencias EST (expressed sequence tags) similares a TNF-α en bases de datos, ha permitido la identificación de nuevos miembros de esta familia, entre los que se encuentra TRAIL/APO-2L, de gran interés por su posible especificidad de acción apoptótica sobre células tumorales (4). TRAIL activa señales de muerte a través de receptores específicos TRAIL-R1 y TRAIL-R2, que oligomerizan en la membrana celular en el llamado complejo inductor de muerte (DISC) (5), que contiene la proteína adaptadora FADD y la procaspasa-8. Esta última se activa en el DISC y puede activar caspasas efectoras (caspasa-3) o procesar la proteína proapoptótica Bid. Bid truncado se transloca a la mitocondria y activa la ruta mitocondrial de apoptosis.

Después de un gran debate sobre la posible toxicidad de TRAIL en células humanas normales, se demostró que sólo las formas muy agregadas de las preparaciones de TRAIL (His-TRAIL, FLAG-TRAIL) tienen toxicidad, sobre todo en cultivos de hepatocitos humanos primarios. No obstante, es importante indicar,que en los ensayos realizados in vivo en diversos modelos experimentales no se han observado efectos tóxicos. Además, en los ensayos clínicos actualmente en curso ni TRAIL recombinante ni los anticuerpos agonistas de los receptores han mostrado una toxicidad importante. A pesar de estos resultados prometedores, los datos preclínicos sugieren que la aplicación clínica con TRAIL o agonistas de sus receptores se haga con las máximas precauciones, especialmente en tratamientos combinados con otras terapias que sensibilizan a las células tumorales a TRAIL (6).

Aunque TRAIL y sus receptores proapoptóticos están ampliamente expresados en tejidos humanos, los mecanismos de la resistencia a TRAIL no son en absoluto conocidos. Se ha propuesto que la expresión diferencial de receptores señuelo (decoy receptors) podría explicar la diferente sensibilidad de células normales y tumorales a TRAIL. Sin embargo, esta hipótesis no se ha visto confirmada por investigaciones posteriores. Además de ser un activador de la muerte por apoptosis, TRAIL puede también inducir, tanto en células tumorales como no tumorales, procesos no deseados en su aplicación como terapia antitumoral. Así, en algunos modelos experimentales de células tumorales resistentes a TRAIL, este ligando puede favorecer la proliferación, la migración y la invasividad de las mismas (7). Estos efectos no apoptóticos de TRAIL parecen estar regulados por la ruta de señalización de las quinasas MAPK/ERK, aunque los mecanismos que conducen a la activación de esta ruta por TRAIL no son bien conocidos. TRAIL puede también inducir otras rutas de señalización de supervivencia como NF-kB y PI3K/Akt en células tumorales resistentes a TRAIL. Finalmente, resultados muy recientes de nuestro laboratorio y de otros grupos han demostrado que TRAIL puede activar un proceso de autofagia citoprotectora en células no tumorales y en células tumorales resistentes a la acción proapoptótica de TRAIL (8,9). La autofagia es un proceso de degradación lisosomal de proteínas de vida media larga y de componentes del citoplasma y de las organelas para, entre otras funciones, producir metabolitos que son liberados al citoplasma para el reciclaje del material celular. La autofagia desempeña un papel fundamental en la generación de nutrientes durante periodos de ayuno y en la eliminación de macromoléculas y organelas dañadas en respuesta a estrés celular. La caracterización de los mecanismos reguladores de las funciones no apoptóticas de TRAIL y el diálogo molecular entre las diferentes vías de señalización intracelular pro y antiapoptóticas serán, sin duda, temas de intensa investigación en los próximos años, con importantes implicaciones clínicas.

Señalización intracelular de los receptores de muerte celular.
Referencias:
  1. Evan G and Littlewood T (1998) A matter of life and cell death. Science. 281: 1317-1322.
  2. Kroemer G and Reed JC (2000) Mitochondrial control of cell death. Nat Med. 6: 513-519.
  3. Nagata S (1997) Apoptosis by death factor. Cell. 88: 355-365.
  4. Wiley SR, Schooley K, Smolak PJ, Din WS, Huang CP, Nicholl JK, Sutherland GR, Smith TD, Rauch C, Smith CA and et al. (1995) Identification and characterization of a new member of the TNF family that induces apoptosis. Immunity. 3: 673-682.
  5. Sprick MR, Weigand MA, Rieser E, Rauch CT, Juo P, Blenis J, Krammer PH and Walczak H (2000) FADD/MORT1 and caspase-8 are recruited to TRAIL receptors 1 and 2 and are essential for apoptosis mediated by TRAIL receptor 2. Immunity. 12: 599-609.
  6. Palacios C, Yerbes R and López-Rivas A (2006). Flavopiridol induces cFLIP degradation by the proteasome and promotes TRAIL-induced early signaling and apoptosis in breast tumor cells. Cancer Research 66: 8858-8869.
  7. Newsom-Davis T, Prieske S, Walczak H (2009) Is TRAIL the holy grail of cancer therapy? Apoptosis. 14: 607-623.
  8. Herrero-Martin G, Høyer-Hansen M, García-García C, Fumarola c, Farkas T, López-Rivas A@ and Jäättelä M@ (2009) TAK1 activates AMPK and AMPK-dependent cytoprotective autophagy in TRAIL-treated breast epithelial cells. EMBO Journal 28, 677-685.
  9. Hou W, Han J, Lu C, Goldstein LA, Rabinowich H (2008) Enhancement of tumor-TRAIL susceptibility by modulation of autophagy. Autophagy 4:940-943.

Entrevista a Abelardo López Rivas

P.- ¿Cuándo surgió su vocación científica?

R.- Aparte de la curiosidad natural que como niños tenemos por entender el funcionamiento de las máquinas y conocer mejor la naturaleza, es difícil, en mi caso, identificar una etapa temprana de mi vida en la que mostrara una clara inclinación por la investigación científica. Yo diría más bien, que ésta se desarrolló de una manera progresiva, y fue ya en la Universidad cuando definitivamente llegué al convencimiento de que quería dedicarme a la Biología y a investigar, porque era lo que de verdad me apasionaba. . 

P.- ¿Le influyó alguien de forma especial?

R.- Los mejores consejos y, sobre todo, el apoyo que he recibido en los momentos en que uno define cuál quiere ser su trayectoria futura, siempre han venido de mi familia. La generosidad que han demostrado en todo momento, el apoyo recibido y el coraje para enfrentarse a situaciones complicadas han modelado mi carácter en el desarrollo de mi carrera investigadora.

P.- ¿Podría resumirnos brevemente su trayectoria profesional?

R.- Tras finalizar la Licenciatura en Biología en la Universidad de Sevilla, en el año 1977 me trasladé al Centro de Biología Molecular, en la Universidad Autónoma de Madrid para realizar la Tesis Doctoral en el laboratorio de Enrique Palacián, sobre la modificación química de proteínas del ribosoma bacteriano y sus efectos sobre la biosíntesis de proteínas. Esta etapa de inmersión en la investigación contribuyó de manera importante a mi formación en Bioquímica. Finalizada la Tesis Doctoral, decidí hacer un cambio importante en mi trayectoria investigadora y estudiar los mecanismos moleculares que llevan a una célula animal a crecer y proliferar en respuesta a factores de crecimiento, en el laboratorio de Enrique Rozengurt en el Imperial Cancer Research Fund en Londres, grupo pionero en la investigación de la señalización temprana de la proliferación por factores de crecimiento. Fueron unos años fascinantes, en los que demostramos que los factores de crecimiento, tras su unión a receptores celulares específicos, activaban señales iónicas tempranas entre las que se encontraban la liberación de calcio del retículo endoplásmico. Estas observaciones se confirmaron mas tarde por otros grupos y dieron lugar a un área de investigación sobre el metabolismo de fosfolípidos y la señalización por factores de crecimiento, que ha sido fundamental en el conocimiento de los mecanismos tempranos de control de la proliferación de células animales. A finales de 1983 regresé al Centro de Biología Molecular Severo Ochoa en Madrid, donde participé en el laboratorio de Luis Carrasco en el estudio de la señalización iónica temprana en la infección de células animales por poliovirus. En este periodo también inicié una línea de investigación sobre los mecanismos de señalización de la proliferación por la interleuquina-2, factor de crecimiento esencial de los linfocitos T. En el transcurso de estos trabajos observé la estricta dependencia de estas células de la interleuquina-2, no solo como mitógeno, sino también como factor de supervivencia, lo que me llevó en 1987, al incorporarme como grupo independiente en el Instituto de Investigaciones Biomédicas «Alberto Sols» de Madrid, a desarrollar un proyecto sobre muerte celular por apoptosis en el sistema hematopoyético. Como la movilidad ha sido una característica de mi carrera investigadora, en 1992 me trasladé al Instituto de Parasitología y Biomedicina del CSIC en Granada donde, hasta 2004, nuestra línea de trabajo en muerte celular evolucionó desde los estudios iniciales en células del sistema inmune hacia proyectos relacionados con el control de la señalización de apoptosis por receptores de muerte celular en células tumorales, que continúa siendo en la actualidad el núcleo fundamental de la investigación de mi grupo en Sevilla.

P.- ¿Cuáles son desde su punto de vista las características que definen a un buen investigador?

R.- Intuición, perseverancia, gran capacidad autocrítica y honradez. A estas cualidades, a mi entender fundamentales, habría que añadir unas buenas dosis de capacidad para trabajar en equipo y atrevimiento para emprender proyectos innovadores. Esto último, no obstante, está bastante condicionado por las posibilidades de conseguir financiación, basadas en la mayoría de los casos en la productividad científica a corto plazo..  

P.- ¿Podría describirnos brevemente en que consiste su línea de investigación actual y cual es su trascendencia?

R.- El ligando de muerte celular TRAIL es una proteína de la familia del factor de necrosis tumoral (TNF), que induce muerte celular por apoptosis, preferentemente en células tumorales. Esta especificidad de acción proapoptótica sobre células tumorales ha promovido su utilización como herramienta terapéutica antitumoral, que está siendo evaluada en la actualidad en diversos ensayos clínicos. Es, no obstante, sorprendente que a pesar de estos ensayos clínicos, aún se desconocen las bases moleculares responsables de esta sensibilidad diferencial de las células tumorales frente a las normales. Por ello, y teniendo en cuenta que en estos ensayos se están utilizando terapias combinadas de agonistas de los receptores de TRAIL con otros fármacos antitumorales, es esencial identificar los mecanismos de la resistencia de células normales a TRAIL para descartar aquellos tratamientos combinados basados en TRAIL que pueden tener elevada toxicidad en tejidos normales. En los últimos años nuestra línea de investigación se ha centrado en conocer los mecanismos que regulan la señalización de apoptosis por TRAIL en células tumorales e identificar la señalización intracelular responsable de la resistencia de células no tumorales a este ligando. 

P.- ¿Cuál es su opinión sobre como esta articulada la carrera científica en España?

R.- Al menos en el área de la Biomedicina, que es la conozco, es claro que en los últimos 25 años la investigación científica en España ha pasado de ser una actividad casi testimonial a adquirir una notable relevancia en cuanto a número y calidad de los grupos que trabajan en este área. A esto ha contribuido, sin duda, el incremento en los fondos para investigar, la creación de grandes centros y los diversos programas de contratación de investigadores posdoctorales. Sin embargo, la consolidación de los grupos de investigación no es posible si no existen mecanismos que aseguren, con la necesaria evaluación, la continuidad en la financiación de los mismos y una estructura estable en recursos humanos del grupo. Esto último es, a mi entender, el talón de Aquiles del progreso de la ciencia en este país. Es decir, la falta de una carrera investigadora, en la que, además de las posiciones de científicos responsables de grupos, existan posiciones estables para investigadores posdoctorales y técnicos, que desempeñen una función de apoyo y den la necesaria continuidad a los grupos, es un obstáculo enorme en el desarrollo de la investigación científica. Esto es muy evidente en organismos como el Consejo Superior de Investigaciones Científicas, donde nos encontramos con que los grupos están fundamentalmente constituidos, además del científico de plantilla, por investigadores predoctorales y continuamente expuestos a una renovación completa cada 3-4 años, lo que hace muy difícil plantear proyectos innovadores y de cierto riesgo. Esto dicho desde la perspectiva de un responsable de grupo, con una posición estable. Evidentemente esta problemática, vista desde la posición de los investigadores jóvenes afectados por esta falta de horizontes claros, es muy desalentadora y demanda soluciones estructurales que eviten, no ya el estancamiento, sino incluso el retroceso científico que puede ocurrir si no se adoptan las mismas.

Perfil de Abelardo López Rivas

Abelardo López Rivas (Camas, Sevilla, 1953) obtuvo la licenciatura en Biología por la Universidad de Sevilla (1976) y el doctorado en Ciencias por la Universidad Autónoma de Madrid (1980). Su etapa posdoctoral incluye una estancia en el Imperial Cancer Research Fund de Londres hasta 1984, y un segundo posdoctoral en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa de Madrid. En 1986 ingresó en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y desde 1987 ha dirigido grupos de investigación como investigador principal en el Instituto de Investigaciones Biomédicas «Alberto Sols» de Madrid, Instituto de Parasitología y Biomedicina de Granada y Centro Andaluz de Biología del Desarrollo en Sevilla. En la actualidad es Profesor de Investigación del CSIC en el Centro Andaluz de Biología Molecular y Medicina Regenerativa de Sevilla, donde dirige el laboratorio de «Regulación de la apoptosis por receptores de muerte celular» desde 2006. Ha formado parte de diversos comités y sociedades científicas nacionales e internacionales. Ha dirigido 11 Tesis Doctorales y es autor de más de 80 trabajos en revistas internacionales. Sus principales contribuciones científicas han sido en el estudio de la transducción de señales por receptores de factores de crecimiento y de la regulación de la apoptosis por factores de supervivencia y receptores de muerte celular.