Muerte Celular

MECANISMOS MOLECULARES RESPONSABLES DE LA HIPOACUSIA

La exposición al ruido o a drogas ototóxicas (antibióticos aminoglicósidos, cisplatino, etc) inicia una compleja cascada de procesos bioquímicos en las células ciliadas sensoriales, el cual conduce a una marcada apoptosis.

La apoptosis es un proceso activo de muerte celular programada caracterizada por condensación de la cromatina, fragmentación intracelular asociada a trozos celulares rodeados de membranas, llamados cuerpos apoptóticos y otros fenómenos celulares secuenciales.
Estos procesos proteolíticos son llevados a término en gran parte por activación de las caspasas.   Un esquema de los circuitos de muerte celular que participan en la apoptosis se observa en la figura inferior.

En el caso de las neuronas auditivas espirales la muerte celular puede ser debida a una excesiva liberación de glutamato (el neurotransmisor de las células ciliadas internas), un daño denominado excitotoxicidad (ver página ototoxicidad en este mismo website); sin embargo, también ha sido sugerido que la degeneración de las neuronas ocurre en forma secundaria a la pérdida de las células ciliadas internas sensoriales a las cuales están conectadas.   Cualquiera que sea el mecanismo desencadenante de la muerte neuronal (ausencia de objetivos presinápticos o excitotoxicidad) estudios recientes han sugerido que un proceso apoptótico está involucrado.

En esta figura (haga click sobre ella para aumentar el tamaño) se observa una representación esquemática de los 2 principales circuitos apoptóticos que se considera que están activos en el interior de las células ciliadas dañadas en los mamíferos.  En el lado izquierdo el circuito de la muerte del receptor celular está gatillado por miembros de la superfamilia de muerte de receptores tal como el CD95 (Fas).  Unión del CD95 ligando (CD95 L) al CD95 induce agrupamiento de los receptores y formación de un complejo señalizador inductor de la muerte.  Este complejo recluta, vía la molécula adaptadora FADD, múltiples moléculas procaspasas-8, resultando en una autocatalisis de esta molécula procaspasa y en la formación de una molécula caspasa-8 activada.

En el lado derecho el circuito o vía de las mitocondrias está extensamente activado en las células como respuesta a señales extracelulares y daño interno (por ej: daño al DNA).   Estas diversas respuestas convergen en las mitocondrias, a menudo a través de la activación de miembros proapoptóticos de la familia Bcl-2 (por ej: Bax, Bad y Bik).  Estas formas citosólicas proapoptóticas de la familia Bcl-2 representan un pool de proteínas inactivas, pero potencialmente letales.   Señales proapoptóticas activan y redirigen estas proteínas a las mitocondrias , donde ellas interactúan con moléculas antiapoptóticas tales como Bcl-2 y Bcl-xL en la membrana externa de las mitocondrias, donde ellas compiten para regular la formación de poros y la liberación del citocromo C desde las mitocondrias al citosol de la célula afectada.   El citocromo C se asocia con Apaf-1, procaspasa-9 para formar un complejo apoptosoma.   El apoptosoma activa la procaspasa-9, que a su vez activa una disminución del flujo de las caspasas efectoras (por ej: caspasa-3).    Las células en las cuales las mitocondrias se han destruído están en riesgo de muerte a través de un mecanismo noapoptótico más lento semejante a la necrosis celular por la pérdida del gradiente electroquímico a través de la membrana interna (m) , producción de altos niveles de ROS y una rápida disminución en la producción de ATP.

Los 2 circuitos mencionados convergen al nivel de la activación de la procaspasa-3.    Clivaje de Bid (mediado por caspasa-8) un miembro proapoptótico de la familia Bcl-2, aumenta grandemente su actividad proapoptótica y resulta en su translocación desde el citosol a la membrana mitocondrial externa donde promueve la formación de poros por Bax y la liberación de citocromo C.

Más hacia la derecha (C) se observa como daño al DNA y/o stress oxidativo pueden gatillar la activación de la vía de transducción de la señal JNK.    Esta transducción de la señal puede inducir la fosforilación de factores de transcripción tales como c-Jun y c-Fos, los cuales son miembros de la primera e inmediata familia de genes.  C-Jun y c-Fos cuando están activos son heterodímeros, forman AP-1, el cual puede desencadenar rápida actividad transcripcional y ha estado implicado en la regulación de muchos e importantes procesos biológicos incluyendo progresión del ciclo celular, transformación celular, diferenciación celular, proliferación celular, reparación del DNA y apoptosis.

Abreviaciones: AIF (factor inductor de la apoptosis), Apaf-1 (Dominio de la muerte asociado a Fas), AP-1 (Activador de proteína-1), ATP (Adenosin Trifosfato), CD95 (receptor Fas), CFLIP (Proteína inhibitoria FLICE celular), FADD (Proteína del dominio de la muerte asociada a Fas), JNK (Proteína kinasa N-terminal de C-jun), ROS (Especies oxígeno reactivas), SAPK (Proteína kinasa activada por el stress).

DAÑO AUDITIVO INDUCIDO POR RUIDO

El trauma acústico induce pérdida de células ciliadas en el sitio máximamente estimulado por el sonido.   Núcleos fragmentados de las células ciliadas se observan en la misma región usando análisis morfológicos y titulación específica para DNA.

En las células ciliadas dañadas por el ruido se observa características morfológicas típicas de:

a) autolisis (citoplasma vacuolado, pero con membrana lateral intacta)

b) apoptosis (plegamiento del cuerpo celular, aumento de la densidad electrónica del citoplasma, compactación de la cromatina con una membrana lateral intacta)

Es interesante constatar que pueden observarse células ciliadas individuales que comparten características de ambos procesos, tanto autolíticas como apoptóticas.    Más aún signos de necrosis (restos celulares y membrana citoplasmática desintegrada) se ven ocasionalmente en el área de las células ciliadas dañadas.

La presencia de estos diferentes fenómenos indica que la degeneración de las céllulas ciliadas dañadas por ruido implica diferentes mecanismos de muerte celular, incluyendo apoptosis típica, autolisis y, en un grado menor, necrosis.

En el caso de la muerte de neuronas auditivas, sin embargo, no está claro si la degeneración de las neuronas se produce secundariamente a pérdida de las células ciliadas internas a las cuales están conectadas, o si la muerte celular es ocasionada por una excesiva liberación de glutamato.  En el hecho, perfusión intracoclear de antagonistas del glutamato previene un 50% de la elevación aguda del umbral protegiendo las terminaciones nerviosas del nervio coclear, pero no tiene efecto protector sobre las células ciliadas mismas.

También se han usado estrategias farmacológicas para proteger a la cóclea contra el traumatismo acústico.   Terapia con corticoides ha tenido un efecto significativo por vía intra-peritoneal.    Una dosis de 20 mg/kg de metilprednisolona inyectada i.p. una hora después del traumatismo acústico resultan en una mejoría funcional de 10 dB, aunque dosis mayores agravan las consecuencias del traumatismo.

Pirvola y col. usaron el inhibidor de la kinasa CEP-1347 para bloquear la vía de señalización de muerte celular MAPK / JNK (Proteína Kinasa Mitogenactivada / Kinasa terminal c-JUN N). Administración sistémica de CEP-1347, un inhibidor de la kinasa de línea mixta, proporcionó protección parcial contra la pérdida auditiva inducida por ruido.

En años recientes ha aumentado el interés en el desarrollo de agentes farmacológicos de liberación local para proteger la cóclea del daño por ruido.Recolectores de residuos como el manitol o la deferoxamina son mucho menos potentes que los antagonistas de glutamato en prevenir la elevación aguda del umbral pero pueden reducir la pérdida celular en alrededor de un 40 %.  También se han evaluado las neurotrofinas.Neurotrofina-3 y un Factor Neurotrófico derivado de la línea de células de la glía han demostrado rescatar un 11 % de las células ciliadas y mejorar ligeramente los umbrales auditivos.   El inhibidor de la calpaina, leupeptina, reduce la pérdida de células ciliadas externas que sigue a la exposición a un nivel de presión sonora de 105 dB SPL hasta en un 60 %.   Riluzole, un agente neuroprotector de amplio espectro, ha demostrado igualmente prevenir o atenuar la muerte celular apoptótica o necrótica en modelos de ratones con isquemia retinal y de médula espinal.

A la luz de estos hallazgos, Wang y col. han examinado el potencial efecto protector del riluzole en la pérdida auditiva por ruido en la cóclea del conejillo de indias adulto.  La perfusión intracoclear de riluzole protege la cóclea del daño por traumatismo acústico lo que han demostrado con tests funcionales y morfométricos.    Los animales tratados con riluzole muestran menor elevación del umbral del potencial de acción compuesto y menos pérdida de células ciliadas que los animales control un mes después de la exposición al traumatismo.   El efecto protector del riluzole fué ya evidente al 2º día y aún más pronunciado al mes del traumatismo acústico.   Citococleogramas preparados un mes después del ruido traumático mostraron que el tratamiento con riluzole protegía a más del 80 % de las células ciliadas internas y externas que estaban destinadas a morir.

Hasta ahora, el modo más eficiente para proteger la cóclea contra el ruido es un nuevo péptido inhibidor D-JNKI-1 , un péptido permeable celular que bloque la vía de señalización MAPK / JNK.   Cuando se aplica directamente en la cóclea, el péptido D-JNKI-1 también protege la cóclea de pérdida auditiva permanente inducida por traumatismo sonoro y proporciona una protección casi total de las células ciliadas auditivas.   Resultados similares se obtuvieron cuando el péptido D-JNKI-1 fué aplicado sobre la ventana redonda por medio de una minibomba osmótica.  La concentración eficiente en un 50 % (EC50) fué calculada en 2.31 M. para perfusión intracoclear del D-JNKI-1 y en 2.05 M. para la aplicación en la ventana redonda.

Además, la protección de este péptido es aún efectiva hasta por 12 horas cuando se aplica sobre la ventana redonda después del trauma sonoro.

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