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A lo largo de la evolución, los seres vivos han desarrollado un sinfín de mecanismos que les permiten controlar de manera constante su ambiente interno, asegurando la estabilidad de los procesos biológicos y su subsecuente supervivencia. Los principios fisiológicos de esta capacidad inherente fueron postulados por primera vez en 1865 por el fisiólogo francés Claude Bernard, no obstante, su conceptualización fue alcanzada con éxito hasta la primera mitad del siglo XX por Walter B. Cannon en su libro: The Wisdom of the Body con el término homeostasis [1].

Hasta el día de hoy, existe un esfuerzo continuo que tiene como fin dilucidar el funcionamiento de los sistemas de regulación que subyacen esta “tendencia” al orden. Uno de los sistemas más fascinantes es aquel que involucra a la regulación de la muerte y supervivencia celular, un proceso que toma relevancia en los organismos pluricelulares debido a su necesidad de eliminar y reemplazar aquellas células dañadas, peligrosas u obsoletas durante su ciclo vital, manteniendo la homeostasis y, a su vez, previniendo el progreso de patologías.

Si bien la muerte celular ocurre mayormente de manera regulada a través de complejas maquinarias celulares que son susceptibles a modulación (p.ej. apoptosis), ésta también puede suscitarse de manera accidental mediante la exposición de la célula a condiciones físico-químicas muy agresivas (p.ej. daño mecánico, presión osmótica, entre otras) [2]. Estos sucesos no son aislados y ocurren de manera recurrente en el organismo, por ejemplo, un cuerpo humano adulto posee, en promedio, alrededor de 37.2 billones de células, de las cuales mueren diariamente alrededor de 200-300 mil millones [3].

En la actualidad, se conoce bastante acerca de las vías de señalización celular que conducen a la muerte regulada de las células, pero ¿qué sucede después con estos restos celulares? Evidentemente, el organismo requiere de procesos altamente especializados que le permitan controlar esta abismal cantidad de productos que derivan de la muerte celular. Dicho evento es denominado eferocitosis, palabra derivada del latín efferre, la cual significa “para llevar a la tumba” [4].

En las siguientes líneas describiremos los sucesos clave que conducen a la muerte celular regulada, enfatizando la apoptosis, y cómo los actores principales, los fagocitos, medían esta increíble “limpieza” celular.

Imagen obtenida de https://medlineplus.gov/images/PX00007W_PRESENTATION.jpeg

Apoptosis: crónica de una muerte casi anunciada

La apoptosis es el modelo de muerte celular programada por excelencia y es desencadenada cuando las señales que promueven la muerte sobrepasan aquellas señales que favorecen la supervivencia, exhibiendo su fina regulación dentro de la célula [2]. Desde que fue descrita por primera vez en 1972, se ha observado su participación activa en una gran cantidad de procesos fundamentales, tales como en el desarrollo embrionario, la eliminación de células autorreactivas del sistema inmune y en la renovación celular de los tejidos [2, 5].

Grosso modo, la apoptosis puede desencadenarse a través de dos vías distintas: la vía mitocondrial (intrínseca) o la vía por activación de los receptores de muerte que están en la superficie celular (extrínseca) (figura 1).

La primera es caracterizada por la permeabilización de la membrana externa de la mitocondria (MOMP, por sus siglas en inglés), lo cual desencadena la liberación de proteínas que de manera natural se encuentran en el interior de la mitocondria, al citoplasma [6]. Dentro de estas proteínas encontramos a la citocromo C que, una vez liberada, es capaz de interaccionar y formar un complejo llamado apoptosoma con APAF1 (del inglés, apoptotic protease-activating factor 1), permitiendo la activación de la caspasa 9 (las caspasas son una gran familia de enzimas proteolíticas) quien, a su vez, activará a las caspasas 3 y 7, las protagonistas que conducirán la fragmentación de proteínas que son esenciales para la célula, provocando la muerte celular [7].

Esta vía intrínseca es activada gracias a proteínas “centinelas” que se encuentran dentro de la célula en espera de alguna señal de estrés (p.ej. daño al ADN) que amerite la permeabilización de la membrana externa de la mitocondria [7-8]. Por otro lado, la vía extrínseca está caracterizada por la estimulación de receptores de muerte que se encuentran en la superficie celular, tal como lo es Fas (también conocido como CD95), ésto promueve el reclutamiento y activación de la caspasa 8 en el interior de la célula, lo cual conducirá a la activación, al igual que en la vía intrínseca, de las caspasas efectoras 3 y 7 [9]. Históricamente, se ha considerado que la activación de las caspasas efectoras 3 y 7 representa un punto de no retorno en la apoptosis, es decir, una muerte inevitable. Sin embargo, se ha visto que las células son capaces de sobrevivir… ¡Incluso después de que estas caspasas hayan sido activadas!, un proceso denominado anastasis [10].

Figura 1. Vía extrínseca e intrínseca de la apoptosis. Imagen modificada de Bedoui et al., 2020.

Durante la apoptosis, la célula va adquiriendo una serie de cambios morfológicos bastante característicos: compactación citoplasmática, contracción y fragmentación nuclear, abultamiento de la membrana celular (lo que conducirá a la formación de micropartículas llamadas cuerpos apoptóticos que evitarán la liberación de moléculas intracelulares proinflamatorias), entre otros [11-12]. De manera interesante, a pesar de que la mayor parte de las células que mueren es debido a la apoptosis, la presencia de células con estas características es muy escasa en los tejidos, incluyendo a aquellos que poseen una alta tasa de renovación celular [3]. Esta ironía puede explicarse a través de un sistema, extremadamente eficiente, que coordine la remoción de estos cuerpos senescentes. En un contexto fisiológico normal, estos eventos son realizados de forma rápida, específica y sin desatar reacciones inflamatorias (a excepción de aquellos sucesos de muerte celular causados por infección o por daño) en el tejido ya que, si no fuese así, los cuerpos en “descomposición” podrían ocasionar daños locales y promover el desarrollo de enfermedades autoinmunes [13].

Imagen obtenida de https://www.daviddarling.info/images/HIV-infected_cell_apoptosis.jpg 

Fagocitos: el equipo de limpieza

En términos biológicos, la eferocitosis es el proceso por el cual los fagocitos ingieren y digieren a las células muertas o que se encuentran en proceso de muerte celular [13]. Según sus características, los fagocitos pueden clasificarse en tres categorías (figura 2): i) profesionales, aquí se encuentran aquellos que tienen una alta eficiencia en la fagocitosis como lo son las células dendríticas y los macrófagos, éstos últimos mejor caracterizados en la ingestión de las células apoptóticas; ii) no profesionales, como las células epiteliales y los fibroblastos, los cuales, a pesar de tener una baja eficiencia en la fagocitosis, toman relevancia en zonas de difícil acceso en donde los macrófagos son escasos; y iii) especializados, en donde se encuentran mejor caracterizadas las células de Sertoli en los testículos y a las células retinales pigmentarias en el ojo [14].

Los fagocitos especializados se distinguen de las primeras dos categorías debido a su importancia en contextos tisulares específicos. Las células de Sertoli son los encargados de ingerir a las células germinales que sufrieron apoptosis durante la espermatogénesis, y las células retinales pigmentarias dirigen la eliminación de moléculas oxidadas como proteínas y lípidos que se acumulan en el segmento externo de los fotorreceptores como producto de la fototransducción (proceso en el cual un fotón genera una respuesta nerviosa en los fotorreceptores), un evento de “renovación” focalizado que promueve la supervivencia y actividad de los fotorreceptores [14, 15, 16].

Figura 2. Los fagocitos son los actores principales de la eferocitosis, guardianes de la homeostasis tisular en el organismo. P, profesional; NP, no profesional; SP, especializado. Imagen tomada de Arandjelovic y Ravichandran et al., 2015.

Encuéntrame y cómeme

Los fagocitos requieren de moléculas solubles que los recluten y guíen hacia los sitios en donde se encuentran las células senescentes, dichas moléculas son denominadas find-me signals. Estas señales son liberadas por las células que, por ejemplo, sufren apoptosis. Aquí encontramos a una gran cantidad de quimiocinas (p.ej. CX3CL1), lisofosfolípidos (p.ej. lisofosfatidilcolina), nucleótidos (p.ej. ATP, AMP y UTP), entre otros [17]. La liberación de estas moléculas al medio extracelular ocurre a través de mecanismos de transporte específicos, algunos de ellos curiosamente dependientes de la actividad de caspasas [18]. Posteriormente, estas moléculas que se encuentran en el medio son percibidas a través de múltiples receptores que son expresados en la superficie de los fagocitos, cada uno de estos receptores son altamente específicos y su expresión dependerá del tipo celular. Por ejemplo, existen muchas clases de receptores que reconocen nucleótidos (p.ej. P2Y2/6/12/13/14), entre ellos P2Y12 es altamente expresado en células de la microglia (referidos comúnmente como ‘los macrófagos del sistema nervioso central’) [16, 18]. Interesantemente, aún queda mucho por descubrir acerca de cómo los gradientes de estas find-me signals coordinan la migración de los fagocitos en la dirección correcta.

Además, la gran variedad de moléculas que permiten la atracción de los fagocitos expone un tipo de redundancia que asegura que las células muertas no pasen desapercibidas en el tejido [9].

Ahora que los fagocitos saben de la existencia de las células apoptóticas, y se encuentran lo suficientemente cerca de ellas, éstos hacen uso de otra gran gama de receptores que les van a permitir discernir si la célula aledaña corresponde a una célula sana o a una que necesita ser engullida. Las señales que le indican al fagocito que deben engullir a la célula son denominadas eat-me signals [18]. Hoy en día se han caracterizado múltiples de estas señales (p.ej. ICAM-3, calreticulina, proteínas del complemento como C1q), sin embargo, la más estudiada, ubicua e importante es, sin duda, fosfatidilserina (FtdSer) [14, 18, 19].

Las membranas biológicas están constituidas por una vasta diversidad de lípidos que poseen distintas características físico-químicas. Dentro de esta gran variedad encontramos a la FtdSer, el más abundante glicerofosfolípido negativamente cargado de las membranas eucariotas, componente indispensable de la membrana plasmática y de organelos como el retículo endoplasmático y la mitocondria [16, 19]. Al igual que otros glicerofosfolípidos, FtdSer es sintetizada en estructuras intracelulares llamadas membranas asociadas a mitocondria (MAMs), dominios localizados entre la mitocondria y el retículo endoplasmático [20]. Después de su biosíntesis, FtdSer es transportada hacia la membrana plasmática por proteínas acarreadoras donde es mantenida activamente en la cara citoplasmática. Las responsables de este proceso son las flipasas, proteínas encargadas de translocar continuamente fosfolípidos desde la cara externa de la membrana hacia la cara interna [19, 20](figura 3).

En células sanas, la FtdSer (cerca del 100%)  reside en la sección citoplasmática, no obstante, en procesos de muerte celular como la apoptosis, otras proteínas denominadas escramblasas participan en el colapso de esta simetría de los fosfolípidos de la membrana, exponiendo la mayor parte de FtdSer en la cara externa [16, 20](figura 3). Curiosamente, FtdSer como eat-me signal es un mecanismo altamente conservado a lo largo de la evolución, el cual se ha visto incluso en el nemátodo Caenorhabditis elegans [14]. Por lo tanto, FtdSer es una molécula excepcional que permite a los fagocitos distinguir entre células sanas y senescentes. El reconocimiento de FtdSer es considerado redundante debido a la gran diversidad de receptores y proteínas adaptadoras que reconocen este glicerofosfolípido (figura 4).  Sin embargo, existen perspectivas que indican que esta redundancia posiblemente indica interacciones mucho más complejas dependiendo el contexto y tipo de muerte celular.

Figura 3. Las flipasas y escramblasas son las encargadas de mantener e irrumpir, respectivamente, la simetría de la membrana plasmática. Imagen tomada de Lemke, 2019.

Figura 4. El reconocimiento de la FtdSer por parte de los fagocitos es redundante debido a la gran diversidad de moléculas que interactúan con ella. Imagen tomada de Lemke, 2019.

Como le hemos mencionado, el proceso de eferocitosis requiere ser discreto, sin desatar inflamación. La interacción con las células apoptóticas a través de los receptores permite al fagocito inhibir vías de señalización inflamatorias, evitando la producción de citocinas pro-inflamatorias como TNF e IL-6 [3].

Internalización y procesamiento: reciclaje celular

Una vez que interaccione directamente con la célula apoptótica, el fagocito desatará una compleja cascada de señalización que le permitirá reordenar su citoesqueleto para poder conducir la internalización del cuerpo y la formación de los fagosomas (vesículas citoplasmáticas que se originan por fagocitosis). Estos fagosomas tendrán como destino fusionarse con los lisosomas para formar un fagolisosoma, los cuales contendrán todas las moléculas (p.ej. proteínas proteolíticas) y condiciones necesarias (p.ej. pH ácido) para poder degradar.

El metabolismo detrás de la degradación de la  célula apoptótica o cargo es bastante regulado e involucra una gran cantidad de vías de señalización celular que conducirán a la reutilización de moléculas provenientes del cargo (aminoácidos, azúcares, lípidos y nucleótidos) [9]. A su vez, la internalización y procesamiento es un evento que permite la inmunosupresión gracias a la liberación de esteroles que se producen a partir de la degradación del cargo, una señal que estimulará la producción de citocinas anti-inflamatorias como IL-10 y TGFβ [3].

Figura 5. Los fagocitos/eferocitos requieren de find-me signals que les permitan encontrar a las células apoptóticas, una vez que estén suficientemente cerca, éstos utilizarán una gran gama de moléculas para reconocer las eat-me signals que se encuentran en la superficie de la célula senescente. Por último, ocurrirá un reordenamiento del citoesqueleto que conducirá a la formación de un fagolisosoma que se encargará de degradar el cargo. Imagen tomada de Doran et al., 2020.

Y… ¿Si algo sale mal?

Existe una gran variedad de ejemplos en los que una deficiencia en la eferocitosis puede conducir al desarrollo de patologías. Uno de los desórdenes más comunes en el cual existe una falla en la eferocitosis es el lupus eritematoso sistémico, en donde se observa una gran cantidad de células muertas en sangre, piel y nódulos linfáticos. Esto implica la circulación y persistencia de autoantígenos, tal como ADN extracelular, en el organismo. Además, se ha visto que pacientes que padecen esta enfermedad poseen complejos de autoanticuerpos que se depositan y acumulan en el riñón [3]. Estos eventos conducen a una constante inflamación desatada por el mismo organismo que puede conducir a daños sistémicos [21].

Por otra parte, se ha visto una desregulación en la expresión de proteínas cruciales para el correcto progreso de la eferocitosis en enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis múltiple, Alzheimer, Parkinson y la enfermedad de Huntington.

Lo mismo se ha visto en infertilidad masculina (asociado potencialmente a un defecto de las células de Sertoli), degeneración de la retina (vinculado con las células retinales pigmentarias), obesidad, diabetes, artritis reumatoide, desórdenes pulmonares y hepáticos, entre otros [3, 9, 21]. Todo esto exhibe la importancia de la eferocitosis en el organismo, por lo que es menester entender a fondo sus mecanismos subyacentes para el desarrollo de terapias.

¿Qué pasa con las células que no mueren por apoptosis?

Lo que hemos discutido corresponde a la remoción de los cuerpos celulares derivados de la apoptosis. Sin embargo, desde hace ya mucho tiempo se han descrito una gran diversidad de formas no convencionales de muerte celular, dentro de las cuales encontramos a la ferroptosis, necroptosis, piroptosis, por autofagia excesiva, entre otras [4, 22]. Cada una de estas muertes celulares tienen características específicas, una particular expresión de moléculas de superficie que se exponen durante su decadencia, distintos efectos inflamatorios y una respuesta diferencial por parte de los fagocitos ante éstas. Hasta ahora, no se ha descrito finamente la interacción que tienen los eferocitos con estas células moribundas no convencionales (figura 6). No obstante, múltiples avances se han hecho con respecto a la expresión de moléculas que pudiesen compartir entre ellas como, por ejemplo, la FtdSer [22]. 

La gran diversidad de muertes celulares deja una gran serie de incógnitas dentro del campo, las cuales nos permitirán entender más a fondo el control de la homeostasis y las consecuencias fisiológicas que trae consigo una deficiencia en la remoción de los cuerpos celulares senescentes.

Figura 6. Aún queda mucho por descubrir acerca de las interacciones que tienen los eferocitos con las células que sufren muerte celular no convencional, por lo que representa un amplio campo de investigación que nos permitirá entender más a fondo escenarios fisiológicos y patológicos. Imagen tomada de Kumar y Birge, 2016.

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Referencias:

1. Banfalvi G. (2014) Homeostasis. En: Homeostasis – Tumor – Metastasis (1-92). Springer, Dordrecht. https://doi-org.pbidi.unam.mx:2443/10.1007/978-94-007-7335-6_1
2. Gudipaty, S. A., Conner, C. M., Rosenblatt, J., & Montell, D. J. (2018). Unconventional Ways to Live and Die: Cell Death and Survival in Development, Homeostasis, and Disease. Annual Review of Cell & Developmental Biology, 34, 311–332. https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-100616-060748
3. Doran, A.C., Yurdagul, A.J., y Tabas, I. (2020). Efferocytosis in Health and Disease. Nature Reviews. Immunology, 20(4): 254-267, doi:10.1038/s41577-019-0240-6 
4. Kumar, S., & Birge, R. B. (2016). Efferocytosis. Current Biology, 26(13), R558–R559. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.01.059
5. Kaczanowski, S. (2016). Apoptosis: its origin, history, maintenance and the medical implications for cancer and aging. Physical Biology, 13(3), 031001. https://doi.org/10.1088/1478-3975/13/3/031001
6. Galluzzi, L., López-Soto, A., Kumar, S., & Kroemer, G. (2016). Caspases Connect Cell-Death Signaling to Organismal Homeostasis. Immunity, 44(2), 221–231. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2016.01.020
7. Chiara, M., Zalckvar, E., Kimchi, A., y Kroemer, G. (2007). Self-eating and self-killing: crosstalk between autophagy and apoptosis. Nature Reviews, Molecular Cell Biology, 8(9), 741–752. https://doi.org/10.1038/nrm2239
8. Bedoui, S., Herold, M. J., & Strasser, A. (2020). Emerging connectivity of programmed cell death pathways and its physiological implications. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 11, 678.
9. Boada-Romero, E., Martinez, J., Heckmann, B. L., & Green, D. R. (2020). The clearance of dead cells by efferocytosis. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7, 398.
10. Sun, G., & Montell, D. J. (2017). Q&A: Cellular near death experiences-what is anastasis? BMC Biology, 15(1), 92. https://doi.org/10.1186/s12915-017-0441-z
11. Prado, M. F., Llanes, L., Díaz, T. y Faxas, M. E. (1997). Apoptosis: sus características y papel en la transformación maligna de la célula. Revista cubana de Oncología, 13 (57): 126-134 http://bvs.sld.cu/revistas/onc/vol13_2_97/onc11297.htm
12. Sachet, M., Liang, Y. Y., & Oehler, R. (2017). The immune response to secondary necrotic cells. Apoptosis : An International Journal on Programmed Cell Death, 22(10), 1189–1204. https://doi.org/10.1007/s10495-017-1413-z
13. Rothlin, C. V., Hille, T. D., & Ghosh, S. (2020). Determining the effector response to cell death. Nature Reviews. Immunology. https://doi.org/10.1038/s41577-020-00456-0
14. Arandjelovic, S., & Ravichandran, K. S. (2015). Phagocytosis of apoptotic cells in homeostasis. Nature Immunology, 9, 907.
15. Lledó-Riquelme, M., Campos-Mollo, E., Cuenca, N. (2010). La transducción visual. Annals d’Oftalmologia, 18(3), 130-136
16. Lemke, G. (2019). How macrophages deal with death. Nature Reviews. Immunology, 19(9), 539–549. https://doi.org/10.1038/s41577-019-0167-y
17. Niloofar Karaji, & Quentin J. Sattentau. (2017). Efferocytosis of Pathogen-Infected Cells. Frontiers in Immunology, 8. https://doi.org/10.3389/fimmu.2017.01863
18. Poon, I. K. H., Lucas, C. D., Rossi, A. G., & Ravichandran, K. S. (2014). Apoptotic cell clearance: basic biology and therapeutic potential. Nature Reviews Immunology, 14(3), 166–180. https://doi.org/10.1038/nri3607
19. Beves, E. M., y Williamson, P. L. (2016). Getting to the Outer Leaflet: Physiology of Phosphatidylserine Exposure at the Plasma Membrane. Physiological Reviews, 96(2), 605–645. https://doi.org/10.1152/physrev.00020.2015
20. Boeltz, S., Wanderley, J., Birge, R. B., Kumar, S., Carlson, J., Calianese, D., Barcinski, M., Brekken, R. A., Huang, X., Hutchins, J. T., Freimark, B., Empig, C., Mercer, J., Schroit, A. J., Schett, G., y Herrmann, M. (2016). Phosphatidylserine is a global immunosuppressive signal in efferocytosis, infectious disease, and cancer. Cell Death and Differentiation, 23. https://doi.org/10.1038/cdd.2016.11
21. Anderton, H., Wicks, I. P., & Silke, J. (2020). Cell death in chronic inflammation: breaking the cycle to treat rheumatic disease. Nature Reviews. Rheumatology, 16(9), 496–513. https://doi.org/10.1038/s41584-020-0455-8
22. Klöditz, K. y Fadeel, B. (2019). Three cell deaths and a funeral: macrophage clearance of cells undergoing distinct modes of cell death. Cell Death Discovery, 5(1), 1–9. https://doi.org/10.1038/s41420-019-0146-x