ASPECTOS MOLECULARES DEL ENVEJECIMIENTO

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ASPECTOS MOLECULARES
DEL ENVEJECIMIENTO

ASPECTOS MOLECULARES DEL ENVEJECIMIENTO
1a. edición, México, 2012
SECRETARÍA DE SALUD
© 2012 INSTITUTO DE GERIATRÍA
ISBN 978-607-460-281-4
Coordinadoras de obra:
Eunice López Muñoz, Nora M. Torres Carrillo
Coordinación editorial:
Nora M. Torres Carrillo
Corrección de estilo:
Lilia Sandra Luna Pérez
Diseño:
Héctor Efrén Lara Dávila
Este material puede ser copiado, reproducido, modificado
y distribuido por cualquier medio físico o electrónico,
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permiso de los propietarios de los derechos. Los derechos
comerciales siguen siendo propiedad del autor.
Favor de citar de la siguiente manera:
López Muñoz E y Torres Carrillo NM (coords.) (2012).
Aspectos moleculares del envejecimiento. México:
Instituto de Geriatría.
Instituto de Geriatría.
Periférico Sur 2767, Col. San Jerónimo Lídice,
Del. Magdalena Contreras, México, D.F. C.P. 10200
www.geriatria.salud.gob.mx
Impreso en México/Printed in Mexico

ASPECTOS MOLECULARES
DEL ENVEJECIMIENTO
Eunice López Muñoz
Nora M. Torres Carrillo
coordinadoras
México, 2012

Salomón Chertorivski Woldenberg
Secretario de Salud
Germán Fajardo Dolci
Subsecretario de Integración y Desarrollo del Sector Salud
Pablo Kuri Morales
Subsecretario de Prevención y Promoción de la Salud
Laura Martínez Ampudia
Subsecretaria de Administración y Finanzas
David García-Junco Machado
Comisionado Nacional de Protección Social en Salud
Mikel Andoni Arriola Peñalosa
Comisionado Federal para la Protección contra Riesgos
Sanitarios
Romeo Sergio Rodríguez Suárez
Titular de la Comisión Coordinadora de los Institutos
Nacionales de Salud y Hospitales de Alta Especialidad
Miguel Limón García
Titular de la Unidad Coordinadora de Vinculación y
Participación Social
Francisco Caballero García
Titular de Análisis Económico
Guillermo Govela Martínez
Coordinación General de Asuntos Jurídicos y Derechos
Humanos
Carlos Olmos Tomasini
Director General de Comunicación Social
Dr. Luis Miguel Gutiérrez Robledo
Director General del Instituto de Geriatría
Dr. J. Héctor Gutiérrez Ávila
Director de Investigación
Dra. Flor Ma. de Guadalupe Ávila Fematt
Directora de Enseñanza y Divulgación

Índice
Prólogo
Medicina antienvejecimiento
Agustín Lugo Radillo
Metodología de la investigación biomédica en materia de envejecimiento
Eunice López Muñoz
Judith Villa Morales
Síndromes progeroides como modelo de estudio del proceso de envejecimiento
Eunice López Muñoz
Manifestaciones del envejecimiento a nivel citogenético
Ana Claudia Velázquez Wong
Aplicación de la genómica y la proteómica en el estudio de las bases moleculares del envejecimiento
Argelia E. Rojas Mayorquín
Verónica Palomera Ávalos
Ana Laura Márquez Aguirre
Daniel Ortuño Sahagún
Regulación epigenética del envejecimiento
Ingrid Fetter Pruneda
Leonora Olivos Cisneros
Gabriel Gutiérrez Ospina
Shaday Michán
Mitocondria y envejecimiento
Mina Konigsberg
Daño oxidativo, sistemas de defensa y reparación del DNA en el envejecimiento
Armando Luna López
Mecanismos de degradación de proteínas en el envejecimiento
Viviana Pérez I.
Mina Konigsberg
La autofagia en el proceso de envejecimiento
Susana Castro
Participación de la reactivación del ciclo celular en el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer
Karina Hernández Ortega
Clorinda Arias
Ricardo Quiroz Baez
7
9
19
31
41
49
61
71
81
89
101
111

Enfermedad de Alzheimer
Perla Moreno Castilla
Luis Bernardo Tovar y Romo
Enfermedad de Parkinson
Perla Moreno Castilla
Luis Bernardo Tovar y Romo
Mecanismos de envejecimiento cardiovascular
María del Carmen Palacios Reyes
Mecanismos de envejecimiento músculo-esquelético, sarcopenia
Carmen Ríos
Entre la Escila del cáncer y la Caribdis del envejecimiento
Jesús Aguirre Hernández
ANEXO
Informática para el estudio del envejecimiento
Layla Michán
Claudia Itzel Pedraza
Israel Muñoz Velasco
125
139
147
161
173
183

PRÓLOGO
El envejecimiento se manifiesta como un declive funcional asociado a múltiples cambios sistémicos a lo largo de la
vida. El inicio y el ritmo de este declive presenta variaciones significativas en los diferentes órganos de un individuo;
estas variaciones se presentan también entre los individuos y entre las poblaciones. Los hallazgos científicos coinciden
en que el envejecimiento es un fenómeno multifactorial que involucra a los diferentes niveles de organización biológica
(genes, células, tejidos, sistemas y el organismo como una unidad funcional). Este proceso conduce paulatinamente
a la fragilidad y la disfunción en la edad avanzada, que eventualmente se manifiesta en el desarrollo de numerosas
patologías degenerativas. Sin embargo, observaciones científicas indican que el envejecimiento es un proceso
modulado por diferentes mecanismos moleculares, tal como se observa en nematodos que, gracias a una mutación
aislada, alcanzan una longevidad funcional mayor que el resto de los individuos de su misma especie.
A lo largo de varias décadas hubo escaso interés en el campo de la biología molecular por el estudio de los mecanismos
de regulación del envejecimiento, pues se consideraba que éste era un proceso pasivo y entrópico de deterioro orgánico.
Los hallazgos científicos han mostrado, sin embargo, que se trata de un proceso biológico, sujeto a regulación por las
vías de señalización y factores de transcripción. Muchas de estas vías fueron primero descubiertas en organismos
de vida corta como las levaduras, los gusanos y las moscas, y algunas de ellas están implicadas en la longevidad de
los mamíferos. Actualmente se acepta que la interferencia de ciertas vías de señalización y la modulación del aporte
nutricio pueden extender la longevidad de una variedad de organismos tan diversos como levaduras, gusanos, moscas
y ratas.
Aunque se conocen algunas de estas vías y su regulación por factores genéticos y epigenéticos, persisten muchas
interrogantes. Por ello, la comprensión de las bases celulares y moleculares del proceso de envejecimiento se ha
convertido en un objetivo relevante entre los profesionales que se dedican a la investigación básica. El avance en este
campo de la investigación tiene numerosas implicaciones para un mundo que envejece.
El porcentaje de la población de adultos mayores crece con mayor rapidez que el resto de los otros grupos etarios,
de manera que el disfrutar una vejez sana y activa se ha convertido en una prioridad global. En este contexto, la
investigación en torno a la biología del envejecimiento está logrando un desarrollo significativo, como se demuestra
en los capítulos que integran este texto, lo cual genera expectativas de que en el futuro se podrá contender de manera
efectiva con diversas enfermedades asociadas con la edad a través de la modulación del proceso de envejecimiento.
Este libro se integra a otras obras promovidas por el Instituto de Geriatría relativas al vasto campo de la investigación
sobre el envejecimiento y se enfoca a los aspectos moleculares de este proceso desde una perspectiva integradora,
destacando los avances más recientes y sus implicaciones futuras para la investigación básica. Los 16 capítulos de
esta obra describen de manera concisa las características más relevantes acerca de los mecanismos moleculares
del envejecimiento destacando su relación con la etiología de las enfermedades crónicas, como son los trastornos
neurodegenerativos, enfermedad cardiovascular y sarcopenia. Cabe destacar que los autores cuentan con una amplia
experiencia y reconocimiento en sus áreas de investigación; sus contribuciones analizan de manera accesible los temas
relacionados con aspectos moleculares sustantivos del envejecimiento. En suma, la información aquí vertida será de
valioso apoyo para los profesionales de la salud dedicados al cuidado de los pacientes, a los investigadores del área
epidemiológica y social, así como a estudiantes de las ciencias de la salud.
Dr. Luis Miguel F. Gutiérrez Robledo Dr. J. Héctor Gutiérrez Ávila
Director General Director de Investigación
Instituto de Geriatría

MEDICINA
ANTIENVEJECIMIENTO
Agustín Lugo Radillo
Departamento de Investigación Básica,
Instituto de Geriatría.
alugor@hotmail.com

10
ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA BÚSQUEDA
DEL INCREMENTO DE LA LONGEVIDAD EN LA
ESPECIE HUMANA
La búsqueda del incremento de la longevidad ha estado
presente en la mente del hombre desde que éste tiene
conciencia, como ha quedado de manifiesto en las diferentes
culturas que han existido a lo largo de la historia. Ante la
imposibilidad de incrementar grandemente la longevidad
mediante el uso de la medicina tradicional –y al seguir
siendo presa de las infecciones y factores ambientales–,
las sociedades precontemporáneas se concentraban en
el campo espiritual para tratar de extender su existencia
posterior a la muerte, la cual se consideraba una transición
hacia una nueva etapa. Para algunas de esas civilizaciones
precontemporáneas sumamente desarrolladas –como la
azteca, la maya y las culturas del altiplano y el occidente
mexicano–, la muerte era un umbral a través del cual se
pasaba a una vida eterna. Hacia el año 1000 a.C., para
buscar tal prolongación existencial, los mayas recurrían al
psicoducto, que conectaba su tumba con el exterior y las
generaciones subsecuentes. Esto se complementaba, al
igual que en las culturas del centro y occidente de México,
con rituales y arreglos funerarios que incluían objetos y
animales que servirían y acompañarían, respectivamente,
al espíritu del difunto a lo largo de su viaje hacia otra
etapa existencial. El tipo de vida que se tendría después
de fallecer dependía de la forma en que sucedía la muerte,
de los rituales realizados antes del deceso y de las ofrendas
colocadas en la tumba, especialmente la presencia de un
perro o lobo que guiara a las almas hacia el inframundo
(Cabada-Izquierdo, 1992; FIelds, 2005; Graulich, 2011).
A su vez, los egipcios (3150 a.C.) y los incas (siglo XII
d.C.) concentraban su atención en la preservación del
cuerpo después de morir, pues creían que era importante
conservar la integridad física para tener vida después de
la muerte. Los incas, en particular, creían que después
de la vida existía una etapa similar a la actual en otro
plano. Muchas veces, si el difunto era miembro de la
nobleza, se sacrificaba a sus sirvientes y concubinas para
que lo acompañaran y atendieran en la otra vida (Age-
Retardation, 2011; Aufderheide, 2003; London, 2011).
En Asia, la búsqueda se centró más en la extensión de
la vida en el plano físico que en el espiritual. En esta
cruzada, la unión de la mitología y la astrología con
conocimientos empíricos dio origen a la alquimia, una
protociencia que echó raíces desde 2500 a.C. La alquimia
tenía por objetivos principales conseguir el elixir de la vida
y transformar metales en oro. El elixir de la vida era una
poción que supuestamente prolongaría la existencia de
quien la consumiese, pero también era capaz de crear y
devolver la vida. Fue buscado por diversas civilizaciones
con resultados negativos y cada cultura le dio distinto
nombre por ejemplo, amrit en India y panacea o ambrosía
en Grecia. Los chinos también creían que el consumo
de jade, cinabrio, hematita u oro, o de pociones con
sulfuro, mercurio y arsénico podían alargar la longevidad.
Sin embargo, dichos elixires a menudo eran tóxicos y
contribuyeron, aparentemente, a la muerte de diversos
gobernantes chinos, como el primer emperador de la China
unificada (221 a.C.), Qin Shi Huang, quien murió a causa
de las píldoras de mercurio que le prescribían sus médicos.
La búsqueda del elixir continuó en el Medievo y se extendió
hasta siglos después. Nuevas sustancias que, se aseguraba,
tenían la propiedad de alargar la vida surgieron a través del
tiempo. En el siglo VIII a.C., Herodoto hablaba en Grecia
de un agua que devolvía la salud y la vida. Juan Ponce
de León emprendió en 1513 una expedición a Florida en
busca de dicha agua, la cual, por supuesto, nunca encontró.
La creencia en la alquimia no se limitaba a ciertos sectores
de la sociedad; científicos tan notables como Roger Boyle
(siglo XVII) e Isaac Newton (siglo XVIII) también la
incluyeron en sus actividades. El alquimismo terminó por
ceder ante el avance de la ciencia. La búsqueda intensa
de la mera extensión de la vida se diluyó y perdió fuerza
al considerarse un evento imposible y fantasioso. Sin
embargo, el deseo ha persistido de manera implícita en
la mayoría de las religiones, las cuales, si bien aceptan la
terminación de la vida física, proclaman la inmortalidad del
individuo en su alma. Algunas religiones incluso hablan
de un retorno casi inmediato al plano físico a través de la
rencarnación del individuo (Chey, 2006; Gomara, 1954;
Hannabuss, 2003; Peck, 2000; Principe, 1998; Westfall,
1983; Wright, 2001).

11
MEDICINA ANTIENVEJECIMIENTO
Medicina antienvejecimiento contemporánea
En la segunda parte del siglo XX, los científicos comenzaron
a formular sólidas teorías evolutivas y moleculares acerca
de los mecanismos y causas del envejecimiento. La
expansión de la vida mediante la restricción calórica,
observada primeramente en roedores, cobró auge pero
decayó rápidamente en popularidad y momento debido
a complicaciones psicológicas transitorias observadas en
los sujetos a prueba y a la difícil exigencia de sujetarse a
un bajo consumo de calorías. En Biósfera 2 –experimento
que consistía en crear en Arizona un hábitat cerrado
autosustentable destinado a desarrollar un sistema de
colonización en otros planetas–, la inquietud y hambre
persistente de los ocupantes estuvieron entre los factores
que causaron el fracaso del proyecto. La mayoría de la
comunidad científica ahora persigue la extensión de la vida
Figura 1. Símbolos de vida eterna en distintas culturas. La longevidad y la vida eterna están presentes como idea común en el
simbolismo de distintas civilizaciones geográficamente aisladas entre sí. a) Anj, el jeroglífico egipcio que simboliza vida eterna. b)
El jade era símbolo de eternidad para los olmecas, zapotecas y mayas. Los olmecas lo colocaban en la lengua de sus muertos como
símbolo de existencia continua. c) El ave fénix es un animal mitológico presente en las culturas egipcia, siria, persa y romana como
símbolo de inmortalidad (Gordon, 2004; Grube, 2006; Herodotus, 1998).
Figura 2. La fuente de la eterna juventud. La creencia en la existencia de aguas que curaban y devolvían la vida era moneda común
en Oriente Medio y Grecia, posteriormente aceptada en el resto de Europa. I) Juan Ponce de León lideró una expedición a Florida en
busca de esas aguas. II) La fuente de la juventud, pintura de Lucas Cranach (1546 d.C).

INSTITUTO DE GERIATRÍA
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principalmente como un resultado indirecto o secundario
al tratamiento y cura de las enfermedades y cambios
patológicos asociados al envejecimiento. Es decir, cuando
logremos manipular dichos padecimientos, estaremos en
condiciones de vivir más y con mayor calidad (CR Society,
2011; Weindruch, 1988).
Razones del extensionismo
La aspiración de vivir por mayor tiempo no transgrede
las leyes naturales, de acuerdo con la evidencia científica
con la que se cuenta en la actualidad, la cual indica
que el envejecimiento no es un evento genéticamente
programado, sino una consecuencia del “abandono” de los
procesos de selección natural una vez que la reproducción
se ha llevado a cabo. Envejecer es un proceso biológico
común y, por lo tanto, normal. Sin embargo, también es el
resultado de un daño molecular agregado y progresivo que
terminará por comprometer los mecanismos fisiológicos
y, finalmente, generará la muerte. Al contrario de lo que
se creía en el pasado, hoy sabemos que nadie muere de
envejecimiento puro, incluso en organismos longevos
siempre se encuentra un órgano con una patología aguda
desencadenante de la muerte. Desde el punto de vista de
la medicina biogerontológica, este daño acumulado debe
ser reparado.
Bioética de la extensión de la vida
La extensión de la vida es un tema polémico en el que la
ciencia, la bioética, la religión y la moral tienen opiniones
encontradas. Algunos expertos en bioética no concuerdan
con la idea de que la extensión de la vida es un fin
noble. Lo consideran contra natura y egoísta, pues en su
opinión la muerte es un don que le da sentido a la vida
en el ámbito personal al hacer consciente al individuo de
su existencia limitada. Argumentan que sin la muerte la
sociedad detendría su progreso al decrecer la motivación
individual. Por otra parte, la mayoría de dichos expertos
está de acuerdo con incrementar la vida de los individuos,
pero también enuncian las potenciales consecuencias
sociales, económicas y de supervivencia de la propia
especie. El deseo de extender la existencia sin un objetivo
médico es considerado por ellos un concepto egoísta e
inmoral, pero cuando la justificación de esta extensión
se basa en el hecho de que al conocer, controlar y/o
modular los mecanismos moleculares que producen –o se
suscitan en– el envejecimiento se posibilitará la cura de las
enfermedades asociadas y la disminución del sufrimiento
intrínseco, esta causa cobra una dimensión éticamente
positiva y de beneficio social y económico claro. La
inmortalidad es un evento imposible, por lo que la muerte
siempre será la compañera de la existencia humana, pero
sin el sufrimiento o desgaste físico como antesala.
Las consecuencias de una extensión de la vida darían pie a
cambios sociales profundos. Por ejemplo, en las dinámicas
familiares, al requerir que los individuos jóvenes empleen
más tiempo en cuidar a los adultos mayores. Por otra parte,
si bien las enfermedades tendrían un menor peso sobre
los sistemas de salud, con el consecuente ahorro enorme
en este rubro, habría un gasto inmenso en el sistema de
pensiones. La economía y la industria deberán buscar
alternativas para llenar el espacio que una población joven
cada vez más reducida deja en los sistemas de producción.
Si las predicciones fallan y las tasas de natalidad no
disminuyen, el incremento desmedido de la población
en general y de la población senil en particular serán
catastróficos para toda la humanidad. Asimismo, nuestra
especie sufrirá cambios que dependerán de la edad en
la que los humanos se reproduzcan, de si su estructura
genética se mantiene o no libre de mutaciones acumuladas
o cambios epigenéticos severos y de si su menopausia se
modifica o desaparece. Otro gran problema estriba en
determinar cómo asegurar el libre acceso a la terapia de
extensión de vida cuando ésta se presente en un mundo
dominado por corporaciones comerciales. Así como los
medicamentos tienen un precio que limita su acceso a la
población global, el reto será distribuir homogéneamente
dichas estrategias terapéuticas para evitar la generación
de dos clases de individuos: aquellos con una esperanza de
vida reducida y otros cuya existencia será más prolongada
y con mayor calidad.
Aunque por el momento estas ideas se vinculen a la ciencia
ficción, la revolución en el campo de la biología molecular
ha hecho que los primeros avances científicamente
serios ya se hayan dado y que su conclusión exitosa sea
virtualmente inevitable. No sabemos cuándo, pero será
posible (Museo de Sitio Manuel Chávez Ballón, 2011;
Davis, 2004; Horrobin, 2005).
Cambios en la longevidad humana a través del
tiempo
La esperanza de vida de los humanos ha variado a lo

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largo de su existencia. En la prehistoria era de 30 años;
en las antiguas Roma y Grecia, se mantuvo en esa
misma edad a causa del hacinamiento de la población
y a la consiguiente aparición de enfermedades como la
tuberculosis y la fiebre tifoidea. Durante la Edad Media,
la esperanza de vida aumentó sólo a 35 años debido
principalmente a hambrunas y epidemias. En el siglo XIX,
el cólera e infecciones causadas por deficiencias sanitarias
como la tuberculosis hicieron que alcanzara apenas los
40 años. El descubrimiento y desarrollo de antibióticos,
las mejoras en la ingeniería sanitaria y el desarrollo de la
salud pública y la terapéutica médica lograron llevar la
esperanza de vida a los 81 años en el siglo XX y a los 83
años en la primera década del siglo XXI. Sin embargo, este
indicador aún difiere entre sexos, estratos económicos y
países. Las epidemias de enfermedades como el sida y los
conflictos armados la han reducido en varias naciones a
cifras características de décadas anteriores. Su disparidad
geográfica es tal que el promedio de vida global se reduce
a 68 años, con un máximo de 83 años en Japón (79 años
para hombres y 86 años para mujeres) y un mínimo de 42
en Afganistán (40 años para hombres y 44 para mujeres)
y Zimbabwe (42 años para hombres y mujeres) (Galor,
2007; OMS, 2011; Parkin, 1992; Shrestha, 2006).
Así, pues, la extensión de la vida no es algo nuevo, sino
que se ha desarrollado de manera gradual e indirecta al
mejorar la salud de los individuos y disminuir su mortalidad
extrínseca, principalmente. Las causas más comunes de
mortalidad en los países desarrollados en la actualidad son
ya de carácter intrínseco: enfermedades cardiovasculares
y cáncer. Nuevos tratamientos más eficaces sin duda
elevarán las cifras ya alcanzadas. A pesar de ello, aun
retirando estos padecimientos y la mortalidad extrínseca,
la vida del humano parece tener un límite inmodificable, lo
cual se aprecia en las estadísticas de longevidad máxima.
El récord de longevidad máxima en el humano es 122.5
años, el cual solo ha sido alcanzado por una persona de
los 7000 millones que viven en este planeta. Los últimos
registros muestran que menos de 0.3% de las personas en
el planeta son mayores de 100 años. Estos centenarios
tienen, al parecer, mutaciones en algunos genes que les
han permitido ser tan longevos, pero al mismo tiempo más
saludables (ABS, 2010; Shrestha, 2006; UN, 1998).
Basados en estos hechos, la gerontología biomédica
en el presente se centra en entender y estudiar los
procesos moleculares que conllevan al envejecimiento
y enfermedades relacionadas, y que retardan el
envejecimiento en modelos animales y en centenarios
para desarrollar terapéuticas médicas y estrategias de
prevención.
Estrategias para extender la vida
Estrategias generales
Los mayores logros en la extensión de la vida se han
obtenido en modelos animales. La restricción calórica
fue uno de los primeros descubrimientos en el campo,
a lo que siguió el hallazgo de genes cuyas mutaciones
prolongaban la vida de los organismos en estudio por días,
semanas o años. Algunos de estos genes forman parte
de mecanismos o sistemas de regulación presentes en
el humano; la complejidad en este último, aunado a que
estas mutaciones producen efectos deletéreos graves, no
ha permitido trasladar directamente dichos hallazgos al
campo terapéutico. Desde hace varias décadas, las grandes
estrategias generales para incrementar la longevidad
han sido la criopreservación, la ingeniería genética, la
farmacoterapia, la ingeniería de tejidos y la restricción
calórica.
Criopreservación: Consiste en la congelación controlada
y permanente del cuerpo completo o una parte de éste,
generalmente la cabeza, antes de la muerte celular con
la intención de mantener las células intactas y en estasis
hasta que los avances científicos necesarios para curar la
enfermedad o prolongar la vida del individuo congelado se
presenten, para entonces proceder a la descongelación y
subsecuente terapia. En la segunda mitad del siglo XX se
auguraba que esta técnica sería una gran vía de escape al
tiempo. Sin embargo, la destrucción celular por formación
de cristales al someterse al tejido a bajas temperaturas se
presentó como un problema fundamental y disminuyó
su confiabilidad. Nuevos métodos y soluciones de
congelación se utilizan hoy en día, pero con resultados aún
no completamente satisfactorios, lo cual ha disminuido su
uso a sólo unas cuantas instituciones en el mundo.
Ingeniería genética: Es la manipulación de los genes
para producir cierto efecto deseado en el organismo. El
uso de esta tecnología se encuentra aún en desarrollo y
las principales limitantes son la carencia de suficientes
vectores útiles para cada tejido, su baja efectividad, la
MEDICINA ANTIENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
14
posibilidad de consecuencias fatales para el individuo y, la
más importante, la falta de información completa acerca
de los factores genéticos que regulan el envejecimiento
con sus respectivas interacciones subcelulares.
Farmacoterapia: Aunque varios fármacos en estudio
han mostrado resultados preliminares satisfactorios
en modelos animales, estos efectos no han podido ser
replicados por todos los grupos científicos ni en todos los
organismos. Las pruebas clínicas son incipientes y ninguno
puede aún ser recomendado para consumo humano.
Además, la regulación ejercida por estos compuestos se
ejerce en una sola molécula o expresión de un solo gen,
lo que no resuelve el problema general y sí genera, en
cambio, efectos secundarios potencialmente dañinos.
Ingeniería de tejidos: El remplazo de tejidos u órganos
creados a partir de células madre se encuentra en etapa
experimental. Estructuras epiteliales tubulares, vejigas,
piel y tejido cardiaco son algunos de los avances que se
han logrado en el laboratorio. Sin embargo, la formación
de un órgano, con todos sus componentes celulares,
requerirá más años de investigación, especialmente en lo
que a factores de diferenciación se refiere.
El depósito de células madres en un tejido específico,
generalmente mediante inyección, es un procedimiento que
ya se realiza en todo el mundo, aunque no es un procedimiento
seguro, ya que las células pluripotenciales no siempre se
diferencian en la misma estirpe del tejido circundante, sino
que pueden dar origen a tejidos completamente distintos y
causar complicaciones médicas serias.
La congelación y futura viabilidad de células de cordón
umbilical posterior al nacimiento, es exitosa en sólo una
pequeña fracción de los cordones congelados. La rapidez
y el manejo son factores claves que generan grandes
variaciones en el resultado. Hasta el momento, sólo
algunas instituciones públicas en el mundo dedicadas
especialmente a la consolidación de un banco de cordones
cuentan con la calidad, logística, infraestructura, recursos
económicos y el personal capacitado necesario para
asegurar que las unidades, una vez descongeladas, se
encuentren libres de daño y puedan usarse como células
madre.
Restricción calórica: El decremento de la ingesta calórica
por debajo de las calorías necesarias por día es hasta el
momento la estrategia más popular y efectiva para alargar
la vida de los organismos. No se cuenta con resultados
definitivos en humanos que aprueben su seguridad y
aquellos que la siguen manifiestan astenia, adinamia,
frío, hambre permanente; sus niveles de testosterona
son extremadamente bajos y su libido es prácticamente
inexistente. Algunos desarrollan alteraciones psicológicas.
Estos efectos colaterales negativos son la causa de que el
número de sus practicantes no aumente considerablemente.
Los mecanismos por los que la restricción calórica actúa
en humanos aún no son completamente comprendidos.
Se necesita más tiempo para contar con registros
suficientemente largos de su aplicación en humanos
que permitan establecerla como una terapia eficaz (CR
Society, 2011).
Figura 3. Estrategias generales contra el envejecimiento y enfermedades asociadas. A) Criopreservación: los restos orgánicos
se colocan en contenedores térmicos o congeladores a temperaturas menores a -80 °C. B) Ingeniería genética: un gen es
manipulado o remplazado por otro para tratar una condición o modificar una molécula. C) Farmacoterapia: compuestos modifican
farmacológicamente el funcionamiento de mecanismos y sistemas subcelulares. D) Ingeniería de tejidos: en la imagen una matriz
con forma de corazón es cubierta con células madre inducidas para diferenciarse en músculo cardiaco. E) Restricción calórica: el
incremento de la longevidad producida por la reducción en la ingesta de calorías es una estrategia relativamente antigua y bien
conocida por el público.

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Estrategias moleculares
Las estrategias necesarias para lograr la curación de
las enfermedades relacionadas con el envejecimiento
desde el punto de vista molecular se enfocan en tres
objetivos: la manipulación genética, el control de
radicales libres y la eficiente eliminación de agregados
proteicos.
Manipulación genética: Varios genes han sido
identificados como reguladores de la longevidad en los
organismos modelo, algunos de ellos se encuentran
presentes en todos ellos y los componentes de
sus vías no se conocen por completo. Al provocar
mutaciones en ellos y/o sus niveles de expresión, la
longevidad se incrementa. El incremento depende
del sitio donde sucede la mutación en el gen y varía
de organismo a organismo. Aún se necesitan varios
años o décadas para lograr entender las completas
interacciones de estos componentes, sus estructuras
y los sistemas subcelulares de los cuales forman
parte, aunque el inicio de pruebas clínicas pudiera
estar más cercano.
Control de radicales libres: Algunas moléculas
pequeñas, principalmente aquellas que contienen un
oxígeno y que se forman como subproducto o escape
de iones de la respiración celular, son altamente
reactivas con los componentes subcelulares. Dichas
moléculas cargadas son llamadas radicales libres
y provocan daños al transformar químicamente
los compuestos con los que reaccionan. Este daño
es particularmente importante cuando recae en ácidos
nucleicos, en donde su correcta detección y reparación es
primordial para asegurar la correcta transcripción y evitar
la persistencia de posibles rupturas secundarias de cadena.
La acumulación del daño no reparado a lo largo de la vida
del individuo se traduce en mutaciones y alteraciones
subcelulares que pueden transformar la célula en un tejido
maligno, mermar su funcionamiento o producir su muerte.
A nivel orgánico, las complicaciones derivadas de los
últimos dos casos son las observadas en el proceso general
del envejecimiento.
Eficiencia de la eliminación de agregados proteicos:
Aun si dentro de la célula se cuenta con un material
genético íntegro y normal, y con una eliminación
y control adecuado de los radicales libres, existe el
problema de la eliminación de los agregados proteicos
tóxicos. Algunas proteínas, al presentar anormalidades
estructurales localizadas –debidas a la exposición a
agentes ambientales, radicales libres o alteraciones
producidas antes y durante la transcripción–, tienden a
agregarse y depositarse en el citoplasma, evadiendo los
mecanismos de identificación y degradación proteica.
Algunos de estos agregados son particularmente tóxicos
para la célula, causando primariamente alteraciones de
la membrana celular y de los organelos, e interferencia
con otras proteínas y procesos celulares. Los agregados
se incrementan con el paso del tiempo y su presencia se
relaciona con la fisiopatología de enfermedades de carácter
neurodegenerativo especialmente.
MEDICINA ANTIENVEJECIMIENTO
ORGANISMO Levadura Gusano redondo Mosca de la fruta Ratón
NÚMERO DE GENES
RELACIONADOS CON LA
LONGEVIDAD
87 555 75 68
Tabla 1. Genes relacionados con la longevidad en diferentes modelos biológicos.

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16
Figura 4. Estrategias moleculares para retardar el envejecimiento.
Presente y futuro de la terapéutica para el retraso
del envejecimiento y enfermedades asociadas
El desarrollo de la biología molecular ha permitido la
identificación de potenciales objetivos subcelulares que
pueden ser manipulados para prolongar la vida de los
organismos. La carencia de suficientes datos científicos
y el conocimiento relativamente reducido de sus
interacciones y funciones completas es en el presente
la limitante para poder manipular el envejecimiento en
organismos superiores. Hoy aún no es posible detener el
envejecimiento ni sus enfermedades relacionadas, aunque
en teoría sí puede ser modificado. Un intenso desarrollo de
la investigación científica en el campo de la biogerontología
es aún necesario para desarrollar nuevas herramientas de
estudio más eficaces, rápidas y económicas que permitan
agilizar el avance en el área; describir completamente
el proteoma de cada estirpe celular y entender sus
interacciones es otro requerimiento fundamental. Para
algunos padecimientos, la gerontología biomédica puede
acceder transversalmente a los conocimientos conforme
éstos se obtengan para trasladarlos al campo clínico sin
necesidad de esperar a comprender completamente las
redes de eventos inter e intracelulares. Las inversiones
de la industria farmacéutica y del sector gubernamental
en el área son ahora una realidad y se incrementan día
tras día. Esta gran rama de la gerontología abandona la
ciencia ficción para ofrecer resultados tangibles. El sector
dermatológico cuenta ya con terapéuticas de retraso leve
del envejecimiento en piel, las cuales están disponibles en
el mercado actual, que si bien no dejan de tener apenas
un efecto transitorio, auguran una nueva revolución en la
medicina. El retraso del envejecimiento es solo cuestión
de tiempo y llegará de la mano de tratamientos efectivos
para las enfermedades asociadas, pues en realidad ambos
son las dos caras de la misma moneda. De los ciudadanos
y científicos dependerá la adecuada reglamentación de
dichas terapéuticas para canalizar tales tecnologías a
un beneficio social y una causa netamente humanista.
A pesar de los años que podamos ganarle al tiempo y
a la enfermedad, las mismas preguntas existenciales
que comenzaron cuando el ser humano desarrolló su
inteligencia continuarán resonando a través de las
generaciones.

17
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RESUMEN CURRICULAR DEL AUTOR
Agustín Lugo Radillo
Licenciatura de Médico Cirujano en la Universidad de
Colima, México. Estudios de maestría y doctorado en
Medicina Genética y Molecular en la Universidad de
Sheffield, Reino Unido. Curso de Biología Molecular del
Envejecimiento en el MBL, en Estados Unidos con beca
completa de la Ellison Medical Foundation. Actualmente
es investigador en Ciencias Médicas del Instituto de
Geriatría.
MEDICINA ANTIENVEJECIMIENTO

METODOLOGÍA DE
LA INVESTIGACIÓN
BIOMÉDICA EN MATERIA DE
ENVEJECIMIENTO
Eunice López Muñoz
Departamento de Genética, Unidad Médica de
Alta Especialidad, Hospital de Gineco-Obstetricia
núm. 4 “Dr. Luis Castelazo Ayala”, Instituto
Mexicano del Seguro Social (IMSS).
Unidad de Investigación Médica en Genética
Humana, Hospital de Pediatría, Centro Médico
Nacional Siglo XXI, IMSS.
astridkaryme2001@yahoo.com.mx
Judith Villa Morales
Unidad de Investigación Médica en Genética
Humana, Hospital de Pediatría, Centro Médico
Nacional Siglo XXI, IMSS.
jusyvm@hotmail.com

20
INTRODUCCIÓN
El envejecimiento ha sido motivo de estudio desde
tiempos inmemorables y, sin embargo, es una de las
áreas de la biología que ha resistido los esfuerzos para ser
catalogado o, incluso, definido. A lo largo del tiempo se
han utilizado diferentes definiciones, la mayoría de las
cuales coinciden en que se trata de un proceso paulatino
y gradual de deterioro de la capacidad funcional del
organismo, posterior a la madurez, y que a la larga conduce
a la muerte del mismo (Pérez y Sierra, 2009).
Habitualmente, el envejecimiento se asocia con
enfermedades crónicas que pueden conducir a la muerte,
entre ellas, enfermedades cardiovasculares, demencias y
cáncer. Sin embargo, estas enfermedades no son parte
del proceso de envejecimiento, sino una consecuencia
del mismo. Además, existen otras condiciones asociadas
al envejecimiento que, sin ser causas directas de muerte,
son responsables del deterioro en la calidad de vida del
anciano, por ejemplo, sarcopenia (Landi et al., 2011),
osteoporosis (Syed y Ng, 2010), artritis y enfermedades
autoinmunes (Goronzy et al., 2010).
Es importante mencionar que otros factores biológicos,
como la disminución en la resistencia a infecciones y la
pérdida de la capacidad regenerativa, también influyen
considerablemente en la calidad de vida del adulto mayor
(Shaw et al., 2010). Dado que vivimos en una sociedad
que envejece a una velocidad acelerada, se ha tornado
apremiante la creciente necesidad de comprender tanto
los aspectos fisiológicos como las bases moleculares del
envejecimiento y las enfermedades asociadas a éste, para
lograr un incremento en la expectativa y calidad de vida
(Pérez y Sierra, 2009). Actualmente, a nivel mundial se
realizan múltiples investigaciones en el área biomédica que
tratan de identificar los factores moleculares, genéticos,
genómicos, transcriptómicos y proteómicos, entre otros,
implicados en el proceso de envejecimiento.
El objetivo de este capítulo es presentar una revisión
sobre algunos aspectos metodológicos trascendentales
en el desarrollo de proyectos de investigación biomédica
en materia de envejecimiento, sin olvidar que no existe
un planteamiento que se considere unánimemente
como el mejor. Rara vez un estudio por sí mismo puede
considerarse bueno o malo, y no basta con juzgar un
estudio por su metodología, ni un estudio puede valorarse
sólo por sus métodos, ya que tanto los métodos como los
resultados son importantes (Hulley y Cummings, 1993).
Diseño del estudio
El diseño del estudio es un asunto complejo que involucra
diversas decisiones. Por ejemplo, es fundamental conocer
si el investigador se mantendrá aparte de los hechos que
ocurran en la unidad de análisis (animales, cultivos celulares
o humanos), en cuyo caso el estudio se denominará
observacional, o bien, si se estudiarán los efectos de una
intervención por parte del investigador en la unidad de
análisis, en cuyo caso se denominará experimental (figura
1) (Hulley y Cummings, 1993).
Estudios observacionales
A su vez, los estudios de tipo observacional se clasifican en
descriptivos, si únicamente se detallan las características
o variables de estudio (apoyándose en la estadística
descriptiva), y analíticos si se trata de encontrar relaciones
entre las variables de estudio y/o diferencias entre dos o
más grupos de individuos (apoyándose en la estadística
inferencial).
Si el investigador elige un diseño observacional, su
siguiente decisión será el número de veces que realizará
las mediciones del evento a estudiar, siendo un estudio
transversal cuando las mediciones se realizan en una
ocasión (ejemplos de estudios transversales en humanos
son aquellos que incluyen comparaciones de familias de
centenarios o nonagenarios con familias de expectativa
de vida promedio, o bien la descripción de perfiles de
expresión en un tejido o cultivo celular determinado); y
longitudinal cuando las mediciones se realizan en diversas
ocasiones a lo largo de un periodo, lo que implica el
seguimiento de los individuos de estudio (cohorte).
Posteriormente, deberá decidirse si el estudio longitudinal
se enfocará exclusivamente en hechos pasados, es decir,
de tipo retrospectivo, o si se seguirá a los individuos de
estudio de forma prospectiva, con el fin de detectar hechos
que aún no ocurren en el momento de iniciar el estudio. Los
estudios de cohorte proporcionan información acerca de la
incidencia de desenlaces y el riesgo relativo (el cociente
entre la incidencia de una enfermedad entre individuos
expuestos a un factor determinado y la incidencia en
los no expuestos). Ejemplos de estudios longitudinales

21
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN BIOMÉDICA EN MATERIA DE ENVEJECIMIENTO
incluyen: mediciones repetidas de la longitud telomérica
en un cultivo celular conforme se alcanza la senescencia
replicativa y cohortes de individuos en las que se efectúan
mediciones repetidas para determinar cómo y cuándo
ocurren cambios en los tejidos en función de la edad
cronológica, y para tratar de asociar estos cambios con
determinados factores, genes o vías implicados en el
proceso de envejecimiento (Newman, 2010; Tappen y
Ouslander, 2010; Slagboom et al., 2011).
En caso de que se requiera identificar factores de riesgo
con un diseño más económico que el de la cohorte,
pueden compararse las variables de estudio en el grupo de
individuos que presenta el desenlace (casos) con respecto
a un grupo de referencia que no presenta el desenlace
(controles) para obtener información acerca de la razón
de momios u odds ratio (OR). Ejemplos de este tipo de
estudios incluyen la comparación de perfiles de expresión
génica o la presencia de un determinado polimorfismo en
familias con centenarios o nonagenarios con respecto a
familias con expectativa de vida promedio, o bien, en un
grupo de individuos con una enfermedad determinada
con respecto a un grupo de referencia sin la enfermedad
(Passtoors et al., 2008; Slagboom et al., 2011).
En lo que respecta a estudios sobre biomarcadores y
pruebas diagnósticas, existe una variable predictora
(resultado de la prueba) y una variable de efecto o
de desenlace (la enfermedad, determinada por un
estándar de oro). Su objetivo es determinar la fuerza
de la asociación entre ambas variables, basándose en su
sensibilidad (proporción de individuos con la enfermedad
que presenta un resultado positivo) y especificidad
(proporción de individuos sin la enfermedad que presenta
un resultado negativo). El investigador determina el punto
de corte apropiado para considerar un resultado como
positivo. También deben determinarse el valor predictivo
de un resultado positivo (probabilidad de que un
individuo con un resultado positivo presente en realidad
la enfermedad) y el valor predictivo de un resultado
negativo (probabilidad de que un individuo con un
resultado negativo no presente en realidad la enfermedad)
(Hulley y Cummings, 1993). Un ejemplo de este tipo de
estudio es la validación de un determinado polimorfismo
en la secuencia de ADN, cambios en la expresión génica
a nivel mRNA (transcriptómica) o cambios de expresión
génica a nivel proteína (proteómica) con potencial
utilidad diagnóstica en el proceso de envejecimiento o en
enfermedades asociadas (David et al., 2010; Siwy et al.,
2011; Slagboom et al., 2011; Cordell y Clayton, 2005).
Estudios experimentales
Los experimentos, desde el punto de vista metodológico,
son estudios de cohortes en los que el investigador
manipula la variable predictora (la intervención) y observa
el efecto sobre un desenlace. Los experimentos tienen
mayor fuerza en cuanto a la identificación de causalidad
y es el mejor diseño para controlar la influencia de
variables de confusión (Hulley y Cummings, 1993). La
inferencia de causalidad se basa en la comparación de los
desenlaces observados en individuos clasificados según la
intervención que recibieron.
En los diseños intergrupos se comparan los desenlaces
observados en dos o más grupos de individuos que reciben
diferentes intervenciones, mientras que en los diseños
intragrupos se comparan los desenlaces observados en un
solo grupo antes y después de aplicar una intervención.
Ejemplos de experimentos incluyen el uso de modelos
animales transgénicos, de inhibidores de la expresión de
microRNAs (Kundu y Slack, 2010), así como el uso de
moléculas farmacológicas con potencial terapéutico en
modelos animales, cultivos celulares y humanos, entre
otros.
Los diseños entre grupos son los más utilizados en
investigación clínica y biomédica; uno de ellos, el ensayo
aleatorizado (asignación al azar de los individuos a uno
u otro grupo de estudio) y cegado (simple, doble o triple
ciego; es decir ocultar la asignación de la intervención
al individuo de estudio, a la persona que administra la
intervención y/o a la persona que mide el desenlace), se
presenta con frecuencia como el estándar óptimo frente
al cual se deben comparar todos los demás diseños. Es
importante mencionar que, en investigación biomédica,
algunos estudios no se adecuan fácilmente a estos moldes;
sin embargo, una descripción precisa del tipo de estudio
facilita la realización del mismo (Burton et al., 2005).
No hay un enfoque que sea preferible a los demás,
de modo que cada investigador deberá seleccionar el
diseño que sea el más eficaz para dar una respuesta
satisfactoria a su pregunta de investigación y, aun cuando
se ha discutido que los estudios observacionales tienen

INSTITUTO DE GERIATRÍA
22
ciertas limitaciones, resultan invaluables al proveer
información inicial para el posterior desarrollo de estudios
experimentales (Hulley y Cummings, 1993).
Para ciertos tipos de intervenciones –particularmente
el desarrollo de nuevos fármacos–, la experimentación
animal puede ser el primer paso en el reconocimiento de
una potencial intervención, pero cuando no hay un modelo
animal, datos obtenidos de estudios observacionales
pueden constituir el primer paso en la identificación de
una intervención útil.
Los estudios experimentales se han considerado como el
diseño con mayor fuerza para demostrar causalidad, sin
embargo, en ocasiones resulta impráctico y poco ético
realizar este tipo de estudios, sobre todo en aquellos
casos en los que un estudio longitudinal observacional ha
demostrado que la exposición a ciertos factores resulta
dañina para el organismo (Guralnik y Kritchevsky, 2010).
Tamaño de la muestra
El objetivo de la planificación del tamaño de muestra es
estimar el número adecuado de individuos o unidades
de análisis para un determinado diseño de estudio que
permita detectar una asociación de un tamaño de efecto
determinado con una probabilidad específica de cometer
errores tipo I ó α (falsos positivos) y de cometer errores
tipo II ó β (falsos negativos). La estimación del tamaño de
la muestra puede revelar que un diseño no es factible, por
lo que debe calcularse en una fase temprana del desarrollo
del proyecto, cuando aún pueden realizarse modificaciones
apropiadas en el diseño.
El cálculo de tamaño de muestra se basa en la hipótesis de
trabajo, cuyo principal objetivo es establecer la base para las
pruebas de significancia estadística. Dado que la mayoría
de los estudios observacionales y todos los estudios
experimentales tratan sobre preguntas de investigación
que implican comparaciones, en la mayoría de los estudios
es necesario especificar por lo menos una hipótesis. Así,
la estimación del tamaño de muestra dependerá de la
hipótesis planteada, de la prueba estadística seleccionada
y de los valores apropiados de α y β (Hulley y Cummings,
1993).
Planificación de las mediciones
Las mediciones son un tipo de observaciones que
describen los fenómenos de modo que se puedan analizar
Figura 1. Clasificación general del diseño de estudio.

23
estadísticamente. La validez externa de un estudio
depende de la certeza con que las variables diseñadas
representen el fenómeno de interés y la validez interna
depende de la certeza con que las mediciones que se
realizan representen a las variables (Hulley y Cummings,
1993).
Escalas de medición
La clasificación de las escalas de medición se basa en el
tipo de variables que resultan de la medición, lo cual es de
suma importancia para la elección del análisis estadístico
a ejecutar. En la tabla 1 se muestra una clasificación de las
escalas de medición y de la información que proporcionan.
Tipo de medición Características generales
Categórica o
cualitativa Fenómenos no cuantificables.
• Nominal No implican un orden en las categorías (ej.:
sí o no).
• Ordinal
Presentan valores ordenados sin especificar
grado de diferencia entre las categorías (ej.:
leve, moderado, severo).
Numérica o de
intervalo Fenómenos cuantificables.
• Continua
Poseen intervalos cuantificados en una escala
aritmética e infinita de valores (ej.: peso
corporal).
• Discreta
Poseen intervalos cuantificados en una escala
con un número finito de valores (ej.: dosis/
día).
Tabla 1. Clasificación de escalas de medición.
Es conveniente mencionar que es preferible utilizar
mediciones que produzcan valores numéricos continuos,
ya que la información que contienen propicia un estudio
con mayor poder y/o una muestra de menor tamaño.
Las mediciones de las variables deben ser precisas
(cada vez que se mide se obtiene prácticamente el
mismo valor y se obtiene al estandarizar los métodos de
medición, entrenar al observador, calibrar y automatizar
los instrumentos de medición, y repetir las mediciones)
y exactas (representan lo que intentan representar y se
pueden comprobar al comparar la medición con técnicas
de referencia que se saben exactas) (Hulley y Cummings,
1993).
Unidad de análisis
La elección de los individuos que participarán en el estudio
(unidad de análisis) tiene el propósito de asegurar que los
hallazgos observados en dicho estudio representen con
exactitud lo que sucede en la población. Una población es
un conjunto de individuos con una serie de características
específicas, mientras que una muestra es un subconjunto
de dicha población.
Metodológicamente, las poblaciones se definen en:
población diana (grupos de individuos a los que se
generalizarán los resultados del estudio) y población
accesible (grupos de individuos que representen a la
población diana). Ambas poblaciones serán definidas
por la formulación de criterios de selección (inclusión,
exclusión y eliminación). Posteriormente, se definirá la
muestra (número de individuos de la población accesible
que participarán en el estudio) y se planteará la forma en
la que se obtendrá (muestreo). Desafortunadamente, no
siempre la muestra que se diseña es la que realmente se
estudia, ya que pueden ocurrir pérdidas, por lo que los
resultados deben generalizarse a partir de los individuos
realmente estudiados hacia la muestra diseñada (Hulley y
Cummings, 1993).
Unidades de análisis en investigación biomédica en
materia de envejecimiento
La unidad de análisis se refiere al qué o quién es el objeto
de interés en una investigación y puede corresponder
a diferentes categorías. En el caso de investigación
biomédica en materia de envejecimiento se han utilizado
modelos animales, líneas celulares y modelos humanos
como unidades de análisis para tratar de entender
los factores relacionados con el envejecimiento y
enfermedades asociadas (Hulley y Cummings, 1993).
Modelos animales
Debido a que el proceso de envejecimiento ocurre de
manera similar en muchas especies, se ha hipotetizado
que los mecanismos moleculares subyacentes son los
mismos o al menos bastante similares. La evidencia
científica ha sustentado la homología molecular entre
especies y ha validado la gran utilidad de la investigación
sobre envejecimiento en modelos animales. De esta
manera, ha sido posible la identificación de diversos
mecanismos involucrados en el proceso de envejecimiento
y enfermedades crónicas relacionadas a éste, así como
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN BIOMÉDICA EN MATERIA DE ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
24
evaluar posibles intervenciones con potencial relevancia
para el envejecimiento en humanos. La identificación de
vías genéticas y metabólicas implicadas en la regulación
de la longevidad se ha basado en la integración de datos
obtenidos de especies animales comúnmente usadas en la
investigación sobre envejecimiento.
La levadura del pan, Saccharomyces cerevisiae, es uno
de los organismos más usados en la investigación del
envejecimiento. Otras especies de levaduras también han
provisto información útil e invaluable, siendo modelos
alternativos en el estudio del envejecimiento la levadura
de fisión Schizosaccharomyces pombe y Kluyveromyces
lactis. En comparación con otros sistemas, la relativa
facilidad y rapidez con la que se puede cuantificar la
longevidad en las levaduras ha producido un incremento
en el conocimiento de algunos mecanismos moleculares
relacionados con el envejecimiento y ha permitido la
identificación de factores que modifican la longevidad
en este organismo. Se han establecido dos modelos de
envejecimiento en levaduras: envejecimiento replicativo,
un modelo de células mitóticamente activas en las cuales
la expectativa de vida de la célula progenitora es definida
por el número de células hijas producidas antes de la
senescencia, y envejecimiento cronológico, un modelo
de envejecimiento de células posmitóticas en las que la
expectativa de vida es definida por la cantidad de células
que sobreviven en un estado de no división o estado
similar al quiescente. Aun cuando la evidencia sugiere
que algunos aspectos del envejecimiento son específicos
para estos organismos, muchas características han sido
conservadas evolutivamente en especies invertebradas y
roedores (Kaeberlein, 2010).
En cuanto a Caenorhabditis elegans, un modelo de vida
media corta, su estudio ha llevado a la identificación de
al menos una centena de genes que, al ser mutados,
incrementan la expectativa de vida y en muchos casos
mantienen la vitalidad fisiológica. Inicialmente, la
investigación en C. elegans se enfocó en la genética
del envejecimiento y en mutaciones génicas que
incrementan dramáticamente la expectativa de vida
del gusano; sin embargo, se ha logrado identificar vías
altamente conservadas y determinantes de la longevidad
(Schaffitzel y Hertweck, 2006). Actualmente, se realizan
diversas y variadas aproximaciones en el estudio de
envejecimiento en C. elegans, que van desde estudios
evolutivos, poblacionales y de enfermedades asociadas al
envejecimiento, hasta manipulaciones ambientales como
restricción calórica y tratamientos horméticos, así como
ensayos de medicamentos y sustancias que incrementan
la expectativa de vida, entre otros (Olsen et al., 2006;
Partridge, 2011).
Por otro lado, la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster,
ha sido un excelente modelo para el estudio de los
mecanismos de envejecimiento debido a su expectativa
de vida corta, fácil mantenimiento y bajo costo. El papel de
varios genes de la vía de señalización TOR en la regulación
de la longevidad fue identificada en este modelo (Rogina,
2010; Katewa y Kapahi, 2010). D. melanogaster permite
el estudio continuo del envejecimiento del organismo y
evita la influencia de células recientemente divididas ya que
sus células son posmitóticas (con excepción de algunas
células del intestino y las gónadas). Su longevidad se ve
afectada por diversas manipulaciones ambientales, tales
como la temperatura, estado reproductivo y contenido
dietético alimentario o medicamentoso (Katewa y Kapahi,
2010). D. melanogaster comparte vías evolutivamente
conservadas que regulan el envejecimiento en mamíferos
y se ha descrito la presencia de diversas poblaciones de
células madre adultas en ovario, testículo e intestino,
que juegan un papel activo en el mantenimiento de
la homeostasis tisular local (similar a lo que ocurre con
células madre en mamíferos), por lo que es un modelo
útil para el estudio de la relación entre células madre y
envejecimiento (Wang y Jones, 2010).
En lo que respecta a los roedores, son los mamíferos mejor
estudiados en términos de biología y genética. Los ratones
y las ratas son modelos valiosos que han permitido grandes
progresos en la investigación biomédica debido a su
tamaño pequeño, corta expectativa de vida, reproducción
temprana y fácil mantenimiento en cautiverio. La
investigación sobre envejecimiento ha usado ratones y
ratas en forma extensa para generar mutantes de vida
corta y larga, así como estudios de restricción calórica,
entre otros.
Dado que la expectativa de vida de ratones y ratas es corta,
son un modelo útil para su estudio en el laboratorio; sin
embargo, ha resultado de particular interés utilizar nuevos
modelos mamíferos con una expectativa de vida larga, de
tal manera que la tasa de envejecimiento sea similar a la de

25
los humanos. Así, se han utilizado especies de la orden de
los roedores con gran diversidad en cuanto a la velocidad
de envejecimiento como topos, castores, puercoespines y
ardillas (Gorbunova et al., 2008).
En un intento por dilucidar las diferencias en el proceso de
envejecimiento entre especies de vida corta con respecto a
especies de vida larga, también se han realizado estudios en
mamíferos con una expectativa de vida excepcionalmente
larga en relación a su tamaño corporal; tal es el caso de
la rata topo desnuda (Heterocephalus glaber), con una
expectativa de vida de 17 años, y el pequeño murciélago
café (Myotis lucifugus), con una expectativa de vida
de aproximadamente 34 años en su ambiente natural
(Austad, 2009; Selman y Withers, 2011).
Además, se han realizado estudios del proceso de
envejecimiento en pájaros, organismos que viven tres
veces más que un mamífero del mismo tamaño, lo
cual es muestra de su relativa resistencia a procesos
degenerativos asociados a la edad. Aun cuando los pájaros
parecen envejecer lentamente, se ha observado que el
deterioro asociado a la edad es similar al de los mamíferos
y humanos (Austad, 2011; Ricklefs, 2010). Reciente
investigación en pájaros y mamíferos ha demostrado
la participación del patrón de crecimiento temprano e
historia reproductiva en los cambios relacionados con la
edad, y que la tasa de envejecimiento puede ser influida
por los genes y la edad materna cuando el individuo nace
(Clutton-Brock y Sheldon, 2010).
Dada la complejidad de la fisiología humana, se requiere
de modelos animales filogenéticamente más similares al
humano, por lo que también se ha realizado investigación
en primates como una valiosa aproximación para elucidar
la naturaleza y causas del proceso de envejecimiento
observado en humanos, así como la evaluación de
intervenciones potenciales. Una de las ventajas del uso
de modelos primates es su homología genética con los
humanos (92.5 a 95%), además de que estos animales
están bien adaptados para la investigación de laboratorio,
incluyendo crianza, nutrición y medicina veterinaria.
En cuanto a las desventajas, se encuentran la baja
disponibilidad, costos de mantenimiento, heterogeneidad
genética y riesgo de transmisión de enfermedades entre
especies, así como las implicaciones en tiempo, recursos
y esfuerzos que los estudios de tipo longitudinal conllevan
(Roth et al., 2004).
Cabe mencionar que se han utilizado otros modelos
animales en el estudio del envejecimiento, entre lo que se
incluyen el pez cebra y el pez guppie (Danio rerio y Poecilia
reticulata) (Kishi et al., 2009; Gerhard GS, 2007), abejas
(Keller y Jemielity, 2006), perros domésticos (Waters,
2011), gatos y caballos (Bonnett y Egenvall, 2010),
entre otros. El estudio del proceso de envejecimiento en
diversos modelos animales ha tenido gran relevancia y han
sustentado la participación de diversas vías, por ejemplo,
la vía de señalización insulina/IGF-I, de hormonas
lipofílicas, de respuesta a estrés oxidativo, de señalización
TOR, TUBBY y JNK-1, así como genes involucrados en
restricción calórica, en función mitocondrial, actividad
deacetilasa de SIRT2 y longitud telomérica (Wheeler y
Kim, 2011).
Cultivos celulares
El estudio de cultivos de células somáticas normales
constituye un modelo que mimetiza los cambios celulares
y moleculares asociados con el envejecimiento. Los
cultivos celulares muestran senescencia replicativa; sin
embargo, se ha propuesto que el límite en la vida replicativa
se debe a la incapacidad de las células para adaptarse,
dado el estrés generado por las condiciones inherentes
al cultivo. La hipótesis de la relación entre senescencia
replicativa y envejecimiento proviene de la observación de
la disminución de la expectativa de vida de fibroblastos
de piel en cultivo en función de la edad del donador de
dichas células, sin embargo, esto no ha sido totalmente
confirmado (Phipps et al., 2007; Kuilman et al., 2010).
De hecho, se ha reportado que cuando se modulan ciertas
vías y condiciones del cultivo celular para obtener un
fenotipo senescente, éste ocurre independientemente de
la proliferación celular.
Por otro lado, el cultivo celular requiere someterse
en forma continua a proliferación celular, lo cual no
ocurre en el organismo completo, además de que las
necesidades metabólicas y condiciones de crecimiento
son diferentes. Aun cuando se ha llegado a cuestionar
si los estudios en cultivos celulares representan con
exactitud lo que ocurre en el organismo, el estudio de
cultivos celulares, particularmente de fibroblastos, ha
permitido la identificación de algunos biomarcadores de
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN BIOMÉDICA EN MATERIA DE ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
26
envejecimiento como el IGF-1 (Factor de crecimiento
parecido a la insulina tipo 1), EGF (Factor de crecimiento
epidérmico) y SA-β-gal (galactosidasa beta asociada a
envejecimiento), entre otros. Además, la experimentación
en cultivos celulares también ha llevado al desarrollo
de terapias que enlentecen algunos cambios adversos
asociados con el envejecimiento (Phipps et al., 2007).
Modelos humanos
Se ha observado que en algunos humanos se retrasa la
aparición de signos de envejecimiento, lo que lleva a un
incremento en la expectativa de vida. Por esta razón se
han realizado múltiples estudios para comparar individuos
de 90 a 100 años de edad (nonagenarios y centenarios)
y sus familias, con respecto a los que presentan una
expectativa de vida promedio, logrando identificar
algunos polimorfismos en genes que están asociados con
la longevidad, entre los que se incluyen APOE y FOXOA3
(Flachsbart et al., 2009). Sin embargo, las asociaciones
reportadas en humanos ocurren en un pequeño porcentaje
de la población y/o no han logrado ser replicadas en
poblaciones diferentes (Novelli et al., 2008). Además,
es importante considerar que pueden existir variaciones
aun en un mismo individuo, por lo que se han utilizado
diversos tejidos provenientes de biopsias o muestras de
sangre periférica para realizar estudios de moléculas y vías
que participan en el envejecimiento.
Para tratar de identificar las diferencias moleculares
asociadas con el envejecimiento en humanos, una
aproximación atractiva ha sido el uso de microarreglos
para identificar genes que presentan cambios de expresión
con la edad (genes regulados por la edad). Los cambios
en la expresión génica pueden conducir a cambios
tisulares y funcionales importantes relacionados con el
envejecimiento. Se han generado perfiles transcripcionales
de diversos tejidos humanos, entre los que se incluyen
cerebro, sangre, ojo, riñón, músculo y piel, entre otros.
El mayor objetivo de estos estudios es la identificación
de nuevos biomarcadores que puedan ser usados como
indicadores de edad fisiológica. La identificación de genes
y vías que se asocian con la edad fisiológica revelará
procesos importantes en el envejecimiento de tejidos
particulares (Wheeler y Kim, 2011).
Por otro lado, también se ha considerado el estudio de
individuos con síndromes de envejecimiento prematuro
como un modelo útil para la identificación de vías que
participan en el proceso de envejecimiento.
Aspectos bioéticos
El cuidado, el uso apropiado y el trato digno de los
modelos animales en la investigación biomédica requiere
de conocimiento especializado del ambiente, procesos
y procedimientos relacionados con su uso y cuidado, lo
cual implica el establecimiento de condiciones de higiene,
infraestructura y de trabajo apropiadas. Además de tomar
en cuenta el respeto por la vida, por el dolor o el sufrimiento
que los modelos animales pueden experimentar, por lo que
deberán respetarse los principios éticos internacionales
y de bioseguridad para la investigación biomédica con
animales (Cardozo de Martínez et al., 2007).
En lo que respecta a la investigación biomédica en modelos
humanos, se han desarrollado tres principios éticos
generales: respeto a las personas (tratar a los individuos
como autónomos y obtener su consentimiento informado
para participar en un proyecto de investigación),
beneficencia (diseño de protocolos válidos y generalizables
que aseguren que los beneficios de la investigación son
proporcionales a los riesgos corridos por los participantes)
y justicia (los beneficios y las cargas de la investigación
se distribuyan equitativamente) (Hulley y Cummings,
1993).
Todo proyecto de investigación biomédica con
modelos humanos deberá realizarse de acuerdo con
la reglamentación internacional y de acuerdo con el
Reglamento de la Ley general de salud en materia de
investigación para la salud (Reglamento de la Ley general
de salud). Por último, es importante recalcar que todo
proyecto de investigación biomédica deberá ser evaluado
por un comité de investigación, de ética y de bioseguridad,
previo al inicio de cualquier estudio, para asegurarse de
que cumple con los requisitos necesarios para llevarse a
cabo.

27
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29
RESUMEN CURRICULAR DE LAS AUTORAS
Eunice López Muñoz
Médico cirujano (Universidad Autónoma Metropolitana-
Xochimilco, 1999). Un año de Especialidad en Medicina
Interna (Universidad Nacional Autónoma de México-
Hospital General de México, O.D. 2001). Especialista
en Genética Médica (UNAM-IMSS, 2005). Maestra
en Ciencias Médicas (UNAM-IMSS, 2007). Doctora
en Ciencias Médicas (UNAM-IMSS, 2011). Candidata
al Premio Nacional de la Juventud en 1995 y 1996.
Ganadora de la medalla al mérito universitario, UAM,
en 1999. Ganadora del primer lugar del Premio Héctor
Márquez Monter, otorgado por la Asociación Mexicana de
Genética a la mejor investigación en el área de genética,
2009. Profesor ayudante del Curso de Especialización
en Genética Médica (2005- a la fecha). Participación
en múltiples congresos nacionales e internacionales.
Obtención de financiamiento para realización de diversos
proyectos de investigación. Asesora metodológica y
directora de diversas tesis de especialidad y maestría.
Revisora, comentarista y sinodal en congresos, eventos
académicos y exámenes de especialidad médica. Jefa del
Departamento de Investigación Básica del Instituto de
Geriatría (Octubre 2010-Junio 2011). Colaboradora de la
Unidad de Investigación Médica en Genética Humana del
Hospital de Pediatría del CMN SXXI, IMSS. Actualmente
adscrita al Departamento de Genética del UMAE Hospital
de Gineco-Obstetricia No. 4 “Dr. Luis Castelazo Ayala”,
IMSS. Líneas de investigación: Genética de poblaciones y
bioestadística. Expresión génica y marcadores moleculares
en cáncer de mama. Expresión génica y marcadores
moleculares en envejecimiento.
Judith Villa Morales
Química clínica (Universidad Veracruzana, 1993).
Maestra en Administración en Sistemas de Salud
(Universidad Nacional Autónoma de México, 2004).
Maestra en Biomedicina Molecular (Instituto Politécnico
Nacional, 2009). Candidata al doctorado en Investigación
en Medicina (IPN, 2011). Experiencia laboral en
radioinmunoanálisis y clínica de tiroides, empleando
dicha metodología para el diagnóstico de enfermedades
endocrinas, con el uso de contadores gama y equipo
de quimioluminiscencia en el Instituto Nacional de
Ciencias Biomédicas y de la Nutrición “Salvador Zubirán”
(1993-1999). Experiencia en análisis de citogenética
convencional y molecular en la Unidad de Investigación
Médica en Genética Humana, Hospital de Pediatría,
Centro Médico Nacional Siglo XXI, IMSS (2000 a la
fecha) y en el Departamento de Genética Médica, del
Hospital Infantil de México “Federico Gómez”, SSA
(2003 a la fecha). Participación en diversos congresos
nacionales e internacionales. Profesora adjunta en el
área de citogenética del curso de Especialización en
Genética Médica y Patología Clínica PUEM UNAM-IMSS,
y profesora de sesión práctica del XL, XLI y XLII curso
anual teórico-práctico de Genética Humana. Obtención
de financiamiento para realización de diversos proyectos
de investigación. Líneas de investigación: Citogenética
molecular de enfermedades multifactoriales (correlación
fenotipo-genotipo), implementación de técnicas moleculares
en investigación aplicada (biomarcadores) y estudio de
enfermedades neurodérmicas (neurofibromatosis tipo 1).
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN BIOMÉDICA EN MATERIA DE ENVEJECIMIENTO

SÍNDROMES PROGEROIDES
COMO MODELO DE
ESTUDIO DEL PROCESO DE
ENVEJECIMIENTO
Eunice López Muñoz
Departamento de Genética, Unidad Médica de
Alta Especialidad, Hospital de Gineco-Obstetricia
núm. 4 “Dr. Luis Castelazo Ayala”, Instituto
Mexicano del Seguro Social (IMSS).
Unidad de Investigación Médica en Genética
Humana, Hospital de Pediatría, Centro Médico
Nacional Siglo XXI, IMSS.
astridkaryme2001@yahoo.com.mx

INSTITUTO DE GERIATRÍA
32
SÍNDROMES PROGEROIDES COMO MODELO DE
ESTUDIO DEL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO
El envejecimiento es un proceso poligénico y
estocástico en el cual hay deterioro progresivo de la
salud y de la calidad de vida debido al incremento en el
daño celular y tisular como consecuencia de falla en la
homeostasis que involucra genes de mantenimiento y
reparación, así como factores ambientales que conducen
al daño celular (Alberts et al., 2002). La evidencia de la
participación de múltiples mecanismos en el proceso de
envejecimiento proviene de investigaciones realizadas
en modelos experimentales animales; sin embargo, su
aplicabilidad al estudio del envejecimiento humano puede
tener limitaciones ya que existen mecanismos especie-
específicos. En este sentido, es complementario y de gran
importancia el estudio de los mecanismos que participan
en el desarrollo de desórdenes genéticos heredables en
humanos, conocidos como síndromes progeroides, los
cuales poseen características clínicas que recuerdan el
proceso de envejecimiento (Domínguez-Gerpe y Araujo-
Vilar, 2008).
Martin publicó en 1978 una lista de 162 síndromes
genéticos definidos por 21 criterios o características
similares a las encontradas en el envejecimiento humano;
sin embargo, ninguno de estos síndromes incluyó todas las
características propias del envejecimiento. Los síndromes
progeroides se clasifican, según el rango de órganos y
tejidos afectados, en segmentales –cuando se expresan
en múltiples órganos y tejidos– y unimodales –cuando se
manifiestan principalmente en un órgano o tejido (Martin,
1978). La mayoría de los síndromes progeroides son
causados por una mutación en algún gen implicado en
uno o más procesos de mantenimiento de la integridad
del genoma (incluyendo los sistemas de replicación,
reparación, transcripción y recombinación del ADN), por
lo que han sido considerados modelos humanos para el
estudio del envejecimiento (Longo y Finch, 2003).
En la actualidad, los síndromes progeroides segmentales
mejor caracterizados y que han provisto información
sobre las bases genéticas, bioquímicas y celulares del
envejecimiento son el Síndrome de Progeria Hutchinson-
Gilford (HGPS, MIM ID #176670) y el Síndrome de
Werner (WRN, MIM ID #277700) (Kudlow et al.,
2007).
Síndrome de Progeria Hutchinson-Gilford
Jonathan Hutchinson describió el primer paciente con
HGPS en 1886 (Hutchinson, 1886) y Hastings Gilford
le dio el nombre de progeria en 1904 (Gilford, 1904). El
HGPS es una enfermedad genética rara con un modelo de
herencia autosómico dominante (Eriksson et al., 2003;
Cao y Hegele, 2003), aunque existen reportes de algunos
casos con modelo de herencia autosómico recesivo (Gabr
et al., 1960; Erecinski et al., 1961; Maciel, 1988; Khalifa,
1989; Verstraeten et al., 2006). Se han reportado
aproximadamente 150 casos en todo el mundo (Kudlow
et al., 2007), con una incidencia estimada de 1 en 4-8
millones (Brown et al., 1985).
Durante el embarazo y al nacimiento, los pacientes con
HGPS parecen saludables, pero durante el primer año
de vida desarrollan diversas características asociadas
con envejecimiento tales como alopecia, aterosclerosis,
pérdida acelerada de la movilidad articular, osteolisis,
lipodistrofia severa, escleroderma e hiperpigmentación de
la piel. Usualmente, el primer dato clínico es la presencia
de una vena visible a través del puente nasal, seguido por
la disminución en la velocidad de crecimiento con pérdida
de la grasa subcutánea aproximadamente a los 6 meses de
edad. La pérdida de color y cantidad de cabello, incluyendo
pestañas y cejas ocurre tan temprano que los pacientes
son alopécicos a la edad de 2-3 años. El desarrollo de
caracteres sexuales secundarios es raro. En la tabla 1 se
muestran las principales características clínicas de este
grupo de pacientes.
El gen LMNA, responsable del HGPS, fue localizado en
el cromosoma 1q22 a partir de la observación de dos
casos de progeria con isodisomía uniparental en 1q y un
caso con deleción intersticial paterna. En 2003, Eriksson
y colaboradores (2003) reportaron mutaciones de novo
en el gen de la lámina A como la causa de este síndrome.
Existe evidencia de que los síndromes progeroides
humanos son causados por defectos genéticos que
interfieren con el procesamiento de farnesil-prelamina A
para producir lámina A madura.

33
SÍNDROMES PROGEROIDES COMO MODELO DE ESTUDIO DEL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO
Dato clínico
Crecimiento Disminución en la velocidad de
crecimiento
Cabeza y cuello
Puente nasal estrecho
Hipoplasia mediofacial
Piel arrugada en comisuras labiales
Dentición irregular con mala oclusión
Hipodoncia
Anquiloglosia
Paladar ojival
Micrognatia
Pabellones auriculares prominentes
Voz aguda
Anormalidades anatómicas de los ojos
Sistema Nervioso
Central
Crisis convulsivas
Infarto cerebral
Hemorragia intracraneal
Hemiplejía
Disartria
Sistema
Cardiovascular
Aterosclerosis
Hipertensión arterial sistólica y
diastólica.
Angor pectoris.
Insuficiencia cardíaca congestiva.
Infarto agudo al miocardio.
Sistema
respiratorio
Disnea desde los 6-8 meses de edad.
Hipertensión pulmonar.
Óseo
Osteolisis en falanges distales,
clavículas, mandíbula y cráneo
Deterioro en la movilidad articular en
rodillas, tobillos, hombros, codos y
cadera
Cuerpos vertebrales ovoides con
apariencia de boca de pez
Osteoporosis generalizada
Piel y anexos
Delgada y edematosa en los primeros
meses de vida
A la edad de 6 meses, piel delgada,
seca y atrófica, ocasionalmente
hipertrófica
Ausencia de grasa subcutánea
Uñas distróficas
Alopecia
Otros
Infecciones severas
Expectativa de vida de 13.4 años
Tabla 1. Características clínicas de HGPS. http://omim.org/
clinicalSynopsis/176670?search=Progeria%20Hutchinson-
Gilford&highlight=hutchinsongilford%20progeria
Las láminas son filamentos intermedios tipo V (IFs)
y forman parte de los compuestos estructurales de la
lámina nuclear, un andamiaje fibroso que subyace a la
membrana interna nuclear y que determina la integridad
y organización nuclear, incluyendo posicionamiento
de los poros nucleares y conformación de la plataforma
estructural, la cual conecta el material genético con la
membrana nuclear (Gruenbaum et al., 2005). Además,
las láminas participan en la organización de la cromatina,
replicación del ADN, transcripción y regulación del ciclo
celular (Hutchinson, 2002).
Los mamíferos poseen tres genes de láminas, la lámina B1
(LMNB1) con expresión ubicua, la lámina B2 (LMNB2)
y la lámina A/C (LMNA). Las láminas tipo B forman parte
de la envoltura nuclear y son esenciales para la viabilidad
celular y el desarrollo embrionario normal (Vergnes et
al., 2004). Las láminas tipo A tienen funciones más
especializadas en células diferenciadas, participando en
la homeostasis de los órganos y tejidos; incluyen dos
productos mayores –las láminas A y C– y dos productos
menores –las láminas A∆10 y C2–, todas como producto
del empalme alternativo del gen LMNA. La lámina C
de 646 aminoácidos es producida por el procesamiento
postraduccional del precursor prelámina A (Weber et al.,
1989).
La prelámina A posee un motivo CAAX en el extremo
carboxilo terminal que está bajo farnesilación en su residuo
Cys. La prelámina A farnesilada es el sustrato específico
de la metaloproteinasa de membrana Zmpste24, la cual
en el ratón cataliza dos pasos distintos de endoproteólisis
(Pendas et al., 2002). Primero, los residuos AAX del
extremo carboxilo terminal son recortados y el residuo
farnesil-cisteína es carboximetilado por la metiltransferasa
de membrana presente en el retículo endoplásmico.
Durante o después de su incorporación a la lámina nuclear,
Zmpste24 corta los últimos 15 residuos y se libera la
lámina A madura (Domínguez-Gerpe et al., 2008).
La mayoría de los casos de HGPS son causados por
mutaciones puntuales en el gen de LMNA. El p.G608G
(1824, C_____T), que activa al sitio donador del
empalme en el exón 11, es el más frecuente (Eriksson
et al., 2003; De Sandre-Givannoli et al., 2003). Sin
embargo, se han reportado otras mutaciones heterocigotas
y homocigotas en pacientes con HGPS, tales como

INSTITUTO DE GERIATRÍA
34
R471C, R527C, G608S, c.2036C>T, T528M, M540T,
R644C, T623S, A57P, R133L, L140R, K542N; algunas
de las cuales presentan una forma menos severa de la
enfermedad (Csoka et al., 2004; Cox y Faragher, 2007).
El uso del sitio donador del empalme del exón 11 resulta
en un transcrito alternativo que porta una deleción del
marco de lectura de al menos 50 aminoácidos (607-
656) codificados por el exón 11, pero no afecta el motivo
CAAX (exón 12). Entonces, la prelámina A mutada en el
HGPS (llamada progerina o lámina A∆50) es farnesilada,
pero pierde el sitio de corte proteolítico requerido para la
liberación de la lámina A madura. Cantidades pequeñas
de la prelámina A silvestre son sintetizadas por el alelo
mutado, mientras que la lámina C no se afecta (Eriksson
et al., 2003). La progerina es dirigida hacia la membrana
nuclear, en donde altera la integridad de dicha membrana
(Young et al., 2006).
La lámina A silvestre es liberada por corte enzimático de
los 15 aminoácidos C-terminales. Sin embargo, tanto Cao
y colaboradores (2007), como Dechat y colaboradores
(2007) demostraron que aunque la progerina pierde el
sitio de corte, este extremo sí se encuentra farnesilado
y carboximetilado, mientras que Capell y colaboradores
(2005) hipotetizaron que la progerina sigue asociada
en forma anormal con la membrana nuclear durante la
mitosis, alterando el ensamblaje apropiado y la mitosis,
causando así irregularidades de la membrana nuclear y
expresión génica alterada.
En modelos de ratón con pérdida total de la lámina A,
la morfología de la membrana nuclear y el fenotipo es
normal y la transfección del alelo mutado a las células
normales induce irregularidades de la membrana nuclear,
puntualizando que la progerina actúa de una forma
dominante negativa (Fong et al., 2006; Goldman et al.,
2004). De hecho, De Sandre-Giovannoli y colaboradores
(2003) demostraron la distorsión de la membrana
nuclear en células de dos pacientes con HGPS que
portaban la mutación p. G608G. Por otro lado, Ericksson
y colaboradores (2003) encontraron que 18 de 20
pacientes con mutaciones p.G608G también tenían
anormalidades en la membrana nuclear.
Como consecuencia de las alteraciones en el gen de
LMNA, las células de HGPS muestran alteraciones en su
dinámica poblacional y en la arquitectura de la membrana
nuclear, así como problemas con la replicación del ADN,
reparación y transcripción. La pérdida de la lámina A o la
acumulación de la progerina tienen tres consecuencias
principales:
1) Pérdida de la integridad de la membrana nuclear y de su
arquitectura, lo que conlleva cambios en la estructura
de la cromatina y expresión génica aberrante.
2) Daño al ADN como resultado del secuestro aberrante
de proteínas esenciales para la reparación por la
progerina debido a su papel dominante negativo y
pérdida de la señalización de dichas proteínas por la
lámina A madura hacia sitios de daño.
3) Elevada tasa de recambio celular debido al incremento
de la mitosis y apoptosis.
El papel de las láminas en HGPS aún no es del todo
conocido, pero parece depender de su capacidad para
anclar complejos multiproteicos a la membrana nuclear
o en sitios específicos dentro del nucleoplasma (Broers
et al., 2006). En la figura 1 se pueden observar aquellos
genes que se ha demostrado presentan co-expresión,
co-localización, interacción génica, interacción física y
participación en la misma vía molecular o son blancos
predichos de acción de LMNA.
Figura 1. Proteínas incluidas en la red de LMNA http://
genemania.org

35
Cabe mencionar que la morfología anormal del núcleo,
incluyendo deformación de la membrana nuclear y pérdida
de la forma esférica del núcleo, es la principal característica
de la enfermedad y está asociada con la presencia de
micronúcleos, donde el genoma ha sido fragmentado
y recompartimentalizado. El genoma fragmentado es
incapaz de replicarse apropiadamente o de segregar en
la mitosis, lo cual activa la apoptosis (Cox y Faragher,
2007).
Existe evidencia de que la presencia de progerina –y no la
ausencia de lámina A– ejerce efectos tóxicos en las células
afectadas. También se ha mostrado que la prelámina A
parcialmente procesada es tóxica para las células, mientras
que la acumulación de la prelámina A no procesada (no
isoprenilada) parece ser menos dañina. La prelámina A
parcialmente procesada en células Zmpste24 -/- interfiere
con la formación de la lámina normal y causa alteraciones
de la membrana nuclear, mismas que son normalizadas
después de tratar dichas células con inhibidores de farnesil
transferasa (Toth et al., 2005).
Síndrome de Werner
La descripción inicial de este síndrome fue realizada
por Werner en 1904, con énfasis en las características
clínicas: talla baja, catarata bilateral, cabello cano, alopecia
y cambios parecidos a esclerosis dérmica con atrofia
regional de la grasa subcutánea, úlceras profundas en la
zona del tendón de Aquiles y del maleolo; además con
alteraciones sistémicas asociadas a la edad avanzada
tales como cáncer (sarcomas de tejido blanco, carcinoma
de tiroides, osteosarcoma, melanoma lentiginoso acral y
meningioma), osteoporosis, arteriosclerosis incluyendo
ateroesclerosis, hipogonadismo y diabetes mellitus
(Werner, 1985; Brown et al., 2010). El síndrome de
Werner es una enfermedad genética rara con un modelo
de herencia autosómico recesivo (Kudlow et al., 2007).
Las características clínicas aparecen con frecuencia al
inicio de la segunda década de la vida, son progresivas y
no son resultado de deficiencia primaria endócrina (Goto,
2001).
El diagnóstico clínico se realiza mediante los criterios
diagnósticos que ha desarrollado el Registro Internacional
de Síndrome de Werner, así como con estudios moleculares
para identificar mutaciones en el gen WRN o documentar
pérdida de la proteína (Huang et al., 2006).
Dato clínico
Crecimiento Talla baja
Tronco ensanchado
Cabeza y cuello
Cara con envejecimiento
prematuro
Cataratas
Degeneración retiniana
Nariz picuda
Cardiovascular Arteriosclerosis prematura
Esqueleto Osteoporosis
Brazos delgados
Piel, uñas y cabello
Piel con características de
esclerodermia
Calcificación subcutánea
Ulceración
Cabello delgado, escaso y cano
Alopecia prematura
Endocrinológico Diabetes mellitus
Hipogonadismo
Neoplasias
Malignidad en aproximadamente
10%, especialmente
osteosarcoma y meningioma
Tabla 2. Características clínicas de Síndrome de Werner. http://
omim.org/clinicalSynopsis/277700?search=werner&highligh
t=werner
El gen responsable del síndrome de Werner (WRN)
localizado en el cromosoma 8p12, fue identificado por
clonación posicional en 1996 (Yu et al., 1996) y consiste
en 35 exones que codifican para una proteína de 1432
aminoácidos y 162 kDa, que es miembro del grupo de
cinco helicasas RecQ humanas (BLM, RECQL1, RECQL4
y RECQ5).
El análisis estructural de la proteína WRN en 1997 por
Moser y colaboradores (1997), así como por Mushegian
y colaboradores (1997), indicó que contiene un dominio
RecQ tipo helicasa en la región central del polipéptido y un
dominio nucleasa en la región N-terminal.
Actualmente, existe evidencia de que es una proteína
multifuncional que interactúa con un gran número de
proteínas para catalizar cuatro actividades enzimáticas
dependientes de ADN: actividad ATPasa dependiente
de ADN, helicasa intrínseca 3´→5´ (Gray et al., 2007),
exonucleasa 3´→5´(Huang et al., 1998; Huang et al.,
2000), una cadena de apareamiento a ADN (Machwe et
al., 2005); interactúa con diversos factores que, se sabe,
SÍNDROMES PROGEROIDES COMO MODELO DE ESTUDIO DEL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
36
tienen funciones trascendentales en el metabolismo del
ADN.
Las actividades dependientes de ATP son requeridas
para reacciones hidrolíticas, tales como reconocimiento
estructural, unión a ADN e hidrólisis 3´ terminal, así WRN
utiliza la energía de la hidrólisis de ATP para desenrollar
la doble cadena del ADN, y su actividad exonucleasa
y helicasa para catalizar la degradación de ADN con
estructuras aberrantes (Shen y Loeb, 2000).
Cuando ocurre daño al ADN, WRN puede ser regulada por
modificaciones postraduccionales tales como fosforilación,
sumoilación y acetilación (Ramírez et al., 2007). Por
ejemplo, la fosforilación de los residuos serina/treonina
de WRN inhibe las funciones helicasa y exonucleasa,
mientras que la hiperfosforilación las incrementa.
Por otro lado, WRN puede interactuar con otras proteínas
y catalizar el desenrollamiento in vitro de ADN para la
replicación, recombinación y reparación del mismo. En
la figura 2 se pueden observar aquellos genes que se ha
demostrado presentan co-expresión, co-localización,
interacción génica, interacción física y participación en la
misma vía molecular, o son blancos predichos de acción de
WRN (Brosh y Bohr, 2002).
Figura 2. Proteínas incluidas en la red de WRN http://
genemania.org
La proteína WRN se expresa ubicuamente y puede ser
identificada mediante western blot en líneas celulares y
muestras de tejido de individuos normales y en cantidad
reducida en portadores de mutaciones heterocigotas de
copia única en el gen WRN (Kudlow et al., 2007).
Se ha identificado una gran variedad de mutaciones
localizadas a lo largo de la región codificante en el
gen WRN; sin embargo, muchas de ellas tienen como
consecuencia una proteína truncada antes de la señal de
localización nuclear, por lo que no puede ser transportada
dentro del núcleo para ejecutar sus funciones. Las células
de los pacientes con síndrome de Werner presentan
reducción de la tasa de proliferación celular asociada
a un incremento de la fase S, reducida frecuencia de
sitios de iniciación de la replicación y entrada temprana
en la senescencia con disminución de la expectativa de
vida, así como altos niveles de inestabilidad genómica
con incremento de rearreglos cromosómicos, grandes
deleciones espontáneas en el ADN, incapacidad para
reparar óptimamente rupturas de doble cadena en el ADN
mediante recombinación homóloga y dinámica anormal de
los telómeros, los cuales se acortan rápidamente conforme
se incrementa la duplicación de la población celular (Goto,
2001; Huang et al., 2006).
Estudios realizados en fibroblastos en modelos de ratones
de síndrome de Werner mostraron que los telómeros
cortos pueden estimular la activación de WRN, por lo que
al estar deficiente, el acortamiento telómerico progresa.
Además, en ausencia de la función de WRN, las células
acumulan intermediarios de ADN potencialmente tóxicos
o telómeros críticamente cortos que propician inestabilidad
genómica, mutagénesis, daño al ADN y activación de
la vía de apoptosis, con el consecuente compromiso en
la estructura y función de órganos y tejidos que al final
pueden conducir a senescencia y proliferación celular
neoplásica dependiente de acumulación de mutaciones
(Kudlow et al., 2007).
CONCLUSIÓN
El estudio del proceso de envejecimiento mediante
el uso de modelos de envejecimiento prematuro en
humanos –tales como el estudio de pacientes y células
derivadas de pacientes o de animales con HGPS y/o
síndrome de Werner– ha sugerido que ambos síndromes

37
pueden representar una forma prematura o acelerada del
envejecimiento; sin embargo, también se han identificado
claras diferencias en la naturaleza y magnitud de las
manifestaciones clínicas en pacientes con estos síndromes
con respecto a individuos que envejecen normalmente
(Kippling et al., 2004; Raska, 2010).
El estudio de estos modelos ha confirmado que el
envejecimiento ocurre por dos mecanismos importantes:
acortamiento telómerico y daño al ADN. En el
envejecimiento dependiente del telómero, el acortamiento
del telómero y su disfunción conducen a activación de la
respuesta al daño a ADN con la inducción de senescencia
celular. En el envejecimiento dependiente del daño al
ADN, el ADN alterado se acumula por deficiencia en
los procesos de reparación, produciendo inestabilidad
genómica y senescencia celular acelerada. Ambos
mecanismos presentan relación dependiente del estado
de p53 (Ding y Shen, 2008).
Por otro lado, puede considerarse a los síndromes
de envejecimiento prematuro como fenocopias que
pueden aportar datos útiles sobre los mecanismos que
subyacen al proceso de envejecimiento (Capell et al.,
2009), de tal manera que la identificación de redes, vías
moleculares y genes que participan en estos modelos
puedan ser utilizados para determinar su participación
en el envejecimiento normal (Ramírez et al., 2007) no
sólo a través de la búsqueda de mutaciones, sino también
de polimorfismos que pudieran estar relacionados con el
incremento en la longevidad.
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RESUMEN CURRICULAR DE LA AUTORA
Ver página 29.
SÍNDROMES PROGEROIDES COMO MODELO DE ESTUDIO DEL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO

MANIFESTACIONES DEL
ENVEJECIMIENTO A NIVEL
CITOGENÉTICO
Ana Claudia Velázquez Wong
Unidad de Investigación Médica en Genética
Humana, Hospital de Pediatría, Centro Médico
Nacional Siglo XXI, Instituto Mexicano del Seguro
Social.
clavewong@yahoo.com.mx

42
RESUMEN
En este capítulo se discutirá el tema del envejecimiento
en humanos y su asociación con la inestabilidad
cromosómica. Se mencionarán algunos de los mecanismos
asociados al envejecimiento celular y el papel de las
aberraciones cromosómicas, tanto numéricas como
estructurales, que se han observado con más frecuencia
en individuos de edad avanzada. También se revisarán
algunos de los métodos utilizados para la identificación
de dichas alteraciones en los cromosomas, incluyendo
técnicas de citogenética clásica como las bandas GTG y
técnicas de citogenética molecular como la hibridación in
situ con fluorescencia (FISH). Se discute también el papel
del acortamiento de telómeros en el envejecimiento, así
como la aplicación de la prueba de FISH para su evaluación.
También se describirá la técnica de micronúcleos por
bloqueo de la citocinesis (CBMN) y su importancia como
biomarcador del envejecimiento y de genotoxicidad.
MANIFESTACIONES DEL ENVEJECIMIENTO A
NIVEL CITOGENÉTICO
Efectos del envejecimiento
¿Qué es el envejecimiento? ¿Por qué y cómo envejecemos?
Existen varias teorías que intentan explicar estas
interrogantes. El envejecimiento es un proceso complejo
y dinámico que afecta cada nivel del organismo. Por lo
tanto, es imposible que una sola teoría pudiera explicar
este proceso tan complicado. Actualmente existen dos
categorías para clasificar las teorías sobre las causas del
envejecimiento: 1) Las que apoyan un envejecimiento
programado dirigido y, 2) las teorías estocásticas.
En general se considera que los efectos del envejecimiento
son una combinación de procesos genéticamente
programados y alteraciones genéticas inducidas por
factores endógenos y exógenos, que tienen lugar a
nivel celular (Semsei, 2000; Wojda y Witt, 2003).
Estos procesos generan una inestabilidad genética,
la cual podría ser una de las principales causas para la
senescencia celular y también podría estar asociada con el
cáncer, enfermedades del sistema inmune, enfermedades
cardiovasculares y neurodegenerativas asociadas con la
edad (Bolognesi et al., 1999; Cutler, 1992).
El ADN de nuestras células está continuamente bajo la
amenaza de mutaciones, que ocurren mediante una variedad
de mecanismos que incluyen mutaciones puntuales,
radicales libres, rompimientos y rearreglos cromosómicos,
pérdida o ganancia de cromosomas, silenciamiento de
genes debido a una metilación inapropiada de CpG en
las secuencias promotoras, así como un acortamiento
acelerado de los telómeros y desregulación de la apoptosis
(Fenech, 1998; Fenech, 2002; Wojda y Witt, 2003).
Este conjunto de procesos, asociado a la ineficiente o
incorrecta capacidad de reparación del ADN, aceleran el
envejecimiento celular, pues cuando el daño al genoma
excede la capacidad de reparación de la célula pueden
ocurrir cambios fundamentales en el código genético y
en la expresión génica, lo que puede causar daños severos
en el desarrollo, función celular y fisiología de los tejidos,
acelerando el envejecimiento y propiciando la pérdida de
la capacidad de regeneración celular (Fenech, 2010).
El proceso general de la senescencia celular se denomina
senescencia replicativa, en contraste con el proceso de
envejecimiento del organismo. La senescencia replicativa
limita la proliferación de las células humanas normales,
detiene el crecimiento de manera irreversible y afecta la
función celular (Guarente, 1996). Citogenéticamente,
el envejecimiento celular está asociado con cambios
celulares importantes, donde se incluyen arresto del ciclo
celular, tamaño celular aumentado y/o heterogéneo
y una frecuencia elevada de células con aberraciones
cromosómicas (Wojda et al., 2006). Varios estudios
han demostrado que las anormalidades cromosómicas,
incluyendo la frecuencia de micronúcleos, aumentan
progresivamente con la edad en las células somáticas
(Fenech, 1998; Bonassi et al., 2001). El envejecimiento
acelerado y los síndromes con propensión al cáncer –tales
como progeria, síndrome de Bloom, anemia de Fanconi
y síndrome de Werner– presentan una gran inestabilidad
cromosómica y/o un acelerado acortamiento de telómeros
debido a defectos en varios genes esenciales para la
reparación de ADN y mantenimiento de los telómeros,
tales como ATM, PARP, BRCA1, BRCA2 y ADN helicasas
(Thompson y Schild, 2002; Lansdorp, 2008).
También es interesante el hecho de que las enfermedades
neurodegenerativas, tales como la enfermedad de
Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, presenten
frecuencias mucho más altas de micronúcleos en linfocitos
de sangre periférica (Migliore et al., 1999; Migliore et

43
MANIFESTACIONES DEL ENVEJECIMIENTO A NIVEL CITOGENÉTICO
al., 2001). En el caso de la enfermedad de Alzheimer,
existe también evidencia de que la frecuencia de células
con trisomía 21 es elevada, lo que lleva a la hipótesis
de que estos pacientes podrían ser mosaicos para el
fenotipo del síndrome de Down, el cual está asociado
con un envejecimiento acelerado y un incremento del
riesgo para enfermedades neurodegenerativas (Migliore
et al., 1999). En este capítulo nos enfocaremos a las
alteraciones cromosómicas asociadas a la edad y a los
métodos que se emplean para evaluar la frecuencia
de las mismas. También se revisará el acortamiento de
telómeros, su papel en el envejecimiento y las estrategias
para la evaluación de dicho proceso.
Aberraciones cromosómicas y envejecimiento
Las aberraciones cromosómicas (AC) son cambios en
la estructura o número de los cromosomas y pueden ser
inducidos u ocurrir de forma espontánea durante el ciclo
celular (Pfeiffer et al., 2000). Como se ha mencionado
anteriormente, las AC están fuertemente asociadas con
el envejecimiento, aunque no está muy claro si éstas son
parte de la causa o una consecuencia del envejecimiento.
El daño cromosómico puede evaluarse fácilmente
mediante el estudio de AC, como las translocaciones,
fragmentos acéntricos, cromosomas dicéntricos,
cromosomas en anillo, rompimientos cromatídicos o
cromosómicos, acortamiento de telómeros, pérdida o
ganancia de cromosomas (aneuploidía) y formación
de micronúcleos, cuya frecuencia se ha observado que
aumenta progresivamente con la edad (Davidovic, 1995;
Fenech, 1998; Bolognesi et al., 1999; Wojda et al., 2006;
Erceg et al., 2007).
Las células deficientes en reparación pueden acumular
más daño al ADN, lo que a nivel citogenético se refleja en
un aumento en la frecuencia de AC con la edad (Ramsey
et al., 1995). Estudios citogenéticos realizados en
células senescentes de adultos mayores han mostrado un
aumento en la frecuencia de AC (Bolognesi et al., 1999;
Wojda et al., 2006). Otro estudio realizado en linfocitos
de adultos mayores demostró un número elevado de
cromosomas dicéntricos y en anillo, lo que sugiere un
gran daño en el ADN (Davidovic, 1995). Por lo tanto,
las AC en linfocitos de sangre periférica se consideran
como uno de los mejores indicadores para la detección de
senescencia celular (Wojda y Witt, 2003).
Las aberraciones numéricas se refieren a cambios en el
número normal de cromosomas (aneuploidía, poliploidía),
las cuales ocurren debido a una segregación anormal.
Algunos estudios han mostrado un aumento significativo
de pérdidas cromosómicas en linfocitos y fibroblastos tanto
de mujeres como de varones de edad avanzada, donde se
involucra con mayor frecuencia al cromosoma X en las
mujeres y al cromosoma Y en los varones (Nowinsky et al.,
1990; Cottliar, 2001; Wojda et al., 2006). Sin embargo,
algunos estudios han mostrado que la pérdida o ganancia
de cromosomas no es necesariamente una función del
género y la edad (Nowinsky et al., 1990; Hando et al.,
1994; Guttenbach et al., 1995). Pero la aneuploidía
se ha visto con mayor frecuencia en mujeres de edad
avanzada que en varones de la misma edad (Nowinski et
al., 1990; Wojda et al., 2007). Por otra parte, estudios
realizados en células espermáticas de varones en edad
avanzada muestran un efecto negativo en las frecuencias
de aneuploidía para ciertos cromosomas (Guttenbach et
al., 2000; Sloter et al., 2007).
Actualmente, existen diversas herramientas citogenéticas
para el estudio de las aberraciones cromosómicas asociadas
al envejecimiento, como son las técnicas de citogenética
clásica (Bandas GTG) y técnicas de citogenética molecular
(FISH). La técnica de micronúcleos también se ha
aplicado al estudio del envejecimiento.
Acortamiento de telómeros
Los telómeros son estructuras nucleoproteicas que
cubren los extremos de los cromosomas. La integridad
de la estructura telomérica y su secuencia en hexámero
de repetidos TTAGGG en su ADN es crítica para proteger
los extremos de los cromosomas de la degradación y para
mantener la estabilidad genómica total (Blackburn, 1991;
De Lange, 2005). El número de repetidos TTAGGG se
reduce durante cada división celular y, como consecuencia,
la longitud del telómero disminuye en la mayor parte
de las células diferenciadas durante la vida del individuo
(Blackburn, 1991).
El acortamiento de los telómeros puede ocasionar que se
fusionen los extremos teloméricos y, como consecuencia,
que se presente una gran inestabilidad cromosómica,
la cual es un evento de iniciación clave de numerosas
neoplasias, que incluyen cáncer de pulmón, de mama,

INSTITUTO DE GERIATRÍA
44
de colon, cerebro, próstata y ciertos tipos de leucemias
(Plentz et al., 2003; Sieglova et al., 2004; Jang et al.,
2008; Mehdipour et al., 2011). Se ha demostrado que el
acortamiento de telómeros puede acelerarse por factores
ambientales como el estrés psicológico y fisiológico,
el tabaquismo, la obesidad y homocisteína plasmática
elevada (Epel et al., 2004; Morla et al., 2006; Richards
et al., 2008; Zannolli et al., 2008; Bull et al., 2009).
Este proceso es muy evidente en poblaciones de edad
avanzada (Kimura et al., 2007). La técnica de FISH es de
gran utilidad en el estudio del acortamiento de telómeros
(Canela et al., 2007).
Hibridación in situ con fluorescencia (FISH)
La prueba de hibridación in situ con fluorescencia (FISH) se
ha convertido en una poderosa herramienta para explorar
los genomas a nivel de cromosomas. El procedimiento se
puede utilizar para identificar cromosomas individuales,
rearreglos entre cromosomas y para localizar secuencias
específicas de ADN en cromosomas metafásicos o
células interfásicas tales como centrómeros, telómeros
y genes individuales (Williams et al., 2011). La técnica
permite también identificar tanto aberraciones numéricas
como estructurales. La prueba consiste en hibridar, bajo
condiciones apropiadas, una sonda de ADN marcada
fluorescentemente con su secuencia complementaria,
sobre preparaciones de cromosomas y/o núcleos
interfásicos. Al final, las sondas y la región de estudio son
visualizadas in situ con un microscopio de fluorescencia.
Con esta prueba se puede determinar si una secuencia
particular de ADN está presente en una célula, en qué
cromosoma se encuentra, y cómo está localizada en
relación con otras secuencias marcadas sobre el mismo
cromosoma. Actualmente la prueba de FISH se utiliza
para mapeo de cDNA, análisis de aneuploidía, rearreglos
cromosómicos, identificación de cromosomas marcadores,
acortamiento de telómeros, detección de daños inducidos
in vitro e in vivo por agentes físicos y químicos, entre
otros (Natarajan, 2001; García-Sagredo, 2008; Aubert
y Lansdorp, 2008). Las principales ventajas de FISH
incluyen una alta sensibilidad, una relativa facilidad de
realización y el gran número de metafases y/o núcleos
interfásicos que se pueden analizar en un corto tiempo.
Micronúcleos
Durante el ciclo celular, el ADN se replica y divide
equitativamente formando dos células hijas idénticas. Sin
embargo, pueden presentarse errores en la replicación y
división del ADN, produciendo pérdida cromosómica y, por
lo tanto, un reparto del material genético no equitativo.
Evidencia de esto son los micronúcleos (MN) que se
originan en las células en división a partir de fragmentos
acéntricos cromosómicos o cromatídicos, o de cromosomas
o cromátides completas que se rezagan en la anafase
durante la división celular, y no son incluidos en los núcleos
de las células hijas durante la telofase (Fenech y Morley,
1985). Los MN se originan por una excesiva exposición
a agentes que dañan los cromosomas, por defectos en la
mitosis y/o defectos en la reparación del ADN (Holland
et al., 2008). Varios estudios han demostrado que las
frecuencias de MN aumentan con la edad en los adultos,
y que las mujeres tienen frecuencias mayores que los
hombres (Fenech et al., 1994; Guttenbach et al., 1994;
Hagmar et al., 1994; Bonassi et al., 2001, Kazymirová et
al., 2009). La prueba de MN se ha convertido en uno de
los métodos citogenéticos preferidos para evaluar el daño
en el ADN a nivel cromosómico y se ha utilizado como
un importante biomarcador del envejecimiento (Fenech,
2005; Fenech et al., 2011). Esta técnica permite medir
tanto rompimientos cromosómicos como pérdidas
cromosómicas (Fenech, 2000) y, a diferencia del análisis
de metafases, representa un método alternativo de
evaluación a corto plazo y más sencillo. La frecuencia de
Cromosomas metafásicos
y/o células interfásicas
Serie de etanoles
Secado de laminillas
Desnaturalización
Desnaturalización
Hibridación 37˚C
Lavado
Análisis microscópico
Sonda de DNA

45
MN se puede medir fácilmente en cultivos de linfocitos,
eritrocitos o células epiteliales exfoliadas (bucal, urotelial,
nasal) (Fenech et al., 2008). Los MN son expresados
solamente en células en división y se analizan 500 células
binucleadas.
Técnica de micronúcleos
A los cultivos celulares se les agrega citocalasina-B, un
inhibidor del huso mitótico que evita la citocinesis, a cierto
tiempo de iniciado el cultivo, lo que permite reconocer
células que han completado una división nuclear por su
apariencia binucleada. Se cosechan después agregando
solución hipotónica de KCl y posteriormente se fijan
en solución Carnoy. Las células fijadas son goteadas en
laminillas, se dejan secar al aire y se tiñen con una solución
del colorante Giemsa. La frecuencia de micronúcleos se
determina en linfocitos binucleados. Los criterios de
lectura para células binucleadas y MN se basan en los
criterios establecidos por Fenech y colaboradores (2003).
La prueba de MN que bloquea la citocinesis (CBMN
por sus siglas en inglés) tiene una gran precisión porque
los datos obtenidos no son afectados por la cinética de
división celular alterada. Este método permite medir la
inestabilidad cromosómica, la capacidad de reparación del
ADN, la tasa de división nuclear, la respuesta mitogénica
y la presencia de células necróticas y apoptóticas. Se
utiliza ampliamente en estudios de genotoxicidad y para
biomonitorear poblaciones en riesgo.
Microsatélites
El estudio de microsatélites se ha convertido en una de
las pruebas más populares de marcadores genéticos. Los
microsatélites son secuencias cortas de ADN en las que
un tramo de 1 a 6 pb está repetido en tándem. Estas
secuencias pueden diferir en el número de repeticiones
entre los individuos. Gracias al uso de la PCR, los
microsatélites se han convertido en un importante
marcador genético, especialmente en pruebas de
paternidad. Los microsatélites están involucrados en
muchas enfermedades neurodegenerativas asociadas al
envejecimiento (Schlötterer, 2000).
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INSTITUTO DE GERIATRÍA
48
ANEXO 1
Técnicas de siembra y cosecha de linfocitos de
sangre periférica para obtención de cromosomas
metafásicos
El análisis de linfocitos de sangre periférica permite evaluar
el daño cromosómico estructural y numérico mediante un
cariotipo con bandas GTG. Este método es relativamente
sencillo para el estudio de la inestabilidad cromosómica.
Las aberraciones cromosómicas representan un importante
biomarcador del envejecimiento. Para ello se toman
muestras de sangre periférica del paciente con jeringas
heparinizadas, las cuales se agregan a tubos de cultivo con
medio PB-MAX (Gibco), que contiene L-glutamina, suero
fetal bovino y fitohemaglutinina (agente mitogénico)
y se incuban por 72 horas. Es importante realizar los
cultivos por duplicado. Pasado el tiempo de incubación,
se agrega colchicina al cultivo de linfocitos, los tubos se
centrifugan y posteriormente las células son sometidas a
un choque hipotónico con una solución de KCl 0.075M.
Se realiza una prefijación con solución fijadora Carnoy
(metanol:ácido acético 3:1) y se centrifugan. Se repite
dos veces el lavado y, finalmente, se deja el botón celular
en un poco de solución fijadora, quedando una suspensión
ligeramente opaca de la cual se preparan laminillas y
posteriormente se realiza el bandeo cromosómico. Para
preparar las laminillas se dejan caer gotas de la suspensión
de cromosomas en cada portaobjetos y se dejan secar al
aire. Se observan al microscopio para verificar la densidad
celular y la dispersión de los cromosomas, con lo que
se obtienen laminillas de buena calidad para el análisis
cromosómico.
Bandas GTG
La técnica de bandas GTG es la más utilizada en los
laboratorios de citogenética convencional para el análisis
cromosómico de rutina. Su nombre se debe a que son
bandas G donde se utilizan tripsina y el colorante Giemsa
(GTG). Los cromosomas teñidos mediante esta técnica
presentan un patrón de bandas claras y oscuras a lo
largo de los cromosomas; para esto se emplea un buffer
de fosfatos libre de calcio y magnesio Dulbecco (PBS-
CMF) y solución de tripsina. Esta solución se prepara
fresca y se utiliza a temperatura ambiente. La solución
del colorante Giemsa se prepara con agua destilada, buffer
de fosfatos y colorante Giemsa. Las laminillas se colocan
en la solución de tripsina, se enjuagan con el buffer de
fosfatos y se tiñen posteriormente en la solución del
colorante. Las laminillas se enjuagan con agua destilada y
se dejan secar al aire; se montan con resina y se coloca un
cubreobjetos para analizarlas al microscopio. Se analizan al
menos 30 metafases para la identificación de aberraciones
cromosómicas.
Técnica de hibridación in situ con fluorescencia
Aunque existen diversos protocolos para realizar la prueba
de FISH, aquí se presenta uno que se utiliza de manera
general en los laboratorios de citogenética molecular.
Se prepara la mezcla de hibridación que contiene las
sondas específicas para las regiones cromosómicas que
se desea estudiar, además de una sonda que se utiliza
como control. Las laminillas preparadas con cromosomas
metafásicos y/o núcleos interfásicos se pasan por una
serie de etanol (70%, 85%, y 100%) y se dejan secar
al aire, se desnaturalizan en una solución de formamida y
temperatura de 75 °C; se dejan secar al aire. La mezcla de
hibridación se desnaturaliza también a temperatura de 75
°C y posteriormente se agrega a la laminilla; la preparación
se deja hibridar por 72 horas a 37 °C. Finalmente, se lava la
laminilla con 2XSSC y se agrega DAPI como contratinción
para observar al microscopio de fluorescencia.
RESUMEN CURRICULAR DE LA AUTORA
Ana Claudia Velázquez Wong
Licenciada en Biología y maestra en Ciencias (Biología
Celular) por la Facultad de Ciencias de la UNAM.
Investigadora asociada A, adscrita a la Unidad de
Investigación Médica en Genética Humana, del Hospital
de Pediatría, Centro Médico Nacional Siglo XXI, del
Instituto Mexicano del Seguro Social. Experiencia
laboral: Citogenética molecular: hibridación in situ con
flourescencia. Llevó a cabo una estancia de investigación
en el laboratorio del Dr. Andrew J. Wyrobek, de la
División de Biociencias, del Lawrence Livermore National
Laboratory, Universidad de California, Livermore,
California, EUA, realizando estudios sobre la frecuencia
de alteraciones cromosómicas en células germinales
de varones expuestos a radioterapia. Publicaciones
en: Genetic Testing, Hypertens Res, Dis Markers, Acta
Histochem.

APLICACIÓN DE LA
GENÓMICA Y LA PROTEÓMICA
EN EL ESTUDIO DE LAS
BASES MOLECULARES DEL
ENVEJECIMIENTO
Argelia E. Rojas Mayorquín
Departamento de Investigación Básica.
Instituto de Geriatría. Secretaría de Salud.
argelia.rojas@gmail.com
Verónica Palomera Ávalos
Departamento de Biología Celular y Molecular.
Universidad de Guadalajara.
vpalomera@hotmail.com
Ana Laura Márquez Aguirre
Unidad de Biotecnología Médica y Farmacéutica.
Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología
y Diseño del Estado de Jalisco, A.C. (CIATEJ).
lauraqfb@yahoo.com.mx
Daniel Ortuño Sahagún
Departamento de Biología Celular y Molecular.
Universidad de Guadalajara.
dortuno@cucba.udg.mx

50
RESUMEN
El envejecimiento es un proceso natural, gradual,
progresivo e irreversible por el cual el organismo
completo se deteriora y que, en muchos casos, conlleva
situaciones patológicas que afectan la calidad de vida.
A pesar de los esfuerzos realizados hasta el momento,
las estrategias profilácticas o terapéuticas en torno al
envejecimiento y sus patologías asociadas aún presentan
importantes carencias, por lo que resulta necesaria
la implementación de aproximaciones experimentales
integrales. En este contexto, las ciencias “ómicas” han
revolucionado la parsimoniosa aproximación clásica del
gen por gen, proporcionando un fuerte impulso a la
investigación, tanto para el descubrimiento de nuevas
moléculas involucradas en el proceso de envejecimiento,
como el de nuevos biomarcadores y drogas de utilidad
farmacológica. La aplicación de la genómica, proteómica
e incluso la metabolómica permitirá incrementar el
conocimiento del origen y desarrollo de los diferentes
procesos que encaminan hacia una ineludible consecuencia
de la vida: la senescencia, lo que favorecerá el
establecimiento de perfiles de diagnóstico específicos y
de patrones terapéuticos que apoyarán la mejora de la
calidad de vida durante la denominada “tercera edad”. En
la presente revisión, se realiza una breve descripción de
los principios básicos de dos de las ciencias “ómicas” más
relevantes en nuestra época: la genómica y la proteómica,
además de analizar cómo son y cómo pueden ser utilizadas
estas técnicas como aproximaciones integrales en el
estudio del envejecimiento, haciendo énfasis en el
análisis de los perfiles de expresión génica obtenidos
por microarreglos y en la utilización de la electroforesis
bidimensional y la espectrometría de masas, como principales
técnicas empleadas.
INTRODUCCIÓN
El envejecimiento se caracteriza por la disminución de
múltiples funciones fisiológicas que conllevan a una
probabilidad creciente de muerte. Algunos de los cambios
físicos más evidentes relacionados con el envejecimiento
son la piel arrugada, el pelo encanecido, así como una
disminución de la fuerza y el tono muscular. Sin embargo,
existen otros cambios menos visibles que pueden
afectar la función de diversos órganos, de manera que
el envejecimiento puede considerarse como un factor
de riesgo importante para la mayoría de las patologías
humanas, principalmente las enfermedades degenerativas
y el cáncer (Heather et al., 2011).
A pesar del gran esfuerzo realizado desde el advenimiento
e implementación de las metodologías moleculares, es
incuestionable que la aproximación “paso a paso” (en
la que se estudia un gen o una proteína a la vez, incluso
si se estudian sus interacciones) es una aproximación
parsimoniosa, por lo que con el fin de lograr un avance
sustancial resulta fundamental la implementación de
aproximaciones integrales u holísticas. Es en este contexto
en el que surgen las ciencias “ómicas” (figura 1), como
ciencias biológicas que abordan el estudio de los genes,
en el contexto del DNA (genómica) y de sus productos;
primeramente el RNA (transcriptoma, que incluye sus
diferentes formas, como: RNA heterogéneo nuclear o
inmaduro, mRNA formado por ayuste, el tRNA y el rRNA)
y, en segundo lugar, las proteínas, a través del estudio
de la proteómica (que incluye sus formas modificadas
postraduccionales), así como del estudio del grupo de
factores asociados a, o derivados de estas tres principales
macromoléculas: DNA, RNA y proteínas, que incluye a los
metabolitos (metabolómica), a los factores no genéticos
(epigenómica) y al estudio del resultado de las posibles
combinaciones de todas ellas mediante la fenotipómica.
Por lo cual es razonable proponer que el amalgamamiento
de las áreas de estudio antes mencionadas permitirá
eventualmente la comprensión del proceso global de la
función, tanto a nivel celular como a nivel de los tejidos y
de los órganos, lo que a su vez proporcionará un panorama
más amplio y permitirá un mayor conocimiento de los
mecanismos del envejecimiento a nivel molecular.
Conceptos indispensables para una visión genómica
holística
La genómica aborda el estudio del genoma a nivel de la
organización molecular del DNA y del RNA e incluye,
entre otros, el estudio de la propia secuencia del DNA y
la información que está codificada en ella, tanto en las
fases abiertas de lectura de las unidades de transcripción
(ORFeómica) como en sus promotores (promoterómica),
considerando además modificaciones como metilaciones
(metilómica), los RNAs generados (transcriptómica), así
como los casos especiales de los gametos (haplómica) y
de organelos con su propio DNA, como las mitocondrias
y el cloroplasto (mitocondriómica y cloroplastosómica,

51
APLICACIÓN DE LA GENÓMICA Y LA PROTEÓMICA EN EL ESTUDIO DE LAS BASES MOLECULARES DEL ENVEJECIMIENTO
respectivamente), así como la manifestación de todos
estos en el fenotipo (fenotipómica). Además de que
se deben tomar en cuenta los factores epigenéticos
(epigenómica) capaces de influir sobre el genoma (figura
1). Para una revisión completa de la relación entre los
factores epigenéticos y el envejecimiento, consultar el
trabajo de Kaliman et al. (2011).
Desde un punto de vista integrativo, lo más relevante
de la genómica es el establecimiento de los perfiles de
expresión génica, mediante los cuales se puede obtener
una gran cantidad de información a partir de un grupo
de células, un tejido o un órgano, tanto in vitro como in
vivo, bajo ciertas circunstancias o en una etapa particular
de su desarrollo. De esta forma, es posible visualizar un
panorama más amplio que el que se tendría si únicamente
se analizara la expresión de un gen, o de unos cuantos
genes, bajo ciertas condiciones mediante una PCR
convencional (amplificación de uno o varios fragmentos
génicos y su posterior análisis cualitativo por medio de
visualización en gel de electroforesis) o incluso mediante
una PCR en tiempo real (amplificación de uno o varios
fragmentos génicos y su análisis cuantitativo sin necesidad
de electroforesis posterior). Sin embargo, una vez que el
panorama amplio es obtenido, es necesaria su adecuada
confirmación mediante experimentos puntuales, a través
de la realización de estas técnicas (PCR convencional o
en tiempo real y secuenciación) o incluso mediante la
correlación con los niveles de expresión proteica, ya sea
por western blot o por inmunocitoquímica.
Cuando el nivel de análisis cambia, el paradigma también
lo hace y es necesario modificar, o al menos ajustar, las
reglas de análisis que funcionaban para el estudio de forma
Figura 1. Esquema general del escenario de las ciencias “ómicas”. Áreas de análisis holístico de la función celular a nivel molecular.
individual de los elementos que participan en un nuevo
nivel de organización. Lo cual significa que al aumentar el
nivel de complejidad de un sistema, el canon de reglas que
regían al nivel anterior cambia (teoría de la complejidad).
Por lo tanto, la información obtenida por los experimentos
de microarreglos debe ser integrada y analizada de forma
conjunta, para poder descifrarla, interpretarla y entenderla.
Posteriormente, deben realizarse las verificaciones individuales
correspondientes, con el propósito de poder profundizar
en el análisis de las redes moleculares del funcionamiento
celular.
En los estudios de genómica resulta importante enfatizar,
por su relevancia implícita, el análisis del transcriptoma,
el cual se orienta al estudio del mRNA que es expresado
por una población de células, un tejido o un órgano, en
cierto momento o bajo ciertas condiciones. Se sabe que
el genoma completo de un organismo codifica para una
cantidad considerablemente grande de genes; por ejemplo,
se calcula que el genoma del gusano (Caenorhabditis
elegans) contiene en torno a 21,700 genes (Gerstein et
al., 2010), la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster)
unos 13,500 (Celniker y Rubin, 2003) y el ratón (Mus
musculus) o el humano (Homo sapiens) entre 20 y 40
mil genes, dependiendo del tipo de cálculo que se haga
con base en la información obtenida de las secuencias y
contenida en diversas bases de datos (tabla 1).
La aproximación experimental mediante microarreglos
es menor o mayormente útil en función del tipo de
experimento que se realice. Por ejemplo, se pueden
comparar los perfiles de expresión génica de dos
poblaciones celulares diferentes mantenidas in vitro,
o entre la misma población antes y después de un

INSTITUTO DE GERIATRÍA
52
tratamiento, como la inducción de su diferenciación
(Rojas-Mayorquín et al., 2008), o bien comparar un tejido
después de un tratamiento versus otro sin tratar (Ortuño-
Sahagún et al., 2010), o incluso contrastar un tejido de
un organismo de condición mutante contra el fenotipo
silvestre (Junyent et al., 2011; Ortuño-Sahagún et al.,
en preparación). En todos estos casos, la información
obtenida por el microarreglo resulta significativa y útil, y
proporciona además pistas sólidas relativas a los procesos
biológicos involucrados o afectados en las diferentes
circunstancias bajo estudio.
El establecimiento del perfil de expresión génica por
microarreglos provee una perspectiva cuantitativa de
los cambios relativos en los niveles de expresión génica
cuando se comparan dos condiciones en un determinado
momento o bajo determinadas circunstancias (fisiológicas,
patológicas, bajo estrés o tratamiento con fármacos), lo
cual permite incrementar sustancialmente el panorama de
información y visualizar el estado fisiológico preponderante
de las células, tejidos u órganos analizados; sin embargo,
esta metodología presenta algunas limitaciones. Cuando se
estudia un órgano, los microarreglos no permiten identificar
la participación relativa de las diferentes subpoblaciones
de fenotipos celulares presentes por separado, ya que se
analiza la expresión génica conjunta como un todo. Por
otra parte, la comparación cuantitativa de los niveles de
expresión para un determinado gen o grupos de genes
entre múltiples experimentos es técnicamente muy
difícil (Chudin et al., 2002). Otra limitación importante
consiste en la destrucción del tejido u órgano en estudio,
ya que requiere de la lisis celular de toda la muestra para
la obtención del material genético que será hibridado en
las laminillas del chip del microarreglo. Por lo tanto, resulta
imprescindible complementar los resultados obtenidos del
análisis de microarreglos con una batería de experimentos
adecuada que confirme y apoye los perfiles de expresión
génica obtenidos.
Conceptos básicos para una aproximación integral
en proteómica
La proteómica incluye el estudio de prácticamente el
total de proteínas contenidas en un grupo de células, un
tejido, un órgano e incluso en un organismo completo.
La cantidad y proporción de dichas proteínas varía en
función del estado del desarrollo, la tasa metabólica, el
estado fisiológico, y depende también del órgano o tipo de
tejido. El principal objetivo de la proteómica es descubrir e
identificar los detalles funcionales de la entidad biológica
bajo estudio. Se realiza básicamente en cinco etapas en
secuencia, tres de las cuales requieren de una constante
retroalimentación con las bases de datos (figura 2).
Los estudios de proteómica a gran escala permiten
identificar la composición proteica, así como la
estructura de las proteínas, sus isoformas presentes, los
cambios conformacionales que sufren, las modificaciones
postraduccionales que presentan (como fosforilaciones,
ESPECIE TAMAÑO ESTIMADO
(PARES DE BASES) NÚMERO DE GENES
ESTIMADOS DENSIDAD PROMEDIO DE
GENES NÚMERO
DE CROMOSOMAS
Homo sapiens (humano) 3.2 X 10920,500 a 1 gen / 156,000 bases 46
Mus musculus (ratón) 2.6 X 109~30,000 –
40,000b* 1 gen / 87,000 bases 40
Drosophila melanogaster
(mosca de la fruta) 1.37 X10813,500 c1 gen / 10,000 bases 8
Arabidopsis thaliana (planta) 1.0 X 10826,990 d1 gen / 3,700 bases 10
Caenorhabditis elegans
(gusano) 9.7 X 10721,700 e1 gen / 4,470 bases 12
Saccharomyces cerevisiae
(levadura) 1.21 X 1076,000 1 gen / 2,000 bases 32
Escherichia coli (bacteria) 4.6 X 106 3,200 1 gen / 1,400 bases -y
H. influenzae (bacteria) 1.8 X 106 1700 1 gen / 1,000 bases -y
Tabla 1. Tamaños relativos de los genomas de seres vivos utilizados como modelos biológicos. Modificado del Human Genome
Project Information con referencias seleccionadas: a Clamp et al., 2007; b Hamilton y Frankel, 2001; c Celniker y Rubin, 2003;
d Spannagl et al., 2011; e Gerstein et al., 2010. *Es una cantidad de genes especulativa debido a que las estimaciones involucran
imperfecciones derivadas de la dificultad de identificar con absoluta certeza la totalidad de genes. y Las células procariontes no poseen
cromosomas, ya que su DNA es circular y no se forman nucleosomas en torno a proteínas histonas.

53
glicosidaciones, sulfataciones, etcétera) y las interacciones
con otras proteínas o con agentes químicos (como drogas,
tóxicos, etcétera). A partir de una cantidad de muestra
relativamente pequeña, es posible la identificación de
una proteína individual entre cientos o miles de otras
proteínas. Por todo lo anterior, la proteómica ha cambiado
la forma en la cual la investigación biológica se realiza e
incluso cómo se plantea. A diferencia de la aproximación
parsimoniosa previamente mencionada, la proteómica ha
hecho posible ampliar las aproximaciones experimentales,
basada en el estudio y análisis de los patrones de expresión
de redes moleculares interactivas.
Como parte de la proteómica se han desarrollado diferentes
subespecialidades (tabla 2). La proteómica de expresión
analiza la expresión de las proteínas celulares mediante
técnicas de separación electroforética o cromatográficas,
aprovechando la carga neta de las proteínas. La proteómica
cuantitativa se encarga de la cuantificación de conjuntos
de proteínas. La cartografía celular proteínica (topografía
de proteínas) se enfoca en la localización subcelular y las
interacciones físicas entre proteínas en diferentes etapas
de la función celular. La proteómica química es útil en la
determinación de interacciones de proteínas con fármacos
o agentes químicos. La proteómica estructural se basa en
el análisis tridimensional de las estructuras proteicas y la
realización de modelos tridimensionales. La proteómica
funcional o proteómica de interacción se aboca a la
función y regulación de proteínas específicas, así como
de las interacciones proteína-proteína. La proteómica
comparativa se enfoca en la comparación de la secuencia
de las proteínas entre proteínas homólogas o análogas.
Finalmente, la proteómica reversa inicia con el estudio
del genoma y, a partir de su secuencia, procede a la
APLICACIÓN DE LA GENÓMICA Y LA PROTEÓMICA EN EL ESTUDIO DE LAS BASES MOLECULARES DEL ENVEJECIMIENTO
secuencia de las proteínas, generalmente cuando se trata
de proteínas “hipotéticas”.
Además de las anteriores –y en relación muy cercana
con la proteómica– se encuentra la metabolómica, que
estudia el estado metabólico dinámico empleando para
ello diferentes metodologías como la espectroscopía
de resonancia magnética nuclear combinada con un
análisis estadístico. El estudio de los metabolitos en un
momento específico resulta sumamente informativo
en relación con el fenotipo del organismo, ya que
estas moléculas reflejan en realidad el producto de la
transcripción genómica y, más precisamente, reflejan la
actividad celular o el fenotipo funcional. Asimismo, los
estudios de metabolómica resultan útiles para el diseño
de tratamientos farmacológicos individualizados, debido a
la posibilidad de predecir el efecto e influencia de ciertas
drogas sobre el sistema de una forma específica, una vez
que las características de su metabolización han sido
establecidas.
Aproximaciones holistas a nivel molecular para el
estudio del envejecimiento
Uno de los objetivos principales de la gerontología es
el conocimiento y la comprensión de los mecanismos
biológicos involucrados en el envejecimiento, tanto a nivel
molecular como celular y orgánico, lo cual haría posible
el entendimiento de los mecanismos que subyacen en
los procesos patológicos. Debido a las limitaciones del
estudio experimental de dicho proceso en humanos, se
han empleado diversos modelos en animales; sin embargo,
uno de los principales problemas sobreviene al tratar de
extrapolar los datos obtenidos de estos modelos al ser
humano, debido a la amplia diferencia en cuanto a los
periodos de duración de sus ciclos de vida. A pesar de
esta limitación, la investigación relativa al envejecimiento
se ha acelerado de forma sustancial con la aplicación de
las metodologías de análisis global de la expresión génica
como son los microarreglos, utilizados para el análisis
de los perfiles de expresión génica, y la electroforesis
bidimensional seguida de la espectrometría de masas,
empleadas para la identificación de proteínas.
Genómica del envejecimiento
Un enfoque atractivo para estudiar las diferencias
moleculares asociadas con el fenómeno del envejecimiento
como la inexorable consecuencia de la vida, debido a su
Figura 2. Etapas generales del procesamiento y análisis
proteómico.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
54
SUBESPECIALIDAD APLICACIONES REFERENCIAS REPRESENTATIVAS
Proteómica de
expresión
Analiza las proteínas
celulares expresadas
mediante electroforesis
mono y bidimensionales (con
isoelectroenfoque previo),
o bien, por cromatografía de
alta resolución combinada con
espectrofotometría de masas.
2D electrophoresis-based expression proteomics: a microbiologist’s perspective. Sá-Correia I, Teixeira MC. Expert Rev
Proteomics 7(6):943-953 (2010).
Isoelectric focusing and two-dimensional gel electrophoresis. Friedman DB, Hoving S, Westermeier R. Methods Enzymol
463:515-540 (2009).
Two-dimensional gel electrophoresis: a fundamental tool for expression proteomics studies. Klein E, Klein JB, Thongboonkerd
V. Contrib Nephrol 141:25-39 (2004).
Mass spectrometry-based clinical proteomics. Pusch W, Flocco MT, Leung SM, Thiele H, Kostrzewa M. Pharmacogenomics
4(4):463-476 (2003).
Proteómica
cuantitativa
Empleada para cuantificar la
expresión proteica, tanto en
condiciones fisiológicas como
para caracterizar los efectos
de largo plazo de fármacos
sobre dicha expresión.
Combining quantitative proteomics data processing workflows for greater sensitivity. Colaert N, Van Huele C, Degroeve S,
Staes A, Vandekerckhove J, Gevaert K, Martens L. Nat Methods May 8. [Epub ahead of print] (2011).
Quantitative proteomics for the analysis of spatio-temporal protein dynamics during autophagy. Zimmermann AC, Zarei M,
Eiselein S, Dengjel J. Autophagy 16;6(8):1009-1016 (2010).
Quantitation in mass-spectrometry-based proteomics. Schulze WX, Usadel B. Annu Rev Plant Biol 61:491-516 (2010).
Role of spectral counting in quantitative proteomics. Lundgren DH, Hwang SI, Wu L, Han DK. Expert Rev Proteomics 7(1):39-
53 (2010).
Current trends in quantitative proteomics. Elliott MH, Smith DS, Parker CE, Borchers C. J Mass Spectrom 44(12):1637-1660
(2009).
Cartografía celular de
proteínas
Se centra en el estudio de
las interacciones físicas y
la localización subcelular
de proteínas en diferentes
estados funcionales de la
célula.
Toponomics: studying protein-protein interactions and protein networks in intact tissue. Pierre S, Scholich K. Mol Biosyst
6(4):641-647 (2010).
Proteomics of total membranes and subcellular membranes. Groen AJ, Lilley KS. Expert Rev Proteomics 7(6):867-878 (2010).
The social network of a cell: recent advances in interactome mapping. Charbonnier S, Gallego O, Gavin AC. Biotechnol Annu
Rev 14:1-28 (2008).
Toponomics and neurotoponomics: a new way to medical systems biology. Schubert W, Bode M, Hillert R, Krusche A,
Friedenberger M. Expert Rev Proteomics 5(2):36136-9 (2008).
Proteómica química
Para determinar las
interacciones de fármacos
con sus dianas y para el
análisis sistemático de la
especificidad y selectividad de
los mismos. Por ejemplo, en
el caso de la fosfoproteómica,
que monitorea los cambios
en la fosforilación en la
caracterización de las vías de
señalización celular, tanto
fisiológicamente como bajo el
efecto de fármacos.
Using small molecules and chemical genetics to interrogate signaling networks. Carlson SM, White FM. ACS Chem Biol
6(1):75-85 (2011).
Accelerating the discovery of new drug targets with chemical proteomics. Cheung AK, Jain RK. IDrugs 13(12):862-868
(2010).
Target profiling of small molecules by chemical proteomics. Rix U, Superti-Furga G. Nat Chem Biol 5(9):616-24 (2009).
Revealing promiscuous drug-target interactions by chemical proteomics. Bantscheff M, Scholten A, Heck AJ. Drug Discov Today
14(21-22):1021-1029 (2009).
Activity based chemical proteomics: profiling proteases as drug targets. Heal WP, Wickramasinghe SR, Tate EW. Curr Drug
Discov Technol 5(3):200-212 (2008).
Pathway proteomics and chemical proteomics team up in drug discovery. Hopf C, Bantscheff M, Drewes G. Neurodegener Dis
4(2-3):270-280 (2007).
Proteómica
estructural
Se basa en el análisis
tridimensional de las
estructuras proteicas
mediante resonancia
magnética nuclear (NMR) y
espectrometría de masas y
realiza modelaje de proteínas.
Crosslinking combined with mass spectrometry for structural proteomics. Petrotchenko EV, Borchers CH. Mass Spectrom Rev
29(6):862-876 (2010).
NMR in structural proteomics and beyond. Banci L, Bertini I, Luchinat C, Mori M. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc 56(3):247-
266 (2010).
The impact of structural proteomics on biotechnology. Manjasetty B, Turnbull A, Panjikar S. Biotechnol Genet Eng Rev 26:353-
370 (2010).
Structural proteomics by NMR spectroscopy. Shin J, Lee W, Lee W. Expert Rev Proteomics 5(4):589-601 (2008).
Proteómica funcional
Se enfoca en la función y
regulación de proteínas
o conjuntos de proteínas
específicas, así como en
las interacciones proteína-
proteína proteína-ligando.
Relevante en el estudio de
mecanismos de acción de
fármacos e identificación de
sus blancos farmacológicos.
Functional proteomics to dissect tyrosine kinase signalling pathways in cancer. Kolch W, Pitt A. Nat Rev Cancer 10(9):618-
629 (2010).
New perspective for phage display as an efficient and versatile technology of functional proteomics. Li W, Caberoy NB. Appl
Microbiol Biotechnol 85(4):909-919 (2010).
Functional proteomics in lipid research: lipases, lipid droplets and lipoproteins. Schittmayer M, Birner-Gruenberger R. J
Proteomics 72(6):1006-1018 (2009).
Puzzle of protein complexes in vivo: a present and future challenge for functional proteomics. Monti M, Cozzolino M, Cozzolino
F, Vitiello G, Tedesco R, Flagiello A, Pucci P. Expert Rev Proteomics 6(2):159-169 (2009).
Interaction proteomics. Monti M, Orrù S, Pagnozzi D, Pucci P. Biosci Rep 25(1-2):45-56 (2005).
Proteómica
comparativa
Permite analizar variaciones
en el contenido de proteínas
o en la secuencia de proteínas
entre diferentes seres vivos
y su relación como análogas,
homólogas, heterólogas, etc.
Comparative proteomics of erythrocyte aging in vivo and in vitro. Bosman GJ, Lasonder E, Groenen-Döpp YA, Willekens FL,
Werre JM, Novotný VM. J Proteomics 73(3):396-402 (2010).
Comparative proteomics and difference gel electrophoresis. Minden J. Biotechniques 43(6):739, 741, 743 passim (2007).
Proteome informatics II: bioinformatics for comparative proteomics. Lisacek F, Cohen-Boulakia S, Appel RD. Proteomics
6(20):5445-5466 (2006).
Proteómica reversa
Parte del análisis de
secuencias de DNA o de RNA
para deducir la secuencia de
una proteína hipotética.
Systematic cloning of an ORFeome using the Gateway system. Matsuyama A, Yoshida M. Methods Mol Biol 577:11-24
(2009).
The reverse proteomics for identification of tumor antigens. Lee SY, Jeoung D. J Microbiol Biotechnol 17(6):879-890 (2007).
Integrating forward and reverse proteomics to unravel protein function. Palcy S, Chevet E. Proteomics 6(20):5467-5480
(2006).
Human ORFeome version 1.1: a platform for reverse proteomics. Rual JF, Hirozane-Kishikawa T, Hao T, Bertin N, Li S, Dricot A,
et al. Genome Res 14(10B):2128-2135 (2004).
Tabla 2. Subespecialidades de la proteómica.

55
complejidad y a que es influido por diversos factores, es
el uso de los microarreglos que permiten escanear todo
el genoma y encontrar aquellos genes que cambian su
expresión con la edad. Como se mencionó anteriormente,
la aproximación genómica tiende a identificar grupos de
genes y vías reguladoras involucradas en los procesos
biológicos, ofreciendo una alternativa que puede acelerar
el conocimiento de los mecanismos implicados en éstos.
Estos estudios llevarán a la identificación de nuevos
biomarcadores que pudieran ser utilizados como índices
de la edad fisiológica. Para ello, se han generado perfiles
transcripcionales de diversos tejidos humanos, incluyendo
el cerebro, la sangre, los ojos, el riñón, los músculos y la piel.
Los cambios en los niveles de expresión de estos genes
pueden tener consecuencias funcionales importantes en
el proceso de envejecimiento, por lo que la determinación
de los cambios de expresión génica podrá poner de
manifiesto aquellos procesos moleculares involucrados en
el envejecimiento para cada tejido en particular.
Los experimentos con microarreglos relacionados al
estudio del envejecimiento se iniciaron en el año de 1999
(Shelton et al., 1999) y durante la primera década del
presente siglo se ha incrementado de forma constante
el número de publicaciones indexadas relativas a este
aspecto en particular (figura 3). De forma paralela, se
ha incrementado significativamente la información de
las secuencias de DNA y de RNA en las bases de datos,
así como las metodologías informáticas para analizar
los datos obtenidos, las cuales han presentado mejoras
sustanciales (Klamt et al., 2007). A pesar de todo ello,
aún se está lejos de conseguir completar la información
referente a la identificación de todas las interacciones
entre los diferentes elementos genómicos que establecen
y regulan el funcionamiento celular.
Los microarreglos generan información tanto cuantitativa
–referida a los genes sobre expresados o cuya expresión
disminuye significativamente–, como cualitativa –
referida a los niveles relativos de expresión–, la cual en
conjunto lleva a evaluar los cambios en la expresión génica
comparativos entre dos condiciones determinadas. La
aplicación de los microarreglos al estudio del envejecimiento
se incrementa cada año y se ha aplicado en diversos modelos
animales, desde invertebrados como el C. elegans y la D.
melanogaster, hasta, evidentemente, diversos tejidos
humanos, pasando por una gran cantidad de estudios en
roedores (rata y ratón) e incluso otros mamíferos, como
perros y monos macacos, sin dejar de lado estudios en
protistas unicelulares, como Saccharomyces cerevisiae
(levadura), así como otros enfocados al transcriptoma
relacionado a un organelo en particular, la mitocondria
(véanse tabla 3 y referencias incluidas).
La genómica ha demostrado que existen genes
específicos que afectan la tasa de esperanza de vida o el
envejecimiento humano. Una forma de encontrar posibles
genes relacionados al envejecimiento es la búsqueda de
las diferencias genéticas entre los individuos centenarios y
los de mediana edad. La mayoría de estos trabajos se han
centrado en estudiar genes candidatos (genotipificación
por medio de polimorfismos de nucleótido simple o SNPs,
por sus siglas en inglés) y no en el análisis de todo su
genoma. Aunque se han descrito diversos polimorfismos
en individuos longevos, sólo dos de estos genes (FOXO3A
y APOE) se han visto asociados consistentemente con la
longevidad en diversas poblaciones (Chung et al., 2010).
Estos hallazgos son importantes debido a que el estudio de
los genes asociados con el envejecimiento puede revelar
procesos moleculares relevantes incluso para cada uno de
los tejidos afectados por la senescencia celular.
La evaluación de la información genómica relacionada
con el envejecimiento presenta algunas limitaciones, en
particular las relacionadas con algunos factores capaces de
APLICACIÓN DE LA GENÓMICA Y LA PROTEÓMICA EN EL ESTUDIO DE LAS BASES MOLECULARES DEL ENVEJECIMIENTO
Figura 3. Publicaciones en PubMed de microarreglos o
proteómica en estudios relacionados con el envejecimiento. Se
consideraron todos los artículos que incluyeron los términos
microarray y aging (línea negra) o bien proteomic y aging
(línea naranja) en el título o en el resumen. Se incluyeron 304
trabajos de microarreglos entre 1999 y 2010, y de proteómica
se incluyeron 179 trabajos en el mismo periodo.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
56
influir sobre la variabilidad de los resultados obtenidos, por
ejemplo, el organismo modelo utilizado (gusanos, insectos,
roedores u otros), el órgano, tejido o células utilizadas en
el estudio (cerebro, músculo, células aisladas, etcétera),
ya que los diferentes tejidos de un organismo envejecen
de manera distinta, o bien el uso de mutantes (como el
ratón SAMP8 de senescencia acelerada). Sin embargo,
tomando en cuenta estos factores, la información obtenida
mediante esta aproximación global resulta ciertamente
útil en la consecución de un mayor nivel de conocimiento
relacionado al proceso del envejecimiento.
La proteómica del envejecimiento
Una de las grandes ventajas de los estudios de proteómica
es que la enorme cantidad de información generada por
unos pocos experimentos −tal y como también ocurre
en los estudios de genómica− puede ser depositada en
grandes bases de datos, que además de servir de sitios
de almacenamiento para toda esa información, también
la procesan, clasifican y organizan, lo que permite su
posterior comparación y análisis; eventualmente, esto
acelera de forma sustancial el trabajo experimental e
incrementa los resultados particulares obtenidos en el
estudio del envejecimiento.
Diversos estudios se han realizado en torno a la
proteómica del envejecimiento (tabla 4 y referencias
incluidas), dirigidos tanto a células y tejidos humanos, como
mediante el uso de especies modelo; como el gusano (C.
elegans), la abeja (Apis mellifera), roedores (M. musculus
y Rattus novergicus), aves (Gallus domesticus), e incluso
la levadura (protista unicelular S. cerevisiae). Otros están
enfocados a diversos tejidos en particular, entre los que
destacan el neural, muscular y epitelial. Con relación a
los estudios de la metabolómica del envejecimiento, los
esfuerzos se han centrado en la búsqueda de marcadores
del envejecimiento celular.
Bases de datos relativas al estudio del envejecimiento
a nivel molecular
Desde el mes de octubre de 2001 y hasta septiembre
de 2006 estuvo en funcionamiento una base de datos
que albergaba información relativa a la biología del
envejecimiento: SAGE KE (Science of Aging Knowledge
Environment: http://sageke.sciencemag.org) y que aún
es accesible, pues la información ha sido albergada por la
revista Science. Una nueva versión de esta base de datos se
localiza en la Universidad de Washington (http://www.
uwaging.org/). Otras páginas web existentes son Science
of aging, que se localiza en: http://sageweb.org/; y
Human Ageing Genomic Resources, accesible en: http://
genomics.senescence.info/; ambas son colecciones de
bases de datos y herramientas diseñadas para apoyar la
investigación y el estudio de la biología y la genética del
envejecimiento humano, empleando para ello una gran
variedad de aproximaciones genómicas.
PERSPECTIVAS
Resulta evidente que el mero hecho de identificar toda
la secuencia genómica de un organismo, o de conocer
todas las isoformas y modificaciones de sus productos
(proteínas), no es suficiente para dilucidar los mecanismos
del proceso de envejecimiento. Es necesario integrar toda
esa información de una manera funcional que refleje de
forma más precisa la situación real mediante la biología
de sistemas (Hood, 2003). Por lo tanto, tan importante
es generar toda la información de las ciencias “ómicas”,
como desarrollar los instrumentos capaces de analizar y
ponderar eficientemente toda esa información. A este
respecto, la bioinformática y la biología computacional
se han dedicado recientemente a realizar este tipo de
análisis; ambas áreas están basadas en la biología de
sistemas, es decir, en la construcción de las redes de
interacción de genes, de sus productos (proteínas) y de las
vías metabólicas que interactúan para constituir módulos
funcionales. Estos módulos, a su vez, integran el diseño
de modelos que buscan predecir fenotipos clínicos para el
diseño de estrategias diagnósticas y terapéuticas, luego
de que la experimentación genera resultados, tendiendo
hacia una medicina personalizada y hacia el entendimiento
de los misterios del envejecimiento.

57
SER VIVO U
ORGANELO ESPECIE, ÓRGANO O
TIPO CELULAR ESTUDIADO REFERENCIAS REPRESENTATIVAS
Protista Saccharomyces cerevisiae
(levadura) A microarray-based genetic screen for yeast chronological aging factors. Matecic M, Smith DL, Pan X, Maqani N, Bekiranov
S, Boeke JD, Smith JS. PLoS Genet. 2010 Apr 22;6(4):e1000921.
Invertebrados
Caenorhabditis elegans
(gusano)
Drosophila melanogaster
(mosca de la fruta)
Gene expression profiling to characterize sediment toxicity--a pilot study using Caenorhabditis elegans whole genome
microarrays. Menzel R, Swain SC, Hoess S, Claus E, Menzel S, Steinberg CE, Reifferscheid G, Stürzenbaum SR. BMC
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Roedores
Mus musculus (ratón)
SAMP8, modelo de
envejecimiento prematuro
Cerebro
Espermatogonias
Retina
Músculo esquelético
Médula ósea
Ovario
Rattus novergicus (rata)
Cerebro
Hepatic gene expression changes in an experimental model of accelerated senescence: the SAM-P8 mouse. Vilà L, Roglans
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Primates
Macaca mulatta (mono
Rhesus)
Cerebro
Glándula pituitaria
Homo sapiens (ser humano)
Cerebro
Músculo esquelético
Músculo cardiaco
Próstata
Condrocitos
Dientes
Piel
Células T
Células B
Gene profile analysis implicates Klotho as an important contributor to aging changes in brain white matter of the rhesus
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Power training and postmenopausal hormone therapy affect transcriptional control of specific co-regulated gene clusters
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APLICACIÓN DE LA GENÓMICA Y LA PROTEÓMICA EN EL ESTUDIO DE LAS BASES MOLECULARES DEL ENVEJECIMIENTO
Tabla 3. Estudios de análisis de expresión génica en el envejecimiento mediante microarreglos.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
58
SER VIVO U
ORGANELO ESPECIE, ÓRGANO O
TIPO CELULAR ESTUDIADO REFERENCIAS REPRESENTATIVAS
Protista Saccharomyces cerevisiae
(levadura) Shortest-path network analysis is a useful approach toward identifying genetic determinants of longevity. Managbanag JR,
Witten TM, Bonchev D, Fox LA, Tsuchiya M, Kennedy BK, Kaeberlein M. PLoS One. 2008;3(11):e3802.
Invertebrados Apis mellifera (abeja)
Effects of oxidative stress on behavior, physiology, and the redox thiol proteome of Caenorhabditis elegans. Kumsta C, Thamsen
M, Jakob U. Antioxid Redox Signal. 2011 Mar 15;14(6):1023-37.
Proteomic analyses of Caenorhabditis elegans dauer larvae and long-lived daf-2 mutants implicates a shared detoxification
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Roedores
Mus musculus (ratón)
SAMP8, modelo de
envejecimiento prematuro
Cerebro
Riñón
Músculo cardiaco
Rattus novergicus (rata)
Cerebro
Tejido adiposo
Músculo esquelético
Músculo cardiaco
Accurate quantification of more than 4000 mouse tissue proteins reveals minimal proteome changes during aging. Walther DM,
Mann M. Mol Cell Proteomics. 2011 Feb;10(2):M110.004523.
Comparative proteomic analysis of brains of naturally aging mice. Yang S, Liu T, Li S, Zhang X, Ding Q, Que H, Yan X, Wei K, Liu
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Strain- and age-related alteration of proteins in the brain of SAMP8 and SAMR1 mice. Zhu L, Yu J, Shi Q, Lu W, Liu B, Wang L,
Han J, Wang X. J Alzheimers Dis. 2011;23(4):641-54.
Proteomic study of neuron and astrocyte cultures from senescence-accelerated mouse SAMP8 reveals degenerative changes.
Díez-Vives C, Gay M, García-Matas S, Comellas F, Carrascal M, Abian J, Ortega-Aznar A, Cristòfol R, Sanfeliu C. J
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Aves Gallus domesticus (pollo Thai
nativo) Proteome changes in Thai indigenous chicken muscle during growth period. Teltathum T, Mekchay S. Int J Biol Sci. 2009 Oct
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Primates
Homo sapiens (ser humano)
Plasma sanguíneo
Piel
Fluidos orales
Cáncer de próstata
Colon
Médula ósea
Células del estroma
mesenquimal (MSC)
y células precursoras
hematopoyéticas (HCP)
Células B
Fibroblastos embrionarios
Cerebro
Proteomic analysis of plasma proteins in Japanese semisuper centenarians. Miura Y, Sato Y, Arai Y, Abe Y, Takayama M, Toda T,
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Comparative proteomic analysis of human oral fluids according to gender and age. Fleissig Y, Reichenberg E, Redlich M, Zaks B,
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APLICACIÓN DE LA GENÓMICA Y LA PROTEÓMICA EN EL ESTUDIO DE LAS BASES MOLECULARES DEL ENVEJECIMIENTO
RESUMEN CURRICULAR DE LOS AUTORES
Argelia E. Rojas Mayorquín
Médico cirujano y doctora en Ciencias Biomédicas
(Neurociencias) por la Universidad de Guadalajara, México.
Miembro titular colegiado de la Asociación Médica de
Jalisco (AMJ), Colegio Médico, A.C. Miembro del Sistema
Nacional de Investigadores desde 2009. Socia activa de
diversas sociedades médicas y científicas nacionales
e internacionales, entre las que figuran la Centenaria
Sociedad Médica de Guadalajara, Colegio Médico A.C., la
Société des Neurosciences (SDN, Francia), la Society for
Developmental Biology (SDB), la Sociedad Mexicana de
Biología del Desarrollo (SMBD) y la Sociedad Mexicana de
Ciencias Fisiológicas (SMCF). Se ha desempeñado como
médico clínico y realizado estancias de investigación en el
Instituto Cajal (Madrid, España), Universidad de Leipzig
(Alemania), Institut National de la Santé et de la Recherche
Médicale (INSERM, París, Francia), en la Facultad de
Farmacia, Universidad de Barcelona (España) y dos años
de estancia posdoctoral en el Hospital de la Salpêtrière
(París, Francia). Ha sido evaluadora de proyectos para
universidades nacionales y asesora de tesis de licenciatura.
Ha publicado seis artículos de investigación en revistas
internacionales con arbitraje. Diversos capítulos de libros
(uno de ellos por la editorial McGraw-Hill), un manual
de prácticas en biología del desarrollo, y resúmenes de
investigación de congresos nacionales e internacionales.
Entre sus contribuciones se encuentra el reporte de una
nueva secuencia en GeneBank (DQ916292 Rattus
norvegicus tenascin C mRNA, partial cds). Actualmente
es investigadora del Instituto de Geriatría y sus líneas de
investigación se enfocan en los mecanismos moleculares
involucrados en los procesos de diferenciación de células
neurales, el papel de las proteínas solubles en los procesos
de neurogénesis en el cerebro de mamíferos adultos, así
como los mecanismos moleculares que subyacen en los
procesos de neurodegeneración y envejecimiento.
Verónica Palomera Ávalos
Es bióloga egresada de la Universidad de Guadalajara
y maestra en Ciencias, con orientación en Ciencias
Biológicas, también por la Universidad de Guadalajara.
Obtuvo calificación de 100 y mención honorífica tanto en
la tesis de licenciatura como en la de la maestría. Cuenta
con cinco publicaciones de artículos científicos en revistas
internacionales en diferentes áreas de la Biología. Estuvo

INSTITUTO DE GERIATRÍA
60
a cargo durante un año del Laboratorio de Taxonomía
Molecular del Centro Universitario de Ciencias Biológicas
y Agropecuarias en la U de G, en donde se hizo cargo
del secuenciador automatizado de DNA. Actualmente
trabaja en el laboratorio de neurofisiología y neuroquímica
en el Departamento de Biología Celular y Molecular de
la Universidad de Guadalajara, con la cuantificación de
neurotransmisores en ratas adultas. Es miembro de la
Society for Neuroscience, en donde ha participado con
trabajos para los congresos de la sociedad desde 2008.
Además, ha participado en congresos nacionales de
Ciencias Fisiológicas con diversos trabajos relacionados
con la cuantificación de neurotransmisores en ratas
adultas durante crisis epilépticas inducidas mediante
4-aminopiridina. Ha impartido las clases de Genética
Avanzada y Genética Evolutiva a nivel licenciatura durante
cinco años y fungido como secretaria de la Academia de
Biología Molecular y Genética.
Ana Laura Márquez Aguirre
Es químico farmacobióloga egresada de la Universidad
de Guadalajara, maestra y doctora en Ciencias
Biomédicas con orientación en Inmunología en el Centro
Universitario de Ciencias de la Salud de la Universidad
de Guadalajara. Actualmente es investigadora titular A
del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología
y Diseño del Estado de Jalisco (CIATEJ-CONACYT) en
la Unidad de Biotecnología Médica y Farmacéutica. Es
miembro del cuerpo académico y profesora del posgrado
interinstitucional en Ciencia y Tecnología (PICYT),
incorporado al Padrón Nacional de Posgrado del CONACYT.
Ha impartido las materias de Biología Molecular,
Microbiología Médica, Bioquímica e Inmunología, tanto
en licenciatura como en posgrado. Ha publicado artículos
de investigación en revistas científicas nacionales e
internacionales, dirige tesis de licenciatura y posgrado y es
miembro del Sistema Nacional de Investigadores (2011-
2013). Actualmente realiza investigación básica para la
evaluación de moléculas bioactivas derivadas de plantas
en la prevención de enfermedades crónico-degenerativas,
así como investigación aplicada para la validación de
técnicas moleculares en el diagnóstico de enfermedades
infectocontagiosas.
Daniel Ortuño Sahagún
Es investigador titular de la Universidad de Guadalajara
y miembro del Sistema Nacional de Investigadores,
nivel 1. Biólogo por la Universidad de Guadalajara, con
maestría en Ciencias en Biología Celular (U de G–IMSS)
y doctorado en Ciencias en Biología Molecular por la
Universidad Autónoma de Madrid. Ha realizado dos
posdoctorados en el Instituto Cajal de Neurociencias, en
Madrid, España, investigando el desarrollo del sistema
nervioso de invertebrados y vertebrados. Es miembro
fundador y actualmente coordinador en el CUCBA
del doctorado en Ciencias Biomédicas de la U de G.
Es profesor invitado de la Universidad de Barcelona,
de la Universidad Pablo de Olavide en Sevilla y de la
Universidad Complutense de Madrid. Ha impartido las
materias de Biología Celular, Biología Molecular y Biología
del Desarrollo, tanto en licenciatura como en doctorado.
Ha impartido conferencias en España: Madrid, Barcelona,
Sevilla y Alicante, y en Leipzig, Alemania. Ha sido
presidente del Colegio de Biólogos de Jalisco, director del
Instituto de Fisiología Celular y jefe del Departamento de
Biología Celular y Molecular del CUCBA. Ha publicado
los libros: El desarrollo de la Biología en Jalisco, Tópicos
de actualización en neurobiología. Biología molecular
del desarrollo, neurodegeneración y medicina genómica
y Biología molecular: Fundamentos y aplicaciones,
recientemente publicado por McGraw-Hill. Actualmente,
en la Universidad de Guadalajara, investiga los mecanismos
moleculares de la diferenciación de células madre en
el sistema nervioso central, así como los mecanismos
moleculares involucrados en la neurodegeneración,
además de trabajar en el desarrollo de vacunas mediante
ingeniería genética.

REGULACIÓN EPIGENÉTICA
DEL ENVEJECIMIENTO
Ingrid Fetter Pruneda*
Laboratorio de Biología Integrativa, Departamento
de Biología Celular y Fisiología, Instituto de
Investigaciones Biomédicas, UNAM.
Leonora Olivos Cisneros*
Laboratorio de Biología Integrativa, Departamento
de Biología Celular y Fisiología, Instituto de
Investigaciones Biomédicas, UNAM.
Gabriel Gutiérrez Ospina
Laboratorio de Biología Integrativa, Departamento
de Biología Celular y Fisiología, Instituto de
Investigaciones Biomédicas, UNAM.
Shaday Michán
Laboratorio de Biología Integrativa, Departamento
de Biología Celular y Fisiología, Instituto de
Investigaciones Biomédicas, UNAM.
Instituto de Geriatría. Departamento de
Investigación Básica, Secretaría de Salud.
shaday.michan@salud.gob.mx
*Ambas autoras contribuyeron equitativamente a
este trabajo.

62
RESUMEN
En este texto discutimos algunos datos, ideas y reflexio nes
sobre el proceso de envejecimiento desde el punto
de vista epigenético. El aumento o la disminución en
la esperanza de vida, la longevidad y la propensión a
desarrollar patologías relacionadas con la edad se han
asociado, por un lado, a mecanismos genéticos, esto es, a
alteraciones irreversibles en la composición y la secuencia
del genoma, como las mutaciones o la sobreexpresión
de genes y, por otro, a mecanismos epigenéticos que
explican el envejecimiento en relación a los cambios
reversibles e independientes de la secuencia génica. Las
modificaciones postraduccionales como la metilación,
acetilación, fosforilación, sumoilación y ubiquitinación
que regulan a las proteínas básicas asociadas al ADN, así
como los niveles de metilación de este ácido nucleico,
determinan la conformación de la cromatina y la actividad
transcripcional. Estas marcas, conocidas en conjunto
como el epigenoma, se modifican de manera reversible
y generan diversos patrones de expresión génica y de
proteínas, integrando las señales intrínsecas y extrínsecas
provenientes del medio ambiente con una serie de cambios
fisiológicos en los organismos. La dinámica epigenética
influye en la heterogeneidad de las respuestas celulares y
conduce a múltiples fenotipos a partir de un único genoma,
además regula, entre otros eventos, la forma diferencial
en la que se manifiestan el deterioro, la capacidad de la
respuesta al estrés, la pérdida en la plasticidad fenotípica y la
heterocronía con la que envejecen los diferentes órganos e
individuos con el paso del tiempo.
El envejecimiento, la plasticidad fenotípica y los
epigenomas
El envejecimiento es un proceso complejo, inevitable,
gradual y dependiente del tiempo, en el que cambios a
nivel molecular, celular y tisular conducen a un declive
gradual en las capacidades fisiológicas de los organismos
(Funayama, 2007; Hwang, 2009; Tollefsbol, 2009).
Se le ha asociado con una pérdida de las funciones
reproductivas y con un aumento en la vulnerabilidad
para desarrollar ciertas patologías. Es modulado tanto por
factores ambientales como genéticos y se manifiesta de
forma heterogénea aun entre órganos o individuos con un
genoma idéntico. Con base en esto, el envejecimiento se
puede considerar como una manifestación de la plasticidad
fenotípica, la cual es la habilidad biológica de producir
morfologías, estados fisiológicos y conductas alternativas
a partir de un solo genoma en función de las condiciones
ambientales y dependiendo de las condiciones intrínsecas
de un sistema, por ejemplo, el contexto temporal y
molecular (Feinberg, 2007; West-Eberhard, 1989).
Dado que dichas alternativas están influenciadas por
mecanismos no codificados en la secuencia del ADN, los
procesos epigenéticos han logrado explicar exitosamente
la plasticidad fenotípica, y la integración de ambos está
permitiendo entender aspectos importantes de la biología
que subyace al intricado fenómeno del envejecimiento.
Los orígenes conceptuales de la epigénesis datan desde
Aristóteles (384-322 a.C.), quien planteaba que el desarrollo
de los organismos se daba a partir de “algo” sin forma.
Sin embargo, fue hasta 1942 cuando el biólogo del
desarrollo Conrad Waddington utilizó el término de
epigenética –cuyo significado etimológico es “por encima
de la genética”– para explicar cómo genotipos idénticos
podían generar una amplia variedad de fenotipos durante
el desarrollo. Actualmente, la epigenética se define como
los cambios en la expresión génica independientes de
modificaciones en la secuencia del ADN, y que son
potencialmente heredables (Holliday, 1975; Jaenisch,
2003). A diferencia de la genética donde la entidad de
estudio que marca las características de los seres vivos
–los genes– se mantiene constante durante el ciclo de
vida, los cambios epigenéticos son dinámicos y reversibles,
y por medio de modificaciones en la expresión génica
logran integrar señales extrínsecas provenientes del medio
ambiente a la fisiología de los organismos.
La epigenética ha revolucionado múltiples concepciones
en las ciencias biológicas; por ejemplo, desde los años
cuarenta fue propuesta como el mecanismo responsable
de regular los eventos del desarrollo que se producen
desde la fertilización de un cigoto hasta la generación
de un organismo maduro. En la actualidad sabemos
que la epigenética subyace en la generación de linajes
celulares a partir de un mismo genoma, así como en las
diferencias fenotípicas entre organismos de la misma
especie. Incluso, la epigenética ha permitido replantear
conceptos evolutivos relacionados con la especiación,
debido a que a partir de ésta es posible explicar diversos
fenotipos alternativos originados de secuencias genéticas
conservadas y heredables.

63
REGULACIÓN EPIGENÉTICA DEL ENVEJECIMIENTO
Los procesos epigenéticos regulan la expresión de genes
a través de alteraciones en la estructura de la cromatina.
El ADN de los organismos eucariontes se encuentra
asociado a proteínas básicas denominadas histonas, las
cuales compactan el material nucleico dentro del núcleo
y regulan la accesibilidad de diversos factores a sus
secuencias diana para ser transcritas. A la asociación entre
ADN y proteínas se le conoce como cromatina, la unidad
básica que la constituye es el nucleosoma, el cual está
formado por un segmento de ADN de 147 pares de bases
enrollado alrededor de un octámero de histonas (2H2A y
B, 2H3 y 2H4) (Allis, 2007). La cromatina experimenta
una dinámica de compactación y relajamiento a lo largo
del ciclo celular; por ejemplo, en células en interfase
se distinguen dos tipos de cromatina: la eucromatina,
que es transcripcionalmente activa porque su bajo nivel
de compactación permite el acceso a la maquinaria de
transcripción; y la heterocromatina, que se encuentra
altamente condensada e inaccesible (figura 1). De tal
manera que el momento, el lugar y la forma en que un gen
se expresa está en gran parte determinado por el estado de
compactación del ADN en el núcleo.
Figura 1. Tipos de cromatina. La conformación relajada de la
eucromatina genera regiones electrolúcidas, mientras que la
heterocromatina muestra zonas electrodensas en la micrografía
electrónica. Modificaciones epigenéticas asociadas a la
cromatina permiten el acceso de los factores de transcripción
o de silenciamiento génico, respectivamente. El grado de
compactación del ADN depende tanto del contexto extrínseco
como del intrínseco.
Las modificaciones epigenéticas en la estructura de
la cromatina son procesos altamente dinámicos y
reversibles que enriquecen la diversidad transcripcional
determinada por un solo genoma e incluyen alteraciones
postraduccionales en las histonas como la acetilación, la
metilación, la fosforilación, la ubiquitinación, la sumoilación
y la biotinilación; la metilación de las moléculas de ADN
y ARN no codificante; y otros procesos que también
regulan la expresión de los genes como la ribosilación
de ADP, las variantes de histonas, la remodelación de la
cromatina dependiente de ATP, la posición cromosomal y
la compactación por otras proteínas como MeCP2 y HP1
(Allis, 2007; Levenson, 2005).
Así como todas estas modificaciones regulan la estructura
de la cromatina y, en consecuencia, el despliegue de los
diversos fenotipos que manifiesta un organismo desde el
desarrollo hasta la madurez, también el envejecimiento es
influenciado a nivel epigenético (figura 2). El grupo de
Vaniushin y colaboradores en 1967 describió por primera
vez la relación entre el envejecimiento y la epigenética,
al demostrar una disminución global en la metilación
del ADN del salmón jorobado con la edad (Berdyshev,
1967). Posteriormente, esto también se describió en
otros organismos junto con diversas modificaciones
relacionadas con el envejecimiento como las que se
mencionan a continuación: 1) una hipometilación
global del ADN, pero una hipermetilación regional en
genes específicos; 2) un desbalance en la actividad de
las enzimas que catalizan las reacciones de acetilación
y desacetilación de histonas como las HATs, HDACs I,
III y IV y las sirtuinas; 3) cambios en la actividad de la
enzima telomerasa y la subsecuente longitud telomérica;
4) formación de condensaciones de heterocromatina
asociadas al envejecimiento (conocidas como SAHF
por sus siglas en inglés); 5) alteraciones en la estructura
de la cromatina mediadas por la vía de señalización de
Wnt; 6) represión de genes que controlan el ciclo celular
dependiente de la familia de proteínas silenciadoras
Polycomb; 7) redistribución de factores epigenéticos por
rearreglos del ADN en respuesta al estrés exógeno y otros
factores; y 8) cambios en la expresión de microARNs que
controlan la reparación del ADN, la defensa oxidativa y
otros procesos celulares que repercuten en la esperanza de
vida (Tollefsbol, 2009). A continuación describimos con
más detalle algunos de estos procesos epigenéticos y su
relación con el envejecimiento.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
64
Figura 2. Plasticidad fenotípica. Los mecanismos epigenéticos
promueven la manifestación de diversas morfologías, estados
fisiológicos y conductas alternativas a partir de un mismo
genoma. Algunos ejemplos de esto son la especificación
de los linajes celulares que forman los diferentes tejidos de
un organismo, las diferencias fenotípicas entre los gemelos
monocigotos y el despliegue de fenotipos que acompañan el
desarrollo o envejecimiento de los seres vivos.
Las modificaciones epigenéticas en el envejecimiento
Metilación de ADN
La metilación del ADN consiste en la adición de un grupo
metilo en el residuo de carbono 5 del anillo de pirimidina
de las citosinas (5meC) contenidas en este ácido nucleico.
Se lleva a cabo por una familia de enzimas denominadas
metiltransferasas de ADN (DNMTs por sus siglas en
inglés), que transfieren grupos metilo de la S-adenosil-
L-metionina (SAM) exclusivamente a los residuos
de citosina que se encuentran como dinucleótidos
citosina-fosfato-guanina (CpG). La metilación del ADN
conduce a cambios significativos en la estructura de la
cromatina que interfieren con la habilidad de los factores
transcripcionales de unirse a sus elementos regulatorios,
dando lugar al silenciamiento de genes. Además, varias
proteínas como MECP2, MBD1, MBD2, MBD4 y Kaiso
reconocen e interaccionan con los residuos CpG metilados,
lo cual induce una mayor compactación de la cromatina
y la represión transcripcional. Estas proteínas, a su vez,
reclutan enzimas remodeladoras de la cromatina como las
desacetilasas de histonas, las cuales también promueven
la condensación de la misma. La metilación del ADN es
más estable que las modificaciones de las histonas y juega
un papel central en muchos procesos biológicos como
la impronta celular, la diferenciación, la inactivación del
cromosoma X, la carcinogénesis y el envejecimiento (Allis,
2007; Levenson, 2005).
La metilación global del ADN, que disminuye con la
edad, también se ha asociado con el riesgo de desarrollar
patologías como el cáncer, la arterioesclerosis, la
neurodegeneración, la autoinmunidad y los desórdenes
psiquiátricos. El contenido de 5meC en el ADN disminuye
en líneas celulares senescentes in vitro e in vivo en los
tejidos de los roedores viejos. La hipometilación puede ser
modulada por diferentes mecanismos como la actividad y
la expresión de metiltransferasas de ADN, la vía metabólica
de moléculas de un carbono y la integridad del genoma.
Se ha demostrado que la actividad de la metiltransferasa
de mantenimiento, DNMT1, disminuye sustancialmente
con la edad, por lo que el patrón de metilación normal se
altera. La molécula donadora de grupos metilo, SAM, la
cual deriva de la metionina, se metila en la vía metabólica
de moléculas de un carbono, misma que se muestra
afectada con el envejecimiento y en algunas patologías.
Además, los defectos en esta vía se han asociado a la
acumulación de dos inhibidores de las reacciones de
metilación, la homocisteína y la S-adenosin-homocisteína.
Diversos estudios han demostrado que la acumulación de
lesiones en el ADN afecta la capacidad de metilación de
las metiltransferasas que actúan sobre este ácido nucleico,
por lo que la disminución en la eficiencia de los sistemas
de reparación con el envejecimiento promueve un
decremento en los niveles de dicha modificación. Por sus
implicaciones, las metiltransferasas, la vía metabólica de
moléculas de un carbono y las enzimas de reparación de
ADN son considerados blancos terapéuticos potenciales
para revertir los efectos del envejecimiento (Sedivy,
2008; Tollefsbol, 2009).
Por otro lado, en las regiones promotoras de genes
específicos, sobre todo de los que codifican para
proteínas de mantenimiento, existen islas CpG en el

65
extremo 5’, susceptibles a ser metiladas y, por lo tanto,
reprimidas. Dado que el estado de metilación de los
genes específicos cambia con el paso del tiempo, se cree
que la hipermetilación de genes relacionados con algún
tipo de cáncer podría promover la formación de tumores
dependientes de la edad (Tollefsbol, 2009; Tra, 2002).
Modificaciones en histonas
La metilación, además de modificar directamente al ADN,
también tiene como blanco a los residuos de lisina y arginina
de las histonas. La metilación de lisinas es mediada por
las metiltransferasas de histonas (HMTs por sus siglas en
inglés) y la metilación de las argininas es catalizada por las
argininas metiltransferasas de proteínas (PRMTs por sus
siglas en inglés). La metilación de las histonas participa
tanto en la represión como en la activación transcripcional,
esto dependiendo del residuo que modifican y del número
de grupos metilo añadidos. En el caso de las lisinas,
éstas pueden estar mono, di o trimetiladas, mientras
que las argininas se encuentran sólo en estados mono o
dimetilados (Allis, 2007; Hsieh, 2005). Cambios en la
metilación de las histonas también se han relacionado
con el proceso de envejecimiento. Por ejemplo, la
trimetilación en la lisina 20 de la H4 (H4K20me3), una
marca característica de heterocromatina, incrementa en el
hígado de ratas con la edad (Sarg, 2002) y se encuentra
enriquecida en un modelo celular de progeria (Shumaker,
2006). Adicionalmente en el envejecimiento de ovocitos
se alteran los patrones de metilación de diversos residuos
en las histonas (Manosalva, 2010).
La acetilación de las histonas es la modificación
epigenética que se ha estudiado más ampliamente.
Ésta se caracteriza por la adición covalente de un grupo
acetilo a un residuo de lisina, localizado principalmente
en el extremo amino-terminal, lo cual neutraliza la carga
positiva de la histona y genera una interacción más laxa o
relajada con el ADN. La reacción de acetilación la llevan
a cabo enzimas acetiltransferasas de histonas (HATs
por sus siglas en inglés); sin embargo, este mecanismo
es altamente dinámico y puede ser revertido por las
desacetilasas de histonas (HDACs, por sus siglas en
inglés). La acetilación repercute en la expresión génica,
pues en un estado desacetilado las histonas empaquetan
al ADN en cromatina condensada, lo cual previene el
acceso de activadores transcripcionales a sus genes
blanco, resultando en represión transcripcional (Allis,
2007; Hsieh, 2005). Los niveles de acetilación se alteran
con la edad debido a un desbalance en la actividad de las
HATs y HDACs (Tollefsbol, 2009). Por ejemplo, en un
modelo murino se demostró que el deterioro cognitivo
asociado con el envejecimiento, particularmente la
pérdida de la memoria declarativa, está relacionado
con la falta de un aumento transitorio de los niveles de
acetilación de la lisina 12 de la histona 4 (H4K12), lo
cual conduce a cambios en la expresión de genes en el
hipocampo asociados al aprendizaje en los animales
jóvenes, pero no en los viejos (Peleg, 2010). Por otro
lado, la actividad de las HATs, como la proteína de unión
a CREB (CBP, por sus siglas en inglés) en el hipocampo,
se asocia a modificaciones en la expresión génica que son
indispensables durante la formación de la memoria a largo
plazo (Hsieh, 2005). Por lo tanto, el desbalance en los
niveles de acetilación está relacionado con el deterioro
cognitivo, uno de los principales daños funcionales que se
asocian al envejecimiento. Debido a la relevancia clínica
de esta condición, existen trabajos de investigación
en modelos de aprendizaje y memoria en los que la
manipulación farmacológica del epigenoma como, por
ejemplo, el uso de inhibidores de desacetilasas revierte
el detrimento en las funciones cerebrales en organismos
envejecidos (Peleg, 2010). Además, las sirtuinas –un
grupo de desacetilasas dependientes de NAD+ que
se encuentran conservados desde levaduras hasta
mamíferos– son uno de los mecanismos moleculares
clave en la regulación epigenética de la longevidad y del
proceso de envejecimiento (Michan, 2007). Por ejemplo,
la sobreexpresión de estas proteínas en el cerebro de ratón
revierte la pérdida del silenciamiento génico asociada
al envejecimiento y promueve la estabilidad genómica
(Oberdoerffer, 2008).
Existen otras modificaciones postraduccionales de las
histonas como la fosforilación, la cual se descubrió en
el proceso de condensación de cromosomas durante la
mitosis y la meiosis. La fosforilación de la H3 ha sido la más
estudiada y en ella se ha visto que la serina 10 (H3ser10)
es modificada durante la activación celular en respuesta
a señales mitogénicas y, recientemente, también se ha
asociado con la activación transcripcional en eucariontes.
Esta modificación es catalizada por diversas cinasas como
la proteína ribosomal S6 cinasa 2 (RSK2) y la proteína
cinasa 1-2 activada por mitógenos y estrés (MSK1-2),
mientras que las fosfatasas como PP1 y PP2A remueven
REGULACIÓN EPIGENÉTICA DEL ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
66
los grupos fosfato de las histonas. Adicionalmente, la
fosforilación en H3Ser10 se ha relacionado con una
subsecuente acetilación en la Lys 14 de la misma histona
(Allis, 2007; Hsieh, 2005).
En la ubiquitinación y la sumoilación de histonas, enzimas
específicas adicionan covalentemente los polipéptidos de
ubiquitina o SUMO, respectivamente. La ubiquitinación
puede ser represora o activadora dependiendo de
los residuos específicos afectados. Sin embargo, la
sumoilación parece tener una función principalmente
silenciadora (Shiio, 2003). La monoubiquitinación de
H2B es activadora de la transcripción y es mediada por
Rad6/Bre1, mientras que la monoubiquitinación de H2A
promueve la represión transcripcional y es catalizada
por las proteínas del grupo polycomb Bmi1/Ring1A. La
ubiquitinación también puede ser removida por la acción
de proteasas como Ubp8 y Ubp10 (Allis, 2007; Hsieh,
2005).
A pesar de la función epigenética que la fosforilación,
ubiquitinación y sumoilación desempeñan en las células,
aún se desconoce si cambios en estas modificaciones
están asociados con el envejecimiento.
Una perspectiva epigenética del envejecimiento
Diversos estudios han demostrado que los cambios
epigenéticos que ocurren durante el envejecimiento son
estocásticos o se dan en respuesta a factores extrínsecos
(Sedivy, 2008). Éstos conducen a un fenómeno conocido
como deriva epigenética a partir del cual se establecen
epigenomas diferentes en genomas idénticos. El fenómeno
afecta de manera diferencial la homeostasis fisiológica y
la aparición de síntomas asociados al envejecimiento en
organismos que comparten secuencias similares de ADN
(Fraga, 2007; Tollefsbol, 2009).
Los gemelos monocigóticos constituyen un modelo
óptimo para el estudio del origen de diferencias fenotípicas
en organismos genotípicamente idénticos (figura 2) y
diversos estudios en éstos han contribuido a entender el
papel de la deriva epigenética en el envejecimiento. Los
gemelos monocigóticos comparten el mismo material
genético, sin embargo, la aparición de enfermedades
puede ser muy diferente en ambos. Fraga y colaboradores
realizaron un estudio en el que analizaron los patrones
globales y locus-específico de metilación de ADN, así
como las diferencias en las modificaciones de histonas
en muestras de sangre de gemelos monocigotos. Los
resultados demostraron que las marcas epigenéticas son
esencialmente idénticas en gemelos jóvenes, mientras
que en los pares de gemelos viejos existen variaciones
sustanciales en varios tejidos distribuidas a lo largo de
todo el genoma y que afectan tanto a las secuencias
repetidas del ADN como a los genes de una sola copia.
Se encontró que el grado de discordancia en los patrones
epigenéticos está relacionado con los factores ambientales,
ya que éste se acentúa entre los gemelos con estilos de
vida contrastantes o que han vivido separados la mayor
parte de su vida. Adicionalmente, Fraga y colaboradores
(2005) describieron que las diferencias en la expresión
génica entre los pares de gemelos viejos son cuatro veces
mayores que las observadas entre gemelos jóvenes.
Diversos factores ambientales como fumar, la actividad
física y la dieta, entre otros, han sido propuestos como
cruciales en el establecimiento de diferencias epigenéticas.
Sin embargo, es posible que defectos en la transmisión y en
el mantenimiento de la información epigenética también
se acumulen durante el envejecimiento y participen en
el proceso de deriva epigenética (Fraga, 2005; Fraga,
2007).
Otros ejemplos interesantes que asocian a los factores
ambientales como moduladores del envejecimiento son las
diferencias fenotípicas encontradas en animales clonados
a partir del ADN de un donante. También se ha observado
la plasticidad fenotípica relacionada con la esperanza de
vida en insectos sociales como las hormigas; en éstas,
la estirpe de las reinas es más longeva en comparación
con las obreras, a pesar de que los genomas de ambas
castas son prácticamente idénticos. En el caso de estos
insectos, se cree que el régimen nutricional particular de
la hormiga reina es el que contribuye a incrementar la
esperanza de vida por más de 10 veces (Bonasio, 2010).
En contraparte, en animales de laboratorio mantenidos en
condiciones ambientales controladas, el envejecimiento
se manifiesta de forma heterogénea y las diferencias en la
longevidad se pueden explicar por procesos epigenéticos
estocásticos (Finch, 2000; Tollefsbol, 2009).
Desde la perspectiva clínica y por tratarse de procesos
dinámicos y modulables, una aproximación epigenética del
envejecimiento abre la posibilidad de modular la progresión
o el impacto que tiene el paso del tiempo en el detrimento

67
de la fisiología en el ser humano. Por ejemplo, el deterioro
de los procesos neurales, asociado a la edad, ha sido objeto
de diversas investigaciones. En un intento por entender
los mecanismos moleculares del envejecimiento cerebral
en humanos, el grupo encabezado por Tao Lu analizó los
perfiles transcripcionales de la corteza cerebral frontal
en sujetos de 26 a 106 años de edad. Los resultados
demostraron que a partir de los 40 años existe una
disminución en la expresión de los genes que participan
en plasticidad sináptica, transporte vesicular y función
mitocondrial. Además, también disminuyen los genes
asociados a la respuesta a estrés, los genes antioxidantes
y los de reparación de ADN (Lu, 2004).
Por otra parte, los síndromes progeroides, caracterizados
por ser desórdenes monogenéticos en donde los genes
afectados codifican para proteínas de reparación de
ADN (como las helicasas en el síndrome de Werner) o
de estructura del nucleoesqueleto (como lámina A/C
en la progeria Hutchinson-Gilford), recapitulan varios de
los síntomas del envejecimiento en edades prematuras.
Sin embargo, a pesar de su origen genético, en estos
síndromes también se observa una inestabilidad genómica,
incluyendo erosión de telómeros, desorganización global
de la cromatina y una pérdida notoria de heterocromatina.
Por lo tanto, las anormalidades nucleares que tienen en
común los síndromes progeroides apoyan la idea de que
el envejecimiento natural también está mediado por
mecanismos epigenéticos (Navarro, 2006).
La predisposición a padecer algunas patologías se le ha
atribuido a procesos epigenéticos que se manifiestan en
algunos órganos de manera específica. Por ejemplo, la
propensión a desarrollar la enfermedad de Alzheimer con
la edad se ha explicado por incrementos en la expresión
de los genes que codifican para la proteína precursora
de amiloide (APP), BACE y PS1, a consecuencia de la
hipometilación global del ADN asociada a la edad, lo cual
repercute en un aumento en la producción de ß-amiloide.
También, la diferenciación continua y la memoria de
exposición antigénica característica del sistema inmune
adaptativo depende, entre otros factores, de la impronta
epigenética mediada por la metilación del ADN. La
hipometilación asociada al envejecimiento repercute en
el funcionamiento de los linfocitos de memoria y puede
generar desórdenes autoinmunes. Otro ejemplo es la
osteoartritis, patología derivada de una disminución en
el contenido de colágena y asociada a la desmetilación
de promotores e inducción de la expresión de genes que
codifican para las proteasas de matriz extracelular en
los condrocitos, las cuales en condiciones normales se
mantienen silenciados (Tollefsbol, 2009).
En resumen, la regulación epigenética espacial y tejido-
específica de los metazoarios sugiere que el diseño
y la implementación de estrategias farmacológicas y
terapéuticas encaminadas a combatir el deterioro y las
enfermedades relacionadas con el envejecimiento deben
contemplar la heterocronía fisiológica que se experimenta
con el paso de la edad.
CONCLUSIONES
Desde la perspectiva epigenética, la definición del
envejecimiento está directamente relacionada con los
cambios reversibles de la cromatina que regulan la
expresión génica diferencial, la plasticidad fenotípica y
la fisiología de los organismos con el paso del tiempo. Si
bien diversos cambios en las diferentes modificaciones
epigenéticas se han asociado con el envejecimiento, aún
falta mucho por explorar en este campo. Por ejemplo,
desconocemos cómo las diferentes marcas epigenéticas
“dialogan” entre sí y cómo las células integran dicha
información y producen las diversas manifestaciones de
la plasticidad fenotípica asociadas al envejecimiento.
Tampoco sabemos si existe un patrón de los epigenomas
relacionado con la fragilidad o la robustez con la que los
organismos enfrentan dicho proceso. Estos estudios sobre
el estado global de la cromatina, así como la función,
interrelación y efectos de las diferentes modificaciones
epigenéticas, pudieran contribuir en un futuro a entender
con más detalle la biología del envejecimiento y al
descubrimiento de nuevos biomarcadores de este proceso.
El dinamismo de la estructura cromatínica abre la posibilidad
de modular los cambios deletéreos que experimentan los
individuos con el paso del tiempo. Ante el panorama
actual en el que la medicina tiene el reto de personalizar
los tratamientos en función del genoma de cada individuo,
es muy importante considerar el desarrollo de estrategias
clínicas que integren la heterogeneidad del envejecimiento
con el epigenoma y heterocronía de cada órgano.
REGULACIÓN EPIGENÉTICA DEL ENVEJECIMIENTO

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68
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REGULACIÓN EPIGENÉTICA DEL ENVEJECIMIENTO
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RESUMEN CURRICULAR DE LOS AUTORES
Ingrid Fetter Pruneda
Bióloga por la Facultad de Ciencias de la Universidad
Nacional Autónoma de México. Para su tesis de
licenciatura estudió la participación del gen trithorax tonalli
durante la metamorfosis de Drosophila melanogaster.
Candidata a doctora en Ciencias por la UNAM, realiza
su tesis doctoral sobre el papel y caracterización de la
estructura de la cromatina en un modelo de plasticidad
cortical al nacimiento en ratas. Ganadora de la beca
Fulbright para realizar una estancia de investigación
para estudiar el papel de la epigenética en la conducta
en hormigas en la Universidad de Rockefeller, Nueva
York. Ha sido seleccionada por la FENS-IBRO como una
de los 30 estudiantes para asistir al curso internacional
“Development and Plasticity of Cortical Representation”.
Ha impartido la clase “Bases genéticas de la conducta”
en la Facultad de Psicología. Ha asesorado una tesis de
licenciatura sobre las bases genómicas de la plasticidad
intermodal en ratas. Es coautora de un artículo de revisión
sobre plasticidad cerebral y epigénesis, y ha participado en
cinco congresos nacionales e internacionales.
Leonora Olivos Cisneros
Licenciada en Investigación Biomédica Básica por la
Universidad Nacional Autónoma de México. Su tesis
de licenciatura se enfocó al estudio de los efectos de
la exposición al vanadio sobre la proliferación celular
del complejo neuroventricular. Candidata a doctora
en Ciencias Biomédicas por la UNAM, realiza su tesis
doctoral sobre el papel de los mecanismos de regulación
del ciclo celular y el acortamiento telomérico en el proceso
de diferenciación de las células troncales neurales. Desde
2001 ha realizado diversas estancias de investigación en
laboratorios de facultades e institutos de la UNAM. Su
excelencia académica sido reconocida por la Fundación
Ing. Bernardo Quintana Arrioja y con la medalla Gabino
Barreda. Ha impartido clases y conferencias en el
Instituto de Investigaciones Biomédicas, en la Facultad
de Medicina y para la Dirección General de Orientación
y Servicios Educativos, UNAM. Ha participado en tres
congresos nacionales e internacionales y es coautora de
dos publicaciones en revistas internacionales indexadas.
Gabriel Gutiérrez Ospina
Médico cirujano, maestro en Ciencias Fisiológicas
y doctor en Ciencias por la UNAM. Posdoctorados
en el Centro Médico de la Universidad de Duke y en
la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.
Actualmente es investigador titular de tiempo completo
en el Departamento de Biología Celular y Fisiología del
Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM
y es miembro del Sistema Nacional de Investigadores,
nivel II. Líneas de investigación: mecanismos moleculares
y celulares que subyacen a los procesos de plasticidad
cerebral, neurogénesis y envejecimiento neurales de
mamíferos, plasticidad fenotípica en especies de reptiles
y anfibios silvestres, magnetorecepción en la tortuga
marina, integración multisensorial en el gato y control de
la deposición espermática en roedores. Cuenta con más de
40 artículos en revistas internacionales indexadas y más
de 600 citas. Ha dirigido 17 tesis de licenciatura, cinco
de maestría y cinco de doctorado. Ha sido distinguido
con becas y premios otorgados por las fundaciones
Pew, Ricardo J. Zevada, Miguel Alemán y Fulbright-
García Robles, así como por organizaciones como la
Human Frontiers, Funsalud (Premio José Santos en
Oftalmología), Grupo Roche-Syntex de México (Premio
Jorge Ronsenkranz). Es miembro regular de la New York
Academy of Sciences, la American Geophysical Union,
la Society for Neuroscience y la Sociedad Mexicana de
Ciencias Fisiológicas.
Shaday Michán
Bióloga por la Facultad de Ciencias de la Universidad
Nacional Autónoma de México. Doctorado en Ciencias
Biomédicas en el Instituto de Fisiología Celular, UNAM.
Posdoctorado de un año en el Instituto de Biotecnología,
UNAM. Cinco años de posdoctorado en la Escuela de
Medicina de Harvard en el laboratorio del profesor David A.
Sinclair. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores.
Obtuvo en dos ocasiones la medalla Gabino Barreda de la
UNAM. Reconocida como “La mejor estudiante de México
1996”. Fue profesora en Biología, Facultad de Ciencias,
UNAM, de 1995-2001. Becaria del “Molecular Biology of
Aging Course”, Marine Biological Laboratory, Woods Hole,
Massachusetts. Ha participado en numerosos seminarios
y congresos nacionales e internacionales. Estancias de
investigación en Texas A&M University; Laboratory of
Experimental Gerontology, NIA, NIH; y Ottawa Health
Research Institute, Canadá. Publicaciones principales en
Cell, Journal of Neuroscience, PLoS One, Free Rad Biol Med
y Aging. Más de 500 citas. Actualmente es investigadora
en Ciencias Médicas del Instituto de Geriatría. Líneas de
investigación: Biogerontología, genética molecular del
envejecimiento; estudio de los mecanismos moleculares
de envejecimiento que incluyen la dinámica y función del
acetiloma celular y el papel de las sirtuinas, gerontogenes
que codifican para desacetilasas dependientes de NAD+,
en el mantenimiento de la homeostasis del acetiloma,
en la regulación del envejecimiento y en el desarrollo de
enfermedades relacionadas con este proceso.

MITOCONDRIA Y
ENVEJECIMIENTO
Mina Konigsberg
Laboratorio de Bioenergética y Envejecimiento
Celular. Departamento de Ciencias de la Salud.
Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa.
mkf@xanum.uam.mx

72
RESUMEN
La mitocondria es un organelo que juega un papel
fundamental durante el envejecimiento. Si bien
su participación como generador principal de especies
reactivas de oxígeno (ROS) es reconocido, existen otros
aspectos de su funcionamiento que inducen la aparición
de diversas enfermedades neurodegenerativas y del
envejecimiento. En este capítulo se discutirán aspectos
como la dinámica mitocondrial, es decir, la fusión y fisión
de las mitocondrias, el daño al ADN mitocondrial, la
regulación de la homeostasis del calcio, la inducción de la
apoptosis y la degradación de las mitocondrias defectuosas
en un proceso conocido como mitofagia.
Durante el envejecimiento, un desbalance en la dinámica
mitocondrial fomentará un incremento en la fusión que
traerá como resultado mitocondrias gigantes o agregadas
que no podrán ser degradadas por mitofagia, pero que
estarán dañadas y no colaborarán en la obtención de
energía, incrementando así el estrés oxidativo y las ROS,
mientras que un aumento en el proceso de fisión formará
mitocondrias muy pequeñas fomentando el daño a l ADNmit
y aumentando las ROS. Ambos procesos convergerán en
una disminución del potencial de membrana mitocondrial
que culminará con la pérdida de la homeostasis del calcio
y la liberación de moléculas apoptogénicas promoviendo
la apoptosis y la pérdida masiva de células.
Todos estos eventos, aunados a la disminución en
la capacidad de proveer de energía a las células, se
conjuntan para hacer de la mitocondria uno de los
organelos más importantes e interesantes en el proceso
de envejecimiento; por tanto, la comprensión de estos
fenómenos ayudará sin duda a entenderlo mejor.
INTRODUCCIÓN
Como se ha mencionado en capítulos anteriores, el proceso
de envejecimiento es el resultado progresivo y gradual del
deterioro estructural y funcional de macromoléculas y
organelos dentro de las células (Kirkwood, 1992).
El organelo que más se ha asociado con este proceso es
la mitocondria. Existen varias razones para ello, pero la
primordial se relaciona con el hecho de que la mitocondria
es una de las fuentes principales de generación de radicales
libres en la célula. Actualmente, una de las teorías más
aceptadas para tratar de explicar el envejecimiento es la
teoría del envejecimiento por radicales libres, propuesta
por Harman en 1956 (Harman, 1956). Esta teoría
sugiere que la acumulación de daño a las biomoléculas
generado por radicales libres y estrés oxidativo, a lo largo
de la vida, es lo que conlleva al envejecimiento (Halliwell
y Gutterdige, 1984; Wei, 1988; Finkel y Holbrook, 2000;
Simons et al., 2009). Este capítulo tratará sobre el papel
de los radicales libres, el estrés oxidativo y los antioxidantes
durante el proceso de envejecimiento, por lo que sólo se
mencionarán algunos conceptos necesarios para entender
la participación de las mitocondrias.
Los radicales libres son moléculas que tienen un electrón
desapareado, lo que las hace muy reactivas. Ello las obliga
a reaccionar con cualquier molécula vecina para tratar
de obtener un electrón y neutralizarse; sin embargo, al
quitarle un electrón a otra molécula la convierte en radical
libre, iniciando así un proceso en cadena. Esto se debe a
que, para ser estables, las moléculas biológicas siempre
deben tener a sus electrones en pares y no pueden llevar a
cabo reacciones químicas donde se transfiera un electrón
solo y no en par. Este tipo de reacciones se conocen
como de óxido-reducción y generalmente son catalizadas
por metales o grupos prostéticos dentro de las células
(Halliwell y Gutterdige, 1999; Konigsberg, 2008). Los
radicales libres más significativos a nivel fisiológico son
los que contienen oxígeno y se les conoce como especies
reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés). Entre
las ROS más importantes se encuentran el anión o radical
superóxido (O2•) y el radical hidroxilo (•OH). El peróxido
de hidrógeno (H2O2) no es propiamente un radical libre,
sino un generador de radicales libres (Hansberg-Torres,
2002). Todos ellos se tratarán a mayor profundidad en el
siguiente capítulo.
Normalmente, el desenlace final de las reacciones donde
participan ROS son la oxidación y el daño de varias
macromoléculas, principalmente el ADN, las proteínas
y los lípidos (Hermes-Lima, 2004). Por ello, la teoría
de Harman propone que la acumulación de dichas
moléculas dañadas que no se reparan durante la vida de
los organismos es lo que se asocia con el deterioro durante
el envejecimiento.

73
MITOCONDRIA Y ENVEJECIMIENTO
Mitocondria y generación de energía
La mitocondria es el organelo que se encarga de proveer a
las células de la energía necesaria para funcionar y lo hace
en forma de ATP. Para sintetizar ATP, la mitocondria utiliza
el poder reductor del NADH generado principalmente por
la oxidación de los carbohidratos durante la glucólisis y
el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o de Krebs, en lo que
se conoce como cadena respiratoria mitocondrial (CRM)
(Konigsberg, 1992).
La CRM (figura 1) está constituida por cuatro complejos
proteicos (I-IV) que se encuentran embebidos dentro de
la membrana interna mitocondrial y que gracias a la ayuda
de transportadores de electrones, como la ubiquinona
(UQ) y el citocromo c, se encargan de transferir
electrones desde el NADH hasta el oxígeno molecular
para formar agua. Aunada a la transferencia de electrones,
hay una translocación o liberación de protones desde la
matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranal,
lo cual genera un gradiente de cargas debido a la carga
positiva de los protones que van saliendo, y un gradiente
de pH también propiciado por la translocación de
protones. A estas diferencias o gradientes se les conoce
como potencial electroquímico de protón (ΔμH+), y
constituyen una fuerza que es utilizada por la enzima ATP
sintasa o complejo V para generar y liberar al ATP. Cuando
la CRM se encuentra acoplada al complejo V para la
síntesis de ATP, se le conoce como fosforilación oxidativa
(OXPHOS). El transporte de los electrones a través de
los complejos mitocondriales debe realizarse de uno en
uno, por lo que los complejos poseen grupos prostéticos
y metales que les permiten llevar a cabo las reacciones de
óxido-reducción que se mencionaron arriba. Sin embargo,
la CRM no es cien por ciento eficiente y algunos de esos
electrones pueden fugarse y ser atrapados por el O2 para
generar al radical superóxido (O2•). Ahora se sabe que la
mitocondria utiliza aproximadamente 95% del oxígeno
consumido por las células y que de éste, aproximadamente
de 0.1 a 0.5% genera radicales libres in vivo durante el
proceso normal de la CRM (Kowaltowski et al., 2009).
ROS que se producen en la mitocondria
Como se mencionó antes, la primera ROS que se produce
en la mitocondria es el O2•, que se genera cuando hay una
fuga de un electrón solo o sin pareja. Ese electrón es atrapado
por el O2, el cual se reduce y forma al O2• . Posteriormente,
gracias a la actividad de la enzima superóxido dismutasa
II o de manganeso (Mn-SOD) que se encuentra en la
matriz mitocondrial, o bien por la superóxido dismutasa
I o de cobre-zinc (Cu/Zn-SOD) que se encuentra en el
espacio intermembranal, el O2• es transformado en H2O2,
que por no ser un radical libre es mucho más estable. El
problema con el H2O2 es que por ser tan estable puede
atravesar las membranas de la mitocondria, o bien ser
Figura 1. OXPHOS. Se observan los cuatro complejos de la CRM más la enzima ATP sintasa, así como los tres sitios de acoplamiento
donde hay translocación de protones para generar el ΔμH+.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
74
transportado por acuaporinas (Lee y Thévenod, 2006) y
difundir a diversos destinos dentro de la célula (Bienert
et al., 2006). El H2O2 puede ser eliminado por varias
enzimas antioxidantes en el citosol como son las catalasas
(Peraza-Reyes, 2008), peroxidasas (Cárdenas-Rodríguez
et al., 2008) y tiorredoxinas (Hernández y Bucio, 2008),
pero también puede fungir como segundo mensajero,
afectando múltiples vías de transducción de señales,
como las que regulan al ciclo celular, la respuesta al estrés,
el metabolismo energético y el balance redox, entre otras.
Asimismo, el H2O2 en presencia de metales puede generar
un radical libre mucho más dañino; el radical •OH, en
una reacción conocida como reacción de Fenton. Para
evitar la reacción de Fenton y la generación del •OH, la
mitocondria ha desarrollado un sistema muy eficiente
para eliminar al H2O2 y para mantener secuestrados o
quelados a los metales de transición. Sin embargo, cuando
la mitocondria pierde su integridad, o durante alguna
patología, puede convertirse en una fuente importante de
ROS (Kowaltowski et al., 2009).
La mitocondria también se ha señalado como una fuente
de especies reactivas de nitrógeno (RNS), en particular
las derivadas del óxido nítrico (NO•). El NO• es generado
enzimáticamente por la familia de óxido nítrico sintetasas
(NOS). La existencia de una NOS mitocondrial es aún
controversial (Giulivi, 2003).
La producción de ROS en la mitocondria ocurre a tasas
relativamente más altas que las producidas a nivel
citosólico. Sin embargo, a diferencia de las ROS que se
producen en otros compartimentos celulares, y que se
han relacionado con la inducción de señalización celular
y activación de vías metabólicas, la generación de ROS
mitocondriales generalmente se ha interpretado como
un malfuncionamiento de la CRM y se ha asociado
con procesos dañinos o patológicos, y sólo ahora se ha
empezado a estudiar la relación con otro sistema productor
de ROS a nivel celular, como es la enzima NADPH oxidasa
y su función en la señalización celular.
Aunque desde hace más de 40 años se logró identificar la
producción de H2O2 a nivel mitocondrial, aún no se sabe
a ciencia cierta en qué parte de la CRM exactamente se
fugan los electrones que llegan hasta el O2 para producir
O2• (Herrera y Barja, 2000; Turrens, 2003). En un inicio
se pensó que esta molécula se originaba en el complejo IV,
citocromo c oxidasa, ya que por ser el componente terminal
de la CRM reduce una molécula de O2 a dos moléculas
de H2O en un proceso que involucra la transferencia
de cuatro electrones de manera independiente (no en
pares). Sin embargo, se sabe que los grupos prostéticos
que componen al complejo IV están muy bien adaptados
a este tipo de reacciones y no se ha observado liberación
de electrones a este nivel. Al contrario, se ha sugerido que
la enzima citocromo c oxidasa a veces puede funcionar
como un antioxidante mitocondrial oxidando de regreso al
O2• y reconvirtiéndolo en O2 (Mattiasson, 2004).
Aparentemente, los complejos que están involucrados en
la formación del O2• son el I y el III, y la contribución de cada
sitio varía dependiendo del órgano, del tejido, y también
de la actividad respiratoria mitocondrial y del sustrato que
utilicen. Al parecer, el complejo III es el responsable de la
mayor producción de O2• en las mitocondrias de corazón
y pulmón (Nohl et al., 2005); mientras que el complejo
I es aparentemente la fuente principal de este radical en
el cerebro en condiciones normales (Kushnareva et al.,
2002; Galkin y Brandt, 2005). Sin embargo, el complejo I
también parece ser la fuente principal de radicales en una
gran cantidad de patologías que van desde la enfermedad
de Parkinson hasta el envejecimiento (Genova et al.,
2003; Sanz et al., 2005). Debido a la importancia de la
producción de ROS mitocondriales durante el proceso del
envejecimiento, se ha sugerido reformular la teoría del
envejecimiento de Harman, proponiendo que los daños
oxidativos que se acumulan durante el envejecimiento
sean principalmente los relacionados con la mitocondria.
Mitocondria y apoptosis
Si bien la producción de ROS es una de las propiedades
que asocian a la mitocondria con el envejecimiento,
existen otras características que también juegan papeles
preponderantes en este proceso y que no pueden dejarse
de lado. Desde hace ya varios años, se ha reconocido que
los niveles de muerte celular programada o apoptosis se
encuentran elevados durante el envejecimiento de células
y tejidos. La pérdida masiva de células contribuye de
manera significativa a la patogénesis de una gran cantidad
de enfermedades. La importancia de la mitocondria como
mediadora fundamental en la apoptosis es ampliamente
reconocida, y aunque los detalles de esta vía quedan fuera
del alcance del presente capítulo, habrá que mencionar
algunos puntos importantes en relación al envejecimiento.

75
La mitocondria es un regulador de los niveles de calcio
(Ca+2) citosólico. Una sobrecarga de Ca+2 libre en el
citosol representa un reto para la supervivencia celular, ya
que es un activador de una gran cantidad de proteasas y
fosfolipasas que pueden inducir la muerte. En condiciones
normales, una gran parte del Ca+2 intracelular está
localizado dentro del retículo endoplásmico (RE), sin
embargo, cuando éste sale del RE, el incremento en los
niveles citosólicos induce grandes afluencias de Ca+2
hacia la matriz mitocondrial. Este mecanismo al parecer
se encuentra regulado por proteínas de la familia de Bcl-
2 que se encuentran ancladas tanto en la membrana
externa mitocondrial, como en la membrana del RE
(Danial y Korsmeyer, 2004; Distelhorst y Shore, 2004);
así como por la existencia de sitios de contacto entre la
mitocondria y el RE (Hayashy et al., 2009). Ahora bien,
la acumulación de Ca+2 mitocondrial causa una variedad
de respuestas dependiendo de los niveles alcanzados, que
van desde una estimulación del metabolismo hasta la
inducción misma de la apoptosis. Un exceso de Ca+2 puede
generar hinchamiento y fragmentación mitocondrial, o
bien, la apertura del poro PTP; ambos eventos pueden
inducir la salida de factores que inicien el proceso de
apoptosis y que de manera normal se encuentran en la
matriz mitocondrial, como son el citocromo c y el factor
inductor de la apoptosis (AIF), entre otros (Kowaltowski
et al., 1996; Payne et al., 2009) (figura 2).
Se sabe que las ROS generadas en la mitocondria
pueden inducir la apoptosis celular, pero también las
ROS producidas en otros compartimientos celulares
pueden llegar a la mitocondria e iniciar el proceso de
muerte (Mammucari y Rizzuto, 2010). En particular, se
ha prestado una gran atención a la proteína p66shc en
la apoptosis y el envejecimiento. P66shc es una proteína
que se asocia con el aumento de los niveles de ROS y el
mantenimiento de un estado oxidado dentro de la célula.
Entre sus funciones se encuentran la de inhibir enzimas
antioxidantes como catalasa y superóxido dismutasa,
así como incrementar el metabolismo energético
promoviendo la fuga de electrones vía la CRM. P66shc
se encuentra en el citosol y en condiciones oxidantes
es fosforilada por la cinasa PKCβ, lo cual induce su
translocación a la mitocondria, incrementando los niveles
de ROS y fomentando la apoptosis. Hace algunos años se
encontró que los ratones en los que se logró eliminar al gen
que codifica para dicha proteína (p66shc -/-) tuvieron
una mejor resistencia al estrés oxidante y un aumento en
su longevidad de 30% (Trinei et al., 2009). Es por ello
que en un inicio se le consideró como una proteína que
inducía el envejecimiento.
Figura 2. Participación del RE y el Ca2+ en la muerte celular por
apoptosis.
Dinámica mitocondrial
Las mitocondrias son organelos dinámicos que pueden
cambiar su forma y su tamaño dependiendo de las
necesidades funcionales y metabólicas de las células.
Actualmente se reconoce que las mitocondrias llevan a
cabo ciclos continuos de fusión y fisión, y que el balance
entre estos eventos opuestos, conocido como dinámica
mitocondrial, es lo que determina la morfología del
organelo (Otera y Mihara, 2011).
En la década de los noventa se descubrieron varios
componentes responsables de la dinámica mitocondrial
en levaduras (Hoppins et al., 2007) y recientemente
sus homólogos han sido encontrados en mamíferos. Se
han reportado tres proteínas importantes involucradas
en la fusión de mitocondrias de mamífero, todas ellas de
la familia de las dinaminas y con actividad de GTPasa.
Las dos primeras están involucradas en la fusión de la
membrana externa mitocondrial (MEM) y se conocen
como mitofusina 1 (Mfn1) y mitofusina 2 (Mfn2).
Ambas se encuentran ancladas a la MEM a través de
MITOCONDRIA Y ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
76
su C-terminal, mientras que el dominio con actividad
de GTPasa se encuentra en el lado N-terminal y es
citoplásmico. Las proteínas Mfn llevan a cabo la fusión
de la MEM inmovilizando la membrana mitocondrial
opuesta. Una vez unidas las MEM, se unen las membranas
internas mitocondriales (MIM) permitiendo la interacción
entre los componentes intramitocondriales. El mecanismo
de fusión de las MIM es controlada por la otra GTPasa
distinta denominada Opa1 (del inglés optic atrophy
protein 1) (Liesa et al., 2009; Westermann, 2010).
Por otro lado, el mecanismo de fisión es regulado
principalmente por la proteína relacionada a la dinamina 1
(dynamin-related protein 1 o Drp1), que también posee
actividad de GTPasa (Seo et al., 2010).
Figura 3. Alteraciones en la dinámica mitocondrial durante el
envejecimiento.
Existe una gran cantidad de evidencia experimental que
asocia al mal funcionamiento o deterioro de la dinámica
mitocondrial con el surgimiento de enfermedades
neurodegenerativas (Hansruedi, 2010; Cho et al.,
2010), desórdenes metabólicos como diabetes (Yoon
et al., 2011) y envejecimiento (Seo et al., 2010). Se ha
propuesto que alteraciones en las proteínas relacionadas
con la fisión mitocondrial modifican la permeabilidad de la
MEM provocando la pérdida del potencial de membrana, lo
cual permite la liberación de las moléculas proapoptóticas
ya mencionadas, e induciendo a la pérdida masiva de
células. La disfunción en la dinámica mitocondrial puede
resultar de mutaciones en los genes que codifican para las
proteínas de fusión y fisión, pero también se han reportado
modificaciones postranscripcionales, por ejemplo para el
caso de Opa1, en donde se generan diferentes isoformas
por splicing alternativo (Delettre et al., 2001). Para
complicar el panorama, se sabe que los niveles de Opa1
son también controlados por rompimiento proteolítico y
que los fragmentos resultantes pueden ser reguladores de
la muerte celular por apoptosis (Duvezin-Caubet et al.,
2006).
Mutaciones en el ADN mitocondrial
Las mitocondrias son los únicos organelos dentro de las
células animales que poseen su ADN propio, al parecer
una reminiscencia de su origen como organismos
independientes (Margulis y Sagan, 1986). En cada
mitocondria existen múltiples copias del ADN mitocondrial
(ADNmit). En humanos, el ADNmit es una doble cadena
circular y codifica únicamente para 13 subunidades
de los complejos de la CRM, así como para 22 ARNs
de transferencia y 2 ARNs ribosomales. El resto de las
subunidades de los complejos mitocondriales, así como
las otras proteínas requeridas para su funcionamiento,
están codificados en el ADN genómico en el núcleo,
son sintetizados en el citosol y deben ser transportados
de manera activa hacia la mitocondria (Anderson et al.,
1981; Vendelbo y Fair, 2011).
El ADNmit no tiene histonas, pero sí forma una estructura
con proteínas llamada nucleoide que lo protege del daño
oxidativo y otro tipo de daños, sin embargo, no es tan
eficiente como las histonas. Los daños más frecuentes
reportados al ADN son oxidación de bases, principalmente
8-oxo-2´-desoxiguanosina (8OHdG), FapyG, FapyA y
timinglicol; además de mutaciones puntuales, deleciones
y rompimientos de hebras (Medeiros, 2009). Existe una
gran cantidad de estudios donde se ha encontrado que
las células viejas de diferentes tejidos, especialmente
las posmitóticas, acumulan tanto mutaciones como
deleciones en el ADNmit. También se ha encontrado
que este tipo de alteraciones se relacionan con menor
longevidad, así como con la aparición de enfermedades
asociadas a la edad (Wallace, 2010). Por lo que se
propuso que el daño al ADNmit pudiera ser un factor que
por sí mismo indujera el envejecimiento.
Por muchos años, este tipo de propuestas se veían
objetadas debido a que las mutaciones en el ADNmit,
que inducen alteraciones en la CRM, también producen
incrementos en ROS, por lo que se pensaba que los
radicales libres pudieran ser las moléculas causantes del

77
daño que promoviera el envejecimiento y no el daño al
ADNmit por sí mismo. Sin embargo, el año pasado se
desarrolló un modelo de ratón conocido como el Mutator
Mouse; este ratón tiene mutada o eliminada la parte de
la enzima ADN polimerasa –γ (POLG) que se encarga
de corregir las secuencias alteradas en el ADNmit, dando
como resultado animales con numerosas mutaciones y,
por lo tanto, fallas en el funcionamiento de la CRM. Los
animales mutantes mostraron signos de envejecimiento
prematuro como osteoporosis, alopecia, pérdida de peso,
disminución en la capacidad reproductiva, aumento
en el tamaño del corazón, además de que redujeron
su expectativa de vida (Trifunovic et al., 2004). No
obstante, no se encontró un aumento en las ROS ni
daño oxidativo de las macromoléculas, indicando que las
mutaciones en el ADNmit promueven el envejecimiento
independientemente de la generación de ROS (Czarnecka
y Bartnik, 2011). Otra objeción importante era si las
mutaciones en el ADNmit durante el envejecimiento
normal eran suficientes para causar las alteraciones
necesarias en la respiración mitocondrial, y tales que
indujeran envejecimiento.
Para entender lo anterior hay que recordar que cada
mitocondria tiene un número variable de copias de
ADNmit, y que cada célula tiene numerosas mitocondrias,
lo que hace que cada célula tenga cientos de copias de
ADNmit. Esto implica que el daño en una sola copia de
ADNmit no tendrá relevancia fisiológica en la célula y sólo
conllevará a un deterioro en la función mitocondrial si el
número de copias dañadas se encuentra arriba de cierto
nivel umbral. Este fenómeno es conocido y estudiado
en las enfermedades mitocondriales congénitas como
heteroplasmia mitocondrial, y se refiere a la distribución
dispareja del ADNmit mutado entre las células de un
tejido, lo que generalmente crea un patrón de tipo
mosaico en esa clase de pacientes. Aunque existan
mutaciones o deleciones en el ADNmit, las copias pueden
tener una segregación azarosa en los diferentes tejidos
somáticos y manifestarse como enfermedades distintas
dependiendo del tipo celular en el que se encuentren
(Wallace, 2010). El grupo del Dr. Larsson desarrolló una
quimera entre un ratón normal y un ratón conocido como
MILON, al cual se le eliminó el factor de transcripción
mitocondrial A (Tfam) en la neocorteza e hipocampo,
lo cual llevó a la pérdida progresiva de la funcionalidad
de la CRM, neurodegeneración y muerte prematura.
Los estudios con estos ratones quimeras demostraron
que una muy baja proporción de neuronas con CRM
deficiente (tan sólo 20%) era suficiente para causar los
síntomas clínicos y la muerte prematura de los animales,
demostrando así que mutaciones puntuales, aunque sean
pocas y se manifiesten de manera azarosa, pueden tener
consecuencias devastadoras (Dufour et al., 2008). Por
todo lo anterior, ahora se ha aceptado que las mutaciones
en el ADNmit están involucradas en el proceso del
envejecimiento de una manera directa e independiente de
las ROS generadas (Czarnecka y Bartnik, 2011).
Mitofagia
La célula posee una gran variedad de mecanismos de
reparación y renovación que le permiten lidiar contra daños
como los producidos por las ROS y por otros agentes. Uno
de ellos es el proceso de autofagia, en el cual la célula se
encarga de degradar componentes intracelulares dañados
o inservibles, como pueden ser proteínas mal plegadas u
organelos completos como la mitocondria. Más adelante,
en otro capítulo se tratará el papel de la autofagia en el
envejecimiento.
Dado que las mitocondrias son fuentes sustanciales de
ROS y, al mismo tiempo, son blancos de ellas, es común
que estos organelos acumulen daño oxidativo tanto en su
ADN, como en las proteínas y los lípidos que las componen,
y requieran por lo tanto ser eliminadas por la célula cuando
se encuentren sumamente dañadas y sean ineficientes.
Para deshacerse de ellas, la célula cuenta con un sistema
de degradación particular denominado mitofagia, por el
cual se eliminan las mitocondrias con daño en el ADNmit
o deficientes en producción de energía, y que de no hacerlo
podrían llevar la muerte por apoptosis. De esta manera, la
célula asegura que la población mitocondrial existente sea
funcional.
Se considera que la eliminación de mitocondrias
defectuosas representa un proceso protector que
retrasa el envejecimiento y la aparición de enfermedades
neurodegenerativas, y que cuando se encuentra
imposibilitado favorece la aparición de las mismas. Un
ejemplo de ello es la pérdida de la función de una proteína
llamada Parkina durante la enfermedad de Parkinson. La
Parkina es una ubiquitín ligasa que recluta de manera
selectiva a las mitocondrias disfuncionales debido al bajo
potencial de membrana que tienen éstas e induce su
MITOCONDRIA Y ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
78
degradación mitofágica; por ello se ha sugerido que, al
menos en parte, la enfermedad de Parkinson está asociada
a la incapacidad celular de eliminar las mitocondrias
disfuncionales (Narendra et al., 2010).
La regulación de la mitofagia también está íntimamente
ligada a la dinámica mitocondrial, en particular al proceso
de fisión. Puesto que se sabe que un requisito para que
se lleve a cabo la autofagia es la fragmentación de los
organelos, las mitocondrias pequeñas o fragmentadas
pueden ser más fácilmente degradadas. De manera
consistente, se ha propuesto una relación entre el
envejecimiento y la dinámica mitocondrial, reportándose,
por ejemplo, un aumento del tamaño mitocondrial de
las células de animales viejos, llamadas mitocondrias
gigantes. Estas mitocondrias se caracterizan por tener
bajos niveles de producción de ATP, pérdida de las
crestas mitocondriales y una morfología hinchada, y se
ha reportado que pueden inducir senescencia celular.
Aparentemente, las mitocondrias gigantes correlacionan
con una dinámica mitocondrial alterada y una mitofagia
deficiente; esto concuerda con los bajos niveles de la
proteína de fisión Opa1 observados en animales viejos.
Asimismo se ha reportado que, en respuesta a daño
oxidativo, la fisión mitocondrial se altera dando como
resultado dos mitocondrias hijas con diferente potencial de
membrana, de las cuales solo la que tiene un bajo potencial
de membrana puede ser marcada para degradación y la
otra, aunque alterada e inservible, permanece en la célula
posiblemente contribuyendo al desarrollo de estados
patológicos y envejecimiento (Raffaello y Hirsuto, 2011).
CONCLUSIÓN Y PERSPECTIVAS
A lo largo de este capítulo se ha destacado la importancia
de la mitocondria durante el proceso del envejecimiento,
pero para entender la magnitud y alcance de lo que ello
implica hay que relacionarlo con otros procesos como la
pérdida en la obtención de energía, la muerte por apoptosis,
la autofagia, la degradación de proteínas vía proteosoma y
lisosoma y el estrés del retículo endoplásmico, etc. Es decir,
el envejecimiento no es un proceso que se pueda llevar a
cabo solo por un organelo, sino que habrá que estudiarlo
de una manera más amplia e incluyente. Por ello, en el
futuro probablemente se llevarán a cabo estudios donde se
analicen los efectos relacionando todas estas condiciones.
Además, es posible que se encuentren mecanismos o vías
celulares que se activen o se inhiban en función del estado
redox promovido por las ROS mitocondriales, por lo que
no será de sorprender el que las mitocondrias vuelvan a
tomar un papel preponderante en los estudios futuros.
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RESUMEN CURRICULAR DE LA AUTORA
Mina Konigsberg
Realizó la licenciatura y maestría en Biología Experimental,
así como el doctorado en Ciencias Biológicas, en la
UAM-Iztapalapa. Es profesora titular del Departamento
de Ciencias de la Salud en la UAM-I, en donde dirige el
laboratorio de Bioenergética y Envejecimiento Celular. Ha
sido directora de tesis de alumnos de licenciatura, maestría
y doctorado y fue coordinadora del posgrado en Biología
Experimental en la misma institución de 2007 a 2010.
Autora de varios artículos científicos y de divulgación,
además de libros de texto; editora del primer libro sobre
radicales libres y estrés oxidante en América Latina. En
2010-2011 fue distinguida con la beca Fulbright para
realizar una estancia de investigación en el Barshop
Institute for Aging and Longevity en Texas, Estados
Unidos. Actualmente es miembro de Sistema Nacional de
Investigadores, nivel I.

DAÑO OXIDATIVO,
SISTEMAS DE DEFENSA Y
REPARACIÓN DEL ADN EN EL
ENVEJECIMIENTO
Armando Luna López
Departamento de Investigación Básica, Instituto
de Geriatría. Secretaría de Salud.
allbioexp@yahoo.com

82
RESUMEN
El envejecimiento puede definirse como la disminución
de las funciones fisiológicas, bioquímicas y moleculares
de un individuo a lo largo de la vida de un individuo. Durante
décadas se ha relacionado al envejecimiento con el daño
oxidante generado por las ERO, que son producidas por
el metabolismo aeróbico de los organismos. Las defensas
antioxidantes que han desarrollado los organismos
aeróbicos resultan ser insuficientes a los retos ambientales
y propios del metabolismo, de tal manera que se genera
un desbalance conocido como estrés oxidante. Este
desbalance tiene como consecuencia daños oxidantes en
las principales biomoléculas, como lo son lípidos, proteínas
y ADN. El daño oxidante principal es en el ADN nuclear
ya que, al alterarse las secuencias génicas, se disminuyen
las funciones fisiológicas y estructurales de los individuos.
Existen diferentes daños al ADN como los rompimientos
de SSB y DSB, las mutaciones, y la producción de aductos
de ADN. Entre los sistemas de reparación del ADN que se
han reportado por estar relacionados con el envejecimiento
se encuentran el MMR, BER y la enzima ATM.
Especies reactivas de oxígeno
Los radicales libres (RL) pueden ser definidos como átomos
o moléculas con uno o más electrones desapareados
en alguno de sus orbitales electrónicos (Halliwell y
Gutteridge, 1999). Este electrón es, generalmente, el
que le proporciona su alta capacidad reactiva. El oxígeno
molecular (dioxígeno) tiene una configuración electrónica
única y es por sí mismo considerado un radical, por lo que
los RL derivados del oxígeno producidos por los seres vivos
son considerados los radicales más importantes (Miller et
al., 1990). Las especies reactivas de oxígeno (ERO) son
ubicuas, altamente reactivas, de tiempo de vida media
muy corto, se producen en el metabolismo del oxígeno
en los sistemas biológicos aeróbicos y reaccionan con las
moléculas que se encuentran a su alrededor empezando
con aquellas que se encuentran muy cercanas a su sitio de
formación. Las ERO incluyen al radical superóxido (O2•),
al radical hidroxilo (OH•) y al peróxido de hidrógeno
(H2O2). Además habría que considerar entre las ERO a
las especies reactivas de nitrógeno (ERN), que poseen
tanto átomos de oxígeno como de nitrógeno e incluyen
al óxido nítrico (NO) y al radical peroxinitrito (ONOO•),
entre las más importantes. Las ERN también participan en
diferentes procesos biológicos como en el funcionamiento
de los tejidos vasculares. Las ERO/ERN han sido
consideradas dañinas por su reactividad, sin embargo,
bajos niveles de éstas son necesarios para que se lleven
a cabo diferentes procesos bioquímicos, entre los que se
encuentran la señalización intracelular, la diferenciación,
el control del ciclo, la apoptosis, el sistema inmune y la
defensa contra los microorganismos (Ghosh, 1998;
Tohyama y Yamamura, 2004; Bae et al., 1997; Lee et al.,
1998).
Antioxidantes
La exposición a las ERO producidas por los procesos
fisiológicos o ambientales ha llevado a los organismos a
desarrollar mecanismos de defensas (Cadenas, 1997).
Los organismos se protegen contra el estrés oxidante
inducido por las ERO con mecanismos que pueden ser
preventivos, de reparación, defensas físicas y defensas
antioxidantes.
Este último es uno de los más importantes y está
compuesto por enzimas antioxidantes entre las que se
encuentran la superóxido dismutasa (SOD), glutatión
peroxidasa (GPx), la catalasa (CAT) y otros no enzimáticos
entre los que se encuentran el ácido ascórbico (vitamina
C), α-Tocoferol (vitamina E), glutatión reducido (GSH),
carotenoides, flavonoides y otros antioxidantes.
En algunos tipos celulares, las ERO pueden causar la
muerte celular vía apoptosis y/o necrosis, lo cual pueden
ser disminuido o eliminado por los sistemas antioxidantes
(Carmody y Cotter, 2001; Kim et al., 2001; Jang y Surh,
2003). La concentración de ERO y el microambiente
celular parecen ser importantes en determinar el tipo
de muerte celular (Kim et al., 2001). En condiciones
normales siempre existe un balance entre las ERO y
las defensas antioxidantes para que los organismos se
encuentren en homeostasis.
Estrés oxidante
Las ERO son producidas en todos los organismos
aeróbicos y normalmente están en la célula en un estado
balanceado con las moléculas antioxidantes. El estrés
oxidante se presenta cuando este balance es perturbado
por la falta de antioxidantes, por la generación excesiva
de ERO, o por ambas. Así que, cuando los antioxidantes
se encuentran en bajas proporciones y/o se incrementa
la formación de ERO, se incrementa la respuesta celular

83
para tratar de contrarrestar este evento hasta que se
pueda controlar; cuando la célula no lo puede controlar,
entonces activa el proceso de muerte. El estrés oxidante
puede generar un ambiente muy adverso o condiciones
extremas en los sistemas biológicos. Un rápido indicador
de que el sistema se encuentra en estrés oxidante
es el incremento en la respuesta antioxidante y/o
un incremento en los niveles de ERO endógenos. La
formación de ERO se incrementa como una consecuencia
de diferentes condiciones de estrés ambiental, entre
las que se encuentran la radiación electromagnética
UV, la exposición a herbicidas, temperaturas extremas,
toxinas como la cercosporina y aflatoxina, contaminantes
ambientales, metales y xenobióticos. Cuando el estrés
oxidante se presenta, la función de la célula es contrarrestar
los efectos oxidantes y restaurar el balance redox tratando
de alcanzar los parámetros homeostáticos. Este último
evento de la respuesta celular puede activar o silenciar
genes que codifican para enzimas de defensa, factores
de transcripción y proteínas estructurales (Dalton et al.,
1999; Scandalios, 2004).
En los eucariontes superiores, tanto plantas como
animales, la respuesta al estrés oxidante es muy compleja
y está modulada por diferentes reguladores (Scandalios,
1997). El estado redox dependiente de ERO que
modifica el reciclamiento de los tioles de los residuos
de cisteínas es sumamente importante para establecer
las interacciones proteína-proteína y proteína-ADN, que
son fundamentales para los procesos de transducción de
señales y para la regulación de la actividad de algunos
factores de transcripción (Dalton et al., 1999; Scandalios,
2004; Storz e Imlay, 1999; Kiley y Storz, 2004; Ruis
y Schuller, 1995; Moradas-Ferreira y Costa, 2000;
Delaunay, Isnard y Toledano, 2000), como es el caso de la
activación del factor NF-κB y la proteína AP-1, conocidos
por tener una participación fundamental en procesos
como la proliferación, diferenciación y morfogénesis, los
cuales pueden ser estimulados por diferentes agentes
que convergen en un mecanismo común que involucra
la producción de ERO. Un mecanismo que se ha descrito
es que al incrementarse la producción de H2O2 se tiene
como consecuencia la activación redox de NF-κB y en
el cual participa una forma activa de la proteína Rho que
es una GTPasa que responde a la modificación del estado
redox celular (Gabbita et al., 2000). Las fuentes de ERO,
tanto extracelulares como intracelulares, son capaces
de modular la expresión de genes. Dosis bajas de H2O2
(<20μM) pueden producir cambios en la fosforilación
de proteínas reguladoras específicas entre las que se
encuentra la proteína cinasa B, también conocida como
Akt. La acción directa de la señalización por H2O2 en la
regulación diferencial de genes antioxidantes en plantas
y animales es debida a las interacciones proteína-ADN en
la región del elemento de respuesta antioxidante (ARE;
TGACTCA), NF-κB y el elemento de respuesta al ácido
abscísico (ACGT) en los promotores de estos genes.
Además de la inducción de la expresión de genes de
defensa, otros papeles del desbalance redox en plantas
incluyen muerte directa de patógenos, la modificación de
la estructura de la pared celular y la inducción de la muerte
celular programada (Scandalios, 1997). En levaduras y
animales, el estrés oxidante puede llevar a la detención
de la división celular y a la progresión del ciclo celular
(Paulovich et al., 1997). Un claro ejemplo de cómo las
ERO pueden tener un papel benéfico es el hecho de que
el O2• desempeña un papel importante en la infección por
microbios, en donde su actividad puede ser comparada con
la de un antibiótico de amplio espectro (Babior, 1984).
En plantas, la respuesta a la invasión por patógenos
también involucra un desbalance redox que tiene que ver
con un aumento transitorio de grandes cantidades de ERO
(Doke, 1997).
El estado de estrés oxidante generado por el incremento
de ERO desempeña papeles diferentes y, en ocasiones,
opuestos durante diferentes procesos celulares. Por
ejemplo, el H2O2 puede actuar de una manera relevante
en los procesos de transducción de señales por medio
de la activación de NF-κB, mientras que en condiciones
patológicas de estrés oxidante el H2O2 puede inducir la
apoptosis o la necrosis. El estado estable de los niveles
de ERO en las células es crítico y es determinante para
establecer si la célula debe incrementar los niveles de
ERO o activar mecanismos que modulen la respuesta
antioxidante celular.
Estrés oxidante y envejecimiento
Durante décadas se ha estudiado la relación que existe
entre la generación de especies reactivas de oxígeno
(ERO) y la acumulación de biomoléculas oxidadas, que
es una de las características que se presentan durante el
proceso de envejecimiento; esta propuesta es una de las
más aceptadas para tratar de explicar la disminución en
DAÑO OXIDATIVO, SISTEMAS DE DEFENSA Y REPARACIÓN DEL DNA EN EL ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
84
las funciones fisiológicas, bioquímicas y moleculares que
se presentan en el envejecimiento y fue propuesta por
Harman en 1956.
Se han realizado numerosos trabajos que apoyan esta
teoría, entre los que podemos mencionar a los realizados
en nematodos; en ellos se encontró que una mutación en
una subunidad del complejo II de la cadena de transporte
de electrones, la enzima succinato deshidrogenasa, en
donde se incrementó la producción de ERO, disminuyó la
respiración y se acortó el tiempo de vida de este organismo
especialmente en ambientes con altas concentraciones de
oxígeno, demostrando una correlación entre las ERO y el
tiempo de vida de un individuo (Ishii et al., 1998). En
otro trabajo, en el que se utilizaron moscas como modelo
de estudio, se encontró que al disminuirse los niveles
de expresión de la enzima superóxido dismutasa tipo II
(SOD2), la cual se encuentra localizada en la mitocondria,
se disminuía la locomoción y el tiempo de vida (Martin
et al., 2009), mientras que al incrementarse los niveles
de expresión de SOD2 se incrementa la longevidad de
las moscas (Sun y Tower, 1999). En algunos trabajos
en mamíferos se ha demostrado que al sobreexpresar la
enzima catalasa en la mitocondria, ésta reduce los niveles
de estrés oxidante e incrementa el tiempo de vida. Sin
embargo, la sobreexpresión de la catalasa en el núcleo o en
los peroxisomas no afecta el tiempo de vida, proponiendo
que la mitocondria es un participante muy importante en
el metabolismo oxidante y en la regulación del tiempo de
vida de un organismo (Schriner et al., 2005).
El estrés oxidante es uno de los eventos principales que se
encuentra asociado con el daño celular y estrechamente
relacionado con la progresión de algunas enfermedades y
con el envejecimiento. El daño ocasionado por las ERO es
muy extenso e inespecífico y los mecanismos involucrados
en la reparación del daño son ubicuos para proteínas, lípidos
y ADN. Las proteínas oxidadas son reducidas por enzimas
como la metionina sulfóxido reductasa (Alamuri y Maier;
2004) y la sestrina (Budanov et al., 2004), o degradadas
en sistemas especializados como el proteosoma o los
lisosomas, así como por diferentes proteasas. Los peróxidos
de ácidos grasos en los fosfolípidos de las membranas son
eliminados por la fosfolipasa A2 y reducidos a alcohol
por la enzima glutatión peroxidasa (GPx); sin embargo,
cuando los peróxidos reaccionan con metales complejos,
se forman diferentes aldehídos como el malondialdehído
y 4-hidroxinonenal, así como otros hidrocarburos como el
etano y el pentano; todos ellos son productos finales del
proceso de lipoperoxidación. Finalmente, cabe destacar
que estos aldehídos pueden reaccionar con los grupos tioles
y amino de las proteínas, lo que producirá en éstas un daño
estructural y funcional. Entre los daños que se presentan
en el ADN se encuentran los rompimientos de cadena, las
modificaciones estructurales en las bases nitrogenadas y
los diferentes tipos de mutaciones en la secuencia del ADN;
estos daños son reparados por diferentes mecanismos
como la unión de fragmentos terminales no homólogos
(NHEJ), la recombinación homóloga (HR), la reparación
por escisión de bases (BER), la reparación por escisión
de nucleótidos (NER) y el sistema de reparación por mal
apareamiento (MMR). Se ha reportado que la respuesta
en la reparación del ADN juega un papel importante en la
estabilidad del genoma, la activación de la apoptosis o la
supervivencia y el envejecimiento prematuro.
Sistemas de reparación del ADN en el envejecimiento
El mantenimiento óptimo del ADN nuclear es crítico para
el funcionamiento celular, es por ello que los organismos
han desarrollado numerosos sistemas de reparación para
los diferentes tipos de lesiones que se presentan en el
ADN. Los rompimientos de doble cadena (DSB) y los
rompimientos de cadena sencilla (SSB) son reparados a
través de los sistemas NHEJ y HR, mientras que los daños
ocasionados por efecto de las ERO, en donde se producen
aductos de ADN como la 8-hidroxidesoxiguanosina, la
timina glicol y algunos otros productos de alquilaciones,
son reparados a través del sistema BER y NER (Lombard
et al., 2005). Finalmente, las mutaciones que se presentan
en la secuencia de ADN, que son detectados como
malos apareamientos de las cadenas homólogas de
éste, son reparadas por el sistema MMR; cabe destacar
que las diversas mutaciones (como las inserciones,
deleciones, transversiones y transiciones) pueden ser
producto del estrés oxidante. Para la reparación del
ADN existen diferentes pasos: el primero es la detección
de las lesiones del ADN por sensores moleculares, el
segundo es la activación de proteínas de señalización
que sirven de moléculas transductoras y, finalmente,
el tercero es el agrupamiento de las proteínas efectoras
de la reparación del ADN. Las ERO producen al aducto
8-hidroxidesoxiguanosina y lesiones DSB, estas últimas
son detectadas en el ADN por dos enzimas muy
importantes como la ataxia telangiectasia mutada (ATM),

85
que es una de las proteínas más relevantes en la detección
de lesiones DSB, y la 8-hidroxidesoxiguanosina ADN
glicosilasa (Ogg-1), que se encarga de sensar al aducto
8-hidroxidesoxiguanosina, así como de activar al sistema
BER. Se ha reportado que mutaciones en estas proteínas
que participan en la reparación del ADN presentan
fenotipos de envejecimiento prematuro.
Ataxia telangiectasia mutada (ATM)
ATM es uno de los principales guardianes de la integridad
del genoma. Esta proteincinasa multifuncional es la
encargada de organizar intricadas respuestas celulares al
daño en ADN del tipo DSB. La ausencia o la disfunción
de ATM origina desórdenes genéticos pleiotrópicos como
la ataxia telangiectasia (AT), patologías relacionadas a la
degeneración neuronal, inmunodeficiencia, envejecimiento
prematuro y susceptibilidad al cáncer (Shiloh y Kastan,
2001). ATM se activa por la aparición de DSB y por la
fosforilación de diferentes sustratos involucrados en
las respuestas de reparación del ADN, la apoptosis y
la detención del ciclo celular; por lo tanto, ATM es una
molécula clave en la estabilidad del genoma, incluyendo
la reparación del ADN y los sitios de regulación de
la detención del ciclo celular. Recientemente, se ha
reportado que el estrés oxidante facilita la deficiencia
en la función de ATM, lo que sugiere que se encuentra
involucrada en la respuesta antioxidante. La presencia
de DSB activa a ATM mediante una autofosforilación
en el residuo de Ser-1981, produciendo una disociación
dimérica (Bakkenist y Kastan, 2003). Aunque el
mecanismo preciso de activación de ATM es todavía
incierto, se ha reportado que el complejo Mre11/Rad50/
Nbs1 está involucrado en la autofosforilación de ATM
(Lee y Paull, 2005). ATM activada es una cinasa que se
caracteriza por fosforilar a la proteína fosfatidil inositol-
3-cinasa (PI3K) en su región carboxilo terminal, además
de fosforilar numerosas proteínas como H2AX, una de las
isoformas de histonas que forman el nucleosoma como
H2A; la proteína p53, la cual juega un papel importante
en la respuesta celular a diferentes genotóxicos, puede
ser fosforilada por ATM en el residuo Ser-15, lo cual tiene
como consecuencia el incremento en la transcripción
de diferentes genes involucrados en procesos como la
detención en el ciclo celular, la apoptosis y la senescencia
en respuesta al daño por DSB (Barzilail, 2007; Meek,
2004). Mutantes de diferentes moléculas involucradas en
la estabilidad del genoma se han reportado por presentar
fenotipos de envejecimiento prematuro. En ratones,
la disfunción de Atm, DNA-PKcs, KU86, p53, Wrn y
XpdTTd/XPA, las cuales participan en la respuesta de
reparación del ADN, causa fenotipos de envejecimiento
prematuro en diferentes tejidos y órganos, sugiriendo
que las moléculas involucradas en la reparación del
ADN juegan un papel importante en el proceso normal
de envejecimiento. En los humanos, la patología de
AT incluye entre sus características un envejecimiento
acelerado. La inestabilidad genómica y defectos en la
reparación del ADN como producto de la deficiencia de
ATM podría contribuir al fenotipo de envejecimiento
prematuro ya que ATM participa en el mantenimiento
de los telómeros (Hande, 2004; Pandita, 2002). Se ha
observado que células que presentan AT también tienen
telómeros acortados, así como un incremento en las
fusiones teloméricas. Pacientes con AT pueden presentar
envejecimiento prematuro como consecuencia, al menos
en parte, de la disfunción telomérica.
8-Hidroxi-desoxoguanosina- ADN glycosilasa
(OGG1)
El daño en el ADN se ha relacionado con la etiología de
diferentes enfermedades y con el envejecimiento. La
reparación de bases oxidadas en todos los organismos se
lleva a cabo por medio del sistema de reparación BER. El
punto principal en el sistema BER es el reconocimiento de
las bases oxidadas, que posteriormente serán removidas
por una enzima ADN glicosilasa. Existen 2 tipos de ADN
glicosilasas en los mamíferos: la OGG1 y una homóloga
de la endonucleasa tipo III (NTH1), las cuales se han
caracterizado por tener una función en la remoción de
daños oxidativos en las bases nitrogenadas (Hazra et
al., 2007). Los sustratos de estas ADN glicosilasas son
altamente específicos, pero principalmente reconocen
aductos de purinas y pirimidinas. NTH reconoce una
gran cantidad de aductos de pirimidinas, como es el
caso del aducto timidina glycol, 5-hidroxidesoxicitosina,
dihidrouracil y al menos otras 6 pirimidinas oxidadas.
La OGG1 es la principal enzima que remueve los daños
oxidantes en los residuos de guanina, entre los que
destaca el aducto 8-hidroxidesoxiguanosina (8-OHdG).
Se ha reportado que la capacidad de reparación del
sistema BER se presenta disminuida en el envejecimiento;
además, se ha observado que en organismos envejecidos
disminuye la actividad de OGG1. Consecuentemente,
con la disminución en la actividad del sistema BER, se ha
DAÑO OXIDATIVO, SISTEMAS DE DEFENSA Y REPARACIÓN DEL DNA EN EL ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
86
observado un incremento en los niveles de concentración
del aducto 8-OHdG durante el envejecimiento (Chen
et al., 2003). Por otra parte, se ha reportado que en la
enfermedad de Huntington, las mutaciones somáticas
asociadas a la progresión de la enfermedad tienen su
origen en una acumulación del triplete CAG; a su vez,
esta acumulación se debe a una incapacidad del sistema
para remover los daños en las bases oxidadas (Kovtun et
al., 2007). La acumulación del daño oxidativo debido a
la acumulación del aducto 8-OHdG es dependiente del
envejecimiento y podría ser la causa del incremento de
los tripletes CAG mediados por la reacción de reparación,
lo que nos sugiere que la enfermedad de Huntington es
dependiente de la edad.
MSH2
En nuestro equipo de trabajo hemos determinado
que el daño oxidante en el ADN se incrementa en el
envejecimiento en un modelo murino de la cepa CD-1;
estos daños oxidativos se presentan por la acumulación
del aducto 8-OHdG y por la presencia de rompimientos del
tipo SSB y DSB (López-Diazguerrero, 2005). Nosotros
hemos demostrado que esta acumulación del daño en
el ADN podría ser por una disminución en los niveles
de expresión del sistema de reparación MMR, en donde
la enzima MSH2 juega un papel fundamental durante la
reparación del ADN. Los niveles de expresión de la enzima
MSH2 se observan disminuidos en diferentes tejidos como
el hígado, el corazón y el ovario de ratones envejecidos de
la cepa CD-1. La disminución en la expresión de MSH2
es el resultado de una regulación epigenética, en donde
nosotros observamos que el promotor de la enzima
MSH2 se encuentra metilado en mayores proporciones
en los individuos envejecidos en comparación con los
individuos sanos (Conde-Perezprina, 2008). Finalmente,
en recientes trabajos de nuestro grupo, hemos observado
que existe una disminución en los niveles de expresión de
la enzima MSH2 dependiente de la edad en dos diferentes
tipos de murciélagos, Desmodus rotundus (hematófago)
y Myotis (insectívoro); dicha disminución tiene como
consecuencia un incremento en el daño al ADN evaluado
por la aparición de secuencias satelitales, que es un
mecanismo alternativo para evaluar el daño oxidativo al
ADN.
CONCLUSIÓN
El estrés oxidante es un factor importante en la
acumulación de biomoléculas oxidadas durante el proceso
de envejecimiento. Los daños que destacan en las
biomoléculas son el daño al ADN, que puede presentarse
en diferentes formas como la aparición de aductos, los
rompimientos de SSB y DSB; así como los diferentes tipos
de mutaciones. Los sistemas de reparación del ADN que, se
ha observado, disminuyen durante el envejecimiento son:
el BER, MMR y la enzima ATM. Es evidente que la falla en
los sistemas de reparación del ADN tiene consecuencias
graves en el funcionamiento bioquímico, estructural y
molecular de los individuos, lo que sin duda es una de las
características del proceso del envejecimiento. ¿Cómo
podremos disminuir los daños oxidantes al ADN?, ¿será
esta la alternativa que estamos buscando para aminorar
los efectos del envejecimiento? Estas son algunas de las
cuestiones que debemos de resolver para comprender el
proceso del envejecimiento. Para ello es necesario que
desarrollemos modelos biológicos en donde se pueda
incrementar la respuesta para contrarrestar el daño
oxidante al ADN, tal vez incrementando la expresión de
enzimas como Ogg1, ATM o MSH2 o, quizá, tratando de
disminuir los niveles de ERO o incrementando la respuesta
antioxidante. Para ello podemos utilizar las herramientas
moleculares con las que contamos hasta hoy. En los
últimos tiempos han surgido nuevas estrategias para el
estudio del envejecimiento entre las que destacan los
modelos horméticos, los cuales consisten en adaptar
los modelos biológicos a condiciones ligeras de estrés
oxidante, con lo que se ha observado un incremento en
la respuesta antioxidante que le confiere protección ante
restos letales. Estos y otros modelos por investigar son los
que debemos desarrollar para generar más conocimiento
sobre el proceso de envejecimiento.

87
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839.
RESUMEN CURRICULAR DEL AUTOR
Armando Luna López
Licenciado, maestro y doctor en Biología Experimental
por la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad
Iztapalapa. Ganador de la medalla al mérito universitario
otorgada por la Universidad Autónoma Metropolitana.
Estancia en el Medical College of Georgia. Publicaciones:
cinco internacionales indexadas y una nacional de
divulgación. Participación en congresos: 30 nacionales
y 10 internacionales. Cursos de actualización en
cromatografía de líquidos de alta resolución, PCR en tiempo
real, entrenamiento y reentrenamiento en protección
radiológica. Impartición de cursos de licenciatura y
posgrado en la Universidad Autónoma Metropolitana-
Iztapalapa. Dirección de dos tesis de licenciatura y de dos
servicios sociales. Asesor de un alumno de posgrado. Áreas
de investigación: participación de Bcl-2 en la supervivencia
celular en respuesta al estrés oxidante; respuesta celular
antioxidante; la participación de la proteostasis en el
envejecimiento; estrés oxidativo y fragilidad en adultos
mayores; la hormesis en el envejecimiento.

MECANISMOS DE
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
EN EL ENVEJECIMIENTO
Viviana Pérez I.
Departamento de Biología Celular y Estructural
e Instituto Barshop de Envejecimiento y
Longevidad. Centro de Ciencias de la Salud de la
Universidad de Texas en San Antonio, Estados
Unidos.
perezv3@uthscsa.edu
Mina Konigsberg
Departamento de Ciencias de la Salud,
Universidad Autónoma Metropolitana- Iztapalapa.
mkf@xanum.uam.mx

90
RESUMEN
Las proteínas son las biomoléculas más abundantes
dentro de las células y están encargadas de una gran
parte de las vías metabólicas requeridas para la vida de los
organismos. De ahí que las alteraciones que sufren estas
moléculas durante su vida media dentro de las células sean
un evento que ha tomado una gran relevancia cuando
se trata de entender el fenómeno del envejecimiento.
Anteriormente se pensaba que los daños importantes
sólo ocurrían en el ADN, pero ahora se sabe que el mal
plegamiento de las proteínas, su oxidación así como su
agregación, y la ineficiencia de la célula para desecharlas
son factores fundamentales no sólo para inducir el
deterioro asociado al envejecimiento, sino que se les ha
relacionado con una gran cantidad de enfermedades
degenerativas.
INTRODUCCIÓN
Inicialmente, los estudios del daño que provocan las
especies reactivas de oxígeno (Lopez-Diazguerrero
et al., 2005) sobre las macromoléculas se abocaban
principalmente al análisis del daño al ADN, puesto que esta
molécula es la que se transmite a la siguiente generación
celular. Así, efectivamente, se encontró que el ADN
de organismos viejos tiene más daño que el de jóvenes
(Bohr et al., 1998; López-Diazguerrero et al., 2005); sin
embargo, a la fecha ha sido difícil correlacionar de manera
directa la mutación de ciertos genes particulares con el
envejecimiento para encontrar el gen del envejecimiento
o el de la longevidad (Olshansky et al., 1990).
Ahora bien, recientemente se ha encontrado una
acumulación de proteínas oxidadas o dañadas durante
el envejecimiento, así como en varias enfermedades
neurodegenerativas asociadas a la vejez. Estos depósitos
de componentes alterados causan un deterioro en las
células y disminuyen su funcionalidad, por lo que se ha
empezado a estudiar el papel que juega la acumulación
de proteínas durante el envejecimiento (Reshma y Kelvin,
2002; Gidalevitz et al., 2010).
Recientemente ha surgido un concepto conocido como
proteostasis u homeostasis proteica en eucariotes,
que se refiere al control de la concentración proteica
dentro de las células, al buen plegamiento o estructura
tridimensional y a las correctas interacciones entre las
proteínas que componen el proteoma (Balch et al.,
2008). Se ha propuesto que la proteostasis permite un
desarrollo celular exitoso y protege a los organismos de
las enfermedades y la carencia de estos sistemas se ha
relacionado con enfermedades lisosomales o enfermedades
conformacionales, así como con el establecimiento del
envejecimiento (Powers et al, 2009).
Proteostasis
La proteostasis puede entenderse como la correcta
participación de varios sistemas que, en conjunto,
mantienen el equilibro entre las proteínas que se
sintetizan, se pliegan y son estructural y bioquímicamente
funcionales, con la degradación y el desecho de las
proteínas dañadas o inservibles; todo esto asociado a
las diversas vías de señalización, como son la respuesta
a estrés oxidativo y la progresión del ciclo celular, entre
otros. Es por ello que en los últimos años se ha empezado a
hablar de los sistemas que integran a la proteostasis como
una red, conocida en inglés como proteostasis network
(PN) o red proteostásica (RP) (Roth y Balch, 2010). Los
tres componentes fundamentales propuestos para la RP
son (figura 1):
1) El sistema de síntesis de proteínas, desde su
traducción en los ribosomas hasta sus modificaciones
postransduccionales.
2) El sistema de plegamiento de proteínas, que incluye
chaperonas y cochaperonas de la familia de las Hsc/Hsp
70 y 90, entre otras.
3) El sistema de degradación de proteínas, formado por
el proteosoma, la autofagia y toda la degradación proteica
vía lisosoma.
Figura 1. Componentes de la red proteostásica.

91
Los componentes fundamentales de la RP serán diferentes
dependiendo del tipo celular del que se trate y del estado
fisiológico en el que se encuentre. Es importante pensar en
la RP como un ente dinámico que puede variar y que se ve
modificado por los cambios en la composición iónica y de
metabolitos celulares, por el metabolismo bioenergético,
por la distinta información genética y epigenética, por
cambios en el estado redox, por factores del medio
ambiente, entre otros. De manera que la RP será diferente
durante las diversas etapas del desarrollo de un organismo
y, por tanto, también durante el envejecimiento.
La capacidad de la RP para mantener el balance del
proteoma en el citosol, la entrada y salida de proteínas a la
célula y el tráfico entre los compartimientos celulares, debe
ser una regulación muy sutil que mantiene el equilibrio
entre sintetizar, plegar y mantener activa una proteína,
o bien, marcarla para su degradación. Este equilibrio de
los tres componentes de la RP se conoce como control
general de la proteostasis y tiene un amplio componente
termodinámico. Los dos procesos ensambladores, como
son la síntesis de proteínas y el plegamiento de las mismas,
son procesos con un alto costo energético, es decir, son
procesos no espontáneos, con un ΔG negativo y, por tanto,
dependientes de ATP.
En cuanto al tercer sistema, podría pensarse que,
puesto que involucra procesos degradativos, sería
energéticamente favorable y espontáneo. Sin embargo,
ahora se sabe que la autofagia y la degradación de
proteínas vía el proteosoma y el lisosoma son procesos
altamente regulados y dependientes de ATP (Luce et al.,
2010). Esto es muy importante, ya que se ha reportado
que durante el envejecimiento hay un decremento en la
función mitocondrial y en la obtención de energía, lo cual
indica no sólo que la síntesis de las proteínas y su correcto
plegamiento disminuyen durante el envejecimiento, sino
que también la eliminación de proteínas disfuncionales
está alterada.
Oxidación de proteínas
La oxidación de proteínas es uno de los eventos asociados
tanto con la pérdida de la proteostasis como con el
proceso del envejecimiento más estudiados. Desde hace
varios años se ha reportado que existe una acumulación
de proteínas oxidadas en células y tejidos de animales y
pacientes de edad avanzada (Grune et al., 2005; Dunlop
et al., 2009), así como durante varias enfermedades
neurodegenerativas asociadas a la edad como las
enfermedades de Alzheimer, Parkinson y Huntington
(Dillin y Cohen, 2011).
En los capítulos anteriores se describieron algunos de los
eventos relacionados con la producción de ERO/ERN,
los cuales, se sabe, son capaces de promover la oxidación
de proteínas. Sin embargo, también hay que tomar en
cuenta otros factores que pudieran estar modificados
durante el envejecimiento, favoreciendo un estado
prooxidante dentro de las células. Estos factores pueden
ser la disponibilidad de metales libres, en particular fierro
y cobre, los cuales a su vez están determinados por la
concentración de metaloproteínas (ferritina, transferrina,
lactoferrina y ceruloplasmina); así como la concentración
de vitaminas (A, C y E) y metabolitos (ácido úrico,
albúmina, bilirrubina), que también se ha reportado
disminuyen con la edad, y los quelantes de iones metálicos
(Piña y Zentella, 2008).
Ahora bien, cuando los radicales libres reaccionan con
las proteínas, lo hacen principalmente sobre los grupos
funcionales de los aminoácidos, generando una pérdida
de su función. En particular, los daños se producen en
los aminoácidos que contienen azufre: metionina y
cisteína. En el caso de la metionina, se genera el sulfóxido
de metionina y en el de la cisteína se generan puentes
disulfuro, tanto intra como intermoleculares, que además
de cambiar la conformación tridimensional de las proteínas,
promueven su agregación, minando su funcionalidad.
Las modificaciones de este tipo pueden revertirse por la
acción de enzimas como la metionina-sulfoxidoreductasa,
o bien, las isomerasas de proteín-sulfuros (Shringarpure
y Davies, 2002). Otro desenlace durante la oxidación
de las cisteínas es la oxidación de los grupos sulfhidrilos,
que las convierte en ácido sulfénico (R-SOH), reacción
que todavía es reversible, y en ácido sulfínico (R-SO2H)
y ácido sulfónico (R-SO3H), en el primer caso es
reversible por acción de la sulfirredoxian, mientras que en
el segundo ya no lo es (Thomas y Mallis 2001; Eaton,
2006). Es importante mencionar que los grupos tioles
en las cisteínas se encuentran altamente protegidos y,
para prevenir su oxidación, la célula trata de mantener un
estado redox relativamente reducido mediante el sistema
del glutatión (GSH), los sistemas de las tioredoxinas I y II,
y la glutaredoxina (Pérez et al., 2009). En los humanos,
MECANISMOS DE DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS EN EL ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
92
se sabe que el estado redox del plasma se modifica con la
edad, incrementando la vulnerabilidad de los grupos tioles
y, por lo tanto, promoviendo el daño oxidativo (Pandey et
al., 2010).
Los radicales libres también pueden oxidar aminoácidos
aromáticos y producir derivados hidroxilados, o bien,
reaccionar con otros aminoácidos, como lisina, arginina,
prolina o treonina, generando derivados carbonilados
(Davies, 2005). De todas estas modificaciones, sólo
las de los aminoácidos con azufre pueden revertirse de
manera enzimática, exceptuando aquellas que se han
superoxidado en especies sulfónicas que, junto con el
resto, deben ser eliminadas de manera selectiva para
prevenir la acumulación de proteínas no funcionales y
dañadas (Reshma y Kelvin, 2002; Zentella y Piña, 2008)
como se discutirá más adelante.
Agregados proteicos
El estrés crónico y la oxidación continua de las proteínas
pueden llevar al desdoblamiento o mal plegamiento de las
proteínas, así como a la formación de oligómeros tóxicos de
proteínas o agregados que contribuyen al establecimiento
de las enfermedades antes señaladas.
Algunos de estos agregados se conocen como lipofuscina.
La lipofuscina tradicionalmente se ha asociado a los
lisosomas, puesto que es en ese organelo en donde se
acumulan las proteínas o péptidos que no pudieron ser
degradados por esta vía. La lipofuscina es, al parecer, la
responsable de la autoflorescencia que se observa en las
células de organismos viejos (Szweda et al., 2003; Powell
et al., 2005). Ahora se sabe que las proteínas carboniladas
que escapan de la degradación vía el proteosoma y la
maquinaria de degradación mitocondrial (Lon proteasas)
(Luce et al., 2010), se acumulan en el citosol con el paso
del tiempo, formando agregados proteicos insolubles con
un alto peso molecular.
En estudios que comparan la estabilidad proteica y la
resistencia al estrés oxidante en especies longevas de
mamíferos como los ratopines rasurados (Heterocephalus
glaber o naked mole-rat en inglés), que viven hasta 30 años,
contra especies poco longevas, como los ratones (Mus
musculus) que viven máximo cuatro años, se encontró
una menor oxidación de cisteínas, así como menores
niveles de ubiquitinación en la especie más longeva (Pérez
et al., 2009; Bhattacharya et al., 2011); este hallazgo
sugiere que la correcta eliminación de proteínas dañadas
es un factor clave para un envejecimiento exitoso.
Retículo endoplásmico y plegamiento de proteínas
Aunado a los reportes sobre el deterioro en los sistemas
degradadores de proteínas, existe otra serie de artículos
que proponen que durante el envejecimiento se observan
perturbaciones en el correcto plegamiento y ensamblaje
de las mismas. Este proceso se lleva a cabo en el
retículo endoplásmico (RE) en el cual se encuentran,
en un ambiente oxidado, una gran cantidad de
proteínas chaperonas, lectinas y enzimas procesadoras
de carbohidratos encargadas de ayudar al plegamiento
exitoso de las proteínas (Marciniak y Ron, 2006). Las
perturbaciones en la homeostasis del RE, que pueden
estar dadas por disminución en la disponibilidad de energía,
alteraciones en las concentraciones de calcio, isquemia y
otros, dan lugar a una respuesta protectora en la célula
conocida como UPR (unfolded protein response), que
culmina con la muerte celular por apoptosis (Kapoor y
Sanyal, 2009). Se ha visto que durante el envejecimiento
hay una disminución en la respuesta de las chaperonas y se
incrementan las proteínas mal plegadas (Naidoo, 2009a;
Naidoo, 2009b). En el caso de las proteínas de choque
térmico, también llamadas heat shock proteins (HSP)
y de las que se hablará más adelante, no sólo participan
en el plegamiento dentro del RE, sino durante diversas
respuestas a estrés, en particular las Hsp70 y Hsp90,
que también participan en los procesos de autofagia y
degradación proteica antes mencionados (Calderwood
et al., 2009; Rodgers et al., 2009). Se ha reportado que
en diversos organismos como Drosophilas y C. elegans,
hay una disminución transcripcional de esta familia de
proteínas durante el envejecimiento (Hsu et al., 2003).
En humanos, el estrés en el RE, el mal plegamiento y la
carencia de chaperonas activas se han visto implicados en
el desarrollo de enfermedades como la diabetes (Fonseca
et al., 2009), ateroesclerosis (Zhao y Ackerman, 2006)
y enfermedades neurodegenerativas asociadas a la
edad como el Alzheimer, la esclerosis lateral amiotrófica
(Calderwood et al., 2009) y el Parkinson (Yoshida, 2007).
A este fenómeno se le conoce de manera general como
enfermedades conformacionales ya que, aunque son
diferentes patologías, con distintas manifestaciones clínicas
en las que participan diversas proteínas, se ha sugerido
que se originan por tener alterado el mecanismo para la
eliminación de las proteínas alteradas.

93
Degradación de proteínas a través del proteosoma
Aunque se conocen varios procesos biológicos que están
involucrados en el mantenimiento de la proteostasis,
los sistemas más estudiados que se relacionan con la
degradación de las proteínas durante el envejecimiento
y enfermedades relacionadas, como se mencionó antes,
son: el sistema lisosomal (autofagia) y el proteosoma, así
como el sistema de plegamiento proteico que incluye a las
chaperonas y las proteínas de choque térmico (HSP o heat
shock proteins, por sus siglas en inglés).
El proteosoma juega un papel importante de manera
particular en la degradación de proteínas de vida corta,
que presentan algún deterioro como proteínas anormales,
mal plegadas u oxidadas, las cuales tienden a acumularse
con la edad (Coux et al., 1996). Se ha observado una
disminución de la función del proteosoma durante el
envejecimiento y la senescencia celular.
La estructura más común del proteosoma es la 26S, la
cual está directamente relacionada con la degradación
de proteínas vía el sistema de ubiquitina. El proteosoma
26S está compuesto de una subunidad 20S, la subunidad
catalítica encargada de la degradación proteica. Además
posee dos subunidades reguladoras de 19S con actividad
de ATPasa, las cuales permiten la entrada de las proteínas
dañadas que ya han sido ubiquitinadas hacia adentro
del proteosoma. También tiene una subunidad 11S
que es similar a la 19S, pero participa en la degradación
de péptidos ajenos, es decir, no pertenecientes al
organismo, como aquellos generados después de una
infección viral. A su vez, la subunidad catalítica 20S está
constituida generalmente por cuatro anillos, cada uno
compuesto de siete subunidades: dos anillos externos
formados por subunidades alfas (α1–7) y dos anillos
centrales conteniendo subunidades β (β1–7). Todas
estas subunidades en conjunto son responsables de las
diferentes actividades del proteosoma: actividad hidrolítica
(péptido peptidilglutamil, PGPH), básica (actividad tipo
tripsina, T-L) y actividad hidrofóbica (actividad tipo
quimiotripsina, CT-L) (Voges et al., 1999).
En general, la pérdida en la actividad del proteosoma ha
sido asociada con la edad en diversos tejidos tanto en
humanos como en roedores, por ejemplo: músculo (Husom
et al., 2004; Ferrington et al., 2005), piel (Bulteau et al.,
2000; Chondrogianni et al., 2000), hígado (Shibatani et
al., 1996), corazón (Bulteau et al., 2002), entre otros.
Resulta interesante que no todas las subunidades del
proteosoma son afectadas por el envejecimiento, sino más
bien se ha observado que la disminución en la función del
proteosoma se debe a la pérdida de la expresión de las
subunidades del tipo β (Lee et al., 2002; Chondrogianni
et al., 2003). Además, también se ha descrito que existe
un aumento en el daño de las subunidades del proteosoma
asociado a la edad, por ejemplo: modificaciones por
oxidación, ubiquitinación, glicación, peroxidación lipídica
y otros (Bulteau et al., 2000; Keller et al., 2000; Carrard
et al., 2002). En el año 2003, los experimentos de
Chondrogianni y colaboradores fortalecieron la idea del
papel que juega el proteosoma durante el envejecimiento,
ya que ellos observaron que al inhibir la actividad específica
del proteosoma en células jóvenes, se inducía el fenotipo
senescente después de dos semanas de tratamiento;
demostrando así que la acumulación de proteínas dañadas
e inhibición del proteosoma son factores importantes
durante la senescencia.
Degradación de proteínas a través de la autofagia
El sistema de autofagia, que viene de un término griego
que significa “comerse a uno mismo”, puede degradar y
reciclar proteínas de vida larga (que constituyen más
de 90% del total de las proteínas celulares), agregados
macromoleculares, membranas biológicas y organelos
intracelulares que han sufrido daño, incluyendo
mitocondrias, ribosomas, retículo endoplásmico,
peroxisomas y otros. Por lo tanto, a diferencia del
proteosoma, la autofagia no solamente degrada proteínas,
también elimina diversos organelos o estructuras que ya no
son requeridos por la célula, ya sea por que están dañadas
o porque son redundantes, de ahí su importancia en
mantener la proteostasis. Numerosas evidencias sugieren
que una disminuida actividad en la autofagia juega un
papel fundamental en el proceso del envejecimiento y
en patologías asociadas a él, incluyendo los desórdenes
neurodegenerativos (Cuervo, 2008).
En general, la autofagia funciona como un mecanismo
de defensa contra infecciones, ya que muchos de los
agentes infecciosos como bacterias, parásitos, virus y
otros pueden ser eliminados vía autofagia antes de que
logren establecer la infección (Dorn et al., 2002; Talloczy
et al., 2002). Es así como estudios inmunológicos han
establecido recientemente que la autofagia es importante
MECANISMOS DE DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS EN EL ENVEJECIMIENTO

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94
durante el proceso de presentación de antígenos y
defensa celular, lo cual sugiere que la disminución de
la actividad autofágica con la edad podría aumentar
el riesgo de contraer enfermedades infecciosas en los
organismos viejos. Por otro lado, la autofagia también ha
sido clasificada como un mecanismo de protección celular,
ya que la eliminación de agregados proteicos y organelos
dañados evitaría que la célula adquiriera un daño mayor;
es por ello que un aumento de la capacidad autofagocítica
tendría un potencial efecto terapéutico. Además, como
es bien sabido, la restricción calórica e inhibición de la vía
mTOR (mediante el uso del compuesto rapamicina) son
los dos únicos tratamientos no genéticos que aumentan
la supervivencia en diversos organismos y se cree que,
en parte, su efecto sería a través de un aumento en la
actividad autofágica (Levine, 2010).
Por otro lado, la actividad lisosomal, que es una parte
importante en el proceso de autofagia, también disminuye
con el envejecimiento (Martínez-Vicente et al., 2005).
Estas alteraciones en los lisosomas son claramente
observadas a través de la acumulación de estructuras
pigmentosas autofluorescentes llamadas lipofuscina, que
se acumulan en vesículas lisosomales como resultado de
una digestión incompleta (Terman et al., 1999; Terman,
2002), como se mencionó al inicio de este capítulo.
La baja actividad del lisosoma observada con la edad ha
sido atribuida a una disminución de los niveles del receptor
LAMP-2A (una proteína transmembranal que participa en
la fusión de las membranas lisosomal y endosomal durante
la fase tardía de maduración del autofagosoma) (Terman
et al., 2007). Se ha observado que la acumulación de
lipofuscina en células posmitóticas de animales de vida
corta es muy rápida; en cambio, en células posmitóticas
de animales de vida larga, ésta es muy lenta (Nakano et
al., 1995), lo que resulta interesante.
Autofagia y patologías asociadas al envejecimiento
Diversas enfermedades humanas están asociadas a una
disminución de la actividad autofágica, especialmente en
células que no se dividen, como en el sistema neuronal
y muscular, en las cuales el recambio proteico es crítico.
Por ejemplo, los desórdenes musculares conocidos
como miopatías se han asociado a una acumulación de
vacuolas lisosomales o autofágicas que son imperfectas.
Entre estas enfermedades se encuentran la enfermedad
de Danon, que se caracteriza por cardiomiopatía y
retardo mental leve, y es causada por una deficiencia en
el receptor LAMP-2a (Nishino et al., 2000), miopatías
ligadas al cromosoma X y el síndrome de Marinesco-
Sjögren (Goto et al., 1990). Además, la alteración en el
sistema de autofagia también se ha relacionado con las
enfermedades neurodegenerativas asociadas a la edad,
tales como la enfermedad de Parkinson (PD) (Anglade
et al., 1997), Alzheimer (AD) (Cataldo et al., 1996) y
Huntington (HD) (Kegel et al., 2000). Todas ellas se
caracterizan por una actividad alterada de los sistemas
proteolíticos y la ocurrencia de agregados proteicos (o
cuerpos de inclusión).
La reducida actividad autofágica también ha sido
relacionada con enfermedades hepáticas crónicas y
carcinoma hepatocelular debido a la acumulación de
proteínas mutantes alfa (1)-anti-tripsina Z (ATZ) en el
retículo endoplásmico y las mitocondrias (Teckman et al.,
2004). Por lo tanto, las alteraciones en cualquier estado
de la formación de la vacuola autofágica podrían resultar
en la acumulación de estos agregados proteicos y permitir
la progresión de una patología.
Respuesta de choque térmico y chaperonas
Casi toda célula de tipo procariota o eucariota está expuesta
a cambios en la temperatura ambiental, lo cual lleva a la
producción de proteínas de respuesta a temperatura (HSP)
mencionadas anteriormente (Lindquist y Craig, 1988).
Las HSPs son bastante conservadas evolutivamente y
poseen un papel fundamental en el mantenimiento de la
proteostasis, ya que poseen una función de chaperonas,
las cuales se encargan de mantener la estructura terciaria
de las proteínas, utilizando la hidrólisis de ATP como
suministro de energía (Ellis, 2007).
Estudios recientes han demostrado que la respuesta
al estrés de temperatura (heat shock response, HSR)
disminuye con la edad, especialmente en el tejido neuronal
(Sherman et al., 2001; Winklhofer et al., 2008; Hands
et al., 2008), músculo esquelético, músculo cardiaco
(Kayani et al., 2008) e hígado (Gagliano et al., 2007).
De esta manera, se ha observado que las células pierden
la capacidad de activar la vía transcripcional que da paso a
la síntesis de las HSPs, disminuyendo el control de calidad
de las proteínas y, por ende, la probabilidad de que las

95
proteínas formen agregados proteicos aumenta, siendo
acompañado por patologías como Alzheimer, Parkinson
y Huntington; todas ellas, como ya se mencionó, están
ligadas a la acumulación de agregados proteicos de
β-amioloide y proteína tau, proteína sinucleina-α y de
agregados de poliglutaminas, respectivamente (Hands
et al., 2008; Winklhofer et al., 2008). Actualmente, aún
no es claro por qué el sistema nervioso es más propenso
que otros a generar agregados proteicos, pero es sabido
que la HSR es bastante débil en este tejido. Además, se
ha observado que el músculo esquelético también sufre
una disminución del HSR con la edad, en la cual existe
una correlación directa entre pérdida de la masa muscular,
generación de fuerza y expresión de HSPs, sugiriendo que
la pérdida de una mayor cantidad de músculo esquelético
está relacionada con disminución de la expresión de las
chaperonas. Lo anterior fue comprobado, en parte, por
estudios realizados en ratones, en los que la sobreexpresión
de la proteína heat shock 70 (Hsp70) revirtió una parte
de los efectos asociados al envejecimiento en el músculo
(Kayani et al., 2008).
Chaperonas y plegamiento de proteínas
La estructura de la proteína está siempre en un estado
dinámico de plegamiento y desplegamiento; cuando esto
último ocurre, las proteínas exponen regiones hidrofóbicas,
que las hacen propensas a formar agregados. Durante
este proceso, las chaperonas cubren dichas regiones
hidrofóbicas para asegurar que la proteína adquiera una
estructura y conformación estable y no forme oligómeros
o agregados. Este tipo de chaperonas son esenciales
durante el envejecimiento, debido a que dicho sistema se
encarga de reparar las proteínas dañadas, las cuales, si no
son reparadas, forman los agregados proteicos que ya se
han mencionado.
La familia de chaperonas incluye a las proteínas: Hsp10,
Hsp27, Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90 y Hsp110. Las
Hsp10 y Hsp60 son denominadas chaperoninas, debido
a que se oligomerizan hasta formar grandes estructuras
que envuelven a la proteína, funcionando como reales
cámaras de plegamiento (Calderwood et al., 2007). Las
Hsp70 y Hsp90 se unen a las secuencias mal plegadas
e hidrofóbicas de las proteínas citoplásmicas, las cuales
también forman grandes complejos que involucran a
una familia de proteínas accesorias o cochaperonas
que se unen a la chaperona principal para facilitar la
unión, la actividad hidrolítica del ATP y la desunión de
la respectiva chaperona de la proteína (Mayer y Bukau,
2005). También existe una familia de HSPs pequeñas
que participan en el proceso de plegamiento, tal como
la Hsp27; estas chaperonas pequeñas forman complejos
MECANISMOS DE DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS EN EL ENVEJECIMIENTO
Reparación mediada por
enzimas antioxidantes
Oxidación Mal plegamiento
Plegamiento
imperfecto
Agregados
Degradación
Ub-Proteosoma
Reparación mediada
por chaperonas Autofagia
Figura 2. Mecanismos celulares involucrados en la proteostasis.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
96
de alto peso molecular (conteniendo un gran número
de chaperonas pequeñas) que mantienen y pliegan a
la proteína de manera independiente de ATP, de este
modo, un proceso de plegamiento eficiente involucra una
respuesta coordinada de todos los tipos de chaperonas.
Es importante mencionar que para un buen control de
calidad mediado por chaperonas, se necesita que éstas se
unan a un extremo carboxilo terminal llamado dominio de
repetición tetratricopéptido (TPR, por sus siglas en inglés)
que se encuentra en proteínas de anclajes llamadas “Hop”,
las cuales poseen al menos dos dominios TPR, y que
puede unir simultáneamente a ambas Hsp70 y Hsp90,
permitiendo así un proceso coordinado de estabilización
y de plegamiento eficiente (D’Andrea y Regan, 2003;
Mayer et al., 2005). En su conjunto, el mecanismo por
el cual las chaperonas actúan puede llegar a ser mucho
más complejo a lo previamente descrito; por ejemplo, se
ha visto que, además de chaperonas, participan proteínas
cinasas y otras proteasas, lo cual en su conjunto asegura
un buen funcionamiento de este proceso. Por otro lado,
cabe mencionar que la expresión de dichas chaperonas
es altamente regulada por factores de respuesta a calor
(del inglés Heat Shock Factor, HSFs), que son factores
de transcripción que se unen a la región promotora de
las chaperonas aumentando los niveles de expresión. El
principal representante de estos HSF es el HSF-1, cuya
importancia se evidenció cuando, al sobreexpresar este
gen en C. elegans, se logró aumentar la longevidad de este
modelo animal disminuyendo, además, los agregados de
poliglutaminas o polyQ. Lo anterior sugiere que el sistema
de HSF, en conjunto con las chaperonas, juega un papel
importante en la proteostasis.
CONCLUSIÓN Y PERSPECTIVAS
Lo que se ha discutido en este capítulo sugiere que durante
el envejecimiento existe una pérdida del mecanismo de
control de calidad de las proteínas, facilitando su agregación
y la formación de cuerpos de inclusión que son típicos en
enfermedades neurodegenerativas asociadas a la edad.
Por ello es de esperarse que en un futuro cercano veamos
una gran cantidad de estudios enfocados a entender
el mecanismo por el cual se dañan y se acumulan las
proteínas con la edad, así como intervenciones terapéuticas
tratando de aumentar los niveles de chaperonas, así como
la eficiencia de los sistemas degradadores.
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RESUMEN CURRICULAR DE LAS AUTORAS
Viviana Pérez
Obtuvo su doctorado en Ciencias Biomédicas en la
Facultad de Medicina de la Universidad de Chile. Realizó
su posdoctorado en el laboratorio del Dr. Arlan Richardson
en el Departamento de Biología Celular y Estructural, y
en el Instituto Barshop para Estudios de Longevidad
y Envejecimiento, Centro de Ciencias de la Salud de
la Universidad de Texas en San Antonio (UTHSCSA).
Actualmente es profesora asistente en la misma institución
y su principal tema de investigación es el estudio de la
proteostasis en el envejecimiento. Es autora de diversos
artículos y capítulos de libros de divulgación científica y
ha obtenido financiamiento de sus proyectos a través de
prestigiosas instituciones privadas tales como American
Federation for Aging Studies (AFAR) y The Ellison
Medical Foundation.
Mina Konigsberg
Véase página 80.
MECANISMOS DE DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS EN EL ENVEJECIMIENTO

LA AUTOFAGIA EN
EL PROCESO DE
ENVEJECIMIENTO
Susana Castro
Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional
Autónoma de México.
scastro@ibt.unam.mx

102
RESUMEN
La autofagia es un proceso catabólico –conservado en la
evolución– que realizan las células eucariontes y que,
en general, ayuda a las células a eliminar proteínas de vida
media larga y organelos dañados, como la mitocondria. En
los últimos años se ha descubierto parte de la maquinaria
molecular que la ejecuta y las señales que la regulan.
Es importante en la defensa contra infecciones por
microorganismos y, cuando no funciona correctamente,
favorece el surgimiento de diversas patologías como el
cáncer, enfermedades neurodegenerativas, desórdenes
en el hígado y el músculo, infarto, entre otros. Durante
el envejecimiento, la eficiencia de la autofagia disminuye
y su regulación se altera, siendo ésta la causa de que se
acumulen macromoléculas y organelos dañados, que a su
vez provocan la disminución de diversas vías catabólicas.
De acuerdo con estas observaciones, diversos estímulos,
ya sea genéticos o farmacológicos, que incrementan
la autofagia tienen un efecto sobre el envejecimiento
de diversas especies, incluyendo levadura, plantas
y diversos mamíferos. La restricción calórica, que
induce la longevidad en todas las especies donde se ha
probado, también aumenta la autofagia. Por lo tanto, el
entendimiento a nivel molecular tanto de la regulación
como de la ejecución de la autofagia permitirá proponer
blancos terapéuticos para el desarrollo de fármacos que
desaceleren el envejecimiento, permitiendo mejorar la
calidad de vida de los adultos mayores. Actualmente hay
varios grupos de investigación en el mundo buscando
estos compuestos.
La autofagia
Las células cuentan con un amplio repertorio de estrategias
para eliminar proteínas. La vía del proteosoma es el principal
mecanismo para degradar selectivamente proteínas tanto
citoplásmicas como nucleares. Por endocitosis, tanto
proteínas extracelulares como membranales son enviadas
al lisosoma para su degradación; éste es un mecanismo
común para silenciar la señalización de receptores.
En ciertas condiciones ocurre un proceso llamado
crinofagia, en el que se utiliza la vía de exocitosis para
redirigir vesículas secretorias al lisosoma y así degradar
proteínas que no se necesiten más (Glaumann, 1989).
La frecuencia de cada una de estas vías de degradación
depende del tipo celular. En cambio, la autofagia es un
proceso –conservado en la evolución– que todas las
células eucariontes ejecutan y que puede degradar no sólo
proteínas, sino otras macromoléculas y organelos. Se han
descrito tres mecanismos de autofagia para introducir el
material citoplásmico al lisosoma: la autofagia mediada
por chaperonas, la microautofagia y la macroautofagia
(figura 1).
La autofagia mediada por chaperonas
En la autofagia mediada por chaperonas se degradan
determinadas proteínas citoplásmicas que son introducidas
a los lisosomas molécula por molécula. Las proteínas
blanco se identifican por contener una secuencia
semejante al motivo formado por los aminoácidos
KFERQ, que es reconocida por un complejo citoplásmico
formado por la chaperona hsc70 y las co-chaperonas hip,
hop, bag-1, hsp40 y hsp90. Este complejo interactúa con
un receptor en la membrana lisosomal llamado LAMP-
2A. Este receptor está compuesto por varias subunidades
que forman un poro, a través del cual pasa la proteína a
degradar, que debió haber sido previamente desdoblada.
En el lumen de los lisosomas se encuentra una variante
lisosomal de la hcp70 (ly-hsc70) que facilita la entrada
de la proteína blanco a la matriz lisosomal, donde es
finalmente degradada por enzimas hidrolíticas. El complejo
de las chaperonas hsp70 se despega de la membrana
lisosomal para unirse a otra proteína citoplásmica que
contenga el motivo tipo KFERQ (Majeski y Dice, 2004).
Microautofagia
En la microautofagia el material citoplásmico a degradar
es engullido directamente por el lisosoma, ya sea por
invaginación o extensión de la membrana lisosomal que
rodea el material a degradar y, eventualmente, se fusiona
formando una vesícula dentro del lisosoma (Mijaljica et al.,
2011). En levaduras se ha caracterizado la degradación
de organelos o pedazos de núcleo por este mecanismo,
pero en mamíferos casi no ha sido estudiado por la falta
de herramientas moleculares. Sólo se ha reportado un
mecanismo semejante, en el cual se secuestran proteínas
solubles citoplásmicas en vesículas de endosomas tardíos
y cuerpos multivesiculares. Este proceso es mediado por
chaperonas, pero a diferencia de la autofagia mediada por
chaperonas mencionada anteriormente, las chaperonas
hsc70 entregan la carga a través de interacciones
electrostáticas entre la membrana de los endosomas y
las chaperonas. Este tipo de microautofagia requiere de
proteínas del complejo de transporte endosomal conocidas

103
como ESCRT I y II para la biogénesis de las vesículas en las
que se internaliza la carga (Sahu et al., 2011).
Macroautofagia
La macroautofagia se caracteriza por la presencia de
vesículas especializadas que se forman a partir de unos
sacos que se encuentran en el citoplasma, llamados
“fagóforos” o “membranas de aislamiento”, que se elongan
rodeando el material citoplásmico a degradar como si
fueran macrófagos intracelulares. Los extremos de estos
sacos eventualmente se fusionan, formando una vesícula
de doble membrana conocida como autofagosoma,
dentro de la cual queda secuestrado el material a degradar.
Posteriormente, el autofagosoma se fusiona a lisosomas,
que aportan las enzimas hidrolíticas que degradarán
tanto la membrana interna como el material citoplásmico
atrapado (Xie y Klionsky, 2007). Este es el mecanismo
mejor caracterizado a nivel molecular y con frecuencia se
hace referencia a él como sinónimo de autofagia.
Maquinaria central de la autofagia
En Saccharomyces cerevisiae se caracterizaron mutantes
incapaces de crecer en fuentes pobres de nitrógeno,
encontrándose más de 30 genes requeridos para la
autofagia, denominados ATG (autofagia). Dichos genes
están conservados en la evolución, ya que además de
presentar similitud en las secuencias y mutaciones en
genes ortólogos en D. discoideum, en C. elegans o en
mamíferos, también limitan la viabilidad durante la carencia
de nutrientes; incluso los ortólogos de humano pueden
complementar a las mutantes en genes autofágicos de
levadura (Lum et al., 2005). De estos genes, sólo 15
participan en todas las formas de autofagia descritas
hasta el momento, por lo que se consideran la maquinaria
central de la autofagia. El proceso de autofagia se puede
dividir en cuatro etapas (Chen y Klionsky, 2011):
1. La inducción inicia con la activación del complejo
denominado Ulk (Atg1 en levaduras), que contiene a
las proteínas Atg13, FIP200 (supuesto homólogo de
Atg17 en levaduras) y Atg101. El principal inhibidor
del complejo Ulk es TORC1 (un complejo que contiene
a la cinasa TOR, blanco de rapamicina), el cual, cuando
hay suficientes nutrientes, está unido a la cinasa Ulk, a la
cual fosforila; también fosforila a Atg13 en varios sitios;
estas fosforilaciones inhiben la actividad de cinasa de
Ulk, evitando la activación de la autofagia. En cambio,
cuando llega la señal para inducir autofagia, como puede
ser falta de nutrientes, TORC1 se inactiva y se disocia
del complejo. Esto evita la fosforilación de Atg13 y de
Ulk, permitiendo la activación de Ulk, que entonces se
autofosforila, fosforila a Atg13 en un sitio diferente y a
FIP200, con lo cual el complejo Ulk induce la autofagia.
LA AUTOFAGIA EN EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO
Figura 1. Caricatura de los principales tipos de autofagia. Los tamaños de las proteínas y de los organelos no están a escala. Para los
detalles, véase el texto.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
104
2. La nucleación es el paso en el que se reclutan fosfolípidos
y proteínas para la formación del autofagosoma, a
partir de la membrana de aislamiento. En levadura
ocurre en un lugar determinado conocido como sitio de
ensamblado del fagóforo (PAS, por sus siglas en inglés),
mientras que en mamífero parece haber varios sitios de
nucleación en el citoplasma. Aún no se entiende bien el
mecanismo molecular de esta nucleación, pero es esencial
la activación de un complejo que contiene una cinasa 3 de
fosfatidil inositol (PI3K). En mamíferos hay tres cinasas
PI3K, las tipo I, II y III. Mientras que la PI3K tipo I inhibe la
autofagia, la PI3K tipo III la induce. El complejo formado
por la PI3K-III (también conocido como Vps34) incluye a
las proteínas Beclin-1 y Vps15. Este complejo es regulado
positivamente por las proteínas BRAMA, Atg14L, UVRAG
y Bif1, y negativamente por la proteína antiapoptótica
Bcl-2 que se localiza en el retículo endoplásmico (y no la
que se localiza en la mitocondria), así como por la proteína
llamada Rubicán, que se une directamente a PI3K-III.
3. La expansión es el proceso mediante el cual se forma
de novo el autofagosoma, a partir de la membrana de
aislamiento o fagóforo. Aún se debate sobre la fuente de
la membrana que se incorpora para elongar al fagóforo,
pues se ha observado que proviene tanto del retículo
endoplásmico como de la membrana plasmática o
de la membrana externa de la mitocondria (Cuervo,
2010). También se ha propuesto que se unen vesículas
completas. Cuando se fusionan los extremos de la vesícula
en expansión, se encierra el contenido citoplásmico
a degradar en vesículas de doble membrana. Dos
sistemas de conjugación tipo ubiquitina son necesarios
para esta etapa: Atg12, que se une covalente a Atg5,
y Atg8 (en mamíferos conocida como LC3), que se
une covalentemente a fosfatidiletanolamina (PE). Estas
conjugaciones son catalizadas por proteínas que tienen
actividad tipo E1 (Atg7, común para ambos sistemas
de conjugación) y tipo E2 (Atg10 para unir a Atg12
y Atg3 para unir a Atg8). Atg4 es una proteasa que
procesa al precursor de LC3 para dar lugar a la forma
llamada LC3-I. Después de conjugarse a PE, se llama
LC3-II y puede entonces asociarse a la membrana de
aislamiento. La unión de PE a LC3 cambia su movilidad
en la electroforesis, por lo que se utiliza comúnmente
como marcador de autofagia, ya que se puede determinar
la proporción de LC3-II mediante ensayos tipo Western
blot. A pesar de ser ampliamente utilizada como marcador,
el mecanismo por el cual LC3-II participa en la formación
del autofagosoma se desconoce. LC3-II es removida de
la membrana del autofagosoma por la misma Atg4. Se
desconoce el mecanismo por el cual se regula la actividad
de Atg4, para que no active a LC3 fuera de contexto o
remueva a LC3-II antes de que los autofagosomas estén
formados. Una vez que se unen covalentemente Atg12
y Atg5, interactúan con Atg16, formando un dímero
del trímero Atg12/Atg5/Atg16. La formación de este
complejo es necesaria para el procesamiento de LC3-II;
de hecho se sugiere que pudiera funcionar como una E3
ligasa para la lipidación de LC3.
4. La formación del autolisosoma se lleva a cabo mediante
la fusión del autofagosoma con lisosomas que contienen
las hidrolasas que degradarán tanto la membrana interna
como la carga. Los aminoácidos y fosfolípidos producto
de la degradación son liberados al citoplasma a través de
permeasas localizadas en la membrana del autolisosoma
Figura 2. Regulación del complejo Ulk. Véase el texto para los detalles.

105
para ser reciclados. Sin embargo, cuando no se necesita
reutilizar la carga degradada (por ejemplo, cuando se trata
de una bacteria o material tóxico) se secreta de la célula.
Se desconoce el mecanismo que regula el destino de la
carga.
Función de la autofagia
En organismos multicelulares, la disponibilidad de
nutrientes y de factores de crecimiento está íntimamente
relacionada con el tamaño de las células, el cual requiere
de un balance entre la síntesis y la degradación de
macromoléculas. Diversos estudios demuestran que la
autofagia controla el tamaño de la célula (Vellai et al.,
2008). Por ejemplo, desde los años 70 se observó en
un estudio comparativo que el crecimiento del hígado
de ratones neonatos y de adultos depende de la taza de
recambio de proteínas más que de la síntesis como tal
(Conde y Scornik, 1977). En el nematodo C. elegans,
la disminución de la autofagia (mediante mutaciones
nulas de genes de la maquinaria autofágica unc51/atg1
y bec-1/atg6) genera organismos de menor tamaño sin
disminuir el número de células (Aladzsity et al., 2007).
Por tanto, modular la tasa de autofagia es una estrategia
para regular el tamaño celular (Neufeld, 2003).
La autofagia regula también la proliferación celular. En
el caso de células T, promueve la proliferación, ya que
células T incapaces de hacer autofagia (provenientes
de un ratón atg5-/-) proliferan menos que las células
silvestres cuando son transplantadas en ratones silvestres
irradiados (Pua et al., 2007). Sin embargo, en la mayoría
de los casos la autofagia detiene el ciclo celular. La falta de
nutrientes o de factores de crecimiento incrementa la tasa
basal de autofagia y favorece la degradación de proteínas
de vida media larga para generar metabolitos que permitan
contender con la falta de nutrientes exógenos. En muchos
organismos, estas condiciones promueven que las células
adopten un estado metabólico quiescente. Cuando los
nutrientes vuelven a estar disponibles, la autofagia se
inhibe y las células continúan proliferando.
La autofagia favorece la estabilidad del genoma, por lo
que se ha propuesto como un mecanismo protector del
surgimiento de cáncer. La haploinsuficiencia de genes
proautofágicos como Beclin-1 se observa comúnmente en
cánceres de ovario, mama y próstata. La autofagia también
protege al genoma evitando rearreglos cromosómicos,
pues la pérdida de Beclin-1 favorece la aparición de
aneuploidías (Mathew et al., 2007). Beclin-1 interactúa
en algunas situaciones con la proteína antiapoptótica
Bcl2 y tiene un efecto como supresor de tumorogénesis
(Gozuacik y Kimchi, 2004; Pattingre y Levine, 2006).
LA AUTOFAGIA EN EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO
Figura 3. Sistemas de conjugación tipo ubiquitina. Véase el texto para los detalles.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
106
La autofagia también está implicada en situaciones de estrés
en las cuales la célula tiene que reorganizarse, por ejemplo,
en respuesta a la hipoxia o alta temperatura. Es importante
en la defensa contra infecciones por microorganismos
y, cuando no funciona correctamente, favorece el
surgimiento de enfermedades neurodegenerativas como
Alzheimer, Parkinson, infarto, sarcopenia, entre otros.
Sin embargo, la autofagia tiene un papel dual, ya que puede
promover también la muerte celular cuando es inducida
por señales estresantes como daño al ADN. Durante el
desarrollo embrionario, la muerte celular asociada a la
autofagia se denomina muerte celular programada tipo
II y ocurre principalmente durante la metamorfosis de
los insectos, en la formación de los miembros en aves y
en la formación del paladar en los mamíferos (Gozuacik
y Kimchi, 2007). La demostración experimental de que
existe muerte celular programada tipo II proviene de
estudios del desarrollo de la mosca, donde se observó que
la degeneración de la glándula salival de la larva requiere
de la autofagia para que ocurra la muerte celular (Berry y
Baehrecke, 2007; Berry y Baehrecke, 2008).
Se han propuesto dos mecanismos mediante los cuales la
autofagia provoca la muerte celular: al degradar moléculas
específicas, como la catalasa (Yu et al., 2006); o bien,
al eliminar prolongadamente constituyentes celulares
(Gozuacik y Kimchi 2007). Moléculas que modulen ya
sea la magnitud de la autofagia o la especificidad de la
carga podrían provocar que la autofagia pase de ser un
mecanismo favorecedor de la supervivencia a uno que
propicie la muerte celular.
Cambios de la autofagia durante el envejecimiento
Desde hace varios años se ha observado que durante el
envejecimiento la eficiencia de la autofagia disminuye,
siendo ésta la causa de que se acumulen macromoléculas
y organelos dañados, que a su vez provocan que diversas
vías catabólicas disminuyan (Cuervo et al., 2005). Esto
se debe a que la abundancia de proteínas esenciales para
la macroautofagia disminuye con la edad. Asimismo,
ocurren cambios en la membrana lisosomal que provocan
inestabilidad en Lamp2, el receptor de la autofagia mediada
por chaperonas, causando que también disminuya su
eficiencia. La función de los lisosomas disminuye con
el envejecimiento en diversos organismos. También la
regulación de la autofagia se altera con el envejecimiento.
Por ejemplo, la inducción de la autofagia por el incremento
de glucagon en el suero, que es una señal que se genera
normalmente entre comidas, se pierde en organismos
viejos, posiblemente debido a un aumento sostenido
en la señalización de insulina, causado por un aumento
en la producción de especies reactivas de oxígeno. Otra
característica común de las células viejas es la acumulación
de material indigerible conocido como lipofuscina, que se
almacena en lisosomas secundarios o autolisosomas, los
cuales no se fusionan ya con autofagosomas, causando su
acumulación (Mizushima et al., 2008).
Las primeras células que muestran una reducción en su
funcionamiento durante el envejecimiento son las células
diferenciadas posmitóticas, como las neuronas y los
cardiomiocitos, aunque también se afecta la capacidad de
las células troncales hematopoyéticas de proliferar y de
funcionar correctamente debido a la senescencia celular.
Diversos experimentos hechos en ratón corroboran
estas observaciones. Por ejemplo, cuando se elimina la
expresión de Tsc1 –un inhibidor de mTOR– en las células
troncales hematopoyéticas, con lo cual se mantiene activa
a mTOR e inhibida a la autofagia, los ratones presentan
un fenotipo senescente semejante al de los organismos
viejos. A la inversa, cuando se inhibe a mTOR con
rapamicina en ratones viejos, se restablecen las célula
troncales hematopoyéticas (Madeo et al., 2010).
Efecto de la autofagia sobre la longevidad
Se ha observado un efecto de la autofagia sobre el
envejecimiento de diversas especies, incluyendo levadura,
plantas y mamíferos. La autofagia parece jugar un papel
central en la regulación del envejecimiento, ya que
interactúa con todos los factores que regulan la longevidad;
mientras que algunos genes autofágicos median el efecto
de varios factores que aumentan la longevidad, la actividad
de algunos otros se regula por factores que afectan la
longevidad.
La restricción calórica aumenta la longevidad en todas
las especies en que se ha probado. Dado que la carencia
de nutrientes es el principal inductor de la autofagia, es
razonable considerar que ésta sea el proceso mediador
de dicho incremento en la supervivencia. De hecho, el
ayuno induce la autofagia en casi todos los tipos celulares
del organismo y la inducción de la autofagia aumenta la
longevidad.

107
Hay varios ejemplos de alteraciones genéticas que
afectan tanto la autofagia como la longevidad. Por
ejemplo, la vía de señalización de insulina/IGF-1 regula
el envejecimiento en nemátodos, moscas y mamíferos.
Dicha cascada de señalización inhibe la activación de
los factores de transcripción FoxO, los cuales aumentan
la longevidad. En el ratón, FoxO induce la transcripción
de genes autofágicos como Atg12 y Atg8. Es decir,
que la señalización de insulina/IGF-1 induce tanto el
envejecimiento como la inhibición de la autofagia. Las
vías de señalización de TGFβ y JNK también regulan el
envejecimiento y son mediados por FoxO. Debajo de FoxO
actúa la calcineurina, una fosfatasa de serina y treonina
que se activa por calcio y calmodulina. La inducción de la
longevidad en nemátodos que no producen calcineurina
depende de la autofagia (Vellai et al., 2009).
La cinasa conocida como AMPK (cinasa activada por
AMPc) sensa los niveles de AMP/ATP y activa la autofagia
a través de inhibir a TOR. Resulta que tanto AMPK como
TOR regulan el envejecimiento en diversas especies.
Esto implica que TOR regula la longevidad modulando la
autofagia.
La sirtuina 1 es una desacetilasa de proteínas que se
identificó buscando genes que aumentan la longevidad
en levadura. Está conservada filogenéticamente, lo que
ha permitido observar que cuando se sobre-expresa, ya
sea en células de mamífero en cultivo o en organismos
completos como C. elegans, induce la autofagia; de
hecho, ratones mutantes carentes de sirtuina 1 (Sir1-/-)
muestran un fenotipo semejante a ratones carentes de
Atg5 (Atg5-/-), como son acumulación de organelos
dañados, pérdida de la homeostasis energética y muerte
perinatal (Lee et al., 2008). La autofagia inducida por
diversos tratamientos que aumentan la longevidad, como
el resveratrol o la restricción calórica, también inducen la
expresión de sirtuina 1 y, cuando ésta se inhibe, se evita la
activación de la autofagia (Morselli et al., 2010). Además,
la autofagia es mediadora de la longevidad inducida por
sirtuina 1, ya que el aumento en la longevidad se pierde
cuando no hay Beclin-1 funcional. El mecanismo de
inducción de autofagia por sirtuina 1 es directo ya que,
además de desacetilar histonas, tiene como sustrato
proteínas citoplásmicas reguladoras de la autofagia, como
AMPK, Atg5, Atg7 y Atg8 (Morselli et al., 2010). Sin
embargo, es importante tomar en cuenta que también hay
evidencia experimental que reta una interpretación simple
para el papel de las sirtuinas, ya que la inhibición de SirT1
en ratones evita algunas características de envejecimiento,
como una disminución de la señalización de IGF1R y una
reducción en la oxidación de proteínas en neuronas (Li et
al., 2008).
La proteína supresora de tumores p53 tiene una función
contrastante en la regulación del envejecimiento y de
la autofagia. Así como la ausencia de función de p53
favorece la formación de tumores, su hiperactivación
protege de cáncer. Sin embargo, no se puede utilizar esta
actividad como vacuna, pues al mismo tiempo parece que
acelera el envejecimiento, ya que ratones transgénicos
que expresan una mutante truncada de p53 que le
confiere una actividad elevada crónica, en comparación
con ratones silvestres, tienen una esperanza de vida
media más corta y cambios degenerativos prematuros. La
extensión de la longevidad causada por la ausencia de p53
depende de la autofagia. Sin embargo, p53 en ocasiones
induce autofagia a través de la expresión de DRAM. Por
lo tanto, entender el papel de p53 como regulador de la
autofagia y del envejecimiento necesita más exploración.
Hay más ejemplos genéticos que apoyan la idea de que la
autofagia promueve la longevidad y han sido resumidos
por Madeo y colaboradores (2010).
Inductores químicos de la autofagia también extienden la
esperanza de vida. Por ejemplo, en todos los organismos
estudiados, incluido el ratón, la administración de
rapamicina (un inhibidor de la autofagia TORC1)
aumenta la longevidad. Sorprendentemente, fue suficiente
alimentar a los ratones con rapamicina a partir de los 600
días de edad para observar un aumento en la longevidad.
Vale la pena resaltar que el efecto ocurrió en ambos sexos
y en ratones heterogenéticos, para evitar un sesgo en la
respuesta debido a un genotipo particular (Harrison et al.,
2009). Sin embargo, hace falta demostrar que el efecto
de la rapamicina se debe exclusivamente a la activación de
la autofagia y no a otras funciones, como una inhibición
de la inflamación. Aun así, estos resultados abren la
posibilidad de que manipulando la autofagia se pueda
reducir la progresión de enfermedades asociadas a la vejez
y así mejorar la calidad de vida de los adultos mayores. Sin
embargo, vale la pena tomar en cuenta que, contrario a lo
esperado, en un modelo murino de progeria se observó un
aumento de la autofagia (Marino y Lopez-Otin, 2008).
LA AUTOFAGIA EN EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
108
CONCLUSIONES
A lo largo del tiempo se acumulan daños a macromoléculas
y organelos dentro de las células. El ritmo al cual se
acumulan dichos daños depende de las vías de longevidad
y moléculas regulatorias de la tasa de recambio molecular.
Al ser el principal mecanismo eliminador de los daños
moleculares y de organelos, la autofagia mantiene el
recambio de componentes celulares y, con ello, estimula
el rejuvenecimiento. Dado que funciona como un
mecanismo celular para sostener la longevidad en diversos
organismos eucariontes, es importante entender las bases
moleculares de la regulación y ejecución de la autofagia.
Así se podrán proponer blancos terapéuticos para el
desarrollo de fármacos que desaceleren el envejecimiento,
permitiendo mejorar la calidad de vida de los adultos
mayores. De encontrarse moléculas que modulen ya
sea la magnitud de la autofagia o la especificidad de
la carga, se podría provocar que la autofagia cambie de
ser un mecanismo favorecedor de la supervivencia, a un
mecanismo de muerte celular, útil en patologías como el
cáncer. Actualmente hay varios grupos de investigación en
el mundo buscando compuestos que inhiban o estimulen
la autofagia. Por ejemplo, se buscan moléculas pequeñas
que puedan estimular la autofagia en organismos maduros
y que sustituyan la restricción calórica. Cuando se logre
modular la autofagia a voluntad, se podrán combatir
diversos padecimientos como el cáncer, enfermedades
neurodegenerativas, enfermedades metabólicas,
trastornos del hígado y músculo, entre otros.
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véase el texto.

109
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RESUMEN CURRICULAR DE LA AUTORA
Susana Castro Obregón
Realizó sus estudios en la UNAM, dentro de los programas
de Licenciatura en Investigación Biomédica Básica,
Maestría en Biotecnología y Doctorado en Investigación
Biomédica Básica. Se especializó en la Biología del
Desarrollo, buscando entender las bases moleculares de
procesos celulares como la diferenciación y la muerte
celular programada. Realizó una estancia posdoctoral
en el Departamento de Envejecimiento del Instituto
Burnham (Burnham Institute) en La Jolla, California,
Estados Unidos, donde se inició en el estudio de la muerte
neuronal selectiva que ocurre en la neurodegeneración.
Luego trabajó en el Instituto Buck para la Investigación
sobre el Envejecimiento (Buck Institute for Age Research)
en Novato, California, donde descubrió programas
alternativos de muerte celular programa asociados a
la neurodegeneración. Posteriormente se incorporó al
Instituto de Biotecnología de la UNAM, en Cuernavaca,
Morelos, donde actualmente labora. Estudia el papel de la
autofagia en el destino celular: proliferación, supervivencia,
diferenciación y muerte, usando como modelo células
humanas y el ratón. Realizó recientemente una estancia
sabática en el Instituto Max Planck de Genética Molecular
en Berlín, Alemania, para introducir a la Leishmania
tarentolae como modelo para estudiar el papel de la
autofagia en la diferenciación celular. Sus estudios tienen
potencial impacto en diversos procesos fisiológicos, como

INSTITUTO DE GERIATRÍA
110
el envejecimiento, y patológicos, como enfermedades
metabólicas, el cáncer, la neurodegeneración y la
leishmaniasis.

PARTICIPACIÓN DE LA
REACTIVACIÓN DEL CICLO
CELULAR EN EL DESARROLLO
DE LA ENFERMEDAD DE
ALZHEIMER
Karina Hernández-Ortega
Departamento de Medicina Genómica
y Toxicología Ambiental, Instituto de
Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional
Autónoma de México.
Clorinda Arias
Departamento de Medicina Genómica
y Toxicología Ambiental, Instituto de
Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional
Autónoma de México.
Ricardo Quiroz Baez
Departamento de Investigación Básica, Instituto
de Geriatría, Secretaría de Salud.
Departamento de Medicina Genómica
y Toxicología Ambiental, Instituto de
Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional
Autónoma de México.
logosibb@yahoo.com

112
RESUMEN
En la última década se ha generado una gran cantidad
de evidencias que relacionan a la muerte neuronal
en el SNC con la desregulación de los mecanismos de
proliferación celular. En este sentido, tanto en modelos
in vitro, como en modelos animales y humanos, se
ha reportado la expresión de diversos marcadores
del ciclo celular en una gran variedad de condiciones
neurodegenerativas. Más allá de los estudios que
correlacionan la reentrada al ciclo celular en neuronas
maduras con procesos que conducen a la muerte celular,
en lugar de culminar en proliferación, en el presente
trabajo se aborda la regulación del ciclo celular en células
diferenciadas del SNC. Además, se describen las principales
causas de reactivación del ciclo celular en neuronas
posmitóticas y, finalmente, se mencionan las evidencias
más recientes en torno a las alteraciones del ciclo celular
en enfermedades neurodegenerativas, en particular en la
enfermedad de Alzheimer (EA). Se destaca la hipótesis de
la reactivación neuronal del ciclo celular como un evento
temprano en el desarrollo de la EA, el cual se presentaría
de forma previa a la aparición de sus dos principales
marcadores histopatológicos (placas seniles y marañas
neurofibrilares), actuando de esta manera como un factor
detonante del proceso que lleva a la neurodegeneración
observada en la EA.
INTRODUCCIÓN
El ciclo celular es un proceso altamente conservado en
células eucariotas, a través del cual se coordina de forma
ordenada tanto el crecimiento como los eventos de
división celular. De manera general, el ciclo celular puede
dividirse en dos periodos. El primero de éstos, la interfase,
está compuesta por tres fases: G1 (primer intervalo), S
(síntesis de ADN) y G2 (segundo intervalo); al segundo
periodo se le conoce como fase M, integrado por los
procesos de mitosis y citocinesis. Cuando una célula
diferenciada entra en una etapa de arresto celular, se
denomina estado quiescente, también conocido como G0.
La progresión a lo largo del ciclo celular está controlada
por puntos de regulación, los cuales actúan como
interruptores moleculares para asegurar que eventos
esenciales de una fase sean completados antes de ingresar
a la siguiente. Esto se logra a través de la expresión
secuencial, activación e inhibición tanto de los complejos
de cinasas dependientes de ciclinas (cdks) y sus
respectivas subunidades activadoras, las ciclinas, como de
los inhibidores de cinasas dependientes de ciclinas (cdkis)
(Grana et al., 1995; Lees, 1995).
La presencia de estímulos mitogénicos permite que células
quiescentes entren a la fase G1, al promoverse la síntesis de
ciclinas tipo D, las cuales se activan debido a su unión con
cdk4 y cdk6. Durante la etapa tardía de G1, la expresión
y activación del complejo ciclina E/cdk2 permite la
transición de G1/S. Al inicio de la fase S, la ciclina E es
degradada posibilitando la unión de cdk2 con la ciclina
A. Una vez finalizada la duplicación del ADN, se forma
el complejo ciclina A/cdk1, el cual conduce a la célula
hacia la fase G2. Durante la transición de G2/M, la ciclina
A es degradada, por lo que se forma un nuevo complejo,
ciclina B/cdk1, el cual es necesario para la progresión de
la mitosis. Al culminar la fase M, el complejo ciclina B/
cdk1 se inactiva debido a que la ciclina B es degradada
(Grana et al., 1995) (figura 1). Aunque ha sido bien
establecida la activación secuencial de las distintas Cdks
(Cdk4, Cdk6, Cdk2 y Cdk1) en la progresión por el ciclo
celular en mamíferos, reportes recientes indican que Cdk1
es el único factor esencial para llevar a cabo este proceso
(Santamaría et al., 2007).
La actividad de los complejos ciclina/cdks también
es regulada por la acción de dos familias de proteínas
inhibidoras. Por un lado, la familia de inhibidores INK4
(integrada por las proteínas p16, p15, p19 y p18) actúa
específicamente sobre cdk4 y cdk6. Mientras que la
familia Kip/Cip (constituida por las proteínas p21, p27 y
p57) regula principalmente la actividad de los complejos
ciclina/cdks de fase G1 y, en menor grado, la actividad
del complejo ciclina B/cdk1. Por otro lado, también ha
sido reportada la regulación de las cdkis, ciclinas y cdks,
a nivel transcripcional, traduccional y proteolítico (Sherr y
Roberts, 1999). Un ejemplo de esta regulación se observa
durante el desarrollo del organismo, cuando la reducción
en los niveles de ciclinas y cdks, así como el incremento
del contenido de cdkis lleva a la conclusión del ciclo celular
y a la diferenciación de diversos tipos celulares.

113
Figura 1. Representación esquemática del ciclo celular. La
interfase es el periodo no proliferativo del ciclo celular, abarcando
gran parte del mismo (~95%), mientras que la fase M se
limita a los procesos encaminados a la división celular. Como se
observa en la imagen, el paso de una fase a otra dentro del ciclo
celular está controlado por complejos ciclina/cdks, cuya acción
es secuencial y altamente regulada.
Reactivación del ciclo celular en neuronas
El desarrollo del sistema nervioso central (SNC) en
mamíferos depende de precursores neuronales, los cuales
proliferan y se diferencian a neuronas a partir de zonas
germinales establecidas. Una vez que han completado su
ciclo celular, las neuronas posmitóticas permanecen en
un estado diferenciado a lo largo de la vida (Yoshikawa,
2000). Así, la tasa neurogénica basal reportada durante
la etapa adulta está determinada por pozas de precursores
comprometidos a linaje neural dentro de nichos cerebrales
específicos (Pevny y Rao, 2003).
En este sentido, era ampliamente aceptada la idea de que
las neuronas maduras, una vez diferenciadas, abandonaban
el ciclo celular de forma permanente reduciendo así la
expresión de proteínas reguladoras del ciclo (Okano et
al., 1993). Sin embargo, actualmente existen diversas
evidencias que sugieren la capacidad de las neuronas
posmitóticas para reiniciar su ciclo celular. La reactivación
de la maquinaria molecular encargada de este proceso en
células neuronales típicamente conduce a la apoptosis y
no a eventos de proliferación celular (Wartiovaara et al.,
2002). Apoyando esta observación, la sobreexpresión
del antígeno T en neuronas de retina y células de Purkinje
induce muerte celular acompañada de la incorporación de
BrDU (Al-Ubalbi et al., 1992; Feddersen et al., 1992).
También se ha reportado que la incidencia de tumores
cerebrales de origen neuronal es mínima, lo que sugiere
una resistencia a la transformación oncogénica en este
tipo celular (Heintz, 1993).
Los primeros estudios in vivo que señalan a la apoptosis
como resultado de la reentrada aberrante al ciclo celular
se realizaron en ratones knockout para la proteína de
retinoblastoma (Rb). Rb es un supresor tumoral, el cual
normalmente interrumpe el ciclo celular en la fase G1. La
deficiencia de Rb genera ratones no viables, sin embargo,
el análisis de los embriones muestra síntesis de ADN,
seguida de apoptosis tanto en el SNC como en el SNP
(Lee et al., 1992). Adicionalmente, neuronas simpáticas
privadas de factores tróficos presentan un aumento en
el ARNm de la ciclina D1 (Freeman et al., 1994). En
conjunto, estos datos apuntan a que la activación del ciclo
celular puede estar ampliamente ligada a la muerte celular
de neuronas diferenciadas.
Numerosos trabajos han demostrado que una amplia
gama de condiciones patológicas son capaces de promover
muerte neuronal a través de mecanismos asociados con
la expresión de proteínas reguladoras del ciclo celular,
entre éstas se encuentran: pérdida del soporte trófico y/o
actividad (Herrup y Busser, 1995; Hernández-Ortega
et al. 2007), excitotoxicidad (Verdaguer et al., 2004),
daño al ADN (Park et al., 1998), exposición a β-Amiloide
(Aβ) (Copani et al., 1999; Giovanni et al., 1999; Becker
y Bonni, 2004; Bhaskar et al., 2009), infartos cerebrales
(Hayashi et al., 2000; Byrnes et al., 2007), epilepsia
(Nagy y Esiri, 1998) y enfermedades neurodegenerativas
como el Alzheimer ( Arendt et al., 1996; Vincent et al.,
1997; Busser et al., 1998; Copani et al., 2007; McShea
et al., 2007; Nagy, 2007; João et al., 2009; Žekanowski y
Wojda, 2009; Granic et al., 2010), el Parkinson (Jordan-
Sciutto et al., 2003) y esclerosis lateral amiotrófica
(Rangathan y Bowser, 2003).
PARTICIPACIÓN DE LA REACTIVACIÓN DEL CICLO CELULAR EN EL DESARROLLO DE LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER

INSTITUTO DE GERIATRÍA
114
Reactivación del ciclo celular en la enfermedad de
Alzheimer
La enfermedad de Alzheimer (EA) es el tipo de demencia
más frecuente en la vejez, se caracteriza por un déficit
cognitivo progresivo. Histopatológicamente, está definido
por una pérdida sináptica y neuronal, así como por la
presencia de depósitos extraneuronales de Aβ y marañas
neurofibrilares intracelulares de proteína tau en estado
hiperfosforilado. Se han propuesto varias hipótesis para
entender la patología de la EA, incluyendo la participación
de Aβ, la hiperfosforilación de tau, la inflamación y el
estrés oxidante. Sin embargo, ninguna de ellas explica
en su totalidad la diversidad de alteraciones bioquímicas
observadas en este padecimiento.
Evidencia reciente sugiere que la reactivación del ciclo
celular en neuronas podría ser un evento temprano en el
desarrollo de la EA, el cual podría actuar como un factor
detonante del proceso que lleva a la neurodegeneración
observada en la EA. Algunas evidencias que apoyan esta
idea muestran la expresión de proteínas relacionadas
con la reentrada al ciclo celular en regiones neuronales
susceptibles a la degeneración en la EA incluso antes de
desarrollar una patología cerebral sustancial (Arendt et al.,
1996; Vincent et al., 1997; Yang et al., 2001).
El primer reporte que vinculó a la reactivación del
ciclo celular con la EA fue obtenido a partir del análisis
post mórtem de tejido cerebral de pacientes con EA
demostrando la inducción y activación de ciclina B y
cdk1 (Vincent et al., 1997; Busser et al., 1998). Por lo
anterior se ha propuesto que la actividad de cdk1 podría
contribuir a la formación de placas seniles y marañas
neurofibrilares. En este sentido, se ha reportado que la
proteína precursora del amiloide (APP, por sus siglas en
inglés) puede ser fosforilada in vitro por cdk1, lo cual
promueve la producción de Aβ (Susuki et al., 1994).
También se sabe que complejos ciclina B/cdk1, aislados
a partir de tejido cerebral de pacientes diagnosticados
con EA, tienen la capacidad de fosforilar a la proteína
tau, condición necesaria para la formación de marañas
neurofibrilares (Vicent et al., 1997). En conjunto, estos
datos sugieren una relación entre la reactivación del ciclo
celular y los dos principales marcadores histopatológicos
de la EA (figura 2).
Figura 2. Eventos fisiológicos capaces de alterar el ciclo celular neuronal. Durante la fase G1 diversas señales metabólicas, ambientales
o de estrés pueden actuar como estímulos mitogénicos en la maduración neuronal. Una vez alcanzada la fase G1, las neuronas
pueden progresar en el ciclo celular, rediferenciarse o morir por apoptosis. Si una neurona posmitótica progresa a la fase G2 del ciclo
celular, algunos componentes relacionados con la patología de la EA (como el Aβy la proteína tau en estado hiperfosforilado) pueden
ser expresados. Tanto los insultos mitogénicos como los oxidantes poseen la capacidad de alterar el estado en el que se encuentra el
ciclo celular e inducir una apoptosis neuronal.
Diferenciación:
Actividad sináptica
Factores neurotróficos
Re-entrada al Ciclo Celular:
•Falta de actividad neuronal
•Deprivación de factores
neurotróficos
•Aβ
•Exitotoxicidad
•Daño al ADN
Apoptosis Aβ
p-Tau
Apoptosis

115
La activación del complejo ciclina B/cdk1 también se ha
reportado en otras patologías que presentan alteraciones
en la proteína tau, como en la enfermedad de Pick y el
síndrome de Down (Nagy, 1999; Husseman et al.,
2000). Estudios subsecuentes demostraron la expresión
neuronal de Ki-67 (proteína de unión a ADN, la cual está
presente en células en proceso de división celular), ciclina
E y ciclina B en pacientes con EA (Nagy et al., 1997).
También se ha reportado la inducción del complejo ciclina
D/cdk4 y PCNA en el hipocampo y la corteza entorrinal,
ambas regiones susceptibles a pérdida celular en la EA
(Busser et al., 1998). Así, todas estas evidencias tienden
a confirmar una relación entre la reactivación del ciclo
celular y la neuropatogénesis de la EA.
Sin embargo, existe una controversia, ya que el Aβ per
se, también es capaz de reactivar el ciclo celular. En este
sentido, aún se desconocen los mecanismos intracelulares
que podrían estar involucrados en este proceso. En células
de neuroblastoma SH-SY5Y, se reportó que la señalización
a través de MAPK/ERK 1/2 participa directamente en la
inducción o propagación de eventos relacionados con el
ciclo celular en la EA. Al inhibir esta vía con el compuesto
PD98059 se previene la reentrada al ciclo celular inducida
por Aβ, además de reducir significativamente la muerte
neuronal (Frasca et al., 2004).
Resulta interesante que el Aβ por sí mismo presenta un
efecto mitogénico in vitro (McDonald et al., 1998) y, por
tanto, podría jugar un papel importante en la inducción
de eventos relacionados con el ciclo celular (CCEs, por
sus siglas en inglés) en la EA. Además, la muerte celular
mediada por Aβ depende, al menos en condiciones in
vitro, de la presencia de varias moléculas relacionadas con
el ciclo celular (Giovanni et al., 1999). Así, el Aβ podría
ser tóxico in vivo, sólo cuando las neuronas activan la
maquinaria molecular del ciclo celular.
Se ha reportado la aparición de CCEs en neuronas
como un evento prévio a la detección de placas seniles,
lo que sugiere que el Aβ podría ser el responsable de la
inducción de estos CCEs. En este sentido, la inhibición
de la actividad de la β-secretasa o una reducción en los
niveles de Aβ es capaz de bloquear o retrasar la aparición
de los CCEs, respectivamente. En 2008, Varvel et al.,
demostró, que formas oligoméricas, mas no monoméricas,
de Aβ inducían la síntesis de ADN, lo que sugiere que los
oligómeros solubles de Aβ son capaces de promover la
reentrada al ciclo celular en un modelo murino de EA.
Diversos trabajos indican que en el tejido cerebral de
pacientes con EA las neuronas expresan CCEs incluso a
concentraciones muy bajas de Aβ; esto fue confirmado en
un reporte reciente, el cual demostró que el Aβ42 posee un
efecto dosis dependiente capaz de activar la reentrada al
ciclo celular en neuronas hipocampales adultas desde una
concentración pM hasta μM. Los autores mostraron que,
a bajas concentraciones, el Aβ42 promueve la expresión
de ciclina D (fase G1) y ciclina B1 (fase G2), pero sin
la activación de un proceso apoptótico. Por el otro lado,
concentraciones μM de Aβ42 inducen apoptosis. Estos
datos sugieren que las distintas concentraciones de
Aβ muestran un efecto diferencial sobre las neuronas,
ocasionando la activación de distintas fases del ciclo e
incluso llevándolas a la muerte (Majda et al., 2008). En
otros reportes, cultivos de neuronas corticales tratados
con Aβ40, incrementan de forma significativa los niveles
de cdk4, fosfo-Rb y PCNA, lo que sugiere un arresto del
ciclo celular previo a la fase M. Además, el Aβ40 aumenta
el número de células inmunopositivas para PCNA, las
cuales también presentan fragmentación nuclear. El
uso de los inhibidores de cdk5 (roscovitina) y calpaína
(MDL28170) previno los cambios inducidos por Aβ40
sobre los marcadores del ciclo celular (Lopes, 2009).
En 2001, Yang et al,. reportó en tejidos de pacientes con
EA problemas de segregación cromosomal y aneuploidía
en neuronas localizadas en áreas vulnerables, lo cual se
interpretó como una evidencia de duplicación del ADN. En
este estudio, se mostró que entre 3 y 4% de las neuronas
piramidales del hipocampo presentaban aneuploidía,
lo cual coincide con reportes previos que señalan que
el porcentaje de neuronas aneuploides localizadas en
regiones con placas seniles se encuentra entre 4 y 10%.
En este sentido, recientemente se reportó en células
bucales de pacientes con EA, así como en individuos
mayores de 64 años, un incremento en la aneuploidía
de los cromosomas 17 y 21 (Thomas y Fenech, 2008).
Apoyando esta noción, existen múltiples estudios que
sustentan la participación del Aβ en el fenómeno de
aneuploidía (Boeras et al., 2008; Žekanowski y Wojda,
2009; Granic et al., 2010). En conjunto, estos datos
sugieren que la progresión del ciclo celular, además de
estar relacionada con la apoptosis, puede contribuir al
mecanismo patológico de la EA.
PARTICIPACIÓN DE LA REACTIVACIÓN DEL CICLO CELULAR EN EL DESARROLLO DE LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER

INSTITUTO DE GERIATRÍA
116
Daño al ADN y β-Amiloide
Datos genéticos, bioquímicos y neuropatológicos señalan
al Aβ como un elemento clave en la patogénesis de la
EA (Selkoe, 2001). Entre los mecanismos de acción
propuestos para el Aβ, numerosos estudios lo han
relacionado con un incremento en la generación de
radicales libres, el cual conduce a un estado de estrés
oxidante (Butterfield, 2002). Células PC12 incubadas
en presencia de Aβ42 muestran un incremento en la
formación de dímeros de purina; si el daño oxidante al
material genético es muy extenso, éste puede conducir a
la muerte neuronal (Duker et al., 2001). De igual forma,
en modelos transgénicos de APP, el incremento en los
niveles de 8-hidroxideoxiguanosina (8-OhdG), uno de los
marcadores de daño oxidativo en ADN más abundantes,
se ha asociado con el alto contenido de Aβ.
Adicionalmente, en cultivos de neuronas corticales
expuestas a agentes que causan daño a ADN (como son los
inhibidores de la topoisomerasa II, homocisteína y Aβ), se
observó un incremento en la inmunorreactividad para p53
y Cdc25 (marcador de G1/S) acompañado de apoptosis.
El análisis por citometría de flujo reveló un incremento
significativo en el porcentaje de neuronas en fase S al
incubarse con estos agentes genotóxicos (Kruman et al.,
2004). En este sentido, cultivos neuronales expuestos al
Aβ42 o a su fragmento activo Aβ25-35 muestran la expresión
de marcadores de fase G1: fosfo-Rb, cdk4 y cdk6, los
cuales se acompañan de muerte neuronal (Giovanni
et al., 1999). Además, el Aβ también puede llevar a la
inducción de ciclina E, A y síntesis de ADN. El bloqueo
de la transición de fase G1/S por oligos antisentido para
ciclina D o una mutante dominante negativa de Cdk2
previene la replicación de ADN y la apoptosis inducida
por Aβ (Copani et al., 1999). Asimismo, se ha reportado
la expresión de marcadores del ciclo celular como Cdk4,
ciclina D, B, E, Ki67 y p21 en neuronas de cerebros
con EA (Nagy et al., 1997; Busser et al., 1998). En su
conjunto, estas evidencias indican que el daño oxidante al
ADN causado por Aβ puede llevar a la activación del ciclo
celular en neuronas posmitóticas.
Otros datos sugieren que células posmitóticas podrían
utilizar moléculas como cdk4 and cdk6, las cuales
normalmente controlan la proliferación celular, para
mediar las señales de muerte producto de condiciones
que dañan el ADN. Se ha reportado que la expresión de
inhibidores de cdks (como p16, p21 y p27), así como
el uso de bloqueadores farmacológicos de G1/S y la
expresión de dominantes negativas de Cdk4 y 6 es capaz
de prevenir la muerte celular en neuronas simpáticas
y corticales expuestas a agentes causantes de daño a
ADN como: radiación UV, citosina arabinosido (Ara C) y
captotepcina (inhibidor de la ADN topoisomerasa I) (Park
et al., 1998). De tal manera, la reentrada al ciclo celular
es un elemento crucial en la activación de la respuesta
a daño a ADN en neuronas posmitóticas, expuestas a
compuestos genotóxicos capaces de inducir apoptosis.
En contraste, la apoptosis mediada por estímulos que no
dañan el ADN, como la estaurosporina y la colchicina, es
incapaz de iniciar la reactivación del ciclo celular (Kruman
et al., 2004). En conjunto, todos estos datos sugieren
una asociación entre el Aβ, la producción de ERO y daño
oxidante al ADN con la reactivación del ciclo celular y la
muerte neuronal observada en la EA.
Evidencia reciente muestra la expresión de proteínas
involucradas con el ciclo celular en una variedad de
condiciones neurodegenerativas, las cuales se relacionan
con procesos de muerte celular programada tanto en
cultivos celulares como en modelos animales y humanos
(Becker et al., 2004). En este sentido, junto con el estrés
oxidante, la desregulación del ciclo celular de neuronas
susceptibles en la EA podría ser un factor capital en el
inicio de la enfermedad.
Otras causas de reactivación del ciclo celular
Estrés oxidante
En células proliferantes, el daño a ADN inducido por
especies reactivas de oxígeno lleva a la detención del
ciclo celular y promueve la reparación del ADN. Si el daño
es extenso, se activa el programa de muerte apoptótica
(Migliore y Coppede, 2002). Así, la supervivencia celular
depende del balance entre los mecanismos de reparación
de daño y las vías reguladoras de la muerte celular. El
ratón mutante harlequín (Hq) fue el primer modelo
in vivo que demostró una conexión directa entre la
reentrada al ciclo celular y la neurodegeneración mediada
por estrés oxidante en el envejecimiento del SNC (Klein
y Ackerman, 2002). Estos ratones desarrollan ataxia
progresiva y degeneración retinal asociada a la muerte de
células granulares del cerebelo y de células de la retina. La
mutación Hq es una inserción en el gen del factor inductor

117
de la apoptosis (AIF, por sus siglas en inglés). Más allá
de su actividad apoptogénica (Miramar et al., 2001), el
AIF es una óxidoreductasa mitocondrial capaz de regular
los niveles de radicales libres, específicamente de H2O2
(Susin et al., 1999; Maté et al., 2002). En diversos tipos
neuronales, los ratones Hq presentan un incremento en
algunos marcadores de estrés oxidante como son los
niveles intracelulares de H2O2, la lipoporoxidación, la
presencia de 8-OhdG y una actividad aumentada de la
catalasa. Adicionalmente, las células neuronales mostraron
la expresión de PCNA y CDC47, ambos marcadores de
la fase S del ciclo celular, además de la incorporación
de BrdU, sugiriendo una relación entre el daño a ADN
inducido por estrés oxidante y la reentrada al ciclo celular
(Klein y Ackerman, 2002).
Sin embargo, una posibilidad adicional es que el estrés
oxidante podría modificar algunos componentes de las
vías de señalización mitogénica y reactivar de esta forma
el ciclo celular (Martindale y Holbrook, 2002). Algunos
reportes han propuesto la participación del H2O2 como
un factor desencadenante de la expresión de la cinasa
MAP (Griendling et al., 2000) y se ha sugerido que su
activación es necesaria para la expresión de la ciclina D1 y
la reactivación del ciclo celular en fibroblastos quiescentes
en fase G0 (Lavoie et al., 1996). Asimismo, tanto la
expresión del receptor del factor de crecimiento epidérmico
como la de la cinasa Akt también podrían estar mediadas
por el H2O2 (Drogue, 2002). La participación de Akt en la
reactivación neuronal del ciclo celular fue confirmada por
Jang et al., en 2009. Los autores reportaron tanto in vitro
como in vivo que Akt era capaz de fosforilar a SRPK2, lo
cual promueve su traslocación al núcleo, induciendo la
regulación positiva de la ciclina D1.
La expresión de la ciclina D1 conduce a la reactivación
del ciclo celular y a la muerte neuronal por apoptosis. La
acción de SRPK2 al ser mediada por el complejo ciclina
D1/cdk4 puede ser revertida con el uso de inhibidores
farmacológicos de cdk4 o con INKp16, una proteína
endógena inhibidora del complejo ciclina D1-cdk4/6. Al
inhibir a Cdk4 se bloquea la actividad del complejo ciclina
D1/Cdk4, previniéndose la fosforilación de la proteína
Rb, lo cual permite la supervivencia neuronal. Estos
datos concuerdan con reportes previos que muestran
que formas dominantes negativas de cdk4 y cdk6, así
como bloqueadores de la transición G1/S son capaces de
prevenir la muerte neuronal (Park et al., 2000). En un
modelo de muerte apoptótica en células granulares, se
mostró que la inhibición de la vía Akt, a través del uso
de SP600125 (inhibidor específico de la cinasa JNK),
muestra efectos neuroprotectores y previene la reentrada
al ciclo celular. Adicionalmente, SP600125 es capaz de
inhibir la expresión tanto de las ciclinas D1 y E, como
de la proteína E2F-1 (Yeste-Velasco et al., 2009). En
este contexto, algunos trabajos sugieren una reactividad
cruzada entre JNK y Akt (Shimoke et al., 1999; Song et
al., 2005).
Un estudio reciente utilizando un modelo murino
nestina-CreER mostró una síntesis aberrante de ADN
en neuronas hipocampales no apoptóticas después de
la inducción cerebral de isquemia-hipoxia (Burns et al.,
2007). Estos datos concuerdan con estudios previos,
los cuales demostraron que CDK5 controla el estado
de arresto celular en neuronas posmitóticas (Cicero y
Herrup, 2005); en este trabajo también encontraron una
reducción selectiva en los niveles de CDK5 en las regiones
estriatales e hipocampales ipsilaterales a la lesión, lo que
sugiere que el daño isquémico es capaz de alterar el estado
de arresto celular, conduciendo a la síntesis aberrante de
ADN.
A fin de examinar el papel exacto que la reentrada al
ciclo celular tiene en el mecanismo patogénico de la
disfunción y muerte neuronal en diversas enfermedades
neurodegenerativas, incluyendo la EA, Lee et al.,
desarrollaron en 2009 un modelo transgénico en el cual
las neuronas del prosencéfalo pueden ser inducidas a
entrar al ciclo celular a través del uso de un protooncogen,
MYC. En este modelo se ha reportado la reentrada al ciclo
celular (determinado por la expresión de PCNA, Ki-67,
ciclina D1 y la duplicación de ADN) en neuronas maduras,
lo cual conduce a muerte celular, gliosis y déficit cognitivo.
Estos hallazgos ofrecen evidencia convincente de que
la desregulación en la reentrada al ciclo celular puede
conducir a la neurodegeneración in vivo.
Pérdida de soporte trófico y/o actividad
La apoptosis neuronal inducida por la pérdida de soporte
trófico se acompaña de cambios en la expresión de ciclinas
y en la actividad de las cdks (Freeman et al., 1994; Gao
y Zalenka, 1995). El uso de agentes que inhiben la
progresión del ciclo celular, incluyendo bloqueadores
PARTICIPACIÓN DE LA REACTIVACIÓN DEL CICLO CELULAR EN EL DESARROLLO DE LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER

INSTITUTO DE GERIATRÍA
118
de la transición de G1/S, así como inhibidores de cdks,
promueven la supervivencia de células PC12 y neuronas
simpáticas privadas de suero y/o NGF (Farinelli y Greene,
1996).
Los ratones staggerer y luncher representan modelos
valiosos in vivo de pérdida neuronal inducida por la
depleción de factores tróficos, condición que podría
ocurrir en desórdenes presentes durante el desarrollo. La
mutación staggerer es una deleción en el gen RORα, el
cual codifica a un receptor huérfano nuclear a hormonas.
Como resultado de esta deleción, las células de Purkinje
no se desarrollan completamente y no forman sinapsis con
los axones de las células granulares del cerebelo (Hamilton
et al., 1996). En consecuencia, la población completa
de neuronas granulares del cerebelo y las neuronas de la
oliva inferior mueren, muy probablemente como resultado
de la pérdida de factores tróficos derivados del blanco
celular. La apoptosis de estas neuronas es precedida por la
expresión de ciclina D y PCNA, indicando la reactivación
del ciclo celular. Esta reactivación incluye la síntesis de
ADN evidenciada por la incorporación de BrdU (Herrup
y Busser, 1995).
El defecto que subyace en el ratón luncher es una mutación
en el gen del receptor ionotrópico a glutamato, que resulta
en la apertura constitutiva de los canales y la consecuente
despolarización permanente de las células de Purkinje. En
el ratón luncher, las células de Purkinje del cerebelo mueren
en forma preprogramada. La degeneración de las células de
Purkinje comienza el día P8, resultando en la eliminación
de 90% de la población original de estas células. Luego
de la eliminación de las células de Purkinje, la mayoría de
las neuronas granulares mueren vía apoptosis (Dounghty
et al., 2000). Como en el caso del ratón staggerer, estas
neuronas expresan marcadores de ciclo celular de fases G1
y S, ciclina D, PCNA y BrdU antes de la muerte celular
(Herrup y Busser, 1995).
Respecto a la pérdida de actividad, se sabe que induce
apoptosis en neuronas posmitóticas. En neuronas
granulares cerebelares de ratas en desarrollo, la
eliminación de actividad promueve la inducción de E2F,
el cual, al asociarse con el promotor de cdk1, promueve
su transcripción y conduce a apoptosis mediada por la
activación de cdk1 (Konishi y Bonni, 2003). En conjunto,
estos datos aportan evidencias de que tanto la pérdida
de soporte trófico como la de la actividad de neuronas
posmitóticas conducen a la reactivación de reguladores del
ciclo celular, la cual puede culminar en la muerte neuronal.
Excitotoxicidad
La excitotoxicidad contribuye al daño neuronal que ocurre
en condiciones patológicas incluyendo la isquemia cerebral,
la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.
El glutamato y sus aminoácidos excitadores relacionados,
como el kainato, causan muerte neuronal en el SNC al
administrarse in vivo e in vitro (Coyle y Puttfarcken,
1993). Los mecanismos implicados en la excitotoxicidad
no se han comprendido completamente, sin embargo, las
evidencias indican que incluye múltiples mecanismos que
involucran diferentes vías de señalización.
Un estudio en neuronas granulares de cerebelo reportó
un incremento en la expresión de ciclina D1 luego de
la inducción de apoptosis generada por la incubación
con ácido kaínico (AK) (Giardiana et al., 1998).
Posteriormente, en este mismo tipo celular, se observó un
incremento en la expresión de proteínas implicadas en la
fase S, PCNA y E2F, el cual se acompañó de un aumento
en la incorporación de BrdU. Sin embargo, el tratamiento
con flavopiridol, un inhibidor de cdks disminuyó la
expresión de los marcadores de ciclo celular y promovió la
supervivencia del estas células (Verdaguer et al., 2004).
La administración sistémica de AK induce la expresión en
altos niveles de ciclina D y de cdk4 en la corteza piriforme,
amígdala e hipocampo (Park et al., 2000). El uso de
oligonucleótidos antisentido de estas proteínas suprime
la muerte de células neuronales inducida por AK (Ino y
Chiba, 2001). Los datos anteriores sustentan el papel
de los reguladores del ciclo celular en la muerte neuronal
evocada por estrés excitotóxico y señala un blanco
terapéutico potencial para el tratamiento de patologías
relacionadas con la excitotoxicidad.
Isquemia
En el cerebro, el daño isquémico inicial tiene diversas
consecuencias como el daño a ADN, excitotoxicidad y
producción de radicales libres. Típicamente la muerte
celular asociada a isquemia es la necrosis. Sin embargo,
diversas evidencias bioquímicas y morfológicas señalaron
la ocurrencia de apoptosis (Rink et al., 1995). Los datos

119
PARTICIPACIÓN DE LA REACTIVACIÓN DEL CICLO CELULAR EN EL DESARROLLO DE LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER
referentes a la participación de eventos relacionados con
el ciclo celular en la isquemia cerebral se han obtenido
principalmente de modelos en roedores. Se ha descrito
la expresión de ciclina D, G, cdk4, cdk2, fosfo-Rb, E2F
y PCNA previa a la apoptosis en modelos de isquemia
tanto focal como global (Katchnov et al., 2001).
Estos datos se complementan con el hecho de que la
administración de flavopiridol, un inhibidor de cdks, reduce
significativamente el daño al tejido (Osuga, 2000),
además de mejorar el desempeño conductual posterior
a un accidente isquémico. Las observaciones anteriores
sugieren que la reentrada aberrante al ciclo celular favorece
la degeneración neuronal luego de un evento isquémico y
plantea la posibilidad de la administración de inhibidores
de cdks como estrategia terapéutica.
Otras enfermedades neurodegenerativas
La apoptosis neuronal asociada a la reactivación del ciclo
celular también se ha observado en la esclerosis lateral
amiotrófica (ELA) y en el síndrome de Down (SD). En
neuronas motoras de la médula espinal y en neuronas de
la corteza motora de pacientes con ELA se ha encontrado
un incremento en los reguladores ciclina D1, cdk4, Rb
hiperfosforilado y E2F (Rangathan y Bowser, 2003).
Por otro lado, en neuronas hipocampales piramidales de
pacientes con SD se reportó un incremento en la expresión
de cdk4. Las neuronas en las que se observó la expresión
de cdk4 también presentaron marañas neurofibrilares y
degeneración granulovacuolar, sugiriendo una relación
entre reentrada al ciclo celular y patología (Nagy, 1999).
CONCLUSIONES
En resumen, la activación del ciclo celular parece ser
incompatible con el estado diferenciado de las neuronas.
La reentrada al ciclo celular resulta en la muerte
neuronal, principalmente por la vía apoptótica. Diferentes
estímulos como la exposición a estrés oxidante, a Aβ, la
excitotoxicidad y condiciones como el daño a ADN, la
pérdida de actividad y/o soporte trófico, pueden llevar
a la activación del ciclo celular en neuronas in vivo e in
vitro. Existen evidencias acerca de que estos estímulos y
condiciones pueden tener un papel relevante en algunas
enfermedades neurodegenerativas. Considerando los
diferentes mecanismos patológicos en estas enfermedades,
es probable que tipos neuronales específicos puedan
responder a través de diferentes vías de señalización. El
estudio detallado de las vías de señalización activadas
por estas condiciones y estímulos permitirá la mejor
comprensión de estos desórdenes neurodegenerativos.
Por otro lado, la interrogante de si los eventos descritos en
esta revisión constituyen un ciclo mitótico regular o algún
proceso diferente requiere ser resuelta. Al igual que definir
si la reactivación del ciclo celular es un mecanismo que
lleva únicamente a la muerte celular o en algunos casos
puede tratarse de una respuesta de protección.
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RESUMEN CURRICULAR DE LOS AUTORES
Karina Hernández Ortega
Licenciada en Investigación Biomédica Básica por la
Universidad Nacional Autónoma de México. En su trabajo
de tesis de licenciatura describió la expresión de marcadores
de ciclo celular y de proteínas implicadas en la enfermedad
de Alzheimer posterior a una lesión excitotóxica en el
hipocampo de la rata. Candidata a doctora en Ciencias por
la UNAM. Su tesis doctoral se centra en la participación
de la cinasa ERK1/2 en la reactivación del ciclo celular en
neuronas hipocampales maduras.
Clorinda Arias Álvarez
Médica cirujana y doctora en Ciencias por la Universidad
Nacional Autónoma de México. Realizó un posdoctorado
en Neuropatología Molecular en el Albert Einstein College
of Medicine, Nueva York. Es investigadora titular C del
Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM.
Ha publicado más de 50 artículos de investigación en el
área de neurociencias y en particular sobre modificaciones
neuroquímicas relacionadas con patologías nerviosas como
la epilepsia y la neurodegeneración. Desde hace 18 años
trabaja en aspectos celulares y moleculares de la muerte
neuronal asociada con el envejecimiento patológico y la
enfermedad de Alzheimer.
Ricardo David Quiroz Baez
Licenciado en Investigación Biomédica Básica y doctor
en Ciencias por la Universidad Nacional Autónoma de
México. Ha trabajado en laboratorios de investigación
básica en los institutos de Investigaciones Biomédicas
y de Fisiología Celular de la UNAM. Se ha interesado
en el estudio de los procesos celulares y moleculares
asociados con la enfermedad de Alzheimer centrándose
en el papel del estrés oxidante sobre el metabolismo de
la proteína precursora del amiloide. También ha trabajado
en el desarrollo de modelos de muerte neuronal en
enfermedades neurodegenerativas, basándose en el uso
de líneas celulares humanas. Actualmente es investigador
en Ciencias Médicas del Instituto de Geriatría, Secretaría
de Salud.

ENFERMEDAD DE ALZHEIMER
Perla Moreno Castilla
División de Neurociencias, Instituto de Fisiología
Celular, Universidad Nacional Autónoma de
México.
perlamc@ifc.unam.mx
Luis Bernardo Tovar y Romo
Department of Neurology, The Johns Hopkins
University School of Medicine.
ltovary1@jhmi.edu

126
RESUMEN
La enfermedad de Alzheimer es un padecimiento
neurodegenerativo que se caracteriza principalmente
por la pérdida de la memoria y, en sus etapas más avanzadas,
incapacita a los individuos afectados para llevar una vida
independiente. Ocurre sobre todo en la vejez y, debido
al fenómeno de envejecimiento poblacional que está
sucediendo en México, constituye un problema de salud
pública con impacto creciente. Aunque actualmente existe
un avance significativo en el entendimiento de algunos
procesos biológicos que subyacen a esta enfermedad,
aún no se conocen con precisión los mecanismos
responsables de su origen. Sin embargo, se sabe que el
procesamiento aberrante de algunas proteínas, incluyendo
a la proteína precursora del amiloide y la proteína tau, está
involucrado de manera importante en la neuropatología
de esta enfermedad. También se han descrito una serie de
alteraciones genéticas que incrementan la susceptibilidad
a padecer la enfermedad de Alzheimer.
A partir de estos hallazgos se han desarrollado modelos
experimentales en los que se estudian los mecanismos
celulares y moleculares que posiblemente contribuyen
a la generación de las alteraciones neurológicas en este
padecimiento. Estos modelos también son útiles para
el desarrollo de las estrategias terapéuticas necesarias
para brindar a los pacientes un tratamiento efectivo que
detenga el progreso de esta enfermedad y que, en el mejor
escenario posible, la reviertan. Este capítulo presenta una
síntesis de las alteraciones genéticas, el procesamiento
aberrante de proteínas y la desregulación del ciclo celular
en la enfermedad de Alzheimer y algunos modelos
experimentales empleados en su estudio.
INTRODUCCIÓN
A medida que la población mundial envejece, la
enfermedad de Alzheimer (EA) cobra importancia como
un problema de salud pública al ser la principal causa
de demencia en adultos mayores de 65 años. La EA se
caracteriza por un fuerte deterioro cognitivo y pérdida de
la memoria; durante su progreso los pacientes pierden
por completo la capacidad intelectual y la habilidad para
desarrollar actividades básicas como vivir de manera
independiente. A partir del inicio de la enfermedad, los
pacientes sobreviven un promedio de 10-20 años y, por
lo general, mueren debido a complicaciones relacionadas a
la EA como reflejos anormales, rigidez muscular, dificultad
para mantener una postura adecuada, dificultad para
deglutir y pérdida de peso, lo que en conjunto les confiere
una mayor susceptibilidad a padecer enfermedades
infecciosas como neumonía (Chouinard, 2000; Feinberg,
2003). A pesar de que la EA se describió por primera vez
en 1906, actualmente permanece sin cura o tratamiento
efectivo y es uno de los trastornos neurológicos que
recibe mayor atención en la investigación básica y clínica
y en el desarrollo de programas sociales para la atención a
pacientes, familiares y cuidadores.
El síntoma predominante y característico de la EA es el
declive cognitivo progresivo, principalmente debido a la
pérdida de neuronas y sinapsis en el hipocampo (West,
1993). Además de los síntomas clínicos, se sabe que
existen cambios patológicos en el cerebro que consisten
en una marcada atrofia con una pérdida neuronal
significativa, acompañados de la acumulación anormal de
las proteínas beta amiloide (βA) y tau hiperfosforilada en
patrones particulares de agregación. La identificación de la
neuropatología típica en un análisis post mórtem permite
el diagnóstico definitivo de la EA.
En cuanto a la etiología, a la fecha se han caracterizado
varias mutaciones en genes que han sido implicados en esta
enfermedad y se sabe que no sólo factores genéticos, sino
también ambientales y su interacción, están involucrados
en el desarrollo de la EA. Sin embargo, en la mayoría de
los pacientes se desconoce la causa de la enfermedad,
a pesar de los avances que han permitido entender los
factores heredables y de propensión a la EA y al mejor
entendimiento de los mecanismos de acumulación de las
proteínas βA y tau. Tampoco se sabe si la agregación de
estas proteínas es la causa de la neurodegeneración o un
marcador que acompaña el progreso de la enfermedad.
En este capítulo presentaremos los genes y mutaciones
descritos en esta enfermedad, mismos que han permitido
el diseño de modelos experimentales y cuyo estudio ha
contribuido al entendimiento de los posibles mecanismos
moleculares que causan la EA. Abordaremos las
alteraciones celulares causadas por las proteínas mutadas
en la EA y las fallas en la regulación del ciclo celular como
mecanismos de la neurodegeneración en esta patología.
Finalmente, describiremos algunos de los modelos

127
experimentales que se han empleado para el estudio de los
mecanismos biológicos que subyacen a este devastador
padecimiento.
Alteraciones genéticas en la EA
La EA se presenta de forma familiar (heredada) o
esporádica. Aproximadamente 1-6% de los pacientes
presenta la enfermedad de inicio temprano, de los cuales
~60% son casos familiares. Dentro de este porcentaje
~13% tiene un modelo de herencia autosómico dominante
(Campion et al., 1999). La EA de inicio temprano se
distingue clínicamente cuando el paciente presenta los
primeros síntomas antes de los 60 años y se ha descrito
una mayor susceptibilidad a padecerla cuando en la
historia médica hay un familiar de primer grado afectado.
La EA de origen familiar está relacionada con factores
genéticos, que además parecen tener implicaciones en la
severidad del padecimiento, pues se ha reportado que esta
forma progresa más rápido (Liebson, 1994).
A partir del estudio de casos de EA familiar se han descrito
mutaciones en tres genes involucrados en la enfermedad:
la proteína precursora del amiloide (APP) en el cromosoma
21, la presenilina-1 (PS1) en el cromosoma 14 y la
presenilina-2 (PS2) en el cromosoma 1. Las mutaciones
en las presenilinas y APP causan una sobreproducción
o falla en el procesamiento normal de la APP que se
manifiestan en la acumulación del péptido βA. Un cuarto
gen que se ha encontrado consistentemente asociado al
desarrollo de la EA esporádica es el alelo ε4 del gen de
apoliproteína E (ApoE) (Selkoe, 1997).
Por otro lado, no se han encontrado factores ambientales
como virus, toxinas u otros agentes que estén directamente
involucrados en la patogénesis de la EA. Sin embargo, se
piensa que la EA esporádica de inicio tardío, que afecta
a más de 90% de los casos, se debe a la interacción de
factores ambientales desconocidos con una predisposición
genética (Borenstein et al., 2006; Price et al., 2009).
Mutaciones en la APP y el proceso amiloidogénico
La APP es una proteína transmembranal que se transloca
cotraduccionalmente en el retículo endoplásmico y que
sigue la vía secretora hacia su localización en la membrana
plasmática. La función fisiológica de la APP no se conoce
con certidumbre, pero se ha reportado que puede estar
involucrada en la plasticidad sináptica (Chan et al., 2002).
La APP es proteolisada por secretasas denominadas
α, β y γ que liberan derivados proteicos secretados en
vesículas luminales al espacio extracelular. El resultado
de la actividad secuencial de las secretasas β y γ sobre la
APP da lugar a la formación del péptido βA, una proteína
de composición heterogénea que tiene un tamaño de
39 a 43 residuos. Las mutaciones conocidas en APP se
relacionan con una forma autosómica dominante de la EA
y correlacionan con una alteración en el procesamiento
normal de APP que origina un incremento específico en
los fragmentos de 42 y 43 aminoácidos, conocidos como
βA42 y βA43 (Greenwald y Riek, 2010). La mayoría de
las mutaciones descritas para esta proteína se ubican
en la zona de anclaje y corte de las secretasas β y γ. La
mutación V717I en la APP, denominada inglesa por dar
origen al fenotipo encontrado en una familia inglesa que
presentaba problemas tempranos de memoria episódica,
fue la primera en describirse y consiste en el cambio de
Val por Ile en el residuo 717 que está localizado junto al
dominio C- terminal del péptido βA (Rossor et al., 1993).
Además, se sabe que otras mutaciones de la misma Val
por Gly, Phe o Leu también dan origen al fenotipo (Rossor
et al., 1993). Posteriormente se describió otra mutación
(sueca), identificada en dos familias suecas, que consiste
en la sustitución doble de Lys/Met por Asn/Leu en las
posiciones 670/671 y se ubica cerca del dominio que
corresponde al sitio de anclaje y corte de la β-secretasa
que da origen al fragmento N-terminal de la proteína
βA (Mullan et al., 1992). También se han descrito
mutaciones en APP localizadas en regiones diferentes a
los sitios de anclaje y corte de las secretasas β y γ; éstas
incluyen las mutaciones flamenca A692G, holandesa
E693Q, ártica E693G y Iowa D694N. Los pacientes con
estas mutaciones presentan una acumulación cerebral
de βA, pero con un modelo de agregación diferente
al encontrado en los pacientes con la EA, además de
deficiencias cognitivas, demencia y, en algunos casos,
hemorragia cerebral (Ryan y Rossor, 2010).
Otro tipo de alteraciones de la APP asociadas al
deterioro cognitivo pueden estar relacionadas con la
duplicación génica, como en el caso de los pacientes con
síndrome de Down. La presencia de una copia adicional
de un fragmento, o de todo el cromosoma 21, se ha
asociado con la disfunción temprana y progresiva de la
memoria episódica típica de la EA y con la acumulación
neuropatológica de βA (Rovelet-Lecrux et al., 2006).
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER

INSTITUTO DE GERIATRÍA
128
Mutaciones en las presenilinas 1 y 2.
Las mutaciones en los genes de presenilina son la causa
más común de la EA familiar. Las presenilinas son
proteínas transmembranales localizadas en el aparato de
Golgi y en el retículo endoplásmico. PS1 y PS2 forman
parte del complejo proteico de la β-secretasa y se piensa
que son el núcleo catalítico de dicha proteasa, pero se
desconocen sus funciones normales. En el nematodo
C. elegans se describió un gen homólogo a PS1 cuyo
transcrito corresponde a la proteína sel-12 que juega
un papel importante en la diferenciación celular y es
considerada un inductor de la neurogénesis (Levitan y
Greenwald, 1995). PS1, al igual que sel-12, puede ser
un gen mediador en la vía de señalización neurogénica
de lin-12/Notch (Sternberg, 1988; Sternberg y Horvitz,
1989) y en mamíferos se ha visto que ratones deficientes
en PS1 presentan numerosas alteraciones en procesos
somatogénicos y neurogénicos (Shen et al., 1997; Wong
et al., 1997).
PS1 genera fragmentos peptídicos de proteínas
transmembranales que regulan la expresión génica y la
estabilidad de factores de transcripción (Koo y Kopan,
2004) y tiene efectos reguladores sobre las vías de
supervivencia celular y proliferación PI3K/Akt y MEK/
ERK (Pimplikar et al., 2010). En consecuencia, la
ausencia de las presenilinas en ratones doble mutantes
provoca una neurodegeneración severa dependiente de la
edad (Wines-Samuelson et al., 2010).
La mayoría de las mutaciones en las presenilinas
asociadas con la EA familiar se han descrito para PS1.
Las mutaciones por inversión de este gen afectan a 18-
50% de los casos de EA familiar de inicio temprano
dependiendo de la familia estudiada y hasta ahora se han
descrito 176 mutaciones diferentes en aproximadamente
390 familias (Citron et al., 1997). Fenotípicamente,
las mutaciones en PS1 aumentan la formación de los
péptidos βA42 y βA43 mediante una ganancia de función
dominante que altera la actividad de las secretasas (Citron
et al., 1997). En contraste, las mutaciones por inversión
en PS2 tienen una incidencia muy baja en la EA familiar y
se han descrito diferencias en la sintomatología clínica que
presentan las familias con mutaciones en PS1 y PS2. De
igual manera, se ha descrito que las mutaciones en PS1 y
PS2 afectan diferencialmente el corte de la γ-secretasa,
donde las mutaciones en PS2 parecen producir una menor
acumulación de βA (Bentahir et al., 2006).
La pérdida de las presenilinas afecta también la plasticidad
sináptica. Las respuestas mediadas por los receptores
glutamatérgicos de tipo NMDA se alteran cuando existen
mutaciones en estas proteínas (Pimplikar et al., 2010).
Se sabe también que la pérdida de la función de las
presenilinas compromete la potenciación a largo plazo y la
liberación de neurotransmisores (Pimplikar et al., 2010).
Las mutaciones en las presenilinas también afectan
procesos fisiológicos como la autofagia, un proceso
celular esencial en la supervivencia de células con ciclos
de vida largos. Con la edad se presenta un declive en la
eficacia de este proceso (Madeo et al., 2010), lo que se
ha relacionado con desórdenes lisosomales que provocan
cuadros neurodegenerativos severos (Bellettato y Scarpa,
2010; Cherra et al., 2010; McCray y Taylor, 2008; Nixon
et al., 2008). El mecanismo propuesto para esta alteración
se basa en una función recién descubierta de PS1 que
tiene que ver con la N-glicosilación de la subunidad V01A
en la ATPasa vacuolar (vATPasa), una bomba de protones
que se encarga de acidificar el interior de los lisosomas
proporcionando el pH óptimo para el funcionamiento de
las enzimas lisosomales responsables de los procesos de
autofagia. Cuando hay un defecto en la glicosilación de esta
subunidad, la localización de la vATPasa en la membrana
lisosomal se pierde (Lee et al., 2010). Es posible que las
mutaciones de PS1 en la EA familiar causen la pérdida de la
actividad lisosómica mediante un mecanismo similar. Una
de las causas de la acumulación de proteínas en la EA que
llevan a la muerte neuronal puede ser una deficiencia en la
degradación lisosomal de proteínas. Las fallas lisosómicas
conllevan también a una distrofia neurítica relacionada con
el hinchamiento de los lisosomas conteniendo fragmentos
proteínicos potencialmente neurotóxicos, incluyendo βA
(Masliah et al., 1993; Suzuki et al., 1997).
Susceptibilidad genética a la EA por mutaciones en
ApoE
La ApoE es una apolipoproteína presente en las
lipoproteínas transportadoras de colesterol y lípidos. El
gen de ApoE se encuentra ubicado en el cromosoma 19
y está conformado por cuatro exones que codifican para
299 aminoácidos. ApoE tiene tres alelos (ε1, ε3 y ε4)
que están definidos por polimorfismos en dos nucleótidos:
rs429358 y rs7412, que codifican para tres isoformas
de la proteína (ApoE1, ApoE3 y ApoE4). La isoforma
más frecuente es ApoE3, que tiene Cys y Arg en las
posiciones 112 y 158 respectivamente, mientras que

129
en estas posiciones sólo se encuentran residuos de Cys
para la ApoE2 y sólo Arg en el caso de la ApoE4. Estas
modificaciones alteran la estructura tridimensional de la
proteína, por lo que la ApoE3 y ApoE2 se encuentran
preferentemente asociadas a las lipoproteínas de
alta densidad (HDL), mientras que ApoE4 se asocia
preferentemente a las lipoproteínas de muy baja densidad
(VLDL) (Mahley et al., 2006).
El alelo ε4 es el de mayor variación entre poblaciones y se
ha correlacionado con un mayor riesgo para padecer la EA
esporádica. Los pacientes con EA presentan una frecuencia
2 a 3 veces mayor en este alelo, en comparación con
individuos sanos. El alelo ε4 se ha asociado también con
la acumulación de βA especialmente en regiones límbicas
(Schott et al., 2006). Por otro lado, se ha descrito un
posible efecto protector del alelo ε2 de ApoE, pues un
aumento en la frecuencia de éste se ha relacionado con
un menor riesgo de presentar la EA (Jarvik et al., 1996).
Se sabe poco sobre el mecanismo tóxico implicado con
las isoformas de esta apolipoproteína, pero se piensa que
podría estar relacionado con la agregación patológica de
βA (Canevari y Clark, 2007; Keller et al., 2000) o con la
hiperfosforilación de tau (Michikawa et al., 2000).
Agregación anormal de proteínas como mecanismo
de la neurodegeneración en la EA
La EA forma parte de una familia de desórdenes
neurodegenerativos que tiene como común denominador
la acumulación anómala de agregados proteicos.
Entre otros desórdenes pertenecientes a esta familia
se encuentran la enfermedad de Pick y las tauopatías
frontotemporales del cromosoma 17 (HFTD-17) que
se generan por mutaciones en el gen que codifica la
proteína tau (Spillantini y Goedert, 1998), la esclerosis
lateral amiotrófica en la que hay alteraciones en los
neurofilamentos y la superóxido dismutasa en algunos
casos familiares (Cleveland y Rothstein, 2001), la
enfermedad de Parkinson donde existe la presencia de
inclusiones eosinofílicas de α-sinucleína (Venda et al.,
2010) y la enfermedad de Huntington, que se caracteriza
por la expansión de dominios de poliglutamina en la
proteína huntingtina (Borrell-Pages et al., 2006). Aunque
no se ha determinado si la acumulación de estas proteínas
es causa o consecuencia de la neurodegeneración en
cada una de estas enfermedades, se sabe que dichas
alteraciones celulares son capaces de inducir la muerte
neuronal a través de mecanismos que involucran la
disfunción de chaperonas y del proteasoma, el organelo
celular encargado de la degradación de las proteínas mal
plegadas (Gao y Hu, 2008).
En la histopatología de la EA hay dos tipos de agregados
proteicos: los ovillos o marañas neurofibrilares (ONFs)
que se localizan en el interior de la neurona y las placas
seniles ubicadas en el espacio extracelular. Los ONFs
están conformados por una red compacta de filamentos
helicoidales pareados (PHFs) constituidos por agregados
de la proteína tau hiperfosforilada (Maccioni y Cambiazo,
1995; Selkoe, 1997). Las placas seniles son lesiones
multicelulares esféricas que contienen en el centro
depósitos extracelulares del péptido βA de 40-43
aminoácidos organizados en hojas β-plegadas. Este núcleo
denso está rodeado por microglia, astrocitos reactivos y
neuritas distróficas (Selkoe, 1997; 2001).
Las placas seniles no son exclusivas de la patología de la
EA; ya en los estudios de Alois Alzheimer se sabe que estas
placas se encuentran tanto en cerebros de pacientes con la
enfermedad como en los controles seniles sin demencia, lo
que sugería desde entonces que tales alteraciones podrían
ser marcadores de senectud más que de demencia.
Agregación de βA: La hipótesis de la cascada del
amiloide
Los agregados de βA recibieron el nombre de “amiloide”
debido a su tinción característica con colorantes que tiñen
el almidón. En general, las proteínas amiloides poseen un
alto grado de conformación de estructura secundaria en
láminas β plegadas. Entre estos ejemplos se encuentran la
proteína amiloide del suero, la precalcitonina y la proteína
de la fibra amiloide en los mielomas, relacionada con las
cadenas livianas de las inmunoglobulinas (Glenner et al.,
1984). El péptido βA de 4.5 kDa es el principal componente
de las placas seniles en los cerebros de los pacientes con
EA familiar. La secuenciación de βA permitió identificarlo
como un fragmento de la APP, lo que aunado al hecho de
que las mutaciones en esta proteína dan origen a la EA
constituye la base en la que se fundamenta la hipótesis
de la cascada amiloide, que ha sido el modelo molecular
de la patología de la EA más importante en los últimos
años (Armstrong, 2011). La hipótesis de la cascada de
amiloide considera que el incremento en el péptido βA
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER

INSTITUTO DE GERIATRÍA
130
se debe a la patogenicidad de las mutaciones en APP y
presenilinas, y que el péptido se acumula con el progreso
de la enfermedad hasta formar los agregados tóxicos
que originan la formación de marañas neurofibrilares
de la proteína tau hiperfosforilada, la muerte celular y la
demencia (Hardy, 2006; Hardy y Higgins, 1992). Debido
a que la EA esporádica presenta un fenotipo parecido, esta
hipótesis considera un mecanismo similar desencadenado
por factores ambientales o de susceptibilidad genética.
La hipótesis de la cascada de amiloide se puede validar a
medida que se demuestre el efecto en cascada que sugiere,
para lo que es necesario establecer que la acumulación de
βA tiene una relación causal con la acumulación de tau y
ésta, a su vez, con la neurodegeneración.
Los casos de EA familiar ligados a mutaciones en APP
también cursan con la acumulación patológica de tau y,
además, los casos de EA familiar con mutaciones en PS1
presentan más placas seniles y marañas fibrilares que los
casos de EA esporádica, lo que sugiere que mutaciones
en PS1 causan un incremento en la acumulación de tau
(Shepherd et al., 2004). Sin embargo, no se ha propuesto
un mecanismo para explicar cómo la acumulación de βA
origina la formación de las marañas, lo que representa
un importante argumento en contra de esta hipótesis.
Adicionalmente, se ha propuesto que la formación de
placas seniles y marañas neurofibrilares puede ser producto
de la neurodegeneración y no su causa.
Actualmente, esta hipótesis parte del envejecimiento
como el principal factor de riesgo, donde adicionalmente
se requiere un detonante que puede ser heredable, como
las mutaciones descritas para la EA de tipo familiar, o
esporádico que produzca la acumulación del péptido de
βA (figura 1). A partir de esta acumulación patológica
se puede correlacionar el tipo y grado de agregación
del péptido con diferentes eventos patológicos que
desenlazan en la neurodegeneración y la demencia.
Alteraciones de la proteína tau
En condiciones normales, la proteína tau juega un papel
fundamental en la modulación de la formación de los
microtúbulos. Sin embargo, una alteración en las señales
reguladoras mediante un mecanismo aún desconocido
disocia a la proteína tau de los microtúbulos, formando
agregados intracelulares y produciendo una disfunción
Figura 1. Hipótesis en cascada del amiloide. Este esquema integra la hipótesis de la acumulación del péptido βA como el origen de la
EA con el progreso de eventos patológicos ligados a la evolución del cuadro clínico, considerando al envejecimiento como el principal
factor de riesgo.

131
neuronal (Grundke-Iqbal et al., 1986; Kosik et al.,
1986). Cuando existen alteraciones postraduccionales
en esta proteína se generan los ONFs, que se encuentran
preferentemente en los cuerpos neuronales y dendritas
apicales y en menor proporción en las dendritas distales,
los filamentos del neuropilo y en neuritas distróficas que
rodean los núcleos centrales de algunas placas amiloides y
que constituyen la principal lesión intracelular (Stoothoff
y Johnson, 2005).
Un evento molecular determinante en la patogénesis
de la EA es la formación de los PHFs. La presencia de
otras alteraciones, como los depósitos del péptido βA,
no es suficiente para causar la EA (Takashima et al.,
1993). La formación de placas seniles es común en el
envejecimiento normal, encontrándose rara vez ovillos
sin la presencia de placas, por lo que se ha planteado
que el depósito de βA precede a la formación de ONFs
(Maccioni et al., 2001a, 2001b). Sin embargo, es posible
que la formación de PHFs y placas seniles produzcan en
forma complementaria la pérdida de la actividad de las
neuronas afectadas (Gonzalez et al., 1998; Maccioni et
al., 2001a).
Alteraciones del ciclo celular como un mecanismo
de neurodegeneración en la EA
Recientemente se ha involucrado en la etiología de la EA
a procesos alterados en el control del ciclo celular. Aunque
normalmente las neuronas se encuentran en el estadio G0
del ciclo, retienen la habilidad de reactivarlo en respuesta
a daños en el sistema nervioso. Se ha demostrado que
alteraciones del control del ciclo celular que causan una
reentrada al ciclo en las células posmitóticas promueven
la muerte celular en lugar de la proliferación (Wang et
al., 2009), y que los cambios en los controladores del
ciclo celular generalmente preceden a la muerte neuronal
(Busser et al., 1998). En estos casos, la mitosis no se
completa ya que no hay evidencia de la condensación de
la cromatina ni de la formación de los husos mitóticos,
dos procesos indispensables para la progresión a la fase M
(Vincent et al., 1997).
En cerebros de pacientes con EA se han encontrado
niveles anormalmente elevados de algunos factores que
controlan la progresión del ciclo celular, como las cinasas
dependientes de ciclinas CDK4 y CDK5 y sus factores
reguladores p16 y p25, respectivamente (Arendt et al.,
1996; McShea et al., 1997). En el caso CDK5, una
cinasa que juega un papel importante en la fisiología
neuronal (Dhavan y Tsai, 2001), se sabe que se activa
al asociarse a p35 o p39. Una activación aberrante
de CDK5 ocurre cuando p35 es convertido a p25 por
medio de la calpaína, una proteasa dependiente de calcio
(Kusakawa et al., 2000), o por la acción del péptido βA
(Lee et al., 2000). Se sabe que la actividad de CDK5
está aumentada en cerebros de pacientes con EA en
donde también se ha encontrado una presencia elevada
de p25 (Patrick et al., 1999). Este activador también
está aumentado en modelos murinos de la EA (Oakley
et al., 2006). Interesantemente, ratones transgénicos que
sobreexpresan p25 presentan concentraciones elevadas
de βA42 en el cerebro (Cruz et al., 2003; Fisher y
Sloutsky, 2005; Kim et al., 2008); si CDK5 se inactiva
en estos ratones, la producción de β42 disminuye (Wen
et al., 2008).
Otro vínculo entre la elevación en la expresión de los
controladores del ciclo celular y la muerte de las neuronas
en la EA se encuentra en la acción tóxica de la proteína
tau que puede ser hiperfosforilada por las enzimas que
dirigen el progreso del ciclo celular (Dranovsky et al.,
2001; Husseman et al., 2000). Este mecanismo podría
estar mediado por el péptido βA, que induce alteraciones
en la vía de señalización de CDK5 activada por p35 y
p39 (Alvarez et al., 2001; Alvarez et al., 1999). Otros
marcadores de alteraciones del ciclo celular en la EA
incluyen neuronas con genomas tetraploides; estas
neuronas reentran al ciclo y terminan la fase S pero no
continúan más allá y se detienen en la fase M (Yang et
al., 2001).
Modelos de estudio de la EA
El desarrollo de los modelos experimentales animales que
reproduzcan tanto las características histopatológicas
como las conductuales de la enfermedad humana se ha
enfocado en dos estrategias: la administración exógena de
agentes neurotóxicos que mimetizan las lesiones típicas
de la EA y el desarrollo de modelos transgénicos.
Infusión intracerebral de βA
Algunas de las características de la enfermedad pueden
ser modeladas mediante la administración intracerebral
de los péptidos βA42 y/o βA43 en ratones, ratas e incluso
en primates. Mediante este tipo de aproximaciones
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER

INSTITUTO DE GERIATRÍA
132
experimentales se han descrito algunos de los efectos
tóxicos del péptido βA en estado soluble o en estados
intermedios de agregación. Por ejemplo, la administración
intracerebroventricular de este péptido resulta en un déficit
en el aprendizaje en roedores viejos, mas no en jóvenes,
que es independiente de la agregación del mismo y del
proceso de inflamación que la acompaña (Malm et al.,
2006). También se ha reportado el efecto de βA sobre los
sistemas de neurotransmisión colinérgico y glutamatérgico
y se ha descrito que este péptido es capaz de alterar la
actividad de la colin-acetiltransferasa, interactuar con los
receptores nicotínicos para acetilcolina y modificar en
general los procesos de aprendizaje y memoria (Tran et
al., 2002).
Se ha descrito que la inyección intracerebral directamente
en el hipocampo y la corteza somatosensorial de
un extracto celular rico en βA obtenido de ratones
transgénicos de APP induce la acumulación de tau, lo que
apoya la hipótesis que sostiene que βA es una molécula
activadora de la patología mediada por tau (Bolmont et
al., 2007). La administración conjunta de βA y tiorfan,
un inhibidor de la remoción de βA, causa en primates de
mediana edad un aumento significativo en la acumulación
intracelular de βA en neuronas de los ganglios basales,
la corteza y el hipocampo, lo que va acompañado de
atrofia y muerte neuronal (Li et al., 2010). Este tipo de
estrategias experimentales también ha permitido ensayar
el efecto terapéutico de algunos fármacos; por ejemplo,
la administración de T-817MA reduce las deficiencias
cognitivas debidas a la neurodegeneración causada por la
infusión del péptido (Kimura et al., 2009).
Modelos transgénicos
Los primeros modelos transgénicos para la EA están
basados en las mutaciones descritas para la EA familiar, a
pesar de que éstas afectan sólo a un pequeño porcentaje
de los casos. Muchas de las proteínas mutadas se han
expresado en organismos invertebrados como C. elegans
y D. melanogaster (Link, 2005). Los estudios en estas
especies comenzaron con la identificación de los genes
homólogos a APP, presenilinas, tau y ApoE para investigar
el efecto de las deleciones correspondientes. Se demostró
que el gen de APP en moscas (Rosen et al., 1989) y
en gusanos (Daigle y Li, 1993) carece de la secuencia
que codifica para βA. La deleción del gen homólogo de
APP en moscas no produjo alteraciones fenotípicas, pero
su sobreexpresión causó deficiencias en el proceso de
eclosión embrionaria (Torroja et al., 1999). En el caso de
las presenilinas, los gusanos poseen dos genes homólogos
para PS1 y PS2: sel-12, mientras que las moscas sólo uno:
spe-4 (Link, 2005). Como mencionamos anteriormente,
se ha descrito que sel-12 participa en la vía de señalización
Notch. Las alteraciones causadas por la deleción de sel-12
en C. elegans pueden ser rescatadas al insertar los genes
funcionales de presenilina humanos (Baumeister et al.,
1997).
En mamíferos, muchos de los estudios se han enfocado
al desarrollo de roedores transgénicos que en su mayoría
sobreexpresan alguna mutación en la APP en combinación
con mutaciones presenilinas. Además se han descrito
modelos transgénicos basados en alteraciones relacionadas
con la proteína tau y la combinación de ambas estrategias.
Uno de los primeros modelos generados en ratón emplea
el promotor del factor de crecimiento derivado de
plaquetas (PDGF), que está altamente expresado en el
sistema nervioso central, para dirigir la transcripción de
un transgen humano con la mutación V717F en la APP.
La línea generada se identifica como PDAPP, haciendo
referencia a la combinación del promotor y la mutación en
la APP (Games et al., 1995; Masliah et al., 1996).
En este modelo existe una mayor expresión del ARN
mensajero que codifica para la APP humana mutada en
relación con la APP silvestre del ratón (Rockenstein et
al., 1995), provocando la formación de placas de βA,
neuritas distróficas, pérdida de las terminales presinápticas
y activación de astrocitos y microglia, que correlacionan
con un deterioro de la memoria en tareas espaciales y con
problemas cognitivos en tareas asociativas a partir de los
6 meses de edad (Gerlai et al., 2002; Morgan, 2003).
También se han generado otros modelos que, de manera
semejante, expresan una mutación humana en la APP
bajo el control de otros promotores como el de la proteína
prion (PrP) (Borchelt et al., 1997; Hsiao et al., 1996) o
Thy1 (Andra et al., 1996; Sturchler-Pierrat et al., 1997).
En estos modelos, la acumulación de βA comienza a los
12 meses de edad pero la coexpresión de una mutación
en PS1 acelera la acumulación de βA desde los 4 meses
(Borchelt et al., 1997). Se han reportado diferencias
en cuanto al tipo y tiempo de la acumulación de βA en

133
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER
función del promotor usado en cada modelo; así, mientras
la expresión de la APP humana bajo el promotor de PDGF
resulta en la formación de placas difusas (Games et al.,
1995), las mutaciones controladas por los promotores
Thy1 y PrP favorecen la formación de placas seniles
maduras tanto en la corteza como en el hipocampo (Andra
et al., 1996; Hsiao et al., 1996).
Además de los modelos que acumulan βA en placas
seniles, se han desarrollado otros que favorecen su
acumulación intracelular. Uno de ellos fue desarrollado en
ratas transgénicas que expresan una mutación humana en
la APP (hAPP751) en combinación con una mutación en
PS1 (M146L) bajo el promotor de PDGF (Echeverria et
al., 2004). Estas ratas presentan una fuerte acumulación
de βA intracelular y, a partir de los 15-18 meses,
desarrollan depósitos extracelulares, mientras que otro
modelo transgénico en ratas que expresan mutaciones
en la APP en combinación con la mutación M146V en
PS1 bajo el promotor de sinapsina-1, desarrolla placas
seniles desde los 7 meses de edad (Flood et al., 2009).
También se han diseñado modelos transgénicos con la
finalidad de reproducir la patología inducida por la proteína
tau. El ratón transgénico con la mutación P301S en tau
desarrolla la acumulación de ONFs en la médula espinal,
el cerebelo y el cerebro anterior, lo que genera deficiencias
motoras y muerte neuronal en la médula espinal. La
presencia de ONFs en este ratón correlaciona con un
desempeño pobre en el laberinto acuático de Morris
(Ramsden et al., 2005). Por otro lado, el ratón rTg 4510
expresa la mutación P301L de tau que está asociada a
la demencia frontotemporal. Dicho modelo también
presenta la formación de ONFs en regiones cerebrales
relevantes en la EA (corteza e hipocampo), además de un
declive cognitivo temprano a partir de los 4 meses de edad
y neurodegeneración (Gotz et al., 2001).
Un modelo en ratones que de manera muy interesante
desarrolla acumulación intracelular y extracelular de βA,
además de acumulación patológica de la proteína tau, es
el denominado triple transgénico de la EA (3xTg-AD).
Este modelo tiene la mutación sueca de APP, la mutación
P301L de tau y la mutación M146V de PS1. El modelo
se realizó introduciendo directamente dos transgenes
humanos (APPswe y tauP310L) adicionales a una línea
germinal de ratones modificados genéticamente con una
mutación en el gen de PS1. Ambos genes insertados
están bajo el control del promotor de Thy1, que permite
que los genes se expresen sólo en el sistema nervioso del
ratón (LaFerla et al., 2007). En el modelo 3xTg-AD, los
depósitos en placas del péptido βA y de marañas de tau se
desarrollan en regiones cerebrales de relevancia en la EA
humana y, además, se acumulan a través del tiempo. Estos
ratones comienzan a presentar deficiencias en procesos de
memoria y aprendizaje a partir de los 6 meses de edad,
causadas por la acumulación de βA intraneuronal, sin que
se observen aún alteraciones estructurales en las neuronas.
A medida que progresa la enfermedad, la acumulación
de placas seniles y de marañas neurofibrilares provoca
cambios estructurales que potencian el déficit cognitivo.
El modelo 3xTg-AD es el primer modelo animal que
desarrolla placas y neurofibrillas; además, lo hace de
manera progresiva. Estos ratones muestran déficits en la
plasticidad sináptica antes de que se observen las placas y
las neurofibrillas en las células cerebrales, por lo cual es muy
similar al desarrollo de la enfermedad en humanos (Oddo
et al., 2003a; Oddo et al., 2003b). Ningún modelo animal
reproduce por completo la enfermedad del humano, pero
sí contribuyen a la generación de información, lo que ha
permitido identificar algunos de los mecanismos mediados
por el péptido βA en la generación de la fisiopatología de
la EA, y han servido en pruebas preclínicas de agentes con
potencial terapéutico.
COMENTARIO FINAL
A pesar de la gran cantidad de información que se tiene
actualmente sobre los posibles mecanismos celulares y
moleculares involucrados en la patología de la EA, aún
no se conoce con certidumbre de que manera éstos
promueven la neurodegeneración y las alteraciones
fisiopatológicas presentes en esta enfermedad. Existe,
además, una gran diversidad de variables y síndromes
similares que sugieren que los mecanismos implicados en
este proceso son heterogéneos, por lo que el entendimiento
de las interacciones entre todos estos factores resultará de
gran relevancia para la comprensión de la patología y el
desarrollo de terapias efectivas.
Algunas pruebas clínicas permiten evaluar las mutaciones
en los genes implicados en la EA de tipo familiar e
identificar los alelos relacionados con la susceptibilidad
a la EA esporádica. Sin embargo, las pruebas genéticas

INSTITUTO DE GERIATRÍA
134
deben ser usadas como una herramienta predictiva y no
de diagnóstico, pues conclusiones equivocadas debido
a una interpretación sesgada o errada pueden acarrear
consecuencias serias en el estado emocional de los
individuos y en sus familias. Por otro lado, a pesar de que
la evidencia genética disponible aún no permite obtener
un diagnóstico temprano para el estudio de terapias,
es innegable la importancia de esta información para el
desarrollo de nuevas hipótesis y modelos que permitan
entender los mecanismos que subyacen a la enfermedad.
Dado el fenómeno de envejecimiento poblacional que
está ocurriendo en México y en el mundo, el estudio de
las enfermedades crónico-degenerativas que afectan
principalmente a los adultos mayores adquiere una
gran relevancia en diferentes ámbitos, incluyendo a la
investigación biomédica básica.
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RESUMEN CURRICULAR DE LOS AUTORES
Perla Moreno Castilla
Estudió la licenciatura en Química Farmacéutico Biológica
y la maestría en Ingeniería en la Facultad de Química de la
UNAM. Es profesora de asignatura en el Departamento
de Bioquímica de la Facultad de Medicina y en la carrera
de Biología de la Facultad de Ciencias de la UNAM.
Forma parte del personal académico del Departamento de
Neurociencias Cognitivas del Instituto de Fisiología Celular
de la UNAM. Trabaja en el laboratorio de aprendizaje y
memoria, donde estudia los trastornos de la transmisión
neuroquímica durante el deterioro cognitivo en un modelo
transgénico de la enfermedad de Alzheimer.
Luis B. Tovar y Romo
Licenciado en Investigación Biomédica Básica y doctor
en Ciencias por la Universidad Nacional Autónoma
de México. Especialista en mecanismos celulares y
moleculares de la muerte neuronal en las enfermedades
neurodegenerativas. Ha trabajado en laboratorios de
investigación básica en los institutos de Investigaciones
Biomédicas y de Fisiología Celular de la UNAM, en el
Instituto de Biología del Desarrollo de Marsella Luminy,
del Instituto Nacional de Salud e Investigación Médica
de Francia, y en el Departamento de Neurología de la
Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins
en Estados Unidos. Ha sido investigador en Ciencias
Médicas del Instituto de Geriatría y profesor de asignatura
de la Facultad de Medicina de la UNAM. Actualmente es
investigador postdoctoral en Johns Hopkins.

ENFERMEDAD DE PARKINSON
Perla Moreno Castilla
División de Neurociencias, Instituto de Fisiología
Celular, Universidad Nacional Autónoma de
México.
perlamc@ifc.unam.mx
Luis Bernardo Tovar y Romo
Department of Neurology, The Johns Hopkins
University School of Medicine.
ltovary1@jhmi.edu

140
RESUMEN
La enfermedad de Parkinson (EP) es la segunda
enfermedad neurodegenerativa más común después
de la enfermedad de Alzheimer y uno de los más antiguos
padecimientos crónico-degenerativos de los que se
tienen registros. En el sistema de medicina tradicional
de India se le conocía como Kampavata y una de las
primeras referencias de este padecimiento en la medicina
occidental fue hecha por Galeno, quien le dio el nombre de
“parálisis agitante”. No obstante, fue el médico británico
James Parkinson quien, con base en observaciones clínicas
realizadas por él mismo en seis pacientes, publicó en 1817
un ensayo con la primera descripción sistemática e integral
sobre la parálisis agitante. El nombre de “enfermedad de
Parkinson” le fue dado por Jean Martin Charcot, un célebre
neurofisiólogo francés que, entre otras aportaciones a la
medicina, describió por primera vez la esclerosis lateral
amiotrófica.
La EP ocurre en la adultez media-mayor, generalmente
entre los 50 y 80 años de edad, y su frecuencia muestra
el nivel más alto entre los 65 y 75 años; la incidencia
se reduce significativamente después de los 80 años.
Esta enfermedad afecta a 1% de la población mayor de
65 años y las manifestaciones sintomatológicas más
prominentes son lentitud en los movimientos voluntarios
(bradicinecia), temblor en reposo, rigidez, anormalidades
en la marcha e inestabilidad postural (Thomas y Beal,
2007). El origen de la EP es la muerte progresiva de
las neuronas dopaminérgicas de la sustancia nigra pars
compacta que proveen la innervación dopaminérgica
del estriado, aunque la muerte neuronal también ocurre
en menor medida en núcleos catecolaminérgicos y
serotoninérgicos en el tallo cerebral, el hipotálamo,
algunas regiones de la corteza (neuronas corticales
pequeñas) y en el núcleo basalis de Meynert (Beal,
2001). Histopatológicamente, la EP se caracteriza por la
presencia de inclusiones eosinofílicas intracitoplasmáticas
en las neuronas sobrevivientes llamadas cuerpos de Lewy.
Estos cuerpos están constituidos por un centro granular
denso rodeado de un halo filamentoso y se caracterizan
por un alto contenido de α-sinucleína y ubiquitina, que
pueden estar en los somas o en las dendritas neuronales.
Aunque la EP se presenta típicamente en edades
avanzadas, existen también formas juveniles. De acuerdo
con la edad de inicio de los síntomas, es posible distinguir
la EP juvenil, cuyos primeros síntomas se presentan
antes de los 20 años; la EP de inicio temprano presenta
síntomas antes de los 50 años y la EP de inicio tardío, en la
mayoría de los casos idiopática, se manifiesta después de
los 50 años de edad (Pankratz et al., 1993). Las formas
juveniles están ligadas a factores ambientales como la
exposición a toxinas y a mutaciones.
En este capítulo mencionaremos las alteraciones
genéticas que dan origen a la EP familiar y algunos de los
mecanismos moleculares que pueden estar involucrados en
la muerte de las neuronas dopaminérgicas de la sustancia
nigra. Revisaremos también los rasgos principales de la
transmisión sináptica dopaminérgica y describiremos el
circuito motor de los ganglios basales que es afectado
por la pérdida de la dopamina en el estriado. Finalmente,
mencionaremos algunos de los modelos experimentales
que se han desarrollado para el estudio de la EP.
Alteraciones genéticas como causa de la EP
El origen de la muerte neuronal en la EP es desconocido,
pero aproximadamente 10% de los casos es ocasionado
por alteraciones genéticas que siguen un modelo de
herencia mendeliano. Se han ligado mutaciones en 6
genes diferentes a formas monogénicas de parkinsonismo;
no obstante, los mecanismos moleculares por los cuales
las alteraciones en estos genes causan la enfermedad no
se tienen bien entendidos, así como tampoco se conoce
mucho acerca de las funciones fisiológicas de la mayoría
de ellos.
Entre los genes mutados se encuentra la α-sinucleína
presente en los cuerpos de Lewy. Aunque no se conoce con
precisión la función fisiológica de esta proteína, se sospecha
que puede estar involucrada en el almacenamiento y la
compartimentación de neurotransmisores, así como en
el reciclaje de vesículas sinápticas (Yavich et al., 2006;
Yavich et al., 2004). Los ratones knockout de α-sinucleína
son viables, fértiles y no tienen alteraciones funcionales
del cerebro, por lo que las mutaciones en esta proteína
deben causar la patología a través de un mecanismo de
ganancia de función (Abeliovich et al., 2000).
Otras alteraciones genéticas involucradas en la EP
incluyen los genes parkin, DJ-I, PINK1, LRRK2 y
ATP13A2. Parkin codifica una proteína con un dominio

141
N-terminal parecido a ubiquitina y que tiene la función
de ubiquitina ligasa para la degradación de proteínas
blanco en el proteasoma (Shimura et al., 2000; Zhang
et al., 2000); la pérdida de la actividad catalítica de esta
proteína debida a mutaciones origina una forma temprana
de la EP (Kitada et al., 1998). A DJ-1 se le han atribuido
funciones de antioxidante, coactivador transcripcional y
chaperona, y la pérdida de su función ha sido asociada
con un parkinsonismo de origen temprano (Bonifati et
al., 2003). PINK1 codifica para una proteína mitocondrial
cuya función exacta aún no se ha dilucidado, pero se sabe
que las mutaciones en este gen ocasionan una serie de
alteraciones mitocondriales que eventualmente conducen
a las neuronas a la muerte apoptótica (Petit et al., 2005;
Valente et al., 2004). Tampoco se conoce la función de
LRRK2, pero se sabe que tiene dominios con homologías
a GTPasas y MAPKKK (proteínas reguladoras de vías de
señalamiento intracelular) y se ha encontrado mutada
en casos familiares y esporádicos de la EP (Thomas y
Beal, 2007). Finalmente, ATP13A2 es una proteína
de la membrana lisosomal con un dominio de ATPasa
que se ha encontrado alterada en algunas familias con
parkinsonismo (Najim al-Din et al., 1994; Ramirez et
al., 2006). De los genes anteriormente mencionados,
α-sinucleína y LRRK2 transmiten la enfermedad con un
modelo de herencia autosómico dominante y el resto de
ellos lo hacen de manera recesiva.
El envejecimiento y la enfermedad de Parkinson
El envejecimiento es un factor de riesgo para el
desarrollo de la EP, sin embargo, el hecho de que la
incidencia disminuya al superar los 80 años involucra
que, a diferencia de lo que sucede en la enfermedad de
Alzheimer, no es un factor que esté directamente asociado
a la presentación de la misma. Aun así, cabe considerar
que durante el envejecimiento ocurren una serie de
alteraciones bioquímicas, morfológicas y funcionales
que incrementan el riesgo de padecer la enfermedad; por
ejemplo, se sabe que el envejecimiento involucra una
pérdida significativa de neuronas de la sustancia nigra
(Stark y Pakkenberg, 2004). Aunque existe una discusión
sobre el grado de alteraciones más finas que ocurren en
los cerebros envejecidos en cuanto al volumen de los
somas o la morfología de los procesos neuronales (Eriksen
et al., 2009). Sin embargo, la pérdida neuronal en la
vejez tiene cierto grado de compensación; por ejemplo,
se ha demostrado que las neuronas sobrevivientes
de la sustancia nigra pars compacta tienen un nivel
incrementado de síntesis de tirosina hidroxilasa, la enzima
que cataliza el paso limitante en la síntesis de dopamina
(Greenwood et al., 1991), así como hipertrofia de las
neuronas pigmentosas de la sustancia nigra (Rudow et
al., 2008).
Transmisión sináptica dopaminérgica
La dopamina es un neurotransmisor que pertenece a la
familia de las catecolaminas por poseer en su estructura
un grupo catecol (anillo de benceno con dos sustituyentes
hidroxilo y un grupo amino) y está involucrada en un
número importante de procesos cerebrales como el control
de los movimientos, el sistema límbico de recompensa y
procesos cognitivos. La concentración de dopamina en el
cerebro debe mantener un estado dinámico que se regula
por la tasa de síntesis y degradación de la misma. La
enzima que limita la biosíntesis de la dopamina y de otras
catecolaminas es la tirosina hidroxilasa (TH), que cataliza
la adición de un grupo hidroxilo en la posición meta de
la tirosina, formando el compuesto dihidroxifenilalanina,
también conocido como dopa (figura 1). La TH, también
denominada tirosina 3-monooxigenasa, pertenece a la
familia de hidroxilasas de aminoácidos aromáticos que
utilizan tetrahidrobiopterina como coenzima y hierro
(II) no unido a un grupo hemo como cofactor (Haavik y
Toska, 1998)
ENFERMEDAD DE PARKINSON
Figura 1. Biosíntesis de dopamina.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
142
El gen de la TH en humanos está conformado por 14
exones y 13 intrones que al ser traducidos dan origen a 4
isoformas de la enzima (Goldstein y Lieberman, 1992).
La TH es un homotetrámero formado por unidades de
60 kDa; cada subunidad posee un dominio catalítico y
uno regulador; el dominio catalítico que corresponde al
extremo C-terminal es el más conservado en la evolución
y es donde interactúan la coenzima y el sustrato durante
la catálisis. La TH tiene una actividad finamente regulada
por la concentración de su cofactor y de las catecolaminas
y por el estado de fosforilación de su dominio regulador
ubicado en el extremo N-terminal, que tiene un efecto
inhibidor sobre la actividad enzimática. Esta inhibición
desaparece cuando se activa la enzima mediante la
fosforilación de los residuos de serina S8, S19, S31, S40 y
S153 (Goldstein y Lieberman, 1992).
Posteriormente, en la síntesis de dopamina, la enzima
dopa-descarboxilasa, una descarboxilasa de aminoácidos
aromáticos, cataliza la remoción del grupo carboxilo de
dopa para formar dopamina. Esta enzima tiene una tasa
de actividad elevada, lo que implica que, en condiciones
fisiológicas, la concentración de dopa en la mayoría de
las células es baja ya que el estado de equilibrio tiende a
la conversión de dopa a dopamina. En algunas células, la
dopamina es transformada a otras catecolaminas como la
adrenalina o la noradrenalina, pero en las neuronas de la
sustancia nigra la dopamina es el producto final de esta
ruta de biosíntesis. Una vez que la dopamina es sintetizada
en el citoplasma de las neuronas dopaminérgicas, es
almacenada rápidamente en vesículas sinápticas mediante
un transportador dependiente de ATP en un proceso
acoplado al cotransporte de protones.
En la transmisión sináptica, la concentración de dopamina
en el espacio extracelular se regula por medio de un
proceso de recaptura que involucra la participación de un
transportador proteico ubicado en la membrana celular
de las neuronas dopaminérgicas. El transportador de
dopamina utiliza el gradiente de sodio para cotransportar
Na+ y dopamina hacia el citoplasma, donde la mayor
parte de la dopamina es almacenada nuevamente en
vesículas sinápticas. La dopamina que queda en el citosol
es transformada por la monoamino oxidasa mitocondrial
en ácido valinilmandélico y 3-metoxi-4-hidroxi fenilglicol.
Por otro lado, la dopamina extracelular que se difundió
de la región sináptica es degradada por la monoamino
oxidasa extracelular o por la catecol-O-metil transferasa
(Bannon, 2005).
La actividad biológica de la dopamina ocurre mediante
su interacción con receptores específicos que han sido
clasificados en dos familias en función de su estructura
proteica, secuencia génica y de su acoplamiento a sistemas
de transducción de señales. Los receptores de la familia
I (receptores D-1 y D-5) están acoplados a proteínas G
estimuladoras (Gs o Go) que activan a la adenilato ciclasa
y promueven la formación de adenosín monofosfato
cíclico (AMPc), mientras que los receptores de la familia II
(receptores D-2, D-3 y D-4) están acoplados a proteínas
Gi que inhiben a la adenilato ciclasa y, en consecuencia,
disminuyen la concentración de AMPc. La activación
de cualquiera de las dos familias de receptores resulta
en la modulación de la actividad neuronal mediante
la modificación de la actividad de numerosos canales
iónicos dependientes de voltaje. Los efectos excitadores
o inhibidores de la dopamina en la transmisión sináptica,
en el metabolismo intracelular y en la expresión de
genes regulada por este neurotransmisor dependen de
la expresión de los diferentes receptores a dopamina en
las neuronas postsinápticas y del contexto celular que
promueva la activación de los receptores (Cooper, 2003).
Figura 2. Almacenamiento, liberación, recaptura y
procesamiento de la dopamina.

143
La mayoría de las neuronas dopaminérgicas se encuentran
en el cerebro medio, en la sustancia nigra y en el área
ventral tegmental adyacente, prolongando sus fibras
nerviosas a extensas áreas del cerebro anterior. Las
neuronas dopaminérgicas más activas proyectan hacia el
estriado, donde se modulan la postura y el movimiento.
Las células dopaminérgicas que tienen origen en el área
ventral tegmental inervan estructuras límbicas como
el núcleo accumbens, la amígdala y el septum, donde
se piensa que la dopamina modula las emociones y la
motivación. Otras neuronas del área ventral tegmental
proyectan hacia regiones corticales como la corteza frontal
cingulada, donde la dopamina tiene efectos sobre procesos
cognitivos y de atención (Smith y Villalba, 2008).
El circuito motor de los ganglios basales y sus
alteraciones en la EP
En la EP, la pérdida de neuronas dopaminérgicas de
la sustancia nigra causa una deficiencia severa de
dopamina y de sus metabolitos, lo que genera los tres
principales síntomas de la enfermedad: la bradicinesia,
la rigidez muscular y los temblores, mientras que la
neurodegeneración de neuronas dopaminérgicas en
regiones mesolímbicas y mesocorticales se relaciona
en mucho menor proporción con perturbaciones en la
atención y en la memoria. Sin embargo, los síntomas
principales de la EP se manifiestan clínicamente hasta
que hay una pérdida de aproximadamente 70% de las
neuronas dopaminérgicas que inerva el estriado (Braak et
al., 2004). La pérdida de neuronas dopaminérgicas puede
estar compensada mediante un aumento en la síntesis
y liberación de dopamina o mediante un aumento en la
expresión de receptores D2 en el estriado (Braak et al.,
2004).
El putamen, que junto con el núcleo caudado constituye
al estriado, es la entrada al circuito motor de los ganglios
basales y recibe aferencias excitadoras glutamatérgicas
de la corteza cerebral provenientes de áreas motoras
precentrales. La salida del circuito se da a través del globo
pálido interno y de la sustancia nigra reticulada, que
envían proyecciones GABAérgicas inhibidoras hacia el
tálamo ventral-anterior y ventral-lateral. El tálamo, a su
vez, envía proyecciones glutamatérgicas de regreso hacia
las áreas corticales motoras. De esta forma, la actividad de
la corteza bloquea la inhibición que el globo pálido interno
y la sustancia nigra reticulada ejercen sobre el tálamo. Este
bloqueo se da a través del putamen mediante dos vías
paralelas: la vía GABAérgica directa, que va del putamen al
globo pálido interno y a la sustancia nigra reticulada, y la
vía indirecta, que tiene como relevos la inhibición del globo
pálido externo, que a su vez inhibe al núcleo subtalámico
que estimula al globo pálido interno y a la sustancia nigra
reticulada (figura 3) (Albin et al., 1989).
ENFERMEDAD DE PARKINSON
Figura 3. El circuito motor de los ganglios basales. La vía de
inhibición GABAérgica directa se muestra en naranja y la vía
indirecta en negro.
Este arreglo inhibidor y excitador facilita la actividad del
tálamo cuando se activa la vía directa y, por el contrario,
su actividad se inhibe al activarse la vía indirecta. La
dopamina proveniente de la sustancia nigra regula la
actividad de estos sistemas opuestos. La dopamina
produce un aumento en la actividad de los receptores
D-1 del putamen, para favorecer las proyecciones de la
vía directa, al tiempo que se inhibe la actividad de los
receptores D-2, para mantener apagada la ruta indirecta
del circuito motor.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
144
La disfunción dopaminérgica en la EP origina entonces un
aumento en la vía inhibidora al mantenerse la actividad
de las neuronas GABAérgicas del globo pálido medial y de
la sustancia nigra reticulada, lo que produce la inhibición
del movimiento coordinado por regiones corticales, que se
manifiesta como bradicinesia (Hornykiewicz, 1998). Por
otro lado, en el globo pálido, los núcleos subtalámicos y el
núcleo accumbens, los niveles de dopamina están reducidos
en 40- 80%. La pérdida de la modulación de la dopamina
en los segmentos pálidos y en núcleos subtalámicos
que participan en el circuito motor antes descrito podría
agravar los problemas motores de la EP, mientras que en el
núcleo accumbens la pérdida de neuronas dopaminérgicas
afecta funciones tanto motoras como límbicas, en especial
las relacionadas con la motivación, lo que contribuye tanto
al deterioro motor como a la manifestación de la depresión
clínica que padecen algunos pacientes (Hornykiewicz,
1998).
La enfermedad de Parkinson actualmente no tiene cura
y el tratamiento a los pacientes consiste en aliviar los
síntomas, lo que involucra, principalmente, reducir la
agitación muscular involuntaria y conferirle al enfermo
un mayor control de los movimientos voluntarios. Si
la pérdida de la dopamina en áreas del cerebro como la
sustancia nigra y el estriado es la causa del descontrol
motor que sufren los pacientes, la recuperación de la
misma puede conferir una mejoría. La administración de
levodopa, un fármaco precursor de la dopamina, junto
con inhibidores de la monoamino oxidasa y la catecol-
O-metil transferasa, incrementa la concentración de
dopamina que las neuronas pueden almacenar y utilizar
en el control de los movimientos. Sin embargo, el progreso
de la degeneración neuronal de la sustancia nigra y una
prolongada exposición a levodopa terminan por disminuir
la eficacia del tratamiento e, incluso, propician la aparición
de nuevos síntomas como movimientos involuntarios
llamados discinesias, de tal forma que este tratamiento no
representa una solución definitiva para la EP (Poewe et
al., 2010).
La fisiología de las neuronas dopaminérgicas es particular,
a diferencia de otros tipos neuronales; las neuronas de
la sustancia nigra pars compacta son autonómicamente
activas, generando potenciales de acción regulares de
2 a 4 hertzios en la ausencia de una entrada sináptica
(Grace y Bunney, 1983), lo que les confiere una actividad
de marcapaso que puede ser importante para mantener
los niveles de dopamina en las regiones inervadas en el
estriado. Sin embargo, esta característica también podría
incrementar la susceptibilidad a la neurodegeneración
mediada por procesos intracelulares derivados de
alteraciones en la homeostasis del calcio, ya que la entrada
constante de este catión es, en parte, responsable de la
actividad de marcapaso (Puopolo et al., 2007).
Modelos experimentales para el estudio de la EP
La mayoría de los modelos experimentales in vivo de
la EP hacen uso de fármacos (Beal, 2001). El primer
fármaco empleado para modelar esta enfermedad fue
la 6-hidroxidopamina, la cual se acumula dentro de las
neuronas dopaminérgicas e induce la muerte celular a
través de un mecanismo oxidante; aunque este modelo no
reproduce la aparición de cuerpos de Lewy, sí provee una
característica funcional que puede ser evaluada, ya que
las ratas tratadas con 6-hidroxidopamina y anfetaminas
presentan una conducta de giro ipsilateral que es
proporcional a la severidad de la lesión en el cerebro (Beal,
2001). Otro fármaco que se ha empleado para modelar
esta enfermedad es la rotenona, un insecticida que inhibe
con alta afinidad al complejo I de la cadena respiratoria; la
administración de rotenona a ratas causa la degeneración
de las neuronas nigroestriatales con los marcadores
bioquímicos característicos de la EP, como la disminución
de la TH, el transportador de dopamina y el transportador
vesicular de monoaminas y la aparición de inclusiones
citoplasmáticas similares a los cuerpos de Lewy.
El modelo mejor caracterizado para reproducir la patología
de la EP hace uso de la toxina metil-fenil-tetrahidropiridina
o MPTP, un producto tóxico derivado de la síntesis de
un análogo de la heroína. El MPTP es catabolizado por
la monoamino oxidasa en MPP+; esta molécula se puede
incorporar a las neuronas niroestriatales a través del
transportador de dopamina; una vez adentro, es capturada
y acumulada en las mitocondrias donde funciona
como inhibidor del complejo I de la cadena respiratoria.
Adicionalmente al bloqueo de la cadena respiratoria, el
MPP+ causa la muerte neuronal a través de mecanismos
oxidantes.
Existen pocos modelos transgénicos de la EP, uno de
ellos expresa una mutante de α-sinucleína bajo el control
transcripcional de Thy1. La expresión de la α-sinucleína

145
mutada induce la aparición de algunos rasgos de la
EP como un incremento de esta misma proteína en las
neuronas y la presencia de cuerpos de Lewy en algunas
regiones cerebrales (Van der Putten et al., 2000).
COMENTARIO FINAL
Como es el caso de todas las enfermedades
neurodegenerativas, los procesos celulares y moleculares
que subyacen a la muerte de las neuronas dopaminérgicas
en la EP no se conocen por completo. La selectividad
de la muerte neuronal, en este y en los padecimientos
similares, es un fenómeno que no se tiene bien entendido.
Aunque se sabe que la tasa metabólica de las neuronas
dopaminérgicas de la sustancia nigra pars compacta es
alta y es susceptible a procesos oxidantes generalmente
asociados a un mal funcionamiento del complejo I de la
cadena respiratoria en las mitocondrias de estas neuronas
y a una elevada presencia de hierro que puede favorecer
la síntesis de productos de oxidación, no se sabe por qué
otro tipo de neuronas con tasas metabólicas igualmente
elevadas y susceptibles al estrés oxidante no se pierden en
esta enfermedad.
Como se mencionó anteriormente, los síntomas de la
enfermedad pueden ser aliviados, aunque de manera
temporal, con la estimulación de la síntesis de dopamina
en el cerebro. Actualmente, se exploran mecanismos,
como la estimulación magnética transcraneal o la terapia
con células troncales, que puedan incrementar la síntesis
de dopamina y conferir la estabilidad del circuito motor de
los ganglios basales con efectos más duraderos. Debido
a la alta prevalencia de la enfermedad, el entendimiento
de los procesos biológicos que dan origen a la EP y la
implementación de terapias efectivas derivadas del mismo
resultan un asunto de gran importancia.
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RESUMEN CURRICULAR DE LOS AUTORES
Ver página 138.

MECANISMOS DE
ENVEJECIMIENTO
CARDIOVASCULAR
María del Carmen Palacios Reyes
Unidad de Investigación Médica en Genética
Humana, Hospital de Pediatría, Centro Médico
Nacional Siglo XXI, IMSS.
cyapalacios@gmail.com

148
RESUMEN
El envejecimiento cardiovascular es el factor de riesgo
más importante de enfermedad cardiovascular. Las
principales alteraciones que se desarrollan conforme
avanza la edad son la rigidez vascular y la disfunción
endotelial. La primera está dada por alteraciones en las
fibras de la matriz intercelular, predominantemente por
colágena, el factor de crecimiento transformante beta, las
enzimas metaloproteinasas y los inhibidores tisulares de
metraloproteinasas. La segunda se define por alteraciones
en la respuesta vasodilatadora a los cambios en el tono
vascular mediado por el flujo. El factor esencial que
contribuye a este último proviene de la disminución
en la producción de óxido nítrico endotelial, (principal
vasodilatador regulado por el tono vascular) y, en forma
secundaria, por una mayor derivación de esta vía hacia la
ruta de arginasa (que conduce a la generación de especies
reactivas de oxígeno -ROS- como anión superóxido (O2-),
peróxido de hidrógeno (H2O2), radical hidroxilo (OH) y
peroxinitritos). Por otro lado, el acortamiento telomérico,
generado mediante divisiones celulares consecutivas y
que conduce a disfunción del telómero, participa en la
senescencia celular o apoptosis. Por lo tanto el aumento en
la producción de ROS, particularmente a nivel mitocondrial,
la disminución en la actividad y/o expresión de enzimas
de los sistemas antioxidantes y la disfunción telomérica,
son los factores que más contribuyen a generar cambios
asociados al envejecimiento cardiovascular. Sin embargo,
existen otros factores relevantes que no se deben perder
de vista como la inflamación (dada principalmente por
NFkB), el daño al ADN generado por el incremento de los
radicales libres, cambios en la expresión de endotelina-1
(vasoconstrictor) y tetrahidobiopterina, entre otros.
Envejecimiento cardiovascular
La principal causa de mortalidad en el mundo la ocupan
las alteraciones cardiovasculares y 80% se asocia con
daño a nivel vascular. Además de diversos factores de
riesgo ambientales, el que representa el mayor riesgo es la
edad avanzada. A medida que envejecemos se presentan
diversos cambios tanto a nivel estructural como funcional
(Minamino et al., 2007; Lakkata, 2003; Wu et al., 2011;
Maruyama, 2011).
Los principales cambios cardiovasculares que se desarrollan
conforme aumenta la edad son:
1. Aumento en la rigidez de grandes arterias
2. Disfunción endotelial vascular
Rigidez vascular
Una de las funciones de las grandes arterias es “amortiguar”
el impacto hemodinámico del aumento de volumen
derivado de cada contracción sistólica, favoreciendo el
flujo adecuado a nivel cardiaco y periférico, el cual es
regulado por el tono de los vasos sanguíneos. El tono
vascular de las grandes arterias cambia a lo largo de la vida,
de tal manera que al envejecer se incrementa la rigidez, lo
cual genera diversos cambios en el sistema cardiovascular:
•Aumenta la poscarga del corazón, lo que conlleva
a hipertrofia ventricular, misma que es predictora de
mortalidad en general y de mortalidad cardiovascular.
•Disminuye la perfusión arterial coronaria por
deficiencia en la presión diastólica y, por lo tanto,
genera isquemia miocárdica y probablemente
contribuye al desarrollo de falla cardiaca del anciano.
•Genera aumento de la presión del pulso, lo que
produce más cambios elásticos en la pared arterial,
lo que a su vez acelera procesos ateroscleróticos e
hipertensión.
Además de las repercusiones hemodinámicas, la rigidez
se asocia a cambios estructurales y cambios moleculares
en las paredes arteriales. Los cambios estructurales de la
pared vascular están dados principalmente por cambios
en la expresión génica, cambios arquitecturales como el
remodelamiento de la matriz extracelular y cambios en la
bioactividad de proteínas estructurales de las paredes de
los vasos (Kovacic et al., 2011A; Kovacic et al., 2011b;
Díez, 2007).
Fibras de la matriz intercelular
El remodelamiento vascular consiste básicamente en
cambios en el grosor de las capas íntima y medial de los
vasos sanguíneos. El engrosamiento está dado por el
remodelamiento de la matriz extracelular, la cual presenta
cambios en los elementos estructurales de la pared arterial
como pérdida y fragmentación de elastina, fractura de
fibras elásticas y calcificación de paredes, aumento de
colágeno, cambios en el número de puentes cruzados
entre las fibras de colágeno y aumento de fibronectina.
Estos cambios se han descrito principalmente en la capa
media de los vasos, pero aún falta determinar los cambios
que pudieran existir en la adventicia.

149
La relevancia que tienen la colágena I y III es que son las
proteínas principales de la matriz, ya que representan 90%
de las colágenas de la pared arterial. Las fibras de colágeno
I y II tienen mayor expresión en la capa adventicia de la
carótida de ratones viejos con respecto a jóvenes, y menor
en la capa media y en toda la pared arterial. Además de los
cambios en la cantidad y enlaces de las fibras elásticas, se
presentan modificaciones del colágeno y elastina como la
glicosilación, en donde específicamente la glicooxidación
confiere aumento en la rigidez arterial (Hae-Young y
Byung-Hee, 2010; Benetos et al., 2002; Blacher y Safar,
2005; Fleenor et al., 2010; Ramasamy et al., 2005;
Yasmin y O´Shaughnessy, 2008).
Otro mecanismo que se asocia a cambios estructurales
y cambios moleculares en las paredes arteriales es
mediado principalmente por elementos como el factor
de crecimiento transformante beta (TGF-β1), citocina
profibrótica que estimula la síntesis de fibras de la matriz y
tiene actividad antiproliferativa. Al envejecer, se aumenta
su expresión pero disminuye su actividad antiproliferativa
aunque sigue actuando en la supresión de proteasas y en
la activación de inhibidores tisulares de metaloproteasas
de la matriz (MMPs).
En la rata, a medida que envejece, se genera aumento de
la fibronectina y colágeno en células de la íntima vascular,
lo cual se asocia con incremento en la expresión de TGFβ.
A nivel de la adventicia, se incrementa la cantidad
de colágena I y III, esto también está asociado con el
aumento de TGF-β1. Se asocia, además, con un aumento
de la alfa-actina de músculo liso, que es un marcador de
transformación fibroblástica de la adventicia a un fenotipo
secretor (miofibroblasto productor de colágeno), por lo
que el aumento de TFG-β1 contribuye a la transformación
de las células a un fenotipo profibrótico y, por lo
tanto, favorece la transformación de los fibroblastos a
miofibroblasto con el consecuente aumento en la síntesis
de fibras de la matriz.
A nivel de capa media, los ratones viejos presentan menor
expresión de elastina, lo que se asocia con menor expresión
de lisil-oxidasa, enzima prosintética de elastina y mayor
expresión de la enzima degradadora de elastina MMP2;
la disminución de lisil-oxidasa se asocia al aumento de
TGF-β1.
Por otro lado, el TFG-β1 aumenta la producción de
superóxido y depósito de colágeno tipo I y podría inducir
en fenotipo osteogénico de fibroblastos, asociándose, por
lo tanto, con la calcificación mediada por inflamación,
elastolisis y estrés oxidativo.
También existen cambios en mecanismos que tienen
que ver con la angiogénesis y vasculogénesis, como el
aumento de metaloproteinasas de la matriz MMPs-2 y 7 y
disminución de MMP-9, así como aumento de inhibidores
tisulares de metaloproteinasas (TIMPs). Algunos de estos
cambios se correlacionan con alteraciones en la función
ventricular; en ratones, por ejemplo, el aumento de MMP2
modifica el remodelamiento de la aorta y el de TIMP-2
altera la angiogénesis.
Aunado a la rigidez vascular, durante el proceso de
envejecimiento también se presentan anomalías
estructurales a nivel cardiaco:
•Hipertroa del cardiomiocito
•Aumento de la matriz intercelular
•Aumento de colágeno
•Disminución en el número de cardiomiocitos por
necrosis y apoptosis.
Estos cambios estructurales repercuten en la contractilidad
del miocardio, en la prolongación de la contracción y
relajación del corazón, y en la sensibilidad al calcio. Los
cambios estructurales están dados por estrés oxidativo,
alteraciones en la reparación celular, acortamiento
de telómeros, alteraciones metabólicas, cambios
en las modificaciones postraduccionales y procesos
inflamatorios, necrosis y apoptosis.
Además de la rigidez vascular, se desarrolla rigidez
cardiaca. Esta se atribuye al aumento de fibronectina
(ya que se ha reportado su aumento en el corazón de
rata hipertensivo senescente), al aumento de colágeno
(que se asocia con el aumento en la rigidez diastólica), al
aumento de puentes cruzados entre proteínas, al aumento
de la glucosilación de proteínas y a alteraciones en la
expresión de metaloproteinasas de la matriz. Estas últimas
son endopeptidasas dependientes de zinc que degradan
las proteínas de la matriz extracelular y son inhibidas
por TIMPs; se ha descrito el aumento de MMP-3, 8, 9
y 12 y disminución de TIMP-3 y 4 en el ratón anciano
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO CARDIOVASCULAR

INSTITUTO DE GERIATRÍA
150
(Ramasamy et al., 2005; Yasmin, O´Shaughnessy, 2008;
Cattan et al., 2006; Wang et al., 2008).
Factores genéticos
Otros factores intrínsecos corresponden a los factores
genéticos. Se reconocen varios que contribuyen al
desarrollo de la rigidez arterial. Uno de los primeros
factores en evaluarse fue la heredabilidad, ya que
descendientes de individuos con historia parental de
infarto de miocardio, diabetes, hipertensión o enfermedad
arterial coronaria prematura presentan mayor rigidez en un
rango de 0.21 a 0.59. (Yasmin y O’Shaughnessy, 2008).
Una de las hipótesis que señalan el punto de partida del
envejecimiento consiste en los cambios en la remodelación
de la pared arterial. Como ya se mencionó, además del
engrosamiento de las grandes arterias, a expensas de la
capa íntima y media, se encuentran otros cambios como
la proliferación de músculo liso, la invasión de la pared
por células hematopoyéticas de médula ósea, aumento
de la matriz intercelular y cambios en las fibras, los cuales
provocan disfunción endotelial que se hace manifiesta con
la disminución en la producción de óxido nítrico (Yasmin,
O’Shaughnessy, 2008; Cattan et al., 2006; Wang et al.,
2008; Versari et al., 2009).
Disfunción vascular endotelial
Una de las estructuras biológicas afectadas por el
envejecimiento es el endotelio, el cual tiene la función
de actuar en la regulación mediada por volumen de la
función y estructura vascular. La vasodilatación mediada
por endotelio está en función de la producción y acción
del óxido nítrico, el cual puede liberarse en respuesta a la
acción de acetilcolina, o bien, por relajación del músculo liso
mediada por la acción de prostaglandinas vasodilatadoras
que se producen al aumentar el flujo vascular.
La disfunción endotelial se define como la alteración
en la vasodilatación, dependiente de endotelio, y el
principal factor involucrado es el óxido nítrico (ON). La
respuesta vasodilatadora disminuye con la edad, a partir
de los 50 años en las mujeres y de los 40 en los varones.
De acuerdo con la función que tiene, esta disminución
provoca que se desregule el tono vascular y se genere un
ambiente proaterosclerótico y protrombótico). Por tanto,
el endotelio tiene la función de producir óxido nítrico
y funciona en forma autócrina y parácrina al secretar
sustancias que controlan el tono y la estructura (Versari et
al., 2009; Celermajer et al., 1994; Taddei y Virdis, 1995;
Santhanam et al., 2007).
Óxido nítrico
El óxido nítrico (ON) es una molécula producida
por el endotelio vascular, cuya función es mediar la
vasodilatación de acuerdo con el tono. Es considerado
un vaso y cardioprotector, ya que inhibe la migración y
adhesión celular, la adhesión y agregación plaquetaria, así
como la migración y crecimiento de células de músculo
liso (Maruyama, 2011). Otras de sus funciones son
regular la proliferación de músculo liso, el depósito de la
matriz extracelular y la muerte celular endotelial.
El óxido nítrico se genera por medio de la enzima óxido
nítrico sintasa endotelial (eNOS o enzima tipo III),
a partir de L-arginina, generando L-ornitina y óxido
nítrico. La enzima eNOS requiere de cofactores como
tetrahidrobiopterina. Está regulada por la enzima arginasa,
la cual compite con ella por la L-arginina produciendo urea
y citrulina, como se muestra en la figura 1.
Figura 1. Vía de producción de óxido nítrico (eNOS: óxido
nítrico sintasa endotelial).
El ON ejerce su función a nivel cardiovascular mediante
varios mecanismos como la producción de agonistas
endoteliales que actúan en receptores y que producen
vasodilatación (como acetilcolina y bradicinina), la
regulación de la proliferación de músculo liso, la regulación
del depósito de la matriz intercelular, la regulación de
muerte celular endotelial, la liberación de endotelina-1
(vasoconstrictor producido en endotelio) y la producción
de prostanoides.
El envejecimiento vascular se caracteriza por la disminución
en la producción de ON por las células endoteliales, lo que

151
confiere a su vez disfunción de la célula endotelial. De
acuerdo con la función que tiene, esta disminución provoca
que se desregule el tono vascular y se genera un ambiente
o transición del endotelio a un estado proaterosclerótico y
protrombótico, lo que corresponde a lo que se define como
disfunción vascular endotelial.
Clínicamente, la disfunción endotelial se asocia al factor de
riesgo cardiovascular de envejecimiento, contribuyendo,
por lo tanto, al desarrollo de enfermedades a este nivel,
principalmente en aterosclerosis.
El avance en la edad y la disminución de ON asociada
generan cambios secundarios como la disminución de
la vasodilatación mediada por endotelio en los grandes
vasos, alteración de la vía L-arginina óxido nítrico
(reversible con L-arginina), desregulación del consumo
miocárdico de O2 (en ratas) y promoción de apoptosis de
células endoteliales.
Los mecanismos que explican la disminución de ON son
diversos, uno de ellos es la generación excesiva de ROS.
El anión superóxido puede reaccionar con ON generando
peroxinitrato (ONOO-), el cual tiene la capacidad de
penetrar la membrana y producir sustratos nitrato, que a
su vez inactivan a receptores reguladores y enzimas del
procesamiento de radicales libres.
El aumento de ROS como O2-, OH y H2O2, así como de
especies reactivas de nitrógeno ONOO-, generan cambios
inflamatorios ya que tienen la capacidad de actuar como
segundos mensajeros y participar en la producción de
moléculas proinflamatorias (Santhanam et al., 2007;
Camici et al., 2009; Kang et al., 2009; Taddei y Virdis,
2001; Kim et al., 2009).
Arginasa
La vía de la L-arginina es uno de los caminos a partir del
cual se produce y regula la producción del óxido nítrico. La
arginasa-a es la enzima limitante del índice del ciclo de la
urea y compite con el óxido nítrico sintasa (eNOS) por el
sustrato L-arginina para regular a eNOS; produce citrulina,
la cual a su vez inhibe moderadamente a la arginasa. El
ON también regula la actividad de la arginasa, activándola
vía S-nitrosilación de residuos 168 y 303. Al incrementar
la edad, se incrementa la expresión de arginasa y la
S-nitrosilación de sus residuos, por lo que aumenta su
expresión y actividad, superando a eNOS y disminuyendo
la producción de óxido nítrico, efecto que está asociado
con la disfunción endotelial del envejecimiento
cardiovascular. Además, el aumento de arginasa se asocia
con falla cardiaca. Una de las funciones principales de
esta vía es regular la producción de óxido nítrico, ya que
la sobreexpresión de éste provoca apoptosis, por lo que
los niveles adecuados de ON son importantes. Otro factor
que contribuye a la disfunción endotelial en esta vía es la
disminución en la disponibilidad intracelular de L-arginina,
favoreciendo la disminución de ON. Cabe hacer notar que
a nivel de la microcirculación, el transporte de L-arginina
no se altera ni se aumenta su degradación por arginasa,
por lo que a este nivel la deficiencia de sustrato no está
involucrada.
De lo anterior se desprende que la nitrosilación y las
alteraciones en L-arginina y arginasa contribuyen con la
disfunción endotelial (Kim et al., 2009; Santhanam et al.,
2008; Ahlers, 2004; Eskurza et al., 2005) (figura 2).
Tetrahidrobiopterina
Otro de los factores que participan en la disfunción
endotelial y que disminuye su concentración con la edad
es la tetrahidrobiopterina (BH4), cofactor de eNOS. Se
considera un mecanismo regulador de la dilatación pues
contribuye a la disminución de ON con la edad, ya que
al administrarse aumenta la dilatación mediada por flujo
(Goel et al., 2010).
Endotelina-1
Otro de los factores relevantes en la fisiología endotelial
vascular está dado por moléculas mitógenas y contráctiles,
específicamente endotelina 1 (ET-1). Esta proteína es
considerada el vasoconstrictor más potente producido
por el endotelio y tiene un efecto antagónico a la
vasodilatación mediada por ON. La producción de ET-1 por
células endoteliales de aorta in vitro es mayor en aquellas
derivadas de individuos de mayor edad con respecto a
jóvenes y los niveles de expresión aumentan con la edad
en individuos ancianos sanos, además de contribuir a la
función vasoconstrictora en arterias periféricas (Goel et
al., 2010; Van Guilder et al., 2007; Versari et al., 2009).
Otro mecanismo que explica la disminución de ON es la
disminución en la expresión de eNOS endotelial, tanto del
transcrito como de la proteína (en arterias de roedores
viejos), así como en arterias mamarias de pacientes con
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO CARDIOVASCULAR

INSTITUTO DE GERIATRÍA
152
enfermedad coronaria. La disminución de ON, de eNOS
y la menor disponibilidad intracelular de L-arginina a
nivel cardiaco provocan que se limite el suplemento de
sangre, que se altere el consumo de O2 por el miocardio
y, por ende, la contractilidad cardiaca, y que aumente la
apoptosis de células endoteliales.
Otros factores que se presentan con la edad son el aumento
en la expresión de enzimas mitocondriales como NADPH
oxidasa, la disminución en la expresión de sistemas
antioxidantes como superóxido dismutasa y la alteración
en la producción de prostanoides y, por lo tanto, daño
endotelial. De hecho, en vasos grandes, la vasodilatación
mediada por endotelio disminuye progresivamente con la
edad (con 10 años de retraso en mujeres con respecto a
hombres) (Tokunaga et al., 1992).
NFkB
Otro de los mecanismos involucrados en la disfunción
vascular y en el envejecimiento involucra procesos
inflamatorios. El factor que contribuye principalmente
es NFkB (factor nuclear kappa B subunidad de unión a
ADN). Es un factor de transcripción sensible a redox que
se expresa en músculo liso y en endotelio de la vasculatura
e induce la expresión de moléculas inflamatorias como
interleucina 6 (IL-6), factor de necrosis tumoral alfa
(TNFα), MCP1, interleucina 1β (IL-1β), quemocinas y
moléculas de adhesión (figura 3).
Figura 3.. Procesos inflamatorios asociados a la edad: activación
de la transcripción de moléculas proinflamatorias mediante el
NFkB (factor de transcripción kappa B).
El NFkB se activa con el incremento de ROS. Conforme
avanza la edad, aumenta su expresión en células
endoteliales así como su actividad de unión al ADN, con
mayor abundancia en el núcleo, y se asocia a cambios
en la expresión de citocinas a un perfil proinflamatorio
tanto en vasos como en corazón. El incremento de
NFkB se asocia con la disminución de IKBα, uno de sus
inhibidores, el cual actúa suprimiendo la translocación de
Figura 2. Cambios en la vía de L-arginina conforme avanza la edad: disminución en la actividad de óxido nítrico sintasa y en la
producción de óxido nítrico, y aumento en la actividad de L-arginasa que repercute en el aumento de nitrosilación de moléculas.

153
NFkB del citoplasma al núcleo. La activación crónica de
NFkB contribuye a la predisposición a aterosclerosis. Por
lo tanto, el envejecimiento está asociado con el desarrollo
de un fenotipo proinflamatorio a nivel endotelial vascular
de adultos sanos.
Una forma de abordar el envejecimiento celular es dividir
cambios en dos niveles: cambios celulares inherentes o
intrínsecos y cambios extrínsecos (donde las células están
expuestas a desregulación de vías de señalización). Dentro
de las alteraciones extrínsecas se encuentran aquellas
mediadas por inflamación y quizá la más estudiada y
relevante está dada por el estrés oxidativo (Csiszar et al.,
2008; Donato et al., 2008; Chung et al., 2009; Donato
et al., 2009; Donato et al., 2007).
Especies reactivas de oxígeno (ROS)
Las especies reactivas de oxígeno comprenden un grupo
de moléculas y radicales libres derivados del oxígeno
molecular producidos en la mitocondria. Un radical libre
se refiere a un átomo o grupo de átomos o moléculas que
portan un electrón desapareado en su órbital externo,
lo que le confiere muy alta reactividad y, por ende, una
fuerte tendencia a interactuar con otros electrones para así
obtener una configuración más estable y formar un enlace
químico. La molécula con la que interactúa se convierte
en un radical.
Los principales radicales libres son el anión superóxido (O2-),
el peróxido de hidrógeno (H2O2) y el radical hidroxilo (OH).
El O2- es producto de la reducción de un electrón de oxígeno
y es precursor de muchas ROS. Se produce por la enzima
NADPH oxidasa, localizada en la membrana de diferentes
tipos de células como los polimorfonucleares, macrófagos y
a nivel de células endoteliales o por la citocromo P450. La
cadena de transporte electrónico mitocondrial tiene muchos
centros redox que pueden ceder electrones al oxígeno,
constituyendo la principal fuente de anión superóxido en
muchos tejidos; su producción se puede dar en la membrana
mitocondrial externa, en la matriz y a ambos lados de la
membrana mitocondrial interna. El que se genera en la
matriz es eliminado en ese mismo lugar, mientras que el del
espacio intermembranas puede transportarse al citoplasma
por canales aniónicos dependientes de voltaje, donde
reacciona con otras moléculas.
El peróxido de hidrógeno se produce a partir de la
dismutación del anión superóxido en forma espontánea o
por acción de la enzima superóxido dismutasa y puede ser
reducido a agua o parcialmente a radical hidroxilo OH, uno
de los oxidantes más fuertes de la naturaleza.
El radical superóxido OH reacciona con otros radicales
como el óxido nítrico, formando peroxinitrito, oxidante
muy potente y, generalmente en el sitio donde se forma,
reacciona con cualquier molécula presente (lípidos,
proteínas o ADN).
Normalmente hay un balance entre la producción y
eliminación de ROS, este último proceso debido a la acción
de antioxidantes (sustancias que protegen a la célula de
efectos adversos de xenobióticos, drogas, carcinógenos y
reacciones tóxicas). Dichos antioxidantes pueden actuar
directamente destruyendo al anión superóxido o radicales
libres, o estimular mecanismos de detoxificación. Las
enzimas antioxidantes más representativas son superóxido
dismutasa, catalasa y glutatión peroxidasa.
La SOD cataliza la conversión del radical libre superóxido
a peróxido de hidrógeno, que a su vez puede ser eliminado
por la catalasa o la peroxidasa.
La catalasa reacciona con el peróxido de hidrógeno
para formar agua y oxígeno molecular y su cofactor es
el NADPH, que protege de la oxidación mediada por el
sustrato.
La glutatión peroxidasa (GPx) cataliza diversas reacciones
de hidroperóxidos ROOH y H2O2 utilizando glutatión
reducido.
Los ROS se producen principalmente en mitocondria, a
nivel de la membrana mitocondrial interna, sitio donde
se localizan los complejos de la cadena respiratoria,
aunque también se producen a nivel de peroxisomas.
Estos organelos contienen diversas enzimas que producen
peróxido de hidrógeno y superóxido, además de óxido
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO CARDIOVASCULAR

INSTITUTO DE GERIATRÍA
154
nítrico; también participan en el balance redox, ya que
contienen enzimas antioxidantes como catalasa y
superoxidodismutasa (SOD1).
El aumento de ROS ocasiona daño a la mitocondria
–principal y específicamente al ADN mitocondrial– y
genera mutaciones, lo que a su vez condiciona que se
altere la función de las proteínas codificadas y, por tanto, de
la cadena respiratoria, dando lugar a un mayor incremento
de ROS. La mitocondria es el organelo más sensible a
sufrir daño ocasionado por ROS, secundario a la cercanía
del ADN mitocondrial a la membrana interna –sitio donde
se generan ROS–, ya que carece de histonas protectoras y
tiene poca actividad de reparación de mutaciones. Existe
una correlación entre el estrés oxidativo y las mutaciones
en el ADN mitocondrial.
El aumento de ROS puede generar apoptosis, ya que
aumenta la permeabilidad de la membrana mitocondrial
externa que se produce por la glutatión intracelular y otros
grupos (sulfhidrilo); por lo tanto, el citocromo c pasa del
espacio intermembrana al citoplasma y se une a Apaf-
1, que polimeriza y forma el apoptosoma y se activa la
apotosis a través de la activación de caspasas.
Una de las primeras propuestas para explicar el mecanismo
del envejecimiento cardiovascular es la denominada teoría
del envejecimiento de los radicales libres, que propone
que los radicales libres producidos por el metabolismo
normal causan daño oxidativo a macromoléculas, lo que
ocasiona que se acumulen y se origine disfunción celular
y, eventualmente, muerte celular.
El corazón es un tejido con alto metabolismo aeróbico,
mediado por la abundancia de grandes mitocondrias,
por lo que su función depende de que éstas y las células
estén sanas. Cabe hacer notar que tanto en el tejido
cardiaco como en el pulmón, el complejo III de la cadena
respiratoria parece ser el responsable de la mayoría de la
producción de anión superóxido, a diferencia del cerebro
donde el principal responsable parece ser el complejo
I. La reacción del anión superóxido con el óxido nítrico,
se forma el peroxinitrito, que también es considerado un
potente oxidante.
A medida que se envejece, se han descrito alteraciones
como la disminución del transcrito de la subunidad I de
NADPH deshidrogenasa, de la subunidad 3 de citocromo
c oxidasa y de citocromo b (en corazón de ratón
envejecido), así como la disminución de los niveles de
proteínas del complejo III-V (en el ventrículo izquierdo
de monos envejecidos), disminución en la producción
de proteínas antioxidantes como la superoxidodismutasa
endotelial (eSOD) y la glutatión peroxidasa-1 por la
mitocondria. También se ha reportado que aumenta la
producción de oxidantes mitocondriales en el corazón.
Con el aumento en la edad, también se genera un
incremento en la producción de O2- en arterias coronarias
pequeñas, en arterias mesentéricas, en aorta y carótida
(en roedores viejos). Además, cambios prooxidantes
cambian el fenotipo vascular como aumento de la
expresión de eNOS, aumento de la actividad de NADH
oxidasa y disminución de antioxidantes como eSOD. El
aumento de O2- inactiva funcionalmente al óxido nítrico
(ON) al generar ONOO-, por lo que se disminuye el efecto
cardioprotector y vasculoprotector que ejerce el óxido
nítrico al no regular el flujo coronario normal, no inhibir la
agregación plaquetaria, no inhibir la adhesión de células
inflamatorias a las células endoteliales y no afectar vías
inducidas por citocinas proinflamatorias. Los ROS también
inhiben el crecimiento celular e inducen senescencia y
muerte celular, ya que su aumento genera el aumento
de marcadores de senescencia como p16INK4A, p19 y
p14 ARF en células residentes cardiacas que actúan en el
arresto del ciclo celular y muerte de la célula.
Si bien la mitocondria es el organelo más afectado, dañando
primordialmente al ADN mitocondrial, también se puede
ocasionar daño al ADN nuclear generando mutaciones,
aunque se estima que el daño oxidativo a nivel de ADN
nulcear es cuatro veces mayor que en el ADN mitocondrial
debido a que en la mitocondria los sistemas de reparación
están prácticamente ausentes. El daño oxidativo también
es capaz de modificar los lípidos que conforman la
membrana y, por lo tanto, alterar su función y modificar
proteínas de tal manera que no se degraden de manera
efectiva y pierdan su actividad catalítica (Csiszar et al.,
2005; Judge y Leeuwenburgh, 2007; Ivashchenko et al.,
2011; Di Lisa y Bernardi, 2005; Harman, 1956; Darley-
Usmar et al., 1995; Chernyak, 1997).
Por otro lado, entre los cambios intrínsecos generados
durante el envejecimiento se han descrito alteraciones

155
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO CARDIOVASCULAR
funcionales como daño gradual en el número y en la
función de células progenitoras cardiacas. Existe, de
hecho, una correlación inversa entre el número de células
progenitoras y la edad, por lo que dicho número puede
ser un marcador predictivo de enfermedad cardiovascular.
Además, en otras especies se ha reportado que la respuesta
de estas células a estímulos angiogénicos es mayor en
jóvenes que en viejos.
Las células madre y las de músculo liso también se
ven afectadas. Las musculares lisas migran a la íntima
engrosada y disminuyen en la capa media. Las células
madre de médula ósea inducen migración del músculo liso
de tal manera que se induce la formación de una nueva
capa media y, por otro lado, se disminuye la capacidad de
células madre.
Telómero
Otro cambio intrínseco implica a los telómeros.
Los telómeros son las estructuras terminales de los
cromosomas (capuchas de nucleoproteínas), consisten
en repetidos en tándem de la secuencia hexamérica
TTAGGG/CCCTAA abarcando una longitud de cientos de
pares de bases en el extremo 3’ (aproximadamente 4 a
15 kb). Los telómeros tienen la función de proteger los
extremos de los cromosomas durante cada división celular
y, por lo tanto, mantener la integridad y la estabilidad del
cromosoma (Judge y Leeuwenburgh, 2007; Ivashchenko
et al., 2011; Di Lisa y Bernardi, 2005).
Son sintetizados por un complejo de ribonucleoproteínas
llamada telomerasa, que incluye a varias subunidades
proteicas como TRAF1, TRAF2, Ku86, TIN2, entre
otras. Esta enzima está disminuida o ausente en células
somáticas, excepto en células con alto índice de división.
La longitud del telómero depende predominantemente
de la composición de proteínas asociadas, del nivel de
estrés oxidativo y el nivel de actividad de la telomerasa;
aunque hay otros factores descritos como los heredados y
la exposición a radiación.
De estos factores, el principal es el grado de actividad de
la enzima telomerasa, de tal manera que las células con
telómeros cortos no tienen actividad de esta enzima y se
hacen senescentes o sufren apoptosis más rápido que las
células con actividad de telomerasa. De hecho, la telomerasa
está activa en células germinales y células progenitoras
similares a células madre, pero no en la mayoría de tejidos
somáticos. La actividad de esta enzima es relevante para
el mantenimiento de la longitud del telómero en las células
en estado replicativo y en envejecimiento. Su longitud
disminuye en cada mitosis, ya que en cada división se
degrada parte del extremo 3’ por exonucleasas y se
sintetizan dos secuencias suplementarias TTAGGG para
alargar los telómeros, perdiéndose aproximadamente 20
a 200 pb en cada división. La división resulta en desgaste
de los telómeros, lo que culmina en arresto proliferativo
o senescencia celular después de un número finito de
divisiones celulares, una barrera conocida como el límite
de Hayflick. La proliferación más allá de este punto deriva
en mayor erosión de telómero, disparando finalmente una
agresiva inestabilidad cromosómica dada por eventos de
ruptura y unión de cromosomas.
El estrés oxidativo ocasiona rupturas en la cadena de
ADN, las de cadena sencilla se presentan preferentemente
en los telómeros, lo que causa que se acelere la edición
del telómero y las divisiones celulares subsecuentes. La
exposición a radiación ocasiona inflamación, además de
estrés oxidativo, lo que, aunado a la generación de rupturas
de cadena sencilla y de doble cadena del ADN, afecta la
biología de telómero (longitud y actividad de telomerasa).
El cambio más relevante en el ADN telomérico ocurre por
oxidación de la guanina, produciendo aductos 8-oxodG y
rupturas mediadas por el OH, lesiones que no se reparan
debido al poco acceso de los sistemas de reparación en este
ADN, por lo que se favorece el daño a este nivel. Por otro
lado, in vivo se ha demostrado la coexistencia del aumento
de ROS y de procesos inflamatorios, que repercuten en el
acortamiento de telómeros. De hecho, hay una correlación
inversa entre la actividad de telomerasa y los niveles de
TNF-α, este último, mediador de procesos inflamatorios
a través de NFkB.
Durante el envejecimiento se presenta disminución de la
actividad de telomerasa, aumento en la producción de ROS
y aumento de la actividad inflamatoria, repercutiendo,
por tanto, en el tamaño de telómeros y en la senescencia
replicativa. Uno de los cambios más importantes que
se presentan a este nivel a medida que envejecemos es
la disminución en la actividad de la telomerasa, lo que
confiere que en las divisiones celulares subsecuentes el
ADN es replicado de forma incompleta y, con la edad,

INSTITUTO DE GERIATRÍA
156
los telómeros se hacen más cortos. En ratones viejos, se
ha descrito la presencia de telómeros más cortos a nivel
de células madre cardiacas por lo que éstas pueden ser
susceptibles a cambios senescentes.
Por lo tanto, el tamaño del telómero se asocia con
enfermedades relacionadas con la edad, principalmente
cardiovasculares, como la falla cardiaca crónica, la
aterosclerosis, la disfunción ventricular, la calcificación
coronaria y la estenosis valvular aórtica. La denominada
hipótesis del telómero, propuesta por Brouilette en
2008, que consiste en la asociación entre la longitud del
telómero corto heredado con el riesgo de enfermedad
cardiovascular, transpone el mecanismo de senescencia
replicativa a un nivel sistémico, esto es, que individuos que
heredan telómeros cortos y tienen, por tanto, telómeros
vasculares y sistémicos cortos tienen mayor riesgo de
senescencia temprana de tejidos vasculares.
Estudios de leucocitos de sangre periférica en la población
humana han correlacionado un mayor índice de mortalidad
en individuos mayores de 60 años, con disminución en
la actividad de telomerasa, aunque otros estudios no
encuentran correlación entre telómero y años de vida
saludable. En personas centenarias (de 100 años o más) y
su descendencia se ha reportado asociación positiva entre
la longitud del telómero y longevidad, específicamente
de telómeros más largos con un mejor perfil de salud
(disminución de enfermedades asociadas a la edad, mejor
función cognitiva y perfil de lípidos), en comparación con
controles.
La asociación que existe entre la longitud de los telómeros
de leucocitos y de células de la pared vascular con el
impacto en salud y enfermedad fortalece la hipótesis
que relaciona al envejecimiento vascular acelerado con la
predisposición a enfermedad vascular, y también justifica
usar el tamaño de ADN telomérico para evaluar el
envejecimiento vascular .
La longitud del telómero de los leucocitos es predictiva de
enfermedad arterial coronaria y correlaciona con el estrés
oxidativo e inflamatorio, y se relaciona con la presión
de pulso (aumentada en varones que tienen telómeros
cortos) y con la dureza arterial. El acortamiento de
telómeros de leucocitos ha sido reportado en diversas
patologías cardiovasculares, con respecto a controles
sanos, incluyendo hipertensión, enfermedad arterial
coronaria y enfermedad cerebrovascular, así como
obesidad y tabaquismo. El largo del telómero en leucocitos
circulantes parece predictivo de eventos futuros de
enfermedad coronaria cardiaca, particularmente en la edad
media, en hombres de alto riesgo. Sin embargo, un enlace
directo entre la longitud del telómero de los leucocitos y
la pared vascular en pacientes no se ha confirmado, por
lo que no es posible concluir que éste sea un índice de
envejecimiento vascular.
Otras hipótesis mencionan que el acortamiento de
la longitud del telómero en leucocitos circulantes en
presencia de enfermedad vascular indica que la adición
de telómero en leucocitos es consecuencia de procesos
inflamatorios generalizados que acompañan a la
enfermedad vascular o puede ser que no tenga que ver
con patología o envejecimiento vascular.
A nivel de pared vascular, el contenido de ADN telomérico
está reducido en biopsias de aneurisma aórtico versus
aorta normal, así como en leucocitos de estos pacientes
con respecto a controles, y existe una correlación positiva
entre el contenido de telómero entre leucocitos y tejido,
pero no entre telómero de biopsia de vasos y edad del
paciente, o entre telómero de leucocitos y la edad en
individuos enfermos y sanos (Sawabe, 2010; Ballard y
Edelberg, 2008; Ballard y Edelberg, 2007; Saliques et al.,
2010; Wilson et al., 2008; Kurz et al., 2004; Farsetti et
al., 2009; De Meyer et al., 2011).
Las células endoteliales también presentan telómeros
más cortos, además de una disminución de la actividad
de telomerasa, actividad que se asocia con la capacidad
proliferativa, supervivencia y función no sólo de células
endoteliales, sino también de cardiomiocitos y células
madre cardiacas. Este acortamiento provoca disfunción
del telómero, lo que, a su vez, induce disfunción endotelial
vascular. También se ha descrito la presencia de telómeros
más cortos en células madre cardiacas de roedores
viejos y menor actividad de telomerasa, por lo que
también las células madre son susceptibles de presentar
cambios senescentes. A medida que se envejece, los
miocitos presentan telómeros más cortos, lo que confiere
disminución de su actividad y el consecuente desarrollo
de enfermedades cardiovasculares como hipertensión,
aterosclerosis y falla cardiaca.

157
A nivel cardiovascular, los factores heredados se sustentan
en el hecho de que descendientes sanos de pacientes con
enfermedad coronaria tienen telómeros más cortos, lo que
sugiere que el telómero corto puede ser causa más que
consecuencia de enfermedad cardiovascular.
La relevancia en la longitud del telómero tiene que ver
con que puede llevar a la senescencia replicativa celular,
mediado principalmente por la proteína p53. Esta proteína
se considera el guardián del genoma y es el principal
sensor de daño celular que se activa en respuesta a daño
al ADN y que incluye la disfunción de telómero y otros
estímulos como ROS, activación de oncogenes e hipoxia.
Al activarse, lleva a la célula a arresto del crecimiento y
reparación o apoptosis y senescencia, de acuerdo con el
grado de activación.
Otro mecanismo de envejecimiento vascular y sobrevida
involucra a las Akt cinasas, proteínas involucradas
aparentemente en la fosforilación de la subunidad
transcriptasa reversa de la telomerasa (hTERT),
induciendo su activación. Cambios en la fosforilación
podrían repercutir en la actividad de la enzima y afectar la
resistencia de las células endoteliales a apoptosis. Y el ON
puede participar en un mecanismo de retroalimentación
modulado por la actividad de Akt cinasa.
La relevancia del tamaño de telómero en células
endoteliales se puede ver en las células endoteliales
telomerizadas (con agrandamiento de telómero), que
tienen un mayor grado de inducción y valores basales más
altos de eNOS que las contrapartes parentales senescentes
y responden mejor al estrés del volumen vascular que
sus parentales controles no telomerizadas. Además, la
transducción estable de hTERT en células endoteliales
parece inducir un mecanismo vasoprotector mediado en
parte por ON. Estos mecanismos explican parte de los
cambios que se presentan durante el envejecimiento.
Aunque la disminución del tamaño de telómero podría
considerarse marcador de senescencia y existe una clara
asociación entre su longitud y el riesgo de enfermedades
cardivoasculares, así como con la historia familiar de
algunas de estas patologías, con tabaquismo y con
aumento en la mortalidad, no es posible confirmar si el
acortamiento o disfunción del telómero es origen o efecto
de estas alteraciones (Sahin et al., 2011; Sahin y Depinho,
2010; Breithschopf y Zeiher, 2001; Vasa et al., 2000;
Cech et al., 1997; Brouilette et al., 2008; Von Zglinicki,
2000).
Otros factores
Por otro lado, actualmente se ha demostrado que la
restricción calórica aumenta el periodo de vida en casi
todas las especies, afectando algunas de las vías que se
alteran durante el proceso normal del envejecimiento
cardiovascular. Los mecanismos propuestos son que:
•Disminuye la producción de ROS
•Disminuye la expresión de genes proinamatorios en
diferentes tejidos de animales
•Disminuye el daño celular en la aorta de ratones
viejos
Además de la restricción calórica, los efectos de la
actividad física también afectan varias vías que median
los cambios cardiovasculares asociados a la edad. Éstos se
describen en la tabla 1 (Ballard y Edelberg, 2008; Seals et
al., 2009; Leung et al., 2008; Yung et al., 2009; Gates y
Seals, 2006; Ungvari et al., 2010; De Souza et al., 2000).
MOLÉCULA CAMBIO
Oxido nítrico Aumenta la expresión y actividad de eNOS
Estrés oxidativo Disminución de producción de ROS
Disminuye expresión y actividad de p67phox
(sunbunidad de NADPH oxidasa)
Aumenta expresión de SOD (superóxido dismutasa)
BH4 Mejora la dilatación mediada por endotelio
Endotelina-1 Disminuye la vasoconstricción mediada por el
receptor de endotelina (ETA)
NADPH Disminuye la expresión
p67phox Disminuye la expresión y actividad de la proteína
(subunidad de NADPH oxidasa)
SOD Aumenta la expresión de enzima antioxidante (en
aorta de ratones)
Tabla 1. Efectos del ejercicio a nivel molecular en envejecimiento
vascular.

INSTITUTO DE GERIATRÍA
158
CONCLUSIÓN
Aunque aún falta por determinar diversos factores a nivel
molecular que ayuden a comprender los mecanismos que
se presentan durante el envejecimiento cardiovascular,
los principales son inflamación, disfunción endotelial y
disfunción telomérica, además de procesos de redox.
Su participación es de una manera convergente o en
colaboración y no como procesos aislados (figura 4).
Figura 4. Procesos a diferentes niveles que se presentan
conforme avanza la edad: NFkB: factor nuclear kappa B, ROS:
especies reactivas de oxígeno, ON: óxido nítrico.
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RESUMEN CURRICULAR DE LA AUTORA
María del Carmen Palacios Reyes
Egresada de la carrera de Medicina de la Universidad
Autónoma de Aguascalientes (UAA); realizó la
especialidad en Genética Médica con sede en el Hospital
de Pediatría del Centro Médico Nacional Siglo XXI y
la maestría en Ciencias en Biomedicina Molecular en el
Instituto Politécnico Nacional. Actualmente, se encuentra
en el proyecto de doctorado en Investigación en Medicina.
Su trabajo se ha desarrollado en el área de genética clínica
y los aspectos moleculares del retraso mental.

MECANISMOS DE
ENVEJECIMIENTO
MÚSCULO-ESQUELÉTICO,
SARCOPENIA
Carmen Ríos
Instituto Barshop para Estudios de Envejecimiento
y Longevidad.
Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad
de Texas en San Antonio, UTHSCSA, Estados
Unidos.
RiosC3@uthscsa.edu

162
RESUMEN
La sarcopenia se define como la pérdida de la masa y de
la función muscular asociada a la edad. El decremento
en la fuerza, en la tasa metabólica y en la funcionalidad
del músculo conllevan a un deterioro en la calidad de vida.
Se ha sugerido que durante el establecimiento de la
atrofia muscular en el envejecimiento, el estrés oxidante
generado por la mitocondria juega un papel predominante.
Al mismo tiempo, existe una regulación muy fina entre el
número, la calidad y la funcionalidad de las mitocondrias,
con la pérdida y la atrofia de la masa muscular.
Otro factor muy importante durante la sarcopenia es
el proceso inflamatorio y su relación con la disfunción
mitocondrial y la muerte celular, por lo que en este
capítulo se tratarán algunos de los conceptos que se están
manejando actualmente para entender la problemática de
la sarcopenia, así como algunas intervenciones que se han
realizado para su prevención.
INTRODUCCIÓN
La sarcopenia es un término clínico que se define como la
pérdida de la masa y de la función muscular asociada a la
edad. En humanos, el decremento en la fuerza, en la tasa
metabólica y en la funcionalidad del músculo conllevan a
un deterioro en la calidad de vida.
Se han propuesto diversas hipótesis para tratar de explicar
que es lo que desencadena el deterioro progresivo;
entre ellas se encuentran la disfunción mitocondrial, las
alteraciones en la señalización de la apoptosis y la autofagia,
así como una menor capacidad en la regeneración celular y
en la innervación funcional (Jang y Van Remmen, 2010).
Puesto que existe evidencia experimental que soporta
todas estas ideas, se ha pensado en un mecanismo global
que relacione dichos aspectos.
Este capítulo provee una revisión amplia relacionada a la
pérdida de la masa muscular durante el envejecimiento,
así como una discusión de algunos de los mecanismos por
los cuales el organismo intenta reparar el daño de manera
natural y de ciertas intervenciones terapéuticas que se
han empleado para detener o revertir los eventos que
conducen a la sarcopenia.
Estrés oxidante e inflamación en el envejecimiento
muscular
Estrés oxidante
Dos factores que juegan un papel preponderante en la
atrofia muscular durante el envejecimiento son el estrés
oxidante y el proceso inflamatorio. Ambos factores pueden
interferir con el balance entre la síntesis y la degradación
de las proteínas que causan disfunción mitocondrial e
inducen apoptosis.
El estrés oxidante ocurre cuando hay una disparidad entre
el nivel de especies oxidantes generadas y el de especies
antioxidantes disponibles para remover a las primeras.
Durante el envejecimiento, existe un incremento en los
niveles oxidantes en el músculo esquelético en reposo, lo
que se ha asociado a la inducción de la atrofia muscular
debido al desuso (Siu, 2008). Asimismo, el estrés oxidante
es importante en una gran cantidad de enfermedades
crónicas que vienen acompañadas de pérdida muscular
(Moylan, 2007).
En condiciones normales, las proteínas de músculo
esquelético son sintetizadas y degradadas en función
de las necesidades celulares, sin embargo, durante
el envejecimiento, cuando el estrés oxidante está
incrementado, el balance proteico o proteostasis se
debilita (véase capítulo: Mecanismos de degradación de
proteínas en el envejecimiento). Este desbalance pone
de manifiesto una señalización molecular defectuosa, lo
cual caracteriza la compleja patogénesis de la sarcopenia
e implica factores moleculares que se comunican a través
de vías involucradas con estrés oxidante, inflamación,
cambios endocrinos, inactividad y nutrición, algunos de
los cuales están representados en la figura 1.
Inflamación
Las condiciones crónicas como la obesidad, las
enfermedades cardiovasculares, la resistencia a la insulina
y la artritis están relacionadas con el proceso inflamatorio
y, al mismo tiempo, se han asociado con el envejecimiento.
Investigaciones recientes sugieren que la sarcopenia
puede surgir de un estado crónico de inflamación de bajo
grado, influenciado por la producción de citocinas y estrés
oxidante (Jensen, 2008). El factor nuclear kappa B (NF-
κB) es un factor sensible a cambios en el estado redox que
modula las respuestas inmunológicas, de supervivencia

163
celular y proliferación, así como inflamatorias, y se ha
visto que tiene una participación importante durante el
envejecimiento (Piette, 1997). De manera que con el
aumento de la edad, se ha encontrado una sobreregulación
en algunos mediadores de inflamación como el factor NF-
κB antes mencionado, así como la interleucina 6 (IL-6)
y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) (Chung,
2009). Aunado a ello, las especies reactivas de oxígeno
(ROS) también funcionan como segundos mensajeros
para TNF-α en músculo esquelético activando a NF-κB
(Reid, 2001).
Especies reactivas de oxígeno (ROS)
Las ROS como el anión superóxido (O2•-), el peróxido
de hidrógeno (H2O2) y los radicales hidroxilo (HO•) son
generados en los organismos aeróbicos continuamente
por una gran variedad de vías (Fridovich, 1978). Al ser
la mitocondria una de las fuentes principales de ROS,
este organelo se ha postulado como un participante
fundamental durante la atrofia muscular.
Figura 1. Mecanismos de estrés oxidante durante la sarcopenia.
Adaptado de Meng y Yu, 2010. El modelo propone los
mecanismos por los cuales el estrés oxidante y la inflamación
crónica pueden llevar a la sarcopenia. Las vías afectadas están
relacionadas con un desbalance en la síntesis de proteínas y
su degradación, así como con la disfunción mitocondrial y la
apoptosis.
Se sabe que en el ratón existe un incremento dramático en
la generación de ERO mitocondriales en el músculo durante
el envejecimiento y en asociación con las enfermedades
neurodegenerativas. De hecho, la generación de ERO es
casi tres veces mayor en ratones viejos (28 a 32 meses
de edad), en comparación con los jóvenes (10 meses de
edad) y esto se ha asociado a una pérdida de 30% del
músculo gastrocnemio (Muller, 2007).
Sin embargo, también hay que considerar a las ROS
generadas por la NADPH oxidasa y la xantina oxidasa
(Babior, 1978), además de que varios factores
medioambientales como la radiación ionizante y no-
ionizante (Girotti, 1998) y algunos compuestos
patológicos como el β-amiloide en la enfermedad de
Alzheimer, pueden llevar también a la formación de ROS
(Tabner et al., 2005). Las ROS pueden ser dañinas,
pero a la vez son requeridas para la señalización normal
de una célula, pero en grandes cantidades pueden llegar
a dañar biomoléculas como lípidos, proteínas y ADN
(Valko et al., 2006). Los ácidos grasos poliinsaturados
dentro de las membranas son especialmente vulnerables
a la oxidación (peroxidación), de modo que los
peroxiradicales, generados por la lipoperoxidación, pueden
desencadenar una reacción en cadena que oxida a otros
ácidos grasos (Halliwell et al., 1999). Los productos
finales de la lipoperoxidación son aldehídos reactivos
como el 4-hidroxinonenal (4-HNE) y el malondialdehído
(MDA), los cuales son altamente tóxicos para las células.
Estos aldehídos reactivos pueden atacar otros blancos
celulares como proteínas y ADN, por lo que el daño inicial
a las membranas lipídicas puede ser propagado a otras
macromoléculas. Asimismo, la lipoperoxidación tiene un
efecto dañino sobre la fluidez de la membrana y la función
de las proteínas que en ella se encuentran (Richter, 1987).
La continua oxidación de los ácidos grasos y la producción
de aldehídos eventualmente conllevan a la pérdida de
la integridad de la membrana (Halliwell et al., 1999).
La acumulación del daño al ADN tanto nuclear, como
mitocondrial, eventualmente compromete la integridad
de la célula, llevando a la pérdida de miocitos y, por tanto,
a la pérdida del músculo.
Efecto del estrés oxidante sobre la función
mitocondrial
Como se mencionó, las mitocondrias son la fuente
principal en la generación de las ROS, pero al mismo
tiempo son un blanco sensible para los efectos nocivos del
estrés oxidante).
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO MÚSCULO-ESQUELÉTICO, SARCOPENIA

INSTITUTO DE GERIATRÍA
164
La lipoperoxidación puede entorpecer la función
mitocondrial primordial, es decir, la respiración
mitocondrial y la producción de ATP. La fosforilación
oxidativa se lleva a cabo en los complejos enzimáticos de
la cadena respiratoria mitocondrial (CRM), localizados en
la membrana interna de este organelo. De este modo, un
electrón es transferido desde el NADH o FADH2 al oxígeno
molecular y de manera simultánea con la generación de
un gradiente de protones, lo cual posteriormente induce la
síntesis de ATP por la enzima ATPsintasa (véase capítulo:
Mitocondria y envejecimiento en este mismo libro). Este
proceso es altamente susceptible al estrés oxidante y
puede llegar a inhibir la síntesis de ATP. Por lo tanto, la
importancia de la mitocondria en la disfunción relacionada
al envejecimiento incluye la pérdida en la producción de
ATP, pero también la activación de vías de señalización que
inician el proceso irreversible de daño a las mitocondrias
del músculo (Marzetti, 2008).
Apoptosis
Estudios recientes sugieren que la apoptosis es un
mecanismo que podría fomentar el envejecimiento y la
pérdida muscular asociada a él (Leeuwenburgh, 2003). La
apoptosis es un proceso altamente regulado que conlleva a
la muerte celular y se caracteriza por una serie de eventos
morfológicos, bioquímicos y moleculares específicos.
Algunos factores que pueden desencadenar la apoptosis
en el músculo durante el envejecimiento son el aumento
en el calcio, el estrés oxidante y el TNF-α (Nitahara,
1998; Cadenas, 2000). Datos recientes sugieren que la
sarcopenia se asocia con un incremento en la producción
de ROS, un aumento en la susceptibilidad mitocondrial a la
apoptosis y una reducida biogénesis mitocondrial.
Durante la vía mitocondrial de la apoptosis, y como
respuesta a los elevados niveles de calcio, daño al ADN,
alteraciones en la CRM y estrés oxidante, el citocromo c
puede ser liberado de la mitocondria al citosol iniciando el
proceso de apoptosis. El citocromo c induce la formación
del apoptosoma junto con Apaf-1 y la procaspasa 9,
activando de esta manera a la procaspasa 3. La caspasa
3 activa es, a su vez, la responsable de la ejecución de la
muerte apoptótica.
La cardiolipina (CL), un componente crítico de la membrana
interna mitocondrial que conforma aproximadamente
20% de la composición lipídica total, también participa en
la vía apoptótica. La estructura fosfolipídica inusual de la
CL es especialmente susceptible al estrés oxidante debido
a su alto contenido en ácidos grasos insaturados (Giresi,
2005). En condiciones fisiológicas normales, el citocromo
c se une a la CL gracias a interacciones electrostáticas e
hidrofóbicas que median las funciones necesarias durante
el metabolismo energético. No obstante, la peroxidación
de la CL da como resultado la disociación del complejo
citocromo c-CL y, subsecuentemente, favorece la
liberación del citocromo c al citosol iniciando la apoptosis
(Siu, 2008; Moylan, 2007).
Células satélite y regeneración muscular
El entendimiento de los mecanismos que conllevan a la
sarcopenia es crucial en el desarrollo de los tratamientos
para detener o prevenir la pérdida muscular. Para ello,
sin embargo, primero debe analizarse cómo ocurre la
reparación del tejido de manera natural en las células.
Con este conocimiento se lograrán desarrollar terapias
efectivas para el paciente mayor.
El músculo esquelético es un tejido dinámico y adaptable
al cambio en función de las demandas del cuerpo
humano. Para lograr mantener la homeostasis, el músculo
esquelético debe regenerarse de manera constante y
continua. La población de células musculares progenitoras
que orquesta este acto se conocen como células satélite
(CS).
Las CS de músculo son un subgrupo de células madre
adultas (adult stem cells) localizadas entre la membrana
plasmática de la miofibra y la lámina basal del tejido
muscular. Fueron inicialmente identificadas en músculo
de rana por microscopía electrónica (Mauro et al., 1961;
Collins et al., 2005) y son capaces de llevar a cabo
divisiones celulares tanto simétricas como asimétricas,
además de autorenovación y diferenciación, como
otros tipos de células madre adultas y células madre
embrionarias. Los mioblastos quiescentes o “latentes”
se encuentran en el músculo esquelético de todos los
vertebrados desde los murciélagos hasta los ratones
(Hawke et al., 2001; Mauro, 1961), en donde esperan la
señal para responder formando nuevo músculo cuando es
necesario. Este tipo de células se consideran quiescentes
o transcripcionalmente poco activas, porque contienen
más heterocromatina nuclear en comparación con los
mionúcleos eucromáticos (Hawke et al., 2001; Muir et

165
al., 1965). Las CS salen del estado quiescente cuando
reciben las señales que disparan la diferenciación. Estas
células pueden responder iniciando la proliferación, de
manera que se incremente la poza de células progenitoras.
A su vez, estas células generarán los mioblastos que, de
manera terminal, se diferenciarán al fusionarse unos con
otros y formarán nuevo músculo, o bien, se unirán a fibras
dañadas para reparar las ya existentes.
Una porción de CS no pretende alcanzar la diferenciación
terminal, sino que se mantiene en un estado primitivo y
continúa con la autorenovación, de manera que se siga
manteniendo una poza de células madre que pueda
volverse a activar frente a futuras demandas. Como
resultado, debe existir una interacción estratégica entre
las vías moleculares de señales que dictan si las CS se
mantienen en un estado a través de la autorenovación,
o bien, continúan su camino hacia células progenitoras
que eventualmente se diferenciarán en músculo. Por
ello resulta evidente que los cambios en la señalización
impactarán el resultado del programa de diferenciación, así
como el proceso del envejecimiento.
Se sabe que la población de CS es dependiente de la
edad, así como de la especie y del tipo de miofibra. En
ratones neonatos es posible encontrar aproximadamente
30% de núcleos musculares, mientras que solo 2-4%
en ratones adultos (Hawke et al., 2001); aunque no se
ha encontrado un decremento significativo en el número
total de CS ni en ratón ni en humano (Conboy et al.,
2003; Roth et al., 2000; Wagers et al., 2005). Las CS
aisladas de donadores humanos jóvenes y viejos (9 años
contra ≥ 60) mantuvieron su potencial proliferativo
casi constante. La CS fueron capaces de llegar a 20-30
replicaciones in vitro (Hawke et al., 2001; Renault et
al., 2000). Las CS de ratón aisladas de animales jóvenes
(3-6 meses), adultos (7-10 y 11-13 meses), maduros
(19-25 meses) y viejos (29-33 meses) mantuvieron la
misma capacidad proliferativa in vitro, siempre y cuando
se les suministrara un medio apropiado enriquecido
con FGF (Shefer et al., 2006). Un subconjunto de CS
de animales viejos (22-30 meses) han mostrado ser
capaces de autorenovación y regeneración de tejido en
comparación con células de animales jóvenes in vitro y
después de injerto de miofibras (Collins et al., 2007).
Por otro lado, Bortoli et al. demostraron que los perfiles
de expresión en las CS varía con la edad del donador. Este
grupo observó una sobreregulación en genes involucrados
en la estructura y la diferenciación muscular, además de
genes del metabolismo de los neonatos en los donadores
más jóvenes en comparación con una disminución en la
regulación (down-regulation) de los genes responsables
de la renovación de proteínas en los adultos. Los
mioblastos aislados de personas donadoras de diferentes
edades (5 días, 52 años y 79 años) mostraron cambios
muy marcados en la expresión de genes entre la etapa de
proliferación y la llegada a la senescencia celular (Bortoli
et al., 2003). Los cambios en la expresión genética son
controlados por señales moleculares recibidas por las CS
en el microambiente muscular y pueden ser permanentes
o temporales. A su vez, las señales extrínsecas permiten
que existan alteraciones en la señalización intrínseca de
las células. La relación de las células y su microambiente
es íntima y necesaria para mantener la población original
de células preparadas para responder a las necesidades
regenerativas del organismo en cualquier momento.
Aunque aún no se ha establecido un perfil molecular exacto
para las CS, se ha reportado la expresión de moléculas
como CD34, Pax7, β 1-integrina y CXCR4, (marcadores
de células madre) y una carencia en CD45, Sca 1 y
Mac1. Una vez activadas, las CS continúan expresando
Pax7, β 1-integrina y CXCR4, y comienzan a expresar
desmina, Myf-5 y MyoD, marcadores reconocidos del
linaje muscular (Collins et al., 2007; Cossu et al., 2007;
Mitchell et al., 2005; Sherwood et al., 2004; Wagers et
al., 2005). Basado en experimentos de transplantes, se
sabe que las subpoblaciones de CS son heterogéneas y
poseen diferente potencial biogénico. Esta heterogeneidad
ha dificultado establecer una lista única de marcadores
miogénicos, aceptada por toda la comunidad científica.
El microambiente de las CS provee un nicho especializado
que dirige todas las señales que controlan la quiescencia,
coordinan la proliferación celular para mantener la
poza de células madre y, al mismo tiempo, preservan
las propiedades de autorenovación y la capacidad de
diferenciarse en tejido muscular esquelético totalmente
funcional.
La comunicación entre las CS y su nicho aparentemente
está regulada por vías de señalización evolutivamente
conservadas como Notch, Wnt, TGF-β, Shh y Ras/
MAPK (Carlson et al., 2008; Wagers et al., 2005). Se
sabe que estas vías controlan la homeostasis tisular. Las
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO MÚSCULO-ESQUELÉTICO, SARCOPENIA

INSTITUTO DE GERIATRÍA
166
más notables son las vías de Notch y Wnt, que han sido
implicadas en el envejecimiento prematuro, como el que se
observa durante la progeria (Espada et al., 2008; Scaffidi
y Misteli, 2008). De manera específica en el músculo,
se ha demostrado que el deterioro en la vía canónica de
señalización de Wnt durante el envejecimiento afecta la
regulación y el destino de las células madre en dicho tejido.
En un estudio de Brack y colaboradores se observó que el
potencial regenerativo del músculo esquelético declinaba
con la edad y que esta discapacidad se encontraba asociada
al incremento en la fibrosis del tejido. Ello se encontraba
mediado por factores en el medio ambiente sistémico
de los animales viejos causantes de una sobreregulación
de la vía de señalización de Wnt (Brack et al., 2007).
Asimismo, el grupo de Carlson encontró que aun cuando
la presencia de CS se mantiene en el músculo esquelético
humano envejecido, dichas células no son capaces de
activarse en respuesta a la pérdida muscular.
También encontraron que se disminuía la activación de
Notch debido a un incremento en el factor de crecimiento
transformante beta y la fosforilación de Smad 3 (TGF-
beta/pSmad3). Este trabajo reveló que la señalización de
la cinasa activada por mitógeno (MAPK) y que la cinasa
de regulación extracelular (ERK) declinan en el músculo
humano con la edad, lo cual es crucial para la activación
de la vía Notch. En este estudio, indujeron la activación
de MAPK/Notch, lo cual logró restaurar respuestas
mitogénicas “juveniles” en CS de humanos de 70 años,
haciéndolas similares a las células de humanos de 20 años
(Carlson et al., 2009).
La señalización molecular aparentemente se altera
con la edad y, en este caso, probablemente se deba a la
acumulación de cambios en el microambiente de las CS.
La señalización alterada conlleva la nula o ineficiente
reparación en el músculo, por lo que se va creando un
tejido muscular de una “calidad inferior” que contiene
una gran cantidad de tejido fibroso y graso, lo cual a su
vez afecta tanto a la estructura como a la función (Brack
et al., 2007; Marshall et al., 1989). El fallo o alteración
en estas redes de señalización dentro del tejido muscular,
como se ha descrito, es aparentemente el responsable de
la reparación ineficiente del músculo, lo cual resulta en la
pérdida muscular, es decir la sarcopenia (Carlson et al.,
1989; Billington et al., 1996, Gopinath et al., 2008).
A un nivel subcelular, es la mitocondria la que posee una
posición de valor extremo cuando se habla del bienestar
general de la célula, por lo que a continuación se describirá
cómo este organelo juega un papel clave en la homeostasis
celular y tisular del músculo.
Biogénesis mitocondrial
Como se ha mencionado, las mitocondrias son los
organelos generadores de energía y, al mismo tiempo,
son orquestadoras de múltiples cascadas de señalización.
Mediante la fosforilación oxidativa utilizan el poder del
oxígeno para sintetizar energía en forma de ATP, sin el cual
las células no sobrevivirían. Aun cuando las mitocondrias
Figura 2. Relación entre Pax 7 y MyoD durante al
autorenovación y diferenciación de las células satélite. Las CS
quiescentes (Pax7+) activan y coexpresan a Pax7 y MyoD.
Las células MyoD+ proliferan y disminuyen la regulación de
Pax7, iniciando la terminación diferencial. Las células Pax 7+
son capaces de mantener la poza de CS y proveer células que
tomen el camino de diferenciación simultáneamente a través
de divisiones celulares asimétricas. La señalización extrínseca
e intrínseca del microambiente de las miofibras dicta el destino
de las CS.

167
tienen su propio ADN y mantienen ciertas características
“autónomas” a raíz de su origen endosimbiótico, ahora
se sabe que existe una relación íntima que involucra un
continuo flujo de señalización entre la mitocondria y el
núcleo que, de ser alterado, impacta el metabolismo, el
control del ciclo celular, el desarrollo e incluso la muerte
celular (McBride et al., 2006). Las alteraciones en
la señalización celular asociadas al envejecimiento se
han relacionado con la aparición de enfermedades que
presentan disfunciones mitocondriales. La regulación
normal de la homeostasis proteica se ve severamente
comprometida debido al estrés generado por la
acumulación de ROS y de mutaciones en el genoma
mitocondrial durante la replicación con el paso del tiempo.
La regulación en el plegamiento dentro del ambiente
mitocondrial es solo una función esencial para mantener un
eficiente rendimiento energético por la mitocondria. Para
preservar la función durante la biogénesis, remodelación y
estrés, las proteínas mitocondriales son monitoreadas por
chaperones moleculares y por proteasas. La desregulación
de cualquiera de estos componentes clave lesiona este
delicado balance (Baker y Haynes, 2011).
Se sabe que la señalización que dirige la biogénesis
mitocondrial involucra a (PGC)-1α y su receptor
(PPAR)-γ. (PGC)-1α es un coactivador transcripcional
que interactúa con diversos factores de transcripción
involucrados en una variedad de respuestas biológicas,
entre las que se encuentra la biogénesis mitocondrial,
el metabolismo de los azúcares y ácidos grasos, la
transformación a fibras especializadas en el músculo
esquelético y desarrollo del corazón. El aumento en PGC-
1α induce la transcripción del factor nuclear respiratorio
NRF2, conllevando a un incremento en la expresión del
factor de transcripción mitocondrial A (mtTFA), así como
de otras subunidades de la cadena respiratoria mitocondrial
codificadas en el genoma nuclear, como la ATP sintasa-
beta, citocromo c y la subunidad IV de la citocromo c
oxidasa. El factor mtFTA se transloca a la mitocondria,
en donde estimula la replicación del ADN mitocondrial y
la expresión de genes, ambos eventos necesarios para la
biogénesis mitocondrial (Liang y Ward, 2006).
El incremento en la biogénesis mitocondrial y en el
metabolismo oxidativo marca el comienzo del desarrollo
del corazón de ratón, mediante un aumento robusto en
la expresión de PGC-1α, en particular por la oxidación de
ácidos grasos por la mitocondria, lo cual es importante
durante el nacimiento. Resulta interesante que el ayuno
no prolongado también produce un incremento en la
oxidación de ácidos grasos mitocondriales activando
también la PGC-1α del miocardio (Lehman et al., 2000).
Sin embargo, ¿qué sucede cuando el sistema se encuentra
alterado, enfermo o durante el envejecimiento?
Impedimentos energéticos relacionados con la mitocondria,
como los que se observan en la enfermedad de Huntington
(EH), se han relacionado con una señalización aberrante
de PGC-1α / PPAR-γ. Durante la EH se han encontrado
anormalidades en la morfología mitocondrial, pérdida
del potencial de membrana y aberraciones en el ADN
de este organelo, en tejidos como cerebro y músculo de
pacientes, por lo que se ha establecido una liga directa
entre la disfunción mitocondrial y esta enfermedad
neurodegenerativa (Jin y Johnson, 2010). Se sabe que
parte del deterioro asociado a la edad está relacionado con
el acortamiento de los telómeros.
Éstos cubren los extremos de los cromosomas
protegiéndolos del daño al ADN; cuando las células llegan
al límite de divisiones celulares viables, los telómeros se
acortan y pierden su estructura, vulnerando los extremos
de los cromosomas. Un estudio reciente ha revelado
que la disfunción telomérica activa la detención del
ciclo celular mediada por p53, así como la senescencia
y la apoptosis, lo que conlleva a la atrofia progresiva y al
quebranto funcional en tejidos con alto recambio como el
músculo. Resultando a la larga en la falla del órgano. La
activación de p53 reprime las funciones tanto de PGC1-α
como de su coactivador, PGC1-β, que trabajan juntos
para mantener la densidad mitocondrial y su capacidad
funcional. Este estudio relaciona el deterioro asociado
al envejecimiento con la represión de la biogénesis
mitocondrial; dicha secuencia de eventos pone en marcha
una ola de destrucción que reduce la salud y la longevidad
(Sahin, et al., 2011).
Intervención
Se ha mencionado que, de manera natural, se pierde la
habilidad para mantener mitocondrias viables con la edad,
por lo que surge la pregunta: ¿habrá algo que se pueda
hacer para detener este quebranto? La respuesta es sí.
Se ha demostrado que un estilo de vida activo se
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO MÚSCULO-ESQUELÉTICO, SARCOPENIA

INSTITUTO DE GERIATRÍA
168
encuentra directamente asociado con una preservación
parcial de la biogénesis mitocondrial. Un estudio por
Safdar y colaboradores reveló que al incrementar la
actividad física se mejora la capacidad antioxidante en
el músculo esquelético de adultos mayores. Asimismo,
un estilo de vida sedentario se asocia con una reducida
función mitocondrial, desregulación en el estado redox
e inflamación sistémica crónica en pacientes de la
misma edad. El microambiente intracelular del músculo
esquelético se vuelve hiperpropenso a la toxicidad mediada
por las ROS en los adultos sedentarios. Por lo anterior, el
consenso general es que un estilo de vida activo es un
factor importante que determina la calidad de vida y la
progresión del deterioro durante el envejecimiento, de
manera que la simple y viable intervención de incrementar
la actividad física puede atenuar y/o revertir el deterioro del
músculo esquelético y las anormalidades mitocondriales
(Safdar et al., 2010).
Otro aspecto que se ha discutido es si el ejercicio debe
combinarse con terapia antioxidante o antiinflamatoria.
Si se considera que el crecimiento y la capacidad
de las moléculas declinan en el músculo durante el
envejecimiento debido al efecto del estrés oxidativo y la
inflamación crónica, entonces, este tipo de intervención
parece ser necesaria. Se ha demostrado que la restricción
calórica retarda el deterioro en el músculo esquelético
(Carter, 2007). La restricción calórica a largo plazo atenúa
la elevación de ROS asociada a la edad y el daño oxidante
sobre el ADN mitocondrial (Leeuwenburgh, 1997). Una
dieta restringida de 40% en la ingesta de calorías durante
toda la vida da como resultado una disminución significativa
en la tasa de pérdida de masa muscular y atenúa la pérdida
de fibras musculares inducida por la edad (McKiernan,
2004). Investigaciones recientes han demostrado que la
combinación de la rueda para correr con una restricción
calórica moderada preservan significativamente un mayor
cociente de masa muscular/masa corporal, así como
fibras musculares y una mitigación del estrés oxidante, lo
cual no se encontró con el sólo tratamiento de restricción
calórica (Kim, 2008). Estos hallazgos sugieren que, para
la prevención a largo plazo de la pérdida muscular, se debe
fomentar la restricción calórica moderada y el ejercicio
diario durante toda la vida del individuo.
Sin embargo, aun cuando la actividad física y una dieta
sana pueden mejorar la calidad de vida con la edad, la
clave puede residir en el origen mismo de la producción
del tejido. La reducida capacidad para regenerar los tejidos
u órganos dañados y una propensión a las infecciones y
cáncer son probablemente las marcas que caracterizan a
la vejez (Hayflick, 1994). Las células madre son células
originales que generan en el embrión todos los tejidos
necesarios para la vida y que en el adulto permanecen
guardadas, como un tesoro en una caja, dentro de los
tejidos (el nicho de las células madre) hasta que son
requeridas para sustituir a las células viejas y dañadas.
El entendimiento de los mecanismos moleculares que
permiten a las células madre la autorenovación dentro
de su nicho, el dividirse, proliferar y diferenciarse a tejido
nuevo durante la vida del organismo, podría ser la clave
para la medicina regenerativa y una cura potencial para
muchas enfermedades asociadas con el envejecimiento.
Figura 3. Modelo de la disfunción mitocondrial y su relación
con las enfermedades y el envejecimiento. Adaptado de Sahin
et al., 2011 y de Liang y Ward, 2006. Una reducción en la
elongación de los telómeros estimula la expresión de p53.
Subsecuentemente, se detiene la proliferación celular, por lo
que se promueve la senescencia y la apoptosis. La vía clave que
involucra a PGC para la funcionalidad y biogénesis mitocondrial
adecuada se interrumpe, por lo que se reduce la capacidad de
generar energía. A la larga, la integridad del tejido declina
llevando a la enfermedad.

169
MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO MÚSCULO-ESQUELÉTICO, SARCOPENIA
El concepto de célula madre se introdujo hace más de
un siglo por Alexander Maximow (Maximow, 1909),
sin embargo, la investigación de las mismas empezó
apenas en 1963, cuando James Till, Ernest McCullough
y Lou Siminovitch desarrollaron los medios para detectar
las células madre hematopoyéticas (Siminovitch et al.,
1963). El descubrimiento y la identificación de las CS en
músculo esquelético y la idea de que fueran las responsables
de la regeneración muscular suscitó expectativas respecto
al potencial para desarrollar maneras de regresar el reloj
biológico (Mauro, 1961). En el campo del transplante de
células madre, Hall y colaboradores (2010) demostraron
que la inducción de un daño muscular junto con el injerto
de CS asociadas a miofibras (células madre de músculo
esquelético), estimulan los cambios que se dan en el
microambiente de los hospederos adultos jóvenes, de
manera que provoca una mejora de por vida en la masa
muscular, la función y el mantenimiento de la poza de
células madre musculares, así como un incremento en la
capacidad regenerativa del músculo.
Mientras que las CS son ideales para terapias de ingeniería
de tejidos que pueden impactar en el deterioro muscular
asociado a la edad, las células madre no reparan los
tejidos debido a su capacidad para diferenciarse (Phinney
y Prockopf, 2007). En este sentido, las observaciones
actuales se han enfocado en el efecto paracrino de las
células madre, conocidas por secretar grandes cantidades
de citocinas, quimiocinas y factores de crecimiento,
que son tanto inmunomoduladores como tróficos. En
teoría, si se pudieran aprovechar las señales moleculares
necesarias para el mantenimiento de la viabilidad de las
células madre, potencialmente se podría tener una terapia
antienvejecimiento. Sin embargo, por ahora, mantenerse
activo y consumir una dieta balanceada parece ser la mejor
opción para envejecer saludablemente.
Agradecimientos
Agradezco a Si-Eun Yoo, University of Texas Health
Science Center, por sus contribuciones a este texto.
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INSTITUTO DE GERIATRÍA
172
RESUMEN CURRICULAR DE LA AUTORA
Carmen Ríos
Realizó su licenciatura en Ciencias Biológicas en la
Universidad de Maryland College Park y su maestría en
Biotecnología en la Universidad de Johns Hopkins; obtuvo
su doctorado en Bioquímica y Biología Molecular en la
Escuela de Medicina de la Universidad de Miami. Previo a
su ingreso en la carrera científica, la Dra. Ríos fue maestra
de Biología por diez años.
Actualmente está realizando una estancia posdoctoral
en el Instituto Barshop para Estudios de Envejecimiento
y Longevidad, Centro de Ciencias de la Salud de la
Universidad de Texas en San Antonio (UTHSCSA). Antes
de asumir este cargo en el Instituto Barshop, trabajó como
investigadora en el Centro Médico de Veteranos en Miami.
Su trabajo actual se enfoca en la neurodegeneración y
sus efectos en la sarcopenia durante el envejecimiento y
enfermedades de la tercera edad.

ENTRE LA ESCILA DEL
CÁNCER Y LA CARIBDIS DEL
ENVEJECIMIENTO
Jesús Aguirre Hernández
Veterinary Medicine, University of Cambridge.
ja248@cam.ac.uk

174
RESUMEN
Apoptosis y senescencia celular: la primera es un
proceso de suicidio celular que se lleva a cabo
mediante vías genéticamente determinadas; la segunda es
un proceso que detiene la división de la célula de modo
permanente. A lo largo de la vida estos procesos actúan
como supresores de tumores, ya que impiden la división
tanto de células cuyo material genético está dañado como
de aquellas que están expuestas a diversas condiciones
que podrían provocar ese daño. Sin embargo, la actuación
de estos procesos va reduciendo el número de células
capaces de regenerar y reparar los tejidos. Por lo tanto, a la
larga, a cambio de proteger contra la aparición del cáncer,
estos procesos contribuyen al envejecimiento.
Por otro lado, algunas de las alteraciones genéticas, por
azar, pueden afectar justamente los genes que participan
en la apoptosis y en la senescencia celular y, conforme
transcurre la vida del individuo, aumenta la probabilidad
de que algunas células acumulen mutaciones suficientes
para que dejen de funcionar ambos procesos y esto,
a su vez, aumenta la probabilidad de que se presente
el cáncer. Es por esto que a largo plazo convergen la
vejez y el cáncer. Observaciones en células y tejidos, en
humanos y en ratones, y las características de personas
con algunos síndromes de envejecimiento prematuro,
proporcionan evidencia sobre esta relación entre cáncer
y envejecimiento. En suma, el buen funcionamiento
de la apoptosis y de la senescencia celular contribuye
al envejecimiento; su mal funcionamiento, en cambio,
permite la aparición del cáncer.
INTRODUCCIÓN
En especies que cuentan con la capacidad de regenerar y
reparar tejidos en el estado adulto, como la nuestra, estas
funciones dependen del crecimiento y la división de células
somáticas, fundamentalmente de células troncales y
progenitoras. Tanto el crecimiento como la división celular
están regulados por proteínas que garantizan que las fases
del ciclo celular se lleven a cabo de manera ordenada y
en la secuencia correcta. No obstante, las células están
expuestas a factores internos (errores en la replicación
del ADN, acortamiento de los telómeros, generación de
moléculas altamente reactivas) y externos (radiación
ionizante, luz UV, agentes químicos, infecciones virales)
que pueden provocar alteraciones en el material genético
o en el funcionamiento del ciclo celular. Frente a esto,
las células cuentan con mecanismos que monitorean
la integridad del material genético, que perciben la
sobreexpresión de genes que promueven la proliferación
celular y que detectan condiciones como la hipoxia y la
limitación de nutrientes (Ben-Porath et al., 2005; Li et
al., 2006).
Cuando se presenta alguna de estas condiciones se
desencadenan mecanismos que detienen el ciclo celular
(figura 1). Después puede ocurrir: 1) que el ciclo celular
se reanude si se subsanan las condiciones anormales
que lo detuvieron; 2) que la célula se dirija hacia la
apoptosis, proceso mediante el cual la célula provoca su
propia muerte (Kerr et al., 1972; Wyllie, 2010); ó 3)
que la célula se dirija hacia la senescencia celular, estado
en el cual el ciclo celular se detiene permanentemente
(Hayflick, 1965). Que se presente alguna de estas tres
posibilidades depende del tipo celular, del contexto en
el que ocurre la detención del ciclo y de la magnitud del
daño en el material genético, si éste existe. En cualquier
caso, las tres respuestas impiden que se transmita el
daño a las células hijas y que éste se agrave en divisiones
subsecuentes por acumulación de más mutaciones, o por
inestabilidad genómica, lo que podría conducir al cáncer.
La apoptosis y la senescencia celular son, por lo tanto,
mecanismos que impiden la formación de tumores. Sin
embargo, todas las células, incluyendo las troncales, están
expuestas constantemente a la aparición de mutaciones
y de daño en el material genético y, consecuentemente,
a la posibilidad de desembocar en la apoptosis o en la
senescencia celular. Esto implica que conforme transcurre
la vida del individuo aumenta el número de células
troncales en senescencia celular o que mueren por
apoptosis. Esto disminuye la capacidad de mantenimiento
y reparación de los tejidos y, de este modo, senescencia
y apoptosis contribuyen al envejecimiento. De acuerdo
con lo expuesto, apoptosis y senescencia celular actúan
como mecanismos supresores de tumores pero, a cambio,
contribuyen al envejecimiento (Campisi, 2003; 2005;
Collado et al., 2007).
Apoptosis y senescencia celular como mecanismos
supresores de tumores
Hay abundante evidencia, in vitro e in vivo, sobre el papel

175
de estos procesos en la supresión de tumores; por ejemplo,
el exceso de señales de proliferación (por alteraciones en
MYC, RAS, RAF, E2F y ciclina E; o debido a la oncoproteína
viral E1A) provoca la senescencia mediada por p53,
p16INK4A y p14ARF (llamada p19Arf en el ratón) (Serrano et
al., 1997; Lowe, 1999; Lin et al., 2001; Lazzerini Denchi
et al., 2005; Michaloglou et al., 2005). MYC induce la
síntesis de p14ARF (figura 2); RAS induce la formación de
p14ARF y de p16INK4A. A su vez, p14ARF secuestra MDM2,
lo que permite que p53 active la transcripción de genes
que detienen el ciclo celular en G1/S (Lanigan et al.,
2011). Por su parte, p16INK4A impide la fosforilación
de pRB1, que también evita el avance del ciclo celular.
Adicionalmente, las señales de proliferación anormales
también conducen a la senescencia porque provocan
errores en la replicación del material genético y rupturas en
el ADN que activan los mecanismos de respuesta al daño
en el ADN (Bartkova et al., 2006; Di Micco et al., 2006).
Por otro lado, en tumores premalignos, en humanos y
en ratones, hay abundantes células senescentes, pero
no en tumores malignos (Collado et al., 2010), lo que
confirma la necesidad de que se inactive el mecanismo de
la senescencia para que aparezcan estos últimos.
En el corazón de la apoptosis y de la senescencia se
encuentran las proteínas p53, pRB1, p16INK4A y p14ARF,
por lo que no sorprende que con frecuencia estén mutadas
en tumores malignos. p53 exhibe mutaciones en más de
50% de los tumores humanos (Olivier et al., 2010) y
los que no las presentan las tienen en otros genes de la
misma vía (por ejemplo, MDM2); en el caso de tumores
provocados por virus de ADN, la inactivación de p53 (y de
pRB1) corre por cuenta de oncoproteínas virales (Felsani
et al., 2006; Levine, 2009). En cuanto al locus CDKN2A-
CDKN2B-CDKN2B-AS1, formado por tres genes
supresores de tumores, frecuentemente se pierde por
deleción (Sharpless, 2005) o es inactivado por metilación
(Merlo et al., 1995). CDKN2A, por sí solo, codifica dos
ENTRE LA ESCILA DEL CÁNCER Y LA CARIBDIS DEL ENVEJECIMIENTO
Figura 1. Relación entre las mutaciones, los mecanismos que previenen la aparición del cáncer y el envejecimiento.

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176
proteínas con funciones distintas, p16INK4A y p14ARF; éstas
se pierden cuando el gen está alterado, privando a la célula
de dos proteínas e interfiriendo simultáneamente con
el funcionamiento de p53 y de pRB1 en la senescencia
celular, y de p53 en la apoptosis (Zuckerman et al.,
2009). CDKN2B y CDKN2B-AS1 también participan
en la regulación del ciclo celular (Camacho et al., 2010;
Kotake et al., 2010) y el segundo ha sido asociado con
diversas enfermedades y podría tener un papel en el
envejecimiento (Pasmant et al., 2011). Muchos otros
genes que participan en la apoptosis y en la senescencia
presentan mutaciones en diversos tumores; por ejemplo,
BRCA1 en cáncer de mama y de ovario, BCL2 en linfomas,
y caspasas en diversos tumores (Ghavami et al., 2009).
Finalmente, la división celular y algunos factores
ambientales adversos provocan el acortamiento de los
telómeros que, al cruzar un umbral, desencadenan la
respuesta contra el daño en el ADN y sobreviene la
senescencia celular (Epel et al., 2004; Blasco, 2005).
Esto impide que las células se dividan indefinidamente
y representa una barrera para el desarrollo del cáncer: en
ratones se requiere la reactivación de la telomerasa para
evitar que las células tumorales entren en senescencia por
el acortamiento de los telómeros (Feldser et al., 2007) y
en más de 90% de los tumores humanos la telomerasa
se halla reactivada (Kim et al., 1994; Shay et al., 1997).
Apoptosis, senescencia celular y envejecimiento
También hay evidencia acerca del papel de estos
mecanismos en el envejecimiento (Jeyapalan et al.,
2008). Por ejemplo, en primates y en ratones, las células
senescentes aumentan con la edad y se acumulan en
tejidos con envejecimiento normal (Jeyapalan et al., 2007;
Wang et al., 2009); con la edad, tanto en ratones como
en humanos la senescencia y la apoptosis están asociadas
con la disminución de células troncales o progenitoras, y
esta disminución está acompañada de una reducción en
la capacidad de regeneración de los tejidos (Flores et al.,
2005; Krishnamurthy et al., 2006; Zhou et al., 2008).
Figura 2. Algunas de las principales moléculas que participan en las vías de la reparación del daño celular, la apoptosis y la senescencia
celular. Muchas de ellas son oncoproteínas (fondo naranja) o proteínas que participan en la supresión de tumores (fondo gris) y
sus genes presentan mutaciones en las células tumorales. Cuando no puede reparase el daño en el material genético, las células
desembocan en la apoptosis o en la senescencia celular. A medida que se incrementa el número de células en estos dos últimos
estados, disminuye la capacidad de regeneración de los tejidos, y esto se asocia con la vejez.

177
Se ha considerado a p16INK4A un marcador de
envejecimiento (Krishnamurthy et al., 2004). Su gen,
CDKN2A, se activa a medida que envejece el individuo,
por lo que el nivel de p16INK4A y p14ARF aumenta con la
edad (Ressler et al., 2006). En ratones, la disminución
en el número de células troncales está asociada con un
aumento en el nivel de p16Ink4a (Zindy et al., 1997),
mientras que la ausencia de esta proteína, en ratones
genéticamente modificados, incrementa la capacidad de
regeneración tisular y el riesgo de presentar tumores. En
células en cultivo, el nivel de p16INK4A también aumenta
con el pasaje celular (Alcorta et al., 1996).
Por su parte, los telómeros exhiben una asociación entre
su longitud y la mortalidad en personas con más de 60
años (Cawthon et al., 2003). En ratones, los telómeros
más largos se hallan en células troncales y se acortan con
la edad, y estas células no se dividen cuando los telómeros
son muy cortos (Flores et al., 2008). Finalmente, las
células humanas en cultivo, modificadas para expresar la
telomerasa, no muestran acortamiento de los telómeros ni
senescencia (Bodnar et al., 1998).
Experimentos con ratones modificados
genéticamente
En ratones, los experimentos con Tp53, Cdkn2a-
Cdkn2b y telomerasa han mostrado que la apoptosis y
la senescencia previenen el desarrollo del cáncer y, por
razones sólo parcialmente comprendidas, dependiendo
del gen que se modifique, puede o no haber cambios
en el envejecimiento y en la longevidad. Los ratones
que expresan constitutivamente una variante corta de
p53 tienen un menor riesgo de desarrollar tumores,
muestran disminución de células troncales, envejecen
prematuramente y presentan una mayor proporción de
células senescentes que los ratones normales (Tyner et al.,
2002; Maier et al., 2004; Moore et al., 2007). Cuando
son expuestos a radiación ionizante se observa apoptosis,
en lugar de la senescencia celular observada en los ratones
normales (Hinkal et al., 2009).
En otros experimentos se agregó una copia adicional del
locus Tp53, regulado normalmente al incluir la región
promotora (Garcia-Cao et al., 2002), o se crearon ratones
hipomórficos Mdm2 (Mendrysa et al., 2006); en ambos,
el nivel basal de p53 es moderadamente más elevado que
en los ratones normales y el riesgo de presentar tumores
es menor pero, a diferencia de los primeros ratones, no se
altera la longevidad ni hay envejecimiento prematuro, aun
si carecen de telomerasa (Garcia-Cao et al., 2002; Garcia-
Cao et al., 2006). Con dos copias adicionales de Tp53
tampoco aumenta la longevidad (Matheu et al., 2009).
Las diferencias en estos resultados se atribuyen a que en el
primero hay una variante truncada de Tp53, que además
se expresa constitutivamente, mientras que en el segundo
hay un locus completo y está sujeto a regulación normal
(Courtois et al., 2004; Murray-Zmijewski et al., 2006;
Moore et al., 2007; Bourougaa et al., 2010).
En ratones con una o dos copias adicionales del locus
Cdkn2a-Cdkn2b (que codifican p16Ink4a, p19Arf y p15Ink4b)
aumenta la resistencia al cáncer y, en los machos, se
reduce la fertilidad; estos efectos son proporcionales al
número de copias extra del locus (Matheu et al., 2008;
Matheu et al., 2009). Dos copias adicionales (pero
no una sola) incrementan la mediana de la longevidad
y retrasan el envejecimiento (Matheu et al., 2004;
Matheu et al., 2008). Ratones con una copia adicional
de Tp53 y de Cdkn2a-Cdkn2b también muestran un
menor riesgo de desarrollar cáncer y un incremento en
la mediana de la longevidad (Matheu et al., 2007). A
partir de estos y otros experimentos se ha sugerido que
quizá p16Ink4a contribuye al envejecimiento, mientras
que p19Arf contribuiría a evitarlo (Collado et al., 2007;
Baker et al., 2008a; Baker et al., 2008b; Matheu et al.,
2009), pero se requiere investigar más al respecto. Los
experimentos anteriores también sugieren que, además
de Tp53 y Cdkn2a-Cdkn2b, hay otros factores genéticos,
todavía no identificados, que determinan la senescencia y
la longevidad.
Para los experimentos siguientes es necesario recordar
que los ratones, a diferencia del humano, sí expresan
la telomerasa en múltiples tejidos (Seluanov et al.,
2008). En los ratones carentes de telomerasa y de p53
se observa acortamiento de los telómeros, inestabilidad
cromosómica (derivada de la fusión y ruptura de los
cromosomas) y desarrollo de tumores (Artandi et
al., 2000). Los ratones modificados, que expresan la
telomerasa en células en las que normalmente no está
activa, muestran un mayor riesgo de presentar tumores
(Gonzalez-Suarez et al., 2001; Artandi et al., 2002),
pero también muestran una disminución en la incidencia
de enfermedades degenerativas y los que no presentan
ENTRE LA ESCILA DEL CÁNCER Y LA CARIBDIS DEL ENVEJECIMIENTO

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178
cáncer tienen una mayor longevidad (Gonzalez-Suarez et
al., 2005). Si la telomerasa se expresa constitutivamente,
y además hay niveles más elevados de p53, p16Ink4a y
p19Arf, la longevidad media de los ratones aumenta y se
retrasa el envejecimiento, pero sin que aumente el riesgo
de presentar tumores (por la copia extra de Tp53 y de
Cdkn2a-Cdkn2b) (Tomas-Loba et al., 2008). En ratones
carentes de telomerasa y de p21Cip1/Waf1, que detiene el
ciclo celular, la longevidad es mayor que en aquellos
carentes de telomerasa pero que tienen p21Cip1/Waf1
(Ungewitter et al., 2009); en esos ratones la ausencia
de p21Cip1/Waf1 provoca que se reactive la proliferación de
células troncales y progenitoras sin que haya un aumento
en el riesgo de cáncer.
También se han estudiado ratones con alteraciones en genes
que participan en la detección y en la reparación del daño
en el ADN (Lombard et al., 2005), y sus características
difieren si el gen participa en la detección del daño o en
su reparación (Collado et al., 2007). En el primer caso
se acumula el daño y se incrementa el riesgo de presentar
cáncer, sin que haya envejecimiento prematuro, ya que
no se desencadenan apoptosis ni senescencia. En cambio,
cuando son los mecanismos de reparación del daño los
que están alterados, el daño sí lleva al envejecimiento
prematuro. Los padecimientos humanos, debidos a
mutaciones en genes que participan en la detección y en
la reparación del daño en el material genético, también
difieren en sus características dependiendo de la función
del gen (Blasco, 2005). Por ejemplo, en el Síndrome de
Werner (OMIM 277700) y en la disqueratosis congénita
(OMIM 305000) hay envejecimiento prematuro y una
mayor predisposición al cáncer (Burtner et al., 2010).
El cáncer en la vejez
A lo largo de la vida, la apoptosis y la senescencia celular
protegen contra el desarrollo del cáncer, a cambio de
contribuir al envejecimiento. Y, sin embargo, el cáncer se
asocia con la vejez. Esto se debe a la actuación de causas
próximas y de causas últimas (Mayr, 1982). Las causas
próximas son las mutaciones, el daño en el ADN y algunas
infecciones virales. Estos factores no conducen al cáncer
si la apoptosis y la senescencia funcionan adecuadamente.
Sin embargo, por azar, esos factores pueden afectar
genes involucrados en estos mecanismos, por lo que las
células afectadas continuarán dividiéndose a pesar de las
anomalías en el material genético y en su funcionamiento.
Como la aparición del cáncer requiere múltiples mutaciones
en diversas vías celulares (Hanahan et al., 2000; Yeung et
al., 2008), y las mutaciones ocurren al azar, la acumulación,
en una misma célula, de las mutaciones necesarias para el
cáncer, es un proceso que lleva tiempo aun en presencia
de inestabilidad genómica (Gasparini et al., 2007;
Venkitaraman, 2007; Negrini et al., 2010; Stephens et
al., 2011). Esto explicaría la asociación entre cáncer y
vejez, aunque es probable que haya causas adicionales
como, por ejemplo, la inmunosenescencia (causada por la
misma senescencia celular) (Swann et al., 2007; Fulop et
al., 2010) y la secreción, por parte de células senescentes,
de factores de crecimiento, citocinas y metaloproteinasas
capaces de promover la proliferación de células vecinas,
la angiogénesis, la invasión de tejidos y la migración;
características éstas de las células malignas (Coppe et al.,
2010). En cuanto a las causas últimas, la asociación entre
el cáncer y la vejez, y quizá la persistencia misma de éstos,
explicaría por qué no afectan la aptitud reproductiva, en
tanto que se presentan en la etapa postreproductiva del
individuo (Leroi et al., 2003; Ljubuncic et al., 2009).
Se ha expuesto con cierto detalle la relación entre el
cáncer y el envejecimiento, mediada por la apoptosis
y la senescencia celular. Sin embargo, esto no agota los
aspectos del funcionamiento celular que son relevantes
tanto para el cáncer como para el envejecimiento y la
longevidad. Otros aspectos importantes son: el papel de
p53 en la regulación del metabolismo celular (Feng et
al., 2010; Yi et al., 2010), el papel de las proteínas de
choque térmico (Calderwood et al., 2006; Tower, 2009)
y el funcionamiento de las mitocondrias (Wallace, 2005;
Ladiges et al., 2010).
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RESUMEN CURRICULAR DEL AUTOR
Jesús Aguirre Hernández
Egresado de la carrera de Biología de la Facultad de
Ciencias de la UNAM. Maestría en Biotecnología en
el Instituto de Biotecnología de la misma universidad.
Doctorado en la Universidad de Cambridge, Inglaterra.
Jefe del Departamento de Genética del Hospital Infantil
de México (2003-2004). Investigador asociado en la
Universidad de Cambridge a partir de 2004. Intereses:
estudio de las causas genéticas de enfermedades
complejas y monogénicas; principalmente mapeo de
genes que predisponen al desarrollo del cáncer y mapeo
de mutaciones causantes de enfermedades de la vista,

INSTITUTO DE GERIATRÍA
182
utilizando al perro como sistema modelo; mapeo de loci
mediante análisis de asociación con SNPs cubriendo todo
el genoma (GWAS); estudios de ligamiento con SNPs y
microsatélites; estudios de asociación con loci candidatos.

ANEXO
INFORMÁTICA PARA
EL ESTUDIO DEL
ENVEJECIMIENTO
Layla Michán
Claudia Itzel Pedraza
Israel Muñoz Velasco
Departamento de Biología Comparada,
Laboratorio de Cienciometría, Información e
Informática en Ciencias Biológicas, Facultad de
Ciencias, UNAM.
laylamichan@ciencias.unam.mx

184
RESUMEN
Actualmente, la información científica está disponible
en cantidades colosales y en formatos diversos. La
información biomédica sobre envejecimiento no ha sido
la excepción, como evidencia, el número de estudios y
los datos experimentales publicados han aumentado de
manera exponencial; esta transformación de la práctica
científica es un reflejo de la (r)evolución informática: se
ha reducido la energía, el costo y el tiempo requeridos
para las consultas, el manejo y el análisis de la información
digital. Las nuevas técnicas de acceso para explotar las
colecciones digitales disponibles han aumentado la eficacia
y la exactitud de la recuperación de información, lo que ha
fomentado a su vez la colaboración e interdisciplinariedad
de la práctica científica.
El desafío de manejar una gran cantidad de datos digitales
ha promovido el diseño de herramientas electrónicas
más eficientes para la búsqueda, recuperación, manejo
y meta-análisis de literatura biomédica digital novedosa
y de vanguardia, acorde con las necesidades de nuestra
época. En este capítulo se presenta un panorama general
de las aplicaciones informáticas más relevantes para el
manejo de literatura especializada en envejecimiento
desde una perspectiva molecular, en el orden siguiente:
1) información sobre envejecimiento, que incluye tipos de
literatura y su flujo; 2) informática para el envejecimiento
que comprende aplicaciones web, colecciones bibliográficas
y e-ciencia. Todas estas herramientas permiten optimizar
la recuperación de literatura y/o favorecen la generación
de nuevo conocimiento sobre envejecimiento.
INTRODUCCIÓN
El desarrollo notable de la informática y el cómputo
a partir de 1950 ha repercutido mundialmente en
la transformación de la comunicación, las relaciones
sociales, económicas, políticas y culturales. El uso de
las computadoras y el Internet son representativos de
esta era digital; ambos permiten la rápida recolección de
información, facilitan sistematizar, cotejar, almacenar,
analizar y difundir datos, promoviendo la creación de
nuevo conocimiento y la difusión del mismo de manera
más rápida, eficiente y masiva (Roberts, 2000).
En la práctica científica, esta (r)evolución informática está
caracterizada por el uso de las computadoras, la adopción
del formato digital, la democratización, personalización,
automatización, actualización e inmediatez (Lindberg,
2003). Dicha transformación influye y es influida
por el progreso científico y tecnológico que se suscitó
vertiginosamente en el siglo XX. En los albores del siglo
XXI, referirse a información científica implica la mención
y el uso de términos, métodos, teorías novedosas e
innovadoras como: sociedad del conocimiento, sociedad
de la información, globalización, acceso a la información,
e-ciencia, e-investigación, redes, grids, colaboratorios,
conocimiento basado en la literatura, minería de textos
(text mining), web semántica, ontologías, índice de
impacto, cocitación, Web 2.0 y Web 3.0, redes sociales,
plagio, acceso libre, derecho al olvido, retractación,
cómputo en la nube (cloud computing), por mencionar las
más frecuentes (Budd, 1998; Cohen y Hersh, 2005; Robu
et al., 2006; Giustini, 2007; Hendler, 2009 Rosenthal et
al., 2010).
En la actualidad, muchos de los descubrimientos se hacen
in silico, procesando en computadoras información digital
con base en modelos reales, en contraposición a los
experimentos in vivo e in vitro usuales en el siglo XX. Esta
nueva tecnología faculta una reinvención de la ciencia, ya
que tiene la capacidad de abordar el desafío que implica
manejar conjuntos de datos grandes y complejos. Aunque
la práctica científica en su conjunto se ha visto afectada
por este fenómeno, las ciencias biomédicas han adoptado
estas herramientas rápidamente y el volumen de nuevos
conocimientos obtenidos ha crecido significativamente;
por ejemplo, la producción de artículos en esta área del
conocimiento tiene un crecimiento exponencial (Cohen
y Hersh, 2005). Otro ejemplo lo constituyen los métodos
y herramientas electrónicas novedosas y de vanguardia
para búsqueda, recuperación, manejo y meta-análisis de
información biomédica digital acorde a las necesidades y
retos de nuestro tiempo, lo que se ha traducido incluso en
el surgimiento de nuevos campos del conocimiento como
producto de la sinergia entre el cómputo y subdisciplinas
biológicas, como la bioinformática, la neuroinformática,
la informática médica, informática de la salud,
inmunoinformática, por mencionar algunas (Lindberg,
2003; Demagalhaes y Toussaint, 2004).
La repercusión del impacto de la informática en la
investigación sobre envejecimiento no es la excepción;

185
INFORMÁTICA PARA EL ESTUDIO DEL ENVEJECIMIENTO
de hecho, existen varios ejemplos representativos que
expondremos a continuación: 1) información sobre
envejecimiento, que incluye tipos de literatura y su flujo;
2) informática para el envejecimiento que comprende
aplicaciones web, colecciones bibliográficas y e-ciencia.
La información sobre envejecimiento
La información científica es un recurso básico para el
conocimiento humano que representa un conjunto de
temas diversos; actualmente la información biomédica
puede estar disponible en formato impreso o electrónico;
consiste en textos (pueden ser artículos, libros, etc.),
imágenes y sonido; se encuentra sistematizada en bases
de datos, catálogos o listas; su consulta puede ser libre
o restringida; trata sobre los seres vivos o sus partes,
fenómenos y explicaciones, versa sobre publicaciones,
investigadores, proyectos, grupos y líneas de investigación,
convenios, subsidios, producción científica, instituciones
de enseñanza y sociedades científicas, por mencionar
algunas (Meadow, 1997; Buckland, 1999; Nentwich,
2003; Ashraf, 2004).
De todos los tipos de información biomédica sobre
envejecimiento, en este documento únicamente
abordaremos la literatura especializada, que consiste
en artículos, memorias, capítulos y libros. Como toda
información, la biomédica tiene un flujo cíclico con un
carácter dinámico; en la figura 1 se presentan ejemplos del
procedimiento de publicación y los tipos de literatura para
un tema de envejecimiento. Cabe recalcar la evolución
de las publicaciones electrónicas (artículos y revistas
digitales e interactivas) entre científicos (Lambiotte y
Panzarasa, 2009), que han dado lugar a revistas digitales
de vanguardia (Neurobiology of Aging, Aging, Mental
Health y Journal of Aging Studies), artículos interactivos y
fenómenos como la retractación, las revistas que publican
resultados negativos y las aplicaciones para detectar plagio
de literatura (Budd, 1998; Atlas, 2004).
Figura 1. El flujo de la literatura científica sobre envejecimiento: cuadernos de notas y congresos (literatura gris), artículos (literatura
primaria), índices y catálogos de referencias (literatura secundaria), y libros y manuales (literatura terciaria).

INSTITUTO DE GERIATRÍA
186
Informática
Es común realizar la gestión e integración de la bibliografía
biomédica con herramientas informáticas, las cuales son
un valioso recurso para el manejo de los datos: adquisición,
almacenamiento, procesamiento, recuperación, análisis y
difusión (Sinard, 2006; PNBM, 2002). Su uso requiere
del entendimiento y asimilación de un conjunto de
elementos, como el manejo de computadoras y la destreza
para resolver problemas informacionales (Lindberg, 2003;
Sinard, 2006), instrumentación de Internet, colaboración
mundial y diseño de sistemas de información (Sinard,
2006). En esta categoría agruparemos a aplicaciones
web, colecciones bibliográficas y e-ciencia.
Aplicaciones web
El desarrollo de las aplicaciones web es un componente
vital de la infraestructura de la información global (Elbaum,
2005); son creadas por la tecnología disponible en la
web y, además, cumplen con una o más de las siguientes
condiciones: utilizan una base de datos, se desarrollan
mediante un programa desarrollador de aplicaciones,
extraen datos de varios registros y archivos, requieren de
un servidor en constante ejecución y procesamiento, y
generalmente es necesario inscribirse al servicio creando
un usuario y una contraseña para tener un espacio asignado
en el servidor en el que se guarda la información procesada.
También es común el uso de algoritmos que permiten el
análisis u ordenamiento de la información. Varias de estas
aplicaciones son producidas por empresas, algunas otras
han sido diseñadas por los propios académicos; la mayoría
de las que presentamos aquí son amigables y gratuitas.
Entre sus funciones están: salvar, etiquetar (tagging),
almacenar y manejar referencias recuperadas (Michán y
Morales, 2009) (figura 2). El conjunto de estas funciones
representa un aporte importante a la construcción del
nuevo conocimiento científico (Cohen y Widdows,
2009).
Figura 2. Funciones más comunes de las aplicaciones web para
el manejo de la información científica.
Figura 3. Procesos y aplicaciones correspondientes para la obtención de literatura en la web.

187
El proceso de la obtención de literatura digital en la web
es simultáneo al uso de aplicaciones diseñadas para uno o
varios propósitos específicos; hemos dividido este proceso
y hemos clasificado a las aplicaciones correspondientes a
cada etapa en seis categorías: 1) explorar (exploradores y
complementos); 2) buscar (buscadores, metabuscadores
y colecciones); 3) marcar (marcadores); 4) actualizar
(RSS); 5) manejar (manejadores de bibliografía); y 6)
analizar (aplicaciones de meta-análisis automático)
(Figura 3, página anterior).
De todas las anteriores, las herramientas más novedosas
y sofisticadas son las que permiten el análisis cuantitativo,
automático y en tiempo real de miles de registros
bibliográficos simultáneamente; con base en ciertas reglas
y utilizando medidas específicas (Walker et al., 2008),
estos procesos permiten obtener desde frecuencias,
tendencias y relaciones hasta mapas completos de
las distintas entidades y variables contenidas en los
documentos registrados y analizados. Estas aplicaciones
cumplen principalmente con dos objetivos: 1) refinar
las búsquedas; y 2) visualizar proporciones, tendencias
y relaciones de la literatura seleccionada. Varias de ellas
tienen funciones únicas que ayudan al investigador a
resolver problemas específicos; entre las más frecuentes
están: seleccionar y clasificar documentos, extraer
información relevante, facilitar la recuperación, generar
resúmenes y elaborar complejos procesos de análisis
(pueden ser miles de documentos) de manera simultánea
mediante algoritmos complejos que procesan información
por uno o varios métodos: bibliometría, análisis de
redes, minería de textos y semántica (Michán et al.,
2010; Michán et al., 2011). Una de la bases de datos
más utilizada para este tipo de aplicaciones es PubMed,
aunque existen colecciones bibliográficas restringidas que
utilizan procedimientos de este tipo como Web of Science
(Thomson Reuters), o Scimago a partir de la información
de Scopus (Elsevier). A la fecha hemos identificado más
de un centenar de este tipo de aplicaciones en la web
(Michán et al., 2010; Michán et al., en prensa).
Un ejemplo de aplicación de análisis de literatura
automático disponible en la web es LigerCat (figura 4),
una herramienta que usa etiquetas en nube (tag clouds)
para proporcionar una visión general de los conceptos más
frecuentes. Además, por medio de una gráfica permite
identificar la tendencia de publicación por año para una
consulta realizada, e incluso puede seleccionar alguna de
las barras para revisar los artículos aparecidos en el año
correspondiente. Algunas de estas aplicaciones liberan
versiones que se pueden ejecutar desde dispositivos
móviles (Cobo y Pardo, 2007).
Figura 4. Pantalla de LigerCat mostrando las palabras más ocurrentes (etiquetas de mayor tamaño) y las menos ocurrentes (con un
menor tamaño) para documentos de PubMed sobre Gerontología.
INFORMÁTICA PARA EL ESTUDIO DEL ENVEJECIMIENTO

INSTITUTO DE GERIATRÍA
188
Colecciones bibliográficas
Las herramientas más eficientes para búsqueda de
literatura son las colecciones bibliográficas especializadas
y sistematizadas en una base de datos digital con acceso
inmediato; diseñadas con la intención de contener datos
ordenados disponibles a través de la web para personas
interesadas en su consulta con fines académicos.
Definiremos colección bibliográfica o de literatura científica
como toda aquella colección que registra documentos de
carácter científico, en especial, información sobre artículos
y libros. Desarrolladas para proporcionar información útil
(Jagarlapudi y Kishan, 2009), estas colecciones se han
constituido como una de las herramientas computacionales
más desarrolladas en los últimos años.
En los últimos años, el estudio del envejecimiento
se ha sumado a la corriente principal de las ciencias
biológicas; como evidencia de esa transición, el número
de estudios y datos experimentales publicados e indizados
en las colecciones bibliográficas ha aumentado de
manera exponencial (Kaeberlein et al., 2002; Michán y
Michán, 2010; Peysselon y Ricard-Blum, 2011). Con
base en la estructura, la organización y los servicios
que dan las colecciones bibliográficas biomédicas con
información sobre envejecimiento se pueden dividir en
las siguientes categorías: 1) biblioteca virtual, 2) sistema
de información, 3) índices o catálogos, 4) editoriales
o revistas, y 5) repositorios. Algunos ejemplos de
colecciones bibliográficas para la investigación biomédica
y relacionadas con el estudio del envejecimiento, están
disponibles en línea y se representan en la tabla 1.
E-ciencia
Para referirse a esta nueva forma de hacer ciencia que
incorpora el cómputo, se han acuñado términos, los cuales
están en boga y describen los cambios contemporáneos
de la misma; enseguida se hace mención de algunos de
ellos: e-ciencia (e-science), e-investigación (e-research),
ciberinfraestructura (cyberinfrastructure) y ciberciencia
(cyberscience) (NSF, 2007).
La e-ciencia resulta del uso y aplicación de la
ciberinfraestructura en la práctica científica a través de
la capacidad de colaboraciones globales entre científicos
de diversas áreas, con poderosas instalaciones de próxima
generación científica (Hey y Trefethen, 2003; Chen, et
al., 2007; Rambo, 2009). En la figura 5 se representa el
proceso de investigación realizada en el espacio virtual, y la
publicación electrónica de los resultados, con las siguientes
características: la colaboración internacional inter y
multidisciplinaria de un gran número de investigadores
(colaboratorios); comunicación global gracias a la
ciberinfraestructura (interconexión de computadoras
y arquitectura grid), almacenamiento (reservorios de
Colecciones
bibliográficas Ejemplos URL
Biblioteca digital
MedLine
The Biology of Aging portal (BoA)
http://www.nlm.nih.gov/databases/
databases_medline.html
http://biologyofaging.org/
Sistema de
información
Entrez
Gerontome
The Human Ageing Genomic Resources
(HAGR)
Bireme BVS
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/gquery
http://gerontome.kobic.re.kr/search.php
http://genomics.senescence.info/
http://new.paho.org/bireme/
Índice o catálogo
PubMed
Aging Genes and Interventions Database
Lilacs
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nlmcatalog/
journals
http://www.uwaging.org/genesdb/
http://lilacs.bvsalud.org/
Editoriales y
revistas
Biomed Central
Neurobiology of Aging
http://www.biomedcentral.com/
http://neurobiologyofaging.org/
Repositorio
PubMed central
JenAge for systems biology of aging
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/
http://www.jenage.de/information-centre/
ageing/databases.html
Tabla 1. Ejemplos de colecciones bibliográficas para la investigación biomédica y relacionadas con el estudio del envejecimiento.

189
datos); la posibilidad de visualizar los datos; desarrollar
herramientas y procedimientos basados en Internet. Esto
ha permitido a los investigadores realizar una colaboración
más rápida y óptima (Hey y Trefethen, 2003; Hey y
Trefethen, 2005; NSF, 2007; Rambo, 2009).
Figura 5. Proceso de la e-ciencia en el espacio virtual.
En la actualidad se han desarrollado proyectos de
e-ciencia dirigidos al estudio del envejecimiento (tabla 2),
tal es el caso del proyecto Biology of Ageing e-Science
Integration and Simulation System (BASIS), que se basa
en los servicios web para realizar un estudio cuantitativo
de la biología del envejecimiento con la colaboración
multidisciplinaria de investigadores. Otro es el proyecto
e-Ageing: Western Australian Centre for Health Ageing,
desarrollado por la Universidad de Australia Occidental en
conjunto con el Instituto Australiano Occidental para la
Investigación Médica, el cual busca mejorar, por medio de
tecnologías web, la enseñanza y el aprendizaje referidos al
cuidado de los ancianos.
La ciberinfraestructura que hace posible a la e-ciencia
es administrada por especialistas en cómputo y
bioinformática, los cuales construyen herramientas
y servicios (que pueden ser de carácter restringido o
abierto) que permiten a los científicos colaborar, compartir
y distribuir información acerca de sus investigaciones
(Hey y Trefethen, 2005).
Con base en lo expuesto en este capítulo, los retos
informáticos para la investigación molecular sobre
envejecimiento en México serían: 1) el diseño y
mantenimiento de bases de datos bibliográficas regionales
y locales exhaustivas, estandarizadas y actualizadas con
acceso abierto y en línea; 2) la publicación de una revista
en línea con herramientas de vanguardia; 3) la realización
de un repositorio institucional, o incluso nacional, que
contenga la literatura publicada en México sobre esta
especialidad; 4) el uso y la difusión de las herramientas web
de las generaciones 2.0 y 3.0 para manejo de literatura;
5) la adopción y explotación de la ciberinfraestructura
disponible para investigación sobre biogerontología; y
6) la aplicación del análisis automático de la literatura. En
su conjunto, todas estas herramientas sin duda permitirán
la consolidación y modernización de esta disciplina
institucionalizada recientemente en nuestro país.
Agradecemos a Eduardo Álvarez por su colaboración en
la discusión sobre algunas aplicaciones. Este texto se hizo
con recursos de los proyectos DGAPA, UNAM PAPIME PE
201509 2009-2011 y CONACYT 13276.
INFORMÁTICA PARA EL ESTUDIO DEL ENVEJECIMIENTO
Tabla 2. Dos ejemplos de proyectos de e-ciencia sobre envejecimiento.
Proyecto URL Características
BASIS http://www.basis.ncl.ac.uk/Software.html Desarrollado con servicios para estudios cuantitativos
de la biología del envejecimiento
e-Ageing http://e-ageing.wacha.org.au/ Basado en las tecnologías de la web presentando
oportunidades para mejorar la enseñanza y el
aprendizaje en el cuidado de los ancianos

INSTITUTO DE GERIATRÍA
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RESUMEN CURRICULAR DE LOS AUTORES
Layla Michán
Profesora asociada “C” de tiempo completo de la Facultad
de Ciencias de la UNAM. Licenciada en Biología y doctora
en Ciencias Biológicas por la Universidad Nacional
Autónoma de México. Desarrolló investigaciones
posdoctorales en el Instituto de Ciencias Médicas
y Nutrición “Salvador Zubirán” y en el Instituto de
Investigaciones Filosóficas de la UNAM. Sus áreas de
interés comprenden el análisis de las ciencias biológicas
en la actualidad: estructura, desarrollo, tendencias,
patrones y relaciones de la investigación biológica reciente
(1980-actualidad) desde la bibliometría, historia y
sociología de la ciencia; en especial le interesa el impacto
de las TICs (web, ciberinfraestructura y colecciones) en
las ciencias biológicas, relacionadas y afines. Actualmente
está a cargo del Repositorio Institucional de la Facultad de
Ciencias, UNAM.
Blog: http://laylamichanunam.blogspot.com/
Claudia Itzel Pedraza e Israel Muñoz Velasco
Son estudiantes de la licenciatura en Biología de la
Facultad de Ciencias de la UNAM e imparten cursos sobre
e-investigación bibliográfica para Ciencias Biomédicas,
información digital para Biología y meta-análisis para
literatura biológica.
INFORMÁTICA PARA EL ESTUDIO DEL ENVEJECIMIENTO

IMPRESO EN MÉXICO
ASPECTOS MOLECULARES DEL
ENVEJECIMIENTO
Se terminó de imprimir en el mes de mayo de 2012
en los talleres de Consorcio Editorial
El León de Shalom, S.A. de C.V.
Ororya No. 610, Col. Lindavista, C.P. 07300
México, D.F.
El tiraje fue de 1500 ejemplares.