Ciclo celular SubTodas las células se reproducen mediante su división en dos.
Una sola bacteria incubada por una noche dá lugar a una población de millones de bacterias
En el caso más complejo, una célula huevo fecundada dá lugar a los 100,000,000,000,000 de células de un ser humano.
División: finamente regulada y coordinada con el crecimiento celular y con la replicación del ADN
La progresión a través del ciclo celular está controlada por una serie de proteínas quinasas, conservada desde las levaduras hasta los mamíferos.
Eucariotas superioresciclo celular Regulado por los –factores de crecimiento- que controlan la proliferación celular, coordinando la división de las células individuales con las necesidades del organismo como un todo.
Alteraciones en el ciclo : frecuente causa de proliferación anormal de las células cancerosas
Ciclo celular eucariota Consiste en 4 procesos coordinados
Crecimiento celular Replicación del ADN Distribución de los cromosomas duplicados a las células hijas División celular
Fases del ciclo celular M. Corresponde a la Mitosis, a la que suele seguir la Citocinesis G 1 la célula es metabólicamente activa y está creciendo pero No hay replicación del ADN. S. Sintesis del ADN G 2 prosigue crecimiento y se sintetizan proteínas en preparación de la Mitosis
Ciclo celular se divide en dos etapas fundamentales mitosis (división del núcleo) es la más llamativa, corresponde a la separación de los cromosomas, antecede a la citocinesis, dura aprox. 1 hora.
Interfase 95% del ciclo celular transcurre en Interfase. Los cromosomas se descondensan y se distribuyen por el núcleo, ocurre el crecimiento celular y la replicación del ADN, incluye a G1 (11 horas), S ( 8 horas) y G 2 (cerca de 4 horas) Duración varía mucho según tipos de células
Regulación del ciclo celular Por señales extracelulares del medio Por señales internas que supervisan y coordinan las diferentes fases del ciclo Ejemplo: efecto de los factores de crecimiento sobre la proliferación de las células animales. Además el crecimiento celular, la replicación del ADN y la mitosis Son coordinadas por una serie de PUNTOS DE CONTROL que regulan la progresión hacia la las diferentes fases.
PUNTOS DE CONTROL START. Controla el paso de G1 a S, es controlado por señales externas como la disponibilidad de nutrientes y por el tamaño celular, ej.: Levaduras detienen aquí su ciclo si no hay nutrientes, entrando en reposo START es el punto en que se coordina el crecimiento de la célula con la replicación del ADN y con la división celular ej.: Las levaduras en gemación, produciendo una célula madre grande y una hija pequeña Esta regulación requiere que la célula alcance un tamaño mínimo para que rebase el punto de START
Diferencias de levaduras a animales -la mayoría- de las células animales regula su proliferación en G1 -el denominado PUNTO DE RESTRICCION- funciona de manera análoga como lo hace START en las levaduras. A diferencia de las levaduras, el paso de las células animales por las distintas fases del ciclo celular se regulan por -factores de crecimiento- que -son señales de proliferación celular- en vez de- por la disponibilidad de nutrientes. En presencia de factores de crecimiento apropiados la célula rebasa el punto de restricción.
Puntos de control en G2 Schizosaccharomyces pombe, supervisa el tamaño celular y la disponibilidad de nutrientes en el paso de G2 a M En animales el ejemplo más característico son los Oocitos, que permanecen en G2 largos períodos en espera de una señal extracelular para pasar a la fase M
Puntos de control (de calidad ?) Un punto de control en G2, previene la iniciación de la mitosis hasta que se haya completado la replicación del ADN Este punto detecta: ADN no replicado, ADN dañado El ADN dañado no solo detiene el ciclo celular por el punto de control de G2 sino también en puntos de control de G1 y S. La detención del ciclo celular en G1, S y G2 está mediada por 2 proteínas quinasas relacionadas denominadas ATM y ATR
Punto de control al final de la fase M
Supervisa que los cromosomas se alineen de de manera correcta en el huso mitótico.
La metafase se detiene frente a cromosomas mal alineados.
Proteínas MCM controlan la replicación del ADN a una vez por cada ciclo celular Se unen a los orígenes de replicación junto con el complejo de cada orígen ORC Se denominan –factores licenciadores- de la replicación Solo son capaces de unirse a los orígenes de replicación durante G1 Una vez ocurrida la iniciación, son desplazadas del orígen, de manera que podrán volver a unirse hasta que la célula haya pasado por mitosis.
Proteínas quinasas y regulación del ciclo celular 3 abordajes experimentales concluyeron en que los factores clave de la regulación del ciclo celular se trata de proteínas quinasas MPF es un regulador general del paso de G2 a M, llamado por ello Factor Promotor de la Maduración MPF resultó ser un dímero de: Ciclina B y la proteína quinasa Cdk1 Diferentes ciclinas y proteína quinasas relacionadas con Cdk1 funcionan como MPF en diferentes pasos del ciclo celular
Genes de levaduras cdc 2 y cdc28 Estudios en levaduras Schizosaccharomyces pombe y Sacharomyces cerevizae, fructificaron con la detección del mecanismo molecular en la regulación del ciclo celular.
La proteína quinasa codificada por los genes de levadura cdc 2 y cdc 28 ha demostrado ser un regulador conservado del ciclo celular en todos los eucariotas, conocido como Cdk1
Descubrimiento de las Ciclinas una tercera línea de investigación que convergía con la identificación de MPF vino de estudios sobre la síntesis de proteínas en embriones tempranos de erizo de mar. Sorprendentemente en su ciclos celulares se registra la necesidad de una segunda síntesis de proteínas en la entrada a la fase M En 1983 se identificaron dos proteínas que se acumulaban durante la interfase y se degradaban al salir de la fase M, se les llamó Ciclina A y Ciclina B Se sugirió que fueran inductoras de la mitosis En 1988 se purificó MPF el cuál resultó estar compuesto por dos unidades básicas : Cdk1 y ciclina B
Complejos: Ciclinas – Cdk1
ciclina B = unidad reguladora de Cdk1 proteína quinasa
En mamíferos la ciclina B forma complejos con Cdk1 en G 2.
Aquí, en G 2, ocurre la fosforilación en treonina-161 necesaria para la actividad de Cdk1 quinasa
Igual, sucede la fosforilación en tirosina-15 y de la proteína adyacente – Wee1-, inhibiendo la actividad de Cdk1, ocurriendo la acumulación de complejos Cdk1-ciclina inactivos durante G2
La transición de G2 a M se produce si se activa -cdk1/ciclina – por la defosforilación de treonina-14 y tirosina-15 por una proteína fosfatasa denominada Cdc25C
Una vez activada, la proteína quinasa Cdk1 fosforila varias proteínas diana que inician la fase M
Además Cdk1 provoca degradación de ciclina B por ubiquitinación, destrucción que inactiva a Cdk1 lo que lleva a la célula a salir de la mitosis y a la citocinesis
Familias de ciclinas y sus quinasas Cdk1 controla el paso a través de START y la entrada en mitosis unido a diferentes ciclinas. Los ciclos celulares de los eucariotas superiores se controlan no solamente por múltiples ciclinas, sino también por múltiples proteínas quinasas relacionadas con Cdk1, que se conocen como Cdk (ciclinas dependientes de quinasas) Los diferentes pasos ej. Paso de G1 a S, paso del punto de restricción en G1, la progresión a través del paso S, son mediados por Cdk distintas.
Otras formas y puntos de regulación La actividad de la Cdk durante el ciclo está regulada al menos por 4 mecanismos moleculares – regulando asociación, activación, inhibición ( de 2 tipos). Los factores de crecimiento regulan las Cdk de G1 Hay vinculación entre la señalización por factores de crecimiento y la maquinaria del ciclo celular Alteraciones en la regulación de las ciclinas significan alteraciones en la regulación del crecimiento celular implicando cáncer (ciclina D1) proteínas sustrato de la Cdk-ciclinas juegan un papel clave en el acoplamiento del ciclo celular
Puntos de control de lesiones del ADN La detención del ciclo celular por lesiones en el ADN es iniciada por las proteinas quinasas ATM y ATR Fosforilan y activan las quinasas de los puntos de control CHK2 Y CHK1 Estas últimas fosforilan e inhiben las fosfatasas Cdc25 necesarias para activar los complejos Cdk/ciclina P53 es una proteina adicional que media la detención del ciclo celular, al estar mutada( con frecuencia en cánceres humanos ) ocurren deleciones del genoma y en consecuencia enfermedad hereditaria ó cáncer
Fase M Periodo mas llamativo del ciclo celular Los cromosomas se condensan La envuelta nuclear se desintegra El citoesqueleto se modifica para formar el huso acromático Los cromosomas migran a polos opuestos Da paso a la citocinesis Se divide en etapas profase, metafase , anafase y telofase
Guía de trabajo Caracterizar la Mitosis de acuerdo a sus fases, bases moleculares, secuencia de eventos, enzimas que intervienen, puntos de control hasta la citocinesis Enlistar y caracterizar en breve los -puntos de control- en la progresión del ciclo celular,desde G1 hasta G2. Enlistar las enzimas y/o complejos enzimáticos y sus proteínas asociadas, que participan regulando en el ciclo celular, ubicarlas según su sitio de acción, describirlas en breve.