2_4_ciclocelular

    e       e      e     s       s      s     a       a      a      f     s         f        f      e       i     a      s       a      o      t     s      a     e     e       n        l       f      e     n      o     m       a        t       i      r     c      p

G2

 s i s  m i t o

Se revisa de manera exhaustiva la replicación del ADN, para evitar todo tipo de error. Los errores encontrados deben ser corregidos

    o      t       i     c

M

G1

Se duplica duplic a todo el contenido con tenido celular, excl xcluyendo uyendo a los cromosomas . Se

revisa la integridad del AD A DN S

Cada uno, y todos, los cromosomas deben ser duplicados sin error y sin excepción

interfase

División Celular  

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Según la teor ía celular, todas las c élulas derivan de otras células, lo cual requiere de un proceso de división celular, el cual en los eucariotes se realiza a través de una serie de eventos que ha sido llamada ciclo celular, y que comprende la mitosis. La Mitosis ocurre después de que la c élula ha duplicado su material gen ético. La Mitosis separa los cromosomas replicados en dos grupos iguales, cada uno de los cuales debe ser cedido a una de las dos c élulas hijas. Los errores producidos durante el ciclo celular son catastr óficos. 

Por lo cual se ha desarrollado una serie de mecanismos de control que aseguren su precisión.

Ciclo Celular  en procariotas y eucariotas 

 A pesar de las diferencias entre entre procariotas y eucariotas, existen numerosos puntos en com ún entre la división celular de ambos tipos de células.  





El ADN debe duplicarse totalmente y sólo una vez por cada división celular. El ADN original y su r éplica deben separarse de modo que ambas c élulas hijas reciban una copia completa e idéntica del genoma original Las dos células hijas deben separarse (Citocinesis) con lo que finaliza la divisi ón celular.

Estos procesos básicos deben ocurrir en ambos tipos de células.

La división de las células Eucariotas tiene por objeto: 



Producir dos c élulas hijas con la misma informació n gen ética que la célula madre Para ello debe cumplir cabalmente tres tareas fundamentales:  Asegurar que el ADN sea replicado con exactitud, una vez, y sólo una vez, por cada ciclo celular    Asegurar que una copia exacta del ADN, es decir de cada cromosoma hijo producido durante la replicación del ADN, sea llevado a cada una de las c élulas hijas, lo cual se realiza en la mitosis durante la cual los cromosomas son distribuidos por igual entre las c élulas hijas   Asegurar que durante el proceso no se produzca ninguna alteración, daño, en la estructura del ADN.   Asegurar la estabilidad genética de la célula 

El ciclo celular consta de tres pasos que son:   

1) INTERFASE, 2) MITOSIS Y 3) CITOCINESIS. 

La Interfase consta a su vez de tres fases: La fase G1: es de intensa actividad bioquímica, ocurre la síntesis de organelos y el crecimiento celular. G1 se ha dividido a su vez e n dos periodos G1 temprana o G1pm (post -mitótica) y G1 tardía o G1ps (presintética) La fase S: es la fase en que ocurre la replicación (síntesis) del ADN. La fase G2: es el período de preparación para la división celular, la cromatina se condensa y los cromosomas se empiezan a formar.





La Mitosis es la división del núcleo celular y consta de cuatro per íodos: Profase, Metafase, Anafase y Telofase y es semejante en casi todas las células, existiendo algunas diferencias entre las células animales y vegetales. En la c élula vegetal el huso no tiene ni centr íolos, ni ásteres. La Citocinesis es el proceso de división del citoplasma lo que termina el proceso con la separación de las células hijas. En la célula vegetal la citocinesis también es diferente, pues implica la formación de una pared celular.

1

2 

Cdk2

El ciclo celular esencial, tal como ocurre en el embrión temprano, comprende únicamente la fase de replicación del ADN (Fase S), regulada por la proteína Cdk2, seguida inmediatamente por la división nuclear y celular (Fase M) regulada por la Cdk1. En estas condiciones las células del embrión temprano pueden dividirse a una velocidad sorprendente.

S M

Cdk1

Según la embriogénesis avanza y, por supuesto en el individuo adulto, los requerimientos de control y de mantenimiento del tamaño celular, modifican este ciclo celular básico. Un primer intervalo (Gap 1) se introduce entre las fases M y S, originando una nueva fase, Fase G1. Un segundo intervalo (Gap 2) se presenta entre S y M; Fase G2. Estos intervalos permiten la revisión del avance del ciclo celular, la reparación del  ADN, si éste es dañado y la corrección de otros errores, como la replicación incompleta del ADN, o la posibilidad de que la segregación de los cromosomas duplicados produzca anormalidades en su número, aneuploidía.

Tel ó meros 

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

Es necesario señalar que existe un mecanismo destinado a "contar" el n úmero de duplicaciones de una población celular. Este mecanismo se encuentra presente en los extremos de los cromosomas, en los segmentos denominados tel ó meros. Estos telómeros se acortan un poquito cada vez que el cromosoma se replica. Cuando la disminuci ón de los telómeros sobrepasa cierto límite, suena una "alarma" que hace que las células entren en senescencia, es decir envejecimiento, lo cual indica que no deben dividirse m ás.

Fase G1 G1 es el único periodo donde participan una gran variedad de señales extracelulares que ayudan al organismo a establecer un programa de crecimiento y diferenciación para cada una de sus células. Diversas señales metabólicas, ambientales y de situaciones fisiológicas de estrés deben ser integradas e interpretadas durante este periodo. La iniciación de la fase G1 y la decisión de pasar a la fase S, replicar su DNA y dividirse, requiere la presencia de factores mitogénicos. Con bases en estos estímulos, la célula decide si debe permanecer quiescente, desde el punto de vista del ciclo celular, o reiniciar el ciclo celular para dividirse nuevamente.  Además, en los organismos multicelulares la conducta de una célula dada, debe ser tomada siempre en relación con las células que la rodean y con las cuales tiene nexos anatómicos y fisiológicos. Es pues claro, que al terminar cada ciclo celular, la célula en G1 debe decidir entre: volverse a dividir, detenerse para crecer y/o diferenciarse y, aún, para definir si es tiempo de suicidarse y morir.

G0 

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La célula durante G1 puede entrar en un estadio llamado G0 (G cero) y abandonar el ciclo celular, temporal o definitivamente. Una célula en G0 es frecuentemente considerada quiescente, pero debe entenderse que esto se refiere únicamente a su participaci ón en el ciclo celular. Debe tenerse presente que las c élulas en G0 están lejos de permanecer quietas, son por el contrario, metabólicamente muy activas y mantienen el funcionamiento del organismo. Con frecuencia las células en G0 están diferenciadas de manera terminal: nunca volcer án a dividirse, pero desempeñar án su función hasta su senescencia y muerte.

Tipos de Células desde el punto de vista del ciclo celular  a) Células en división, que se encuentran activamente dentro del ciclo celular. b) Células que están en la fase G0 esperando que las condiciones hagan necesario su reingreso al ciclo celular y su división. Son células diferenciadas las cuales en condiciones de necesidad pueden reiniciar la división celular. En condiciones anormales pueden restablecer el número normal de células cuando estas son dañadas. Ejm: Hepatocitos. c) Células especializadas que se dividen, porque recambian su población celular, con células poco especializadas que pueden llegar a especializarse para tomar el sitio de las c élulas funcionales que se pierden. Ejm. Células del revestimiento del intestino, útero, cavidad bucal, células sanguíneas, osteocitos (cada 10 años). d) Células especializadas que nunca se dividen, que no se sustituyen si se destruyen, porque han perdido su capacidad reproductora. Ejm: células nerviosas, músculo esquelético. Estas células reciben el nombre de Post-mitóticas, su destino más frecuente es la muerte por apoptosis.

Control del ciclo celular  

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El ciclo celular consiste de una secuencia de eventos que deben ocurrir en un orden particular  La iniciación de cada evento, proceso o fase del ciclo celular depende de que el evento anterior se haya realizado exitosamente La secuencia correcta de eventos, y la realización exitosa de cada uno de ellos, es vigilada por una serie de Mecanismos de Control, organizada cuidadosamente, a los cuales la célula debe someterse y superar exitosamente, durante su progresión por el ciclo celular.

Control Celular en General 

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Los procesos de proliferaci ón, diferenciación y apoptosis celulares utilizan sistemas de transmisi ón de señales similares que en ocasiones incluso comparten sus componentes moleculares b ásicos. La señal, codificada en forma de factor difusible, interacciona y activa un receptor espec ífico en la célula efectora. Como consecuencia, se pone en marcha un complejo sistema de transmisi ón de señales intracelulares que a través de diversas enzimas citopl ásmicas, concluye en la activación de factores de transcripci ón específicos. Los principios básicos de este proceso son compartidos en la regulación de la proliferaci ón, la diferenciación y la apoptosis.

Antes de dividirse una célula debe pasar por varios puntos de control. Primero entra en una fase llamada G1, durante la cual varias células y señales determinan su destino. Si la decisión es que debe pasar el Punto de Restricción, después de él, la célula está comprometida a entrar en la fase S y duplicar su ADN completo. Luego la célula entra a la fase G2, donde debe supervisar que todas las fases anteriores del ciclo celular se hayan llevado a cabo sin ninguna equivocación. Finalmente entra en la fase M, un proceso muy breve pero dramático que termina con la formación de dos células hijas

Control del ciclo celular  El ciclo celular es una serie compleja de eventos que deben sucederse linealmente unos a otros y que requieren ser perfectamente coordinados  Cada evento comprende procesos de s íntesis, ensamble de complejos homo o heteropoliméricos, transporte intracelular, activación, inhibición, degradación selectiva, etc. los cuales deben proceder de una manera integrada y perfectamente regulada  Debe asegurarse invariablemente la integridad del genoma Ejemplos  La célula no progresa a la fase M hasta que la replicaci ón del  ADN se ha llevado a cabo completamente. Si se produjeron daños al ADN, estos deben ser exitosamente reparados  La segregación de los cromosomas no ocurrir á, no se iniciar á la anafase, si hay cromosomas que no estén correctamente fijados y alineados de manera bipolar a los polos del huso mitótico 

Ciclinas y regulación del ciclo celular  

 

La progresión de la célula a través del ciclo celular esta regulado por un grupo de proteínas que tienen actividad en el citoplasma y en el núcleo y cuya actividad varia c íclicamente en relación con la fase del ciclo celular  Estas proteínas reciben el nombre de Ciclinas Entre las principales Ciclinas en la célula animal se mencionan:     

Una ciclina de G1pm (ciclina D) Una ciclina de G1ps (ciclina E) Ciclinas de S (ciclinas E y A) Ciclinas de G2 (Ciclinas A y B) Ciclinas mit ó ticas (ciclinas B y A)

Expresión cíclica de las Ciclinas

Cinasas Dependientes de Ciclina (Cdks) 

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Las cinasas dependientes de ciclina (Cdks) son una familia de proteín-cinasas (fosforilan residuos de serina/treonina) cuyos miembros son de tamaño pequeño (~34–40 kDa) de modo que su estructura contiene sólo un poco más que el sitio catalítico característico de todas las proteín-cinasas. Todas las Cdks funcionalmente activas se encuentran formando heterodímeros potencialmente activos. Es decir, por definición, todas las Cdks poseen como característica común el hecho de requerir fijarse a una subunidad de ciclina para tener la capacidad de expresar su actividad enzimática fosforilante. En la mayoría de los casos la actividad completa requiere también la fosforilación de un residuo de treonina colocado cerca del sitio activo (residuo en ~160) y la ausencia de fosforilación en los residuos treonina 14 y tirosina 15.

Complejos Ciclina/CDKs 

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Las CDK y sus inhibidores, que pueden ser de la familia de los K IP (Kinase Inhibitor Protein) o INK4 (inhibidor CDK4), se encuentra n en un nivel más o menos constante a lo largo del ciclo celular. Las ciclinas, en cambio, son proteínas cuya concentración y actividad var ía en cada etapa del ciclo celular. Diferentes ciclinas están involucradas en distintas fases del ciclo y su presencia sufre cambios dramáticos dentro del ciclo celular, lo cual constituye realmente el elemento esencial en la regulación de la progresión de la célula dentro del ciclo celular  Las cinasas deben unirse a la subunidad de ciclina específica, para poder efectuar su actividad enzimática lo cual depende de la fase del ciclo celular en que dicha(s) ciclina(s) están presentes. Una vez activadas las CDKs deben ser transportadas al interior d el núcleo donde cumplen funciones específicas actuando sobre otras proteínas nucleares, lo que condiciona la progresión de la célula a lo largo de las diferentes fases del ciclo celular.

Regulación por proteolisis 

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La Proteolisis de proteínas claves del ciclo celular es un sistema de control muy efectivo e irreversible Proteolisis regulada de las ciclinas  

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En ciertos puntos del ciclo celular  Por un mecanismo dependiente de ubiquitina: un complejo activador reconoce secuencias específicas de amino-ácidos en las ciclinas y les transfiere copias multiples de ubiquitina, marcando a la proteína para ser completamente destruida por los proteasomas. El paso limitante de este proceso es la transferencia final de ubiquitina catalizada por las ubiquitín-ligasas: SCF: en las fases G1 y S   APC ( Anaphase  Anaphase-Promoting Complex): en la fase M 

Ciclina mitótica degradada 

    c .       t     e  ,         K       A       C



C         A         K             ,  e       t c            . 

Las Cdks poseen actividad de cinasa solo cuando se hallan firmemente unidas a una ciclina Las Ciclinas 





Ciclina G1 degradada

Pasan a través de un ciclo de síntesis y degradación completa en cada ciclo celular  Los cambios cíclicos en los niveles de ciclinas resultan en la activación cíclica de las Cdks formando complejos cyclina/Cdk, que son los enzimaticamente activos La activación de las Cdks regula la progresión de los eventos del ciclo celular 

Especificidad • Las ciclinas no sólo activan a su subunidad de Cdk, sino que les confieren especificidad para fosforilar determinadas proteínas • Cada complejo Ciclina/Cdk actua fosforilando un grupo diferentes de proteínas que utilizan como sustratos • El mismo complejo Ciclina/Cdk puede inducir diferentes efectos en fases diferentes del ciclo, dependiendo de la accesibilidad de sus sustratos

Clases de ciclinas 

Hay cuatro clases de ciclinas en la mayor ía de las células eucariotas 1.

 –



Ciclinas G1:

 Ayudan a vigilar la exactitud de las condiciones para pasar a través del Punto de Restricción 2. Ciclinas G1/S: fijan Cdks al final de la fase G1  – Comprometen la célula a la replicación de su ADN 3. Ciclinas S: fijan sus Cdks durante la fase S  – Se requieren para la iniciación de la síntesis de ADN  –

4.

Ciclinas G2/M:  –

Inician, promueven y regulan los eventos de la mitosis

En las Levaduras 

 –

Una sola cinasa Cdk se fija a todas las clases de ciclinas Regula el ciclo celular cambiando de una subunidad de ciclina a otra en las diferentes fases del ciclo

Las Células de vertebrados  

Poseen cuatro Cdks Dos interaccionan con las ciclinas de G1, una con las ciclinas de G1/S- y S, y una con las ciclinas de la fase M

Ciclinas tipo-D 

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 

La progresión a través de la fase G1, dependiente de mitógenos, es mediada por la inducción de la familia de ciclinas D. La ciclina D1 es una proteína que se acumula en el núcleo como consecuencia de la estimulación por factores mitogénicos. Las ciclinas D son esenciales para la progresión G1/S. Los factores de crecimiento regulan a la ciclina D1 a través de por lo menos cuatro mecanismos:    

1. inducción transcripcional, 2. estabilización de la proteína en el citoplasma, 3. su translocación al interior del núcleo, y 4. su ensamble con sus socios catalíticos, CDK 4 y CDK 6.

Ciclinas tipo-D 

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La inducción transcripcional de la ciclina D1 por factores de crecimiento mitogénicos depende de la estimulación de la vía Ras/Raf-1/Mek/ ERK La ciclina D1 es una proteína de vida media corta Su degradación es inducida por ubiquitinación y degradación en el proteasoma . Las tres ciclinas que se conocen de tipo D (D 1, D2 y D3) son importantes en la progresi ón de la célula por la fase G1, sin embargo, es evidente que la sobre expresi ón de la ciclina D1 es el cambio determinante en el progreso en G1 y promueve la entrada de la c élula al proceso de división celular.

Ciclina tipo E   

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 

La activación del factor E2F-1 transactiva las ciclinas E y A. La ciclina ciclina E forma forma un complejo complejo activo activo con la Cdk2 Cdk2 y colabora colabora con con el complejo ciclina D/CDKs para completar la fosforilación de pRb. El complejo ciclina E/Cdk2 tiene, sin embargo, una especificidad más amplia que el complejo ciclina D/CDK4,6. Por ejemplo, el complejo ciclina E/CDK2 fosforila el inhibidor de CDKs p27, conduciéndolo a su degradación, lo cual aumenta su actividad. La concentración de ciclina E se eleva después que la célula pasa el punto de restricción y alcanza sus mayores niveles al principio de la fase S, disminuyendo rápidamente un poco después. El complejo ciclina E/Cdk2 completa la fosforilación de la Rb actuando como un relevo del complejo ciclina D/Cdk4. Este cambio de la ciclina D/Cdk4 a la ciclina E/Cdk2 explica, en parte, la resistencia de la célula, después de pasar el punto de restricción, a los efectos de factores, estimulantes o inhibidores, extracelulares.

Ciclinas y ciclo celular  Fase G1 temprana (G1pm):  Se elevan los niveles de ciclinas de G1  se fijan a sus Cdks correspondientes  los complejos activos indican a la célula que se prepare para la replicación de sus cromosomas Fase G1 tardía (G1ps)  Se elevan los niveles del factor promotor de la fase fas e S (SPF= ciclina E/Cdk2)  es transportado al interior del núcleo  prepara a la célula para duplicar su ADN (y su centrosoma)  Fase S: El SPF determina la iniciación de la replicación del ADN  Fase G2:  Destrucción de la ciclina E y elevación de los niveles de las ciclinas mitóticas A y B 

Ciclinas y ciclo celular (MPF) 

Fase M:

promotor de la Mitosis, itosis, MPF (formado por la unión de las ciclinas • Factor promotor mitóti mitóticas cas con las Cdk de la la fase fase M) inicia: inicia: • Ensamble del huso mitótico • Fragmentación de la envoltura nuclear  • Cond Conden ensa saci ción ón de los los crom cromos osom omas as • El MPF activa al complejo com plejo promot pro motor or de la anafase anafase ( APC  A PC), ), el cual: • Permite la separación de las cromátidas hijas y su movimiento hacia hacia los polos polos (= anafase) anafase),, completando completando la la mitosis mitosis ciclinas mitóticas induciendo su su ubiquitinación ubiquitinación y su • Destruye las ciclinas proteolisis por el proteasoma • Inicia la síntesis de las ciclinas de G1 para la realización del próximo ciclo celular  Degrad ada a la gemi gemini nina na,, una una prot proteí eína na que que pre previ vien ene e que que el ADN ADN • Degr

recientemente replicado en la fase S, pueda volverse a replicar antes de la terminación del ciclo celular.

Factor Promotor de la Mitosis MPF

Ciclinas y Cdks 

Fase G1pm (post-mitótica) 

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Fase G1ps (pre-sintética) y Fase S inicial 

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Ciclina A se fija a CDK2

Fase G2 tardía 



Ciclina E, se fija a CDK2

Transición G1/S y fase S 



Ciclinas D (1,2,3) se asocian con CDK4/6

Ciclina A se fija a CDK1 (cdc2)

Transición G2/M 

Ciclina B unida a CDK1 (MPF)

CDKs y División Celular  

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

El proceso de división celular en las células eucariotas, y sobre todo en las células de eucariotes avanzados (mamíferos), es controlado por una familia de proteínas que actúan como bio-interruptores moleculares primarios durante el ciclo celular.  A estos bio-interruptores primarios se les conoce como Cinasas Dependi pendientes entes Ciclilinas nas, CDKs (Cyclin Dependent Kinases) y pendie ent ntes es de Cic sólo pueden funcionar como enzimas fosforilantes cuando se encuentran formando un complejo heterodimérico con otras proteínas de la familia de las llamadas ciclinas . Gran parte de los eventos del ciclo celular est án regulados por estos complejos Ciclina/CDK y por sus relaciones con otras proteínas que los activan o los inhiben, de manera de asegurar que la célula ingrese, progrese y termine el ciclo celular sólo cuando es necesario y posible que se divida y sólo cuando todos los pasos se han llevado a cabo sin fallas.

Tipos de CDKs 

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 Aunque las CDKs fueron originalmente descubiertas, y relacionadas específicamente, como participantes claves en el control de los eventos del ciclo celular, ahora sabemos que algunos miembros de esta familia de cinasas participan también en otros procesos relacionados con la división y la diferenciación celulares. Las células animales poseen por lo menos nueve miembros de la familia CDK, de los cuales únicamente 4 participan directamente en el control del ciclo celular (Cdk1, 2, 4 y 6). Otro miembro de esta familia (Cdk7) contribuye indirectamente al control del ciclo funcionando como Cinasa Activadora de Cdks, CAK (Cdk-activating kinase), enzimas que son indispensables para activar las Cdks fosforilándolas en la treonina cercana al sitio activo. Las Cdks (Cdk7, 8 and 9) participan también como parte de la maquinaria que controla la transcripción genética actuando sobre la RNA polimerasa II Una de ellas (Cdk5) ayuda al control de la diferenciación de las células nerviosas.

Cuatro familias de ciclinas genes/proteínas en los mamíferos Ciclinas

Familia Ciclina D

Sub-unidad Cdk-cinasas

Fase en que es activa

CdK4 & K6

G1 temprana

Familia Ciclina E

CdK2

G1 / S

Familia Ciclina A

CdK2

S

Familia Ciclina B

CdK1

M

Inhibidores de CDKs 

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La actividad de las cinasas dependientes de ciclina (CDKs) está también regulada por un grupo de inhibidores, conocidos como CKIs (cyclin-kinase inhibitors), los cuales han sido divididos en dos famillias principales dependiendo de su estructura y su especificidad. El primer grupo comprende la familia, Cip/Kip. Es la más importante, está formada por inhibidores de amplio espectro que afectan las actividades de las cinasas que dependen de las ciclinas D-, E-, y A. 



Esta familia incluye a los inhibidores p21 (CIP1), p27 (KIP1), y p57 (KIP2), todos ellos capaces de fijarse no solo a las CDKs, sino también a las diferentes ciclinas

El otro grupo comprende la s proteínas llamadas INK4 (inhibitors of CDK4), llamados así por su estricta especificidad de acción sobre las subunidades catalíticas CDK4 y CDK6.  

Se conocen dentro de esta familia cuatro proteínas inhibidoras de CDK4 y CDK6: p15, p16, p18, y p19. Estos inhibidores se fijan específicamente a CDK4 y CDK6, pero a ninguna otra CDK, ni a las ciclinas de tipo D.

Inhibidores de CDKs 

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La activación de la via Ras/MEK/ERK por factores de crecimiento mitogénicos puede inducir tanto progresión de la célula a través del ciclo celular, como, por el contrario, arresto del ciclo celular Esto se debe a que estos factores pueden estimular, además de la síntesis de ciclinas de tipo D, la síntesis de inhibidores de CDKs tales como p21, p16, y p15. El TGF-β induce sobre todo la síntesis de estos inhibidores, p21 y p15. Lo cual explica porque el mismo mitógeno puede en ocasiones inducir proliferación y en ocasiones arresto del ciclo celular.

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

La actividad del complejo ciclina E/CDK2 es rápidamente inhibida por p21, p27, y p57 En contraste, estos CDK inhibidores, por lo menos a bajas concentraciones, coactivan el complejo ciclina D/Cdks. Complejos ciclina D/Cdks en presencia de p21 pueden existir tanto en su estado activo, como inactivo Otros inhibidores CDKs, p15, p16, y p18, inhiben específicamente los complejos ciclina D/Cdks.

Mecanismos reguladores de la actividad de las Cinasas Dependientes de Ciclina (CDKs)

REGULADORES DEL CICLO CELULAR Inhibidores de las Cdk Familia Cip/Kip (p21,p27,p57)

Ink4 (p15,p16,p18, p19)

(Mamíferos) Complejos Cdk /ciclina Cdk4/ciclina D Cdk6/ciclina D Cdk2/ciclina E Cdk2/ciclina A Cdk4/ciclina D Cdk6/ciclina D

Fase del ciclo afectada G1 G1 G1/S S G1 G1

Los Sustratos de CDK. Los substratos primarios de CDK4/6 y CDK2 en el desarrollo de G1 son los miembros de la familia de la proteína del retinoblastoma (prote ínas con bolsa) - pRB, p107 y p130 - los cuales regulan la expresi ón de los factores de transcripci ón de la familia E2F en c élulas humanas.   Además, los complejos formados por la pRb al unirse a los E2F, participan en la represi ón activa de algunas otras familias de proteínas, como la histona-desacetilasa y las enzimas remodeladoras cromos ómicas.  pRb también puede regularse por acetilaci ón, por medio de la histona acetilasa. Estas acetilasas est án bajo el comando del ciclo celular y previenen la fosforilaci ón de pRb por el compplejo ciclina E/Cdk2. 

Regulación de la actividad de Cdks 

Elevación y caida de las ciclinas 

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



Determinante primario

Fosforilación (activadora) de la treonina cercana al sitio activo (residuo 160) por enzimas específicas llamadas CAKs Fosforilación (inhibidora) y defosforilación (activadora) del par de amino ácidos situados en la parte superior del sitio activo  Fosforilación por una proteín-cinasa (Wee1)  Defosforilación por una fosfatasa ( Cdc25)  Procesos muy importantes en el control de la actividad de la Cdk de la fase M al principio de la mitosis Fijación de proteínas inhibidoras de las Cdk (CKIs)  Importantes sobre todo en el control de las fases G1 y S  La fijación de CKIs modifica profundamente la estructura del sitio activo

 Además de la necesidad de formar complejos con las ciclinas específicas, todas las cinasas dependientes de ciclina requieren ser sometidas a una compleja serie de fosforilaciones y defosforilaciones por enzimas específicas para adquirir su actividad completa 

La treonina del residuo 160/161 de todas las Cdks que han formando complejos con ciclinas, debe ser fosforilada para que se active la capacidad fosforilante del complejo



Esta fosforilación es catalizada por cinasas activadoras específicas de Cdk, llamadas CAKs (CDK activating Kinases)

CICLINA E/Cdk2 El complejo Ciclina E/Cdk2 - Este complejo actua sobre numerosos sustratos y cataliza varios eventos que son de gran importancia para la transici ón G1/S. Influye sobre la transcripci ón, hiperfosforilando la pRb y liberando por completo la funci ón del E2F. También participa directamente en: la biosíntesis de histonas; la replicación del ADN; la duplicación del centrosoma; las modificaciones del pre-RNAm

Fase M y Fase G2 La entrada de la célula en la fase M es catalizada por la actividad fosforilante de la cinasa dependiente de ciclina 1 (Cdk1) formando un complejo heterodimérico con la ciclina B1. Los niveles de ciclina B1 se empiezan a elevar durante la fase G2, lo cual permite que se acumule suficiente cantidad de esta ciclina para formar el complejo ciclina B1/Cdk1. Sin embargo, durante esta fase del ciclo celular el complejo, ciclina B1/Cdk1 permanece inactivo por la actividad de las cinasas Wee y Myt que mantienen fosforilados sus residuos T14 y Y15. Subsecuentemente, el complejo ciclina B1/Cdk1 puede seer activado por la actividad de fosfatasa de las proteínas de la familia Cdc25 (Cell diivision cycle protein 25) Estas enzimas activan a la Cdk1 en dos pasos diferentes, eliminando primero el fosfato de T14 y después el de Y15 Las fosfatasas Cdc25 son, a su vez, activadas por el mismo complejo ciclina B1/Cdk1, estableciéndose un ciclo de retroregulación positiva al final de la fase G2

Fase G2 La activación del complejo ciclina B1/Cdk1 contribuye a la separación de los centrosomas en la fase G2 tardía. En las células humanas, el complejo ciclina B1/Cdk1 activo se detecta inicialmente en los centrosomas, un poco antes de que inicien su movimiento de separación al final de G2 o al principio de la profase. El complejo ciclina B1/Cdk1 activo es posteriormente fosforilado durante su permanencia en el citoplasma, lo cual da por resultado su translocación al interior del núcleo, donde participa en la condensación de los cromosomas y en la fragmentación de la envoltura nuclear.

Represi ó n del ciclo  

 

Diversas proteínas reprimen el ciclo al actuar como inhibidores. Las proteínas p15 y p16 bloquean la actividad del complejo ciclina D/Cdk e impiden que el ciclo progrese de G1 a S (recuerde que esta quinasa en su forma activa fosforila la pRB). Otro inhibidor de CDK, la proteína p21 actúa a lo largo de todo el ciclo celular La p21 esta bajo el control de la denominada: "proteína supresora de tumores", la hoy famosa p53, que entre sus múltiples efectos pueden mencionarse:    

Control de la integridad del ADN Terminación correcta de las diferentes fase del ciclo Detención del "crecimiento celular" (duplicaci ón celular) o senescencia Puesta en marcha del suicidio celular o apoptosis , cuando existe daño irreparable en el ADN o los sistemas de control se desregulan.

Cromosomas 

Centr ómero: constricción visible al microscopio, mantiene unidas las cromátidas hermanas 





Cinetocoro: complejo multiproteico en el centr ómero que se forma durante la mitosis y se une a los microtúbulos del huso mitótico Telómeros: estructuras especializadas que forman los extremos de los cromosomas 



 Al nivel molecular consiste de cortas secuencias muy repetidas de ADN

Replicadas por una proteína especial: la Telomerasa

Or ígenes de la Replicación: múltiples lugares situados a lo largo de los cromosomas en donde se originar án los complejos de replicaci ón (ORCs) del ADN durante la fase S del ciclo celular 

Ideograma del genoma humano

Huso Mitótico 





La Mitosis requiere la formaci ó n de un nuevo organelo intracelular llamado Huso mit ó tico o acrom ático El huso es una estructura sim étrica, bipolar, compuesta por microtúbulos, que se extiende entre dos extremos de la célula, que ahora se conocer án como polos.  En cada polo se encuentra un centrosoma . Por lo tanto, para formar el huso mit ótico el centrosoma debe replicarse y los dos centrosomas as í formados debe separarse y emigrar a trav és del citoplasma, de modo que cada uno quede en uno de los polos que forman el huso

El Centrosoma se replica al tiempo que se replica el ADN   

El Centrosoma está compuesto por dos centriolos rodeados por el material pericentriolar. La replicación del centrosoma requiere la duplicaci ón de los centriolos. La duplicación de los centriolos  



Es controlada por el ciclo celular Parece estar coordinada con la replicaci ón del ADN

Los centriolos se duplican por la formaci ón y crecimiento de un nuevo centriolo inmediatamente adyacente a cada uno de los que ya existen.

El huso se forma por la interacción de los dos ásteres que se separan.  Al comenzar la mitosis, cambios en los centrosomas, recién replicados, y en el citoplasma que los rodea, causa la formación de microtúbulos radiales, cortos, sumamente activos, alrededor de cada centrosoma.  Esta nueva formación recibe el nombre de  Á ster .  La interacción entre los ásteres, durante la separaci ón de los centrosomas, inicia la formación del huso mitótico.  La separación de los centrosomas depende del funcionamiento de motores moleculares caracter ísticos de los microtúbulos.  Los cromosomas deben fijarse a las fibras del huso mediante la interacción de:  – Los cinetocoros , estructuras multiproteicas simétricas, organizadas a cada lado del centr ómero de cada uno de los cromosomas replicados  – Los microtúbulos del Áster  

Las fibras del huso tienen tres destinos: 





 Algunas, fibras cinetocóricas, se fijan a uno de los cinetocoros de las diadas mientras que otras, procedentes del centrosoma opuesto, se fijan al cinetocoro de la otra diada del mismo cromosoma.  Algunas otras, fibras astrales, originadas en cada uno de los ásteres, los unen a la corteza celular del polo correspondiente. Otras, fibras polares, crecen de cada uno de los centrosomas hacia el centro de la célula, hasta que se extienden sobre las fibras correspondientes al centrosoma opuesto, con las que se sobreponen y actuan

Centr ómero y Cinetocoro  

El centr ómero define el sitio del cromosoma en donde se ensamblaran los cinetocoros durante el ciclo celular. El cinetocoro es una estructura multiproteica de gran complejidad que media la segregación de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. Realiza tres funciones esenciales: 1. 2.

3.

Funciona como sitio de fijaci ón para los microtúbulos del huso mitótico. Coordinan la dinámica de los microtúbulos para permitir el desplazamiento de los cromosomas a lo largo de las fibras del huso. Generan la “señal de espera” que previene el principio de la anafase hasta que todos los cromosomas se encuentran correctamente alineados en el huso. La señal enviada por los cinetocoros constituye la base del funcionamiento del punto de control del huso, el cual es uno de los mecanismos de control mas importantes para asegurar la exactitud del proceso de segregación de los cromosomas.

Tipos de División Celular La mitosis es el proceso de formación de dos células generalmente idénticas por replicación y división de los cromosomas de la célula original que da como resultado una "copia" de la misma. La meiosis es un proceso para convertir una célula diploide en un gameto haploide, y causa un cambio en la información genética para incrementar la diversidad de los descendientes.

 Mitosis

2n Diploide

2n

2n

Diploide

Diploide

 Meiosis 2n Diploide 1a División

2a División

n

n

n

n

Haploide

Haploide

Haploide

Haploide

Mitosis es la división celular (compuesta por las

fases: profase, metafase, anafase y telofase) que acompañada de citocinesis, produce dos células hijas idénticas. Durante la interfase (técnicamente no es parte de la mitosis sino del ciclo celular, incluye las fases G1, S y G2) las células hijas maduran y sintetizan los organelos y material nuclear para que la división celular produzca dos célula hijas con contenido genético diploide (2n) y carácterísticas metabólicas iguales que la célula madre. Interfase La célula está ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis (que constituye la fase M del ciclo celular y consiste de las cuatro fases mencionadas que conducen e incluyen la división nuclear). Los cromosomas no se distinguen claramente en el núcleo. La célula puede contener un par de centriolos (o centros de organización de microtúbulos en los vegetales que no poseen centrosomas).

Profase     







Del griego pro= antes. Este estadio se caracteriza por un acortamiento y engrosamiento de los cromosomas, de manera que éstos se pueden distinguir unos de otros. Los cromosomas condensados están constituidos por dos cromátidas idénticas (hermanas) que son el resultado de la duplicación del ADN en la fase S. La envoltura nuclear se fragmenta y se distribuye en el citoplas ma. Los dos centrosomas (formados por la reciente duplicación del centrosoma de la célula madre), cada uno con su par de centriolos, inician su desplazamiento hacia “polos” opuestos de la célula en división. La separación de los centrosomas inicia la formación del huso mitótico. Este huso, está formado por un conjunto de fibras, conteniendo cada una 20-50 microtúbulos, que se originan independientemente, de cada uno de los dos centrosomas.  Algunas de estas fibras se unen a los centr ómeros de los cromosomas, fijándose a una placa multiproteica, denominada cinetocoro, que se encuentra en lados opuestos del centr ómero. Cada una de estas fibras del huso mitótico queda asociada con una cromátida, lo que les permite, durante la anafase, participar en la separación de las cromátidas y arrastrarlas, como cromosomas hijos, a cada polo del huso.

 Al principio de la Profase, la cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se vuelve visible en el microscopio óptico como cromosomas (cuyo ADN ya ha sido replicado y están formados por dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero). Los centríolos comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y las fibras de microtúbulos cruzan la célula para formar el huso mitótico o acromático.

Profase  Al final de esta fase, la membrana nuclear se disuelve y los cromosomas comienzan a hacerse visibles como estructuras unitarias claramente diferenciables unas de otras. Los cromosomas inician su fijación a las fibras del huso lo que les permitirá alinearse en la metafase y segregarse en la anafase para culminar la mitosis

Mitosis - Prometafase 

  



La envoltura nuclear se fragmenta debido a la disolución de las láminas, que funcionan como estabilizadoras de la membrana interna de la envoltura nuclear. Se forma una estructura proteica compleja, el cinetocoro , en la superficie del centr ómero de cada una de las cromátidas hermanas. Con el rompimiento de la envoltura nuclear, las fibras del huso mitótico pueden interactuar, y fijarse, a los cinetocoros. Para cada diada, uno de los cinetocoros se fija a las fibras originadas en el centrosoma de uno de los polos, el otro cinetocoro (de su cromátida hermana) debe fijarse a una fibra originada en el centrosoma del polo opuesto. Si esto no sucede así, o si alguno(s) de los cinetocoros permanece sin fijarse a una de las fibras del huso, el progreso de la mitosis queda detenido, hasta que tal(es) error(es) es (son) corregido(s).

Metafase Los cromosomas unidos a las fibras del huso se alinean en la parte media de la célula formando la Placa Metafásica. Esta organización ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma.

Metafase 



En la metafase todas las diadas han encontrado una posición de equilibrio en la región central de la célula, más o menos a la mitad de la distancia entre los polos celulares (localizados por la posición de los centrosomas), formando la Placa metaf ásica. Durante la metafase, los cromosomas alcanzan su estructura más compacta.





Para formar la placa metaf ásica, los microtúbulos fijados a lados opuestos de las diadas o crecen o se acortan hasta que son iguales en longitud y mantienen a los cromosomas en la parte media de la c élula. Para ello, los motores de los microt úbulos fijados, o pertenecientes, a los cinetocoros los desplazan  

Hacia el extremo negativo ( minus) de un microtúbulo que se acorta (una dineína); Hacia el extremo positivo ( plus) de un microtúbulo que se alarga (una kinesina).

Transición Metafase- Anafase  Anafase 





Para progresar de la metafase a la anafase, durante la mitosis, las células esperan en metafase hasta que se puedan reunir las condiciones necesarias para librar el punto de control del huso, en donde la célula debe asegurarse que todos los cinetocoros se han fijado correctamente al huso y mantienen las fibras de éste en tension. Cuando un cromosoma no se ha fijado correctamente a los MTs del huso, todos los demás cromosomas esperan hasta que su fijación se ha realizado y se desplaza para participar en formar la placa metaf ásica. Pieza clave en el control de la transici ón Metafase- Anafase  Anafase es el llamado complejo Promotor de la Anafase, APC (AnaphasePromoting Complex), una ubiquitín-ligasa que marca algunas proteínas de la metafase para ser destruidas por el proteasoma, especialmente la securina y la ciclina B.

 Anafase Los cinetocoros de las cromátidas hermanas, se separan violentamente y cada uno de ellos es desplazado hacia su respectivo polo celular por los motores moleculares (correspondientes al centrosoma a cuyas fibras está fijado), arrastrando con él, por supuesto, a la cromátida hermana (que ya prodríamos llamar cromosoma hijo) de la que forma parte.

Fibras polares del huso

Cromosomas hijos

 Anafase  Las Cromátidas,

que forman cada cromosoma en la placa metaf ásica, están unidas una a otra por proteínas llamadas cohesinas  Las Cohesinas deben ser degradadas por la activación de proteasas llamadas separasas 



La señal que determina la hidr ólisis de las cohesinas y la separación de las cromátidas está dada por la activaci ón del Complejo Promotor de la Anafase ( APC  APC)

Las cromátidas se separan por tensi ón: proteínas motoras propias del cinetocoro  proteínas motoras pertenecientes a las fibras del huso   jalan los cromosomas a lo largo de los microt úbulos que forman el huso 

 Se requieren dos tipos de

movimientos:

 Los cromosomas se mueven hacia los  Los

polos se separan ( A  A af

B)

polos ( Anafase  Anafase A )

1.- El acortamiento de los túbulos fijos al cinetocoro producen el arrastre de los cromosomas metafásicos hacia los polos. Estas fuerzas se generan principalmente en los mismos cinetocoros Dirección del movimiento del cromosoma

1.- En las regiones donde hay sobreposición de las fibras polares originadas en polos opuestos, se genera una fuerza de deslizamiento que obliga a los polos a alejarse uno del otro. 2.- Por otro lado las fibras del áster ejercen una fuerza de atracción de los polos del huso hacia la membrana celular, de manera de ayudar a la tensión que los separa

Los microtúbulos crecen en el extremo

La separación de los polos durante la Anafase B se produce por el deslizamiento de los microtúbulos polares, impulsado por motores moleculares de tipo kinesina con dirección hacia el extremo plus, y por la tracción ejercida por los microtúbulos polares hacia la corteza celular, por motores moleculares con dirección minus Empuje hacia fuera de los polos celulares

Tirón hacia fuera de los polos celulares

Telofase

Las cromátidas (cromosomas hijos) llegan a los polos opuestos de la célula, y nuevas envolturas nucleares se forman alrededor de los núcleos hijos. Los cromosomas se descondensan y ya no son visibles bajo el microscopio óptico. Las fibras del huso se dispersan y los microtúbulos tienden a volver a su distribución normal. Se reforma el Retículo endoplásmico.

Citocinesis 

En las células animales, se forma un anillo de filamentos de actina alrededor del per ímetro de la c élula a la mitad de la distancia entre los polos donde se han reconstituido los núcleos hijos. La interacción de actina y miosina (no la misma que se encuentra en las fibras musculares) aprieta el anillo, la célula es estrechada hasta que se divide en las dos c élulas hijas.

En las células vegetales, se forma una placa celular revestida de membrana en el sitio en que se encontraba la placa metaf ásica. La placa divisoria, que es sintetizada por el aparato de Golgi, aporta as í la membrana celular que deber á separar las dos células. La síntesis de nueva pared celular para las células hijas también se origina en la placa celular divisoria.

Daño en el ADN

 Apoptosis MDM2 Señales activadoras mitogénicas Señales inhibitorias emitidas por células vecinas

Ciclina D

Ciclina E

Cicl E/Cdk2

CDK2 E2F libre y activo pRB inactiva

Cicl D/Cdk4,6

CDK4,6 Factor de crecimiento transformante tipo β (inhibidor)

Enzimas para síntesis de ADN

cdc25 Ciclina A

Cicl A/Cdk1

CDK1 Complejo freno activo-factor de transcripción inactivo. (Complejo pRB/E2F). El E2F inhibido no puede cumplir con sus funciones

M I   T   O  S  I    S  . D i   v  i    s  i    ó  n Ciclina B Cicl B/Cdk1  c   e l    u l    a r 

Vía de señales inhibitorias Vía de señales activadoras

  Actuan

mediante la producción de señales intracelulares negativas capaces de iniciar cascadas de señales, específicas de cada punto de control, que detienen el ciclo celular   Cada evento del ciclo celular que no se completa satisfactoriamente actua como una señal “ ALTO  ALTO”  Si el problema detectado no puede corregirse de manera satisfactoria, los mecanismos de control inducir án a la célula a seguir el camino de la apoptosis

Puntos de Control 1.

2.

3.

Punto de control de la integridad de la replicació n del ADN • Monitorea la presencia de fragmentos de Okazaki en la copia de la fibra retardada surante la replicación del ADN • Si HAY fragmentos de Okazaki  el ciclo celular no continua Puntos de control del dañ o al ADN • Perciben la presencia de ADN da ñado • Existen tres puntos de control  Antes de que la célula entre a la fase S (Punto de Restricción)  Durante la fase S  Después de la replicación del ADN (Punto de Control G2) Puntos de control del huso • Percibe cualquier anomalía en la manera como los cinetocoros se fijan a las fibras del huso mit ótico  se detienen la célula en metafase (Punto de Control Metafase- Anafase)  Anafase) • Perciben la alineación indebida del huso  bloquean la citocinesis • Inducen la apoptosis  si el daño es irreparable

Puntos de Control

 Antes de dividirse una célula debe pasar por varios puntos de control. El primero se encuentra en la fase llamada G1 y es llamado el Punto de Restricción. Todas las señales que la célula recibe en este punto son señales que determinan su destino. Si la decisión es que debe pasar el Punto de Restricción, después de él ya no hay retorno, la célula está comprometida a entrar en la fase S, duplicar su ADN completo y dividirse… o morir!

EFECTOR

El punto R Un instante crucial del ciclo es el que ocurre en el punto R (por restrictivo) de la fase G1 momento en el cual la célula decide si debe o no avanzar en la prosecución del ciclo.  La "llave" de este paso es un conmutador molecular que pasa de "apagado" a "encendido".  En G1 las ciclinas D y E aumentan poco a poco su nivel   A medida que sube el nivel de las ciclinas, las mismas se combinan con cinasas dependientes de ciclinas.  Las cinasas activas transfieren fosfatos del ATP a la proteí na na pRb, que constituye en efecto el conmutador molecular, el "freno" del ciclo celular en G1  Si la pRb no esta fosforilada "secuestra" (es decir permanece unida) a otras proteí nas nas claves para la prosecución del ciclo: los factores de transcripción E2F, es decir, mantiene el conmutador en "apagado". 

El Punto R 







Cuando el complejo ciclina D/cinasa añade suficientes fosfatos a la pRb, la pRb fosforilada libera los factores de transcripción que ahora pueden actuar sobre los genes Los genes estimulados producen prote í nas nas necesarias para que avance el ciclo celular Por ejemplo en la G1 temprana las ciclinas del tipo D se unen a la CDK4 o CDK6 y el complejo resultante "libera" el freno que impedí a la progresión hacia la G1 tard í   ía     y, por lo tanto, el pase a la fase S  El complejo ciclina D/CDK4,6 desarma un potente inhibidor de la progresión del ciclo: el formado por la proteí na na pRB y los factores de transcripción inactivos.

Punto de Restricción

P

P P

P

Punto de restricción 







El que una célula pase a través del Punto de restricción en la fase G1 está determinado por la activación de algunos factores de transcripción, principalemente de la familia E2F, los cuales son mantenidos inactivos por la proteína del retinoblastoma (pRb o simplemente Rb ) que los fija y los inactiva, impidi éndoles cumplir sus funciones activadoras de la transcripci ón. La inactivación del E2F impide la activación de la síntesis de las proteínas necesarias en la fase G1pm (tardía) para permitir que la célula entre definitivamente en el ciclo celular después de pasar el Punto de restricción. Esta inhibición desaparece cuando la CDK4 se activa e inicia la hiperfosforilación de la Rb, lo cual permite la liberación y la activación de la capacidad transactivante de E2F. La presencia de mitógenos reduce los niveles de la proteína p16 inhibidora de la CDK4 y a su vez induce la aparición de ciclina D, acciones que aumentan la actividad CDK4.

Complejo Ciclina D/Cdk 4,6   



Uno de los sustratos m ás importantes de esta cinasa es la proteina del retinoblastoma (pRb). La CDK4 hiperfosforila a la pRb liberando el factor transcripcional E2F. Éste se une a secuencias espec íficas del ADN para promover la síntesis de enzimas requeridas en la síntesis del ADN (Polimerasas, primasas Dehidrofolato reductasa) así como de las ciclinas E y A (requeridas en las fases subsecuentes del ciclo celular). La aparición de la ciclina E permite la activaci ón de CDK2 que promueve la desaparici ón de su inhibidor p27, fosforilándolo, y participa activamente en la fosforilación de la pRb, activando de esa manera la maquinaria de replicaci ón del ADN.

Gene del Retinoblastoma Primer ejemplo de un gene oncosupresor  







Un gene supresor de tumores, el cual normalmente suprime la división celular descontrolada: debe estar  inactivo para que se efectue la divisi ón celular. Descubierto como un regulador del crecimiento de los neuroblastos durante el desarrollo de la retina. La inactivación de ambas copias del gene Rb suprime su papel como “freno” del crecimiento celular, lo que produce el retinoblastoma, o c áncer ocular. Se sabe que está presente y activo en todas las c élulas y que participa principalmente en la fase G1 como regulador del progreso del ciclo celular.

X

 ADN DA Ñ ADO Punto de Control en el que participa el p53

El ADN puede ser dañado por varios mecanismos 1. La energ   ía liberada por radicales libres de ox ígeno, generados por procesos metabólicos normales o por la exposición a radiaciones ionizantes, pueden romper el enlace fosfodi éster de las fibras de la doble hélice de ADN. 1. Cuando dos de estas rupturas est án cercanas, pero en fibras opuestas del  ADN, se produce un rompimiento doble de la hélice (DSB), y la célula encara un problema particularmnete dif   ícil de reparar.

2. Los agentes acilantes pueden modificar las bases pur ínicas formando aductos qu ímicos que requieren procesos especiales para ser reparados. 1. Los agentes acilantes bifuncionales pueden causar entrecruzamien tos dentro de una fibra del ADN, o peor a ún, entre las dos fibras del ADN que requieren procesos complicados para ser reparados.

3.  Alteraciones de las ADN topoisomerasas pueden aumentar los problemas causados por los rompimientos simples o dobles (DSB) de la doble hélice del ADN, dependiendo de la fase del ciclo celular y de la topoisomerasa involucrada.

mediadores

Se inhibe la fosfatasa cdc25a Se activa el p53 Se sintetiza p21 El complejo Ciclina/Cdk no se puede activar 

Se inhibe el complejo Ciclina/Cdk

cicliina

Alto

Alto

Alto

Alto

Alto

Se Detiene el Ciclo Celular 

Presencia de ADN dañado • El punto de restricción es el paradigma de los puntos de control. • La producción de daño en el ADN, produce arresto del ciclo celular en G1 (antes de S) y en G2 (antes de la mitosis). • La detención del ciclo en G1 previene la replicación aberrante de ADN alterado, el arresto en G2 permite a la célula impedir la segregación de cromosomas defectuosos, y permite el intento de reparar el daño. • La presencia de ADN dañado utiliza los mecanismos regulatorios habituales en el ciclo celular para inducir la acumulación de la forma hipofosforilada y supresiva de pRb que impide el progreso del ciclo celular. • Algunos mecanismos en los puntos de control de G1 y G2 son similares, incluyendo la presencia de p53, la presencia de p21 y la defosforilación de Rb. • Otros mecanismos son distintos por la presencia de complejos con ciclinas y CDKs diferentes en G1 y G2. • En G2, se requiere la actividad complementaria de p21 y de la proteína 14-3-3 para producir el arresto del ciclo celular.

Gene p53 (oncosupresor) Función Normal – control de G1/S





Se le considera el “ Último Portero ” puesto que las enfermedades malignas no se presentan, a pesar de la presencia de otras mutaciones carcinog énicas, hasta que el p53 es también inactivado por una mutaci ón. Es responsable de tres respuestas al da ñ o en el ADN: 1.- Actúa como un Factor de Transcripción para activar la expresi ó n de la proteína p21, la cual inhibe el complejo Ciclinas G1/Cdk (fundamentalmente ciclina e/Cdk2) para detener el ciclo celular. 2.- Activa el proceso de reparaci ó n del ADN 3.- Dispara la apoptosis (muerte celular programada) si el daño del ADN no puede ser reparado.

M

p21 p27 p16 p15

REGULACIÓN

G2 G1

p16

 APOPTOSIS

S

p53 y ATM 

Percibe la presencia de ADN da ñado  puede detener la progresión del ciclo en G1 hasta que el  ADN sea reparado  

Las Mutaciones en p53 son recesivas. p53 califica como un gene supresor de tumores (Oncosupresor)

Puede iniciar la apoptosis  induce a las células “peligrosas” a cometer suicidio (en caso de que el  ADN no pueda ser reparado satisfactoriamente)  La proteína ATM (ataxia t elangiectasia m utated) 







Detecta la presencia de daño en el ADN, sobre todo rompimientos dobles interrumpe (con la ayuda de p53) el ciclo celular cuando encuentra la presencia de daño en el ADN Conserva el tamaño normal de los telómeros

 ADN dañado o mal replicado

Las proteínas ATM y ATR participan en la detección de la presencia de daño en el  ADN, sobre todo si existen rompimientos dobles. Si es así, inician una cadena de señales que termina en la estimulación de p53 a través de la fosforilación de la señal ChK2. El p53 activado interrumpe el ciclo celular estimulando la síntesis de inhibidores de los complejos ciclina/Cdk, principalemente p21

 ADN dañado

Se promueve la acumulación de p53

p53

p53

 El p53 es el gene que se

encuentra mutado con mayor frecuencia en los procesos cancerosos (50% del total).  Cuando el p53 muta, las células que presentan daño en el ADN no son detenidas en G1 y la reparación del ADN no puede realizarse.  La deficiencia en el arresto del ciclo celular en el caso de células con ADN dañado DNA se repite en ciclos subsiguientes permitiendo que células cada vez más afectadas se reproduzcan y se acumulen, hasta culminar en la formación de un tumor maligno, cáncer .

p53

p53

p53

Y la formación de tetrámeros activos p53 p53

p53  Apoptosis

p53

 ADN

Transcripción p21

Reparación ADN Inhibidor de CDKs inhibe

Ciclina G1/Cdk No puede fosforilar la pRb  r  e l u l a  c   o  l  E l C i c  e t i e n e  e d

Presencia de daño en el ADN Vía Independiente de p53.  

 



El mecanismo independiente de p53 provee un arresto rápido y transitorio del ciclo celular en el punto de restricción. En primer lugar, la presencia de daño en el ADN causa una degradación rápida de la fosfatasa Cdc25A, que funciona activando el complejo ciclina E/Cdk2 En segundo lugar, en cuanto se produce daño en el ADN, la ciclina D1 es ubiquitinizada y degradada por el proteasoma. La degradación de la ciclina D1 inicia una liberación específica del p21 que funciona como modulador positivo de la actividad de los complejos ciclina D/Cdk4, la liberación del p21 inhibe rápidamente la actividad de los complejos Ciclina E/Cdk2. Este efecto no requiere ningún aumento en la síntesis de p21. De esta manera, sin depender específicamente de la presencia de p53, la producción de daño en el ADN produce la inactivación simultánea de los complejos dependientes de Cdk4,6 y Cdk2.

Forman parte del punto de control G1/M, además de ADN dañado: Escaso tamaño celular. Insuficiente crecimiento de los organelos celulares. Nutrientes inadecuados. Uniones intercelulares activas.

PUNTO DE CONTROL G1/M

La inactivación de Cdc25C impide la activación de la CDK1, manteniéndola fosforilada e impidiendo el paso a la fase M

PUNTO DE CONTROL G2

La presencia de ADN no replicado, previene el paso a la fase M Las células que no son capaces de replicar completa y totalmente su información genética durante la fase S, tampoco son capaces de pasar de la fase G2 a la fase M. La operación de este punto de control requiere el reconocimiento de que existe ADN que no se ha replicado todav ía, lo cual dispara la inhibición del factor promotor de la Mitosis (MPF).  Aunque el hecho de que la existencia de ADN no replicado inhibe el paso de la célula a la fase M está bien demostrado, no se conocen todavía con precisión cuales son los mecanismos que informan a la célula de que el genoma no se ha replicado totalmente de una manera exitosa y que por lo tanto, si se iniciara la mitosis, se correr ía el riesgo de transmitir a las c élulas hijas información genética irregular e insuficiente. Se ha propuesto que la célula durante la fase G2 monitorea la presencia de fragmentos de Okazaki como evidencia de que la replicación del ADN no se completado total y exitosamente

Cdc2 (Ciclina 1) 







La ciclina B desempeña un papel doble en los vertebrados, participando en la transición de la fase G2 a la fase M cuado el ADN no se ha replicado por completo y, en la fase M, como agente efector de la activación del factor promotor de la anafase. En los vertebrados la Ciclina B participa en el punto de control que impide la iniciación de la mitosis hasta que la fase S se haya completado. Es decir, que todo el ADN se haya replicado total y exitosamente. Cuando la replicaci ó n del ADN no se completado normalmente, la cinasa llamada Wee regula la actividad de cdc2 (Cdk1), la cinasa que forma el complejo con la ciclina B, fosforil ándola y provocando su inhibició n. Por otro lado, cuando todo ha sucedido normalmente, la fosfatasa Cdc25, activa el desarrollo de la mitosis removiendo los fosfatos inhibidores de la cdc2 y activ ándola para que cumpla su función.

Transición Metafase- Anafase  Anafase 







Para progresar de la metafase a la anafase, durante la mitosis, la célula debe asegurarse que todos los cinetocoros se han fijado correctamente al huso y mantienen las fibras de éste en tension bipolar. Si esto no sucede así, las células esperan en metafase hasta que se puedan reunir las condiciones necesarias para librar el punto de control del huso, en el cual: Cuando un solo cinetocoro (o más) no se ha(n) fijado correctamente a los MTs del huso, todos los demás cromosomas esperan hasta que su fijación se ha realizado y su posici ón es correcta en el establecimiento de la placa metaf ásica. Pieza clave en el control de la transici ón Metafase- Anafase  Anafase es el llamado complejo Promotor de la Anafase, APC (AnaphasePromoting Complex), una ubiquitín-ligasa que marca algunas proteínas de la metafase para ser destruidas por el proteasoma, especialmente la securina y la ciclina B.

Punto de Control del Huso Durante la mitosis, las cromátidas hermanas necesitan conectarse correctamente a los polos celulares mediante su fijación a las fibras del huso mitótico, este proceso, de gran importancia para la célula, es regulado mediante el mecanismo de Control del Huso. En este punto de control debe mantenerse bloqueada la actividad de ubiquitín ligasa del Complejo Promotor de la Anafase, APC/C (anaphase promoting complex/cyclosome), previniendo así la destrucción prematura de la ciclina B1 y, por lo tanto, la inactivación de la Cdk1. Mientras la actividad del complejo cilina B1/Cdk1 se conserve alta, la célula puede permanecer en metafase todo el tiempo que sea requerido hasta que todos los centrómeros de todos los cromosomas se fijen a las fibras del huso con una orientación correcta bipolar . Después de que esto ha sido logrado y los requerimientos del punto de control han sido cumplidos, la pérdida progresiva de la actividad del complejo ciclina B1/Cdk1, por la actividad del APC/C, es indispensable para que se realice exitosamente la segregación de los cromosomas y se termine la mitosis

Durante la mitosis, las cromátidas hermanas necesitan conectarse correctamente a los polos celulares mediante su fijación a las fibras del huso mitótico, este proceso, de gran importancia para la célula, es regulado mediante el mecanismo de Control del Huso.

Mientras la organización del aparato mitótico (huso + cromosomas) no sea completamente correcta las cromátidas hermanas permanecerán unidas por el complejo proteico

Diferentes modos de fijación de los cromosomas durante la mitosis

Monotélico

Sintélico

Merotélico

Anfitélico

Monotélico (un cinetocoro fijado a un solo polo por sólo una fibra), Sintélico (ambos cinetocoros fijados a microtúbulos originados en un solo polo), Merotélico (un cinetocoro fijado a microtúbulos originados en ambos polos)  Anfitélico (cinetocoros fijados cada uno al polo correspondiente) Orientación bipolar (Modo correcto)

En el paso Metafase-Anafase debe revisarse que todos los cromosomas estén alineados correctamente en el huso mitótico, de manera que la segregación forme dos células hijas con complemento cromosómico completo e idéntico.

G0 Células que están esperando que las condiciones hagan necesaria su división. Son células diferenciadas las cuales pueden ser estimuladas para reiniciar el ciclo celular.

Punto de Control del huso, progresión Metafase-Anafase Para que pueda ser completada la mitosis es indispensable que todas las cromátidas hermanas se hayan fijado de manera anfitélica a las fibras del huso, de manera que se asegure su segregación adecuada

El complejo ciclina mitótica (B)/Cdk mitótico (cdc2) que constituye el MPF (factor promotor de la mitosis) regula el punto de control G2, fosforilando algunas proteínas importantes en la iniciaci ón de la mitosis 

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El MPF, y otras cinasas, fosforilan las l áminas que refuerzan la envoltura nuclear  produciendo su depolimerización: se produce la fragmentaci ó n de la envoltura nuclear  El MPF fosforila algunas proteínas asociadas a los cromosomas (histonas, complejo de la condensina): lo cual provoca la descondensaci ó n de los cromosomas Fosforilación de los microtúbulos: inicia la formaci ó n del huso mit ó tico Si todo est á correcto, activa el APC y provoca el inicio de la anafase y la autodegradaci ó n de la ciclina mit ó tica: prepara las condiciones para el pr ó ximo ciclo

¿Como detecta la célula que todos los cromosomas mantienen a las fibras del huso en una tensión correcta? Nicklas y Duke descubrieron que los cinetocoros que no se han fijado a las fibras del huso mentienen adheridas al cinetocoro ciertas proteínas, como la llamada Mad2 (Mitotic arrest defective). La Mad2, y otras proteínas semejantes, mantienen fijo al factor Cdc20, que es indispensable para la activación del  APCinhibe la activación del APC, pero logran hacer esto sólamente cuando se hallan unidas a los cinetocoros. Se acepta que la tensión adecuada en los cinetocoros de todos los cromosomas, activan finalmente una cinasa proteica que fosforila el APC de manera que la Cdc20 pueda separarse de la MAD2, fijarse al complejo promotor de la anafase y activarlo

Cinetocoros y ciclo celular  

Cromosomas bien fijados al huso mit ótico  APC activo  Principio de la anafase  Terminación de la mitosis 

Cinetocoros no bien fijados al huso > poseen una proteína señal (Mad2) > que inhibe la actividad del  APC (se previene la iniciación de la mitosis)  Cinetocoros fijados al huso > la proteína señal Mad2 se libera de los cinetocoros > APC activo > anafase 

Factor promotor de la Mitosis El Factor  promotor de la Mitosis, MPF (es realmente el complejo formado por la ciclina B y la Cdk1) inicia:  – El ensamble del huso mitótico  – La fragmentación de la envoltura nuclear   – La consensación de los cromosomas

Estos eventos llevan a la c élula a la Metafase. En este punto, el MPF activa al Complejo Promotor de la  Anafase ( APC/C  APC/C) (anaphase-promoting complex), también llamado Ciclosoma, el cual  – Inicia la cadena de reacciones para la destrucci ón de los complejos proteicos, cohesinas , que mantienen unidas las cromátidas  – Permite que las cromátidas hermanas arregladas en la metafase se separen y se muevan hacia los polos (anafase-telofase), completando la mitosis

 Activación del MPF (Complejo Promotor de la Mitosis)

Es importante la formación, finalmente, de un ciclo de retroregulación positiva, puesto que el MPF activa la fosfatasa que le suprime los

Complejo promotor de la Anafase  APC 

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Control ejercido por el APC  ubiquitinaci ón y proteólisis de las ciclinas M y de otros reguladores de la mitosis (ciclinas mit óticas)  Inicia la cadena de reacciones para la destrucci ón de las cohesinas permitiendo la separaci ón de las cromátidas hermanas La actividad del APC cambia en las diferentes fases del ciclo celular  El APC es activado principalmente por la adici ón de subunidades activadoras ( cdc20) al complejo

cdc20

PUNT PU NTO O DE DE CON CONTR TROL OL METAFA METAFASE SE - A NAFA NAFASE SE

El APC, activado por la adición de su subunidad activadora (cdc20), ubiquitina la Securina marcándola para ser hidrolizada y libera a la Separasa

Inicia la cadena de reacciones para la destrucci ón de los complejos proteicos, cohesinas , que mantienen unidas las cromátidas, con lo cual se

MAD  

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MAD (m itotic arrest d eficient) Codifica una proteína que se mantiene fija a cada cinetocoro hasta que una fibra del huso (un solo microtúbulo es suficiente) se fija en él. Si hay alguna deficiencia en la fijaci ón  la MAD permanece en su sitio y bloquea la entrada en la anafase La falla en la función de MAD, permite que la célula termine la mitosis, pero produce células hijas que poseen demasiados, o demasiado pocos cromosomas.  Condición llamada aneuploid ía, extremadamente dañina para el futuro desarrollo de la célula. * La Aneuploidía es uno de los datos más frecuentemente encontrados en las células neoplásicas, lo cual sugiere que las fallas en el punto de control del huso conceden pasos mayores en la conversión de una célula normal en una célula cancerosa. 

Complejo de la Cohesina

INICIACIÓN DE LA ANAFASE

El complejo promotor de la mitosis (MPF) establece el punto de control del huso por la activación del Complejo Promotor de la Anafase (APC/C) 

MPF fosforilación de proteínas fosforilación del  APC (anaphase-promoting complex) → →

 APC activo estimulación del proceso de ubiquitinaci ón degradación de proteínas hidr ólisis de la securina activación de la separina rompimiento de las cohesinas separación de las cromátidas hermanas anafase   APC activo > degradación de la ciclina mit ótica 

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La actividad del MPF disminuye > Condensación de los cromosomas > Re-ensamble de la envoltura nuclear 

Punto de Control Mitótico Reciéntemente se ha encontrado que Mad2 y Cdc20 forman un complejo con otras proteínas, BubR1/Mad3 y Bub3, formando lo que se llama el complejo del punto de control mitótico (mitotic checkpoint complex, MCC), el cual ha demostrado, tanto in vivo como in vitro, ser un inhibidor del APC/C mucho más potente, y adecuado, que el heterodímero formado por la fijación de Mad2 a Cdc20.

 Anafase-Telofase  

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La destrucción de la ciclina mitótica ni produce, ni es requerida para la anafase. La inactivación de la Cdk de la mitosis es, en cambio, indispensable para que pueda producirse normalmente la telofase. Eventos de la telofase    

Condensación de la cromatina Reconstitución de la envoltura nuclear  Ruptura de la estructura del áster y reformación de la disposición de los microtúbulos de la interfase Formación del anillo contr áctil para la citocinesis