El ciclo celular es el proceso mediante el cual toda célula mitótica logra dividirse en 2 células diploide, a partir de 1 sola célula diploide. Dicho proceso consta de 2 partes fundamentales: la mitosis y la interfase. Esta última se divide, a su vez, en 3 estadios diferentes y continuos: G1, S y G2. En el estadio G1 se lleva a cabo el crecimiento celular, en S inicia la síntesis del ADN, y en G2 se prepara a la célula para iniciar la mitosis. Sin embargo, para iniciar este proceso, se requiere de factores favorables que induzcan a la célula a abandonar su estado en reposo, y se reintegren al ciclo celular. Dicho proceso es regulado por factores promotores de maduración (MPF).

En los años 70 se llevó a cabo un estudio en la Colorado University a cargo de los profesores Potu Rao y Robert Johnson, el cual tenía como objetivo indagar acerca de la presencia de factores reguladores en el citoplasma celular. Para ello se fusionaron células mamíferas de diferentes estadios en la interfase, con células que se encontraban en mitosis. Como resultado, se obtenía la compactación cromosómica de las células mamíferas, debida a que la célula en mitosis inducia a la otra célula a dicha parte del ciclo celular. Sin embargo, había diferencias en la estructura del cromosoma de las primeras células, puesto que se podían observar en formas compactas alargadas (indicando que se encontraban en G1), pulverizadas (indicando su actividad en la fase S), o duplicadas (indicando la presencia en G2). Por lo tanto, se pudo concluir que, en efecto, existen factores que inducen a la célula a entrar en mitosis y, por ende, controlan el ciclo celular. Estos factores MPF consta de 2 subunidades reguladoras que interactúan entre sí, para poder inducir a la célula hasta la mitosis. Dichas unidades son: 1) las cinasas (enzimas las cuales se encargan de transferir grupos fosfato del ATP a sustratos proteicos) y 2) las ciclinas (enzimas las cuales activan o inhiben la actividad de las cinasas, mediante su elevación o disminución en su concentración en el citoplasma celular).

Posteriormente, las cinasas recibirían el nombre de CdK (Cinasas dependientes de ciclina) Dichas cinasas regulan el ciclo celular (en este caso se trata de la CdK1) en conjunto con diferentes tipos de ciclinas. Esta teoría fue confirmada mediante el estudio con levaduras. Al estudiar levaduras con gemación, y levaduras con fisión, se pudo encontrar y aislar un gen (cdc2) el cual, al mutar, producía un producto que provocaba la detención del crecimiento de las células en puntos específicos del ciclo celular. De este estudio se puede deducir 3 cosas: a) Las células eucariotas comparten homólogos que regulan el ciclo

celular, b) El proceso del ciclo celular tiene límites operativos influenciados por la temperatura en su medio ambiente, c) Los puntos de regulación celular se encuentran en zonas de transición entre las fases del ciclo celular.

Para inducir a la célula a entrar a la fase S, se requiere pasar por el punto de transición START. Una vez que se ha pasado por dicho punto, la célula se ve obligada a duplicar su contenido genético y, si las condiciones internas y externas son favorables, deberá concluir todo el ciclo celular. En este punto, la CdK1 es controlada por la cliclina G1, cuya cantidad se encuentra en su máximo nivel al final de la fase G1. La CdK1 induce el inicio de la replicación en lugares donde se encuentran los complejos de replicación.

Por otra parte, para conducir a la célula al proceso de mitosis, la CdK1 es controlada por las ciclinas mitóticas. Su unión fosforila los sustratos necesarios para inducir a la celula a la mitosis, teniendo como principal objetivo, la organización cromosómica y la caracterización del citoesqueleto entrante a la profase.

PUNTOS DE COMPROVACION.

INHIBIDORES DE CINASA Y RESPUESTAS CELULARES.

La ataxia-telangiectasia es un trastorno recesivo hereditario que se caracteriza por una multitud de síntomas diversos, inclusive un riesgo muy alto por ciertos tipos de cáncer.

A finales de 1960 se descubrió que los pacientes con ataxia-telangiectasia son en extremo sensibles a la radiación ionizante, también lo son las células, carecen de una respuesta protectora que se observa en las células normales, se someten a tratamientos que dañan el DNA (radiación ionizante o fármacos que alteren el DNA) su avance en el ciclo se detiene mientras el daño se repara.

Si una célula normal recibe radiación durante la fase G1 del ciclo celular la progresión a la fase S se retrasa, de forma igual las células en fase S retrasan la síntesis adicional en DNA, en tanto las células afectadas durante G2 retrasan su ingreso a mitosis.

Los estudios de este tipo dieron origen al concepto formulado por Leland Hardwell y Tod Weinert en 1988 de que las células tienen puntos de comprobación como parte del ciclo celular.

Estos son mecanismos que detienen el ciclo celular si cualquier DNA cromosomático se daña o si ciertos procesos críticos no se completaron en forma correcta, estos aseguran que cada uno de los diversos fenómenos que constituyen el ciclo, ocurran de forma precisa y ordenada.

Muchas de las proteínas de las maquinarias de los puntos de comprobación no tienen ninguna función en el ciclo celular y solo actúan cuando aparece alguna anomalía.

Los puntos de comprobación se activan durante todo el ciclo mediante un sistema de sensores que reconoce el daño de DNA y las anomalías celulares.

Cuando un sensor detecta un defecto, automáticamente inicia una respuesta que detiene el ciclo celular, y en ese lapso la célula aprovecha para corregir el defecto o reparar el daño en lugar de continuar. Si el DNA se daña más allá de la reparación posible el mecanismo de punto de control puede transmitir una señal que conduce a:

1- La muerte de célula(apoptosis)

2- Su conversión a un estado de paro permanente del ciclo celular (senectud)

El den causante de la ataxia-telangiectasia es el (ATM) codifica una proteína cinasa que se activa con ciertas lesiones del DNA.

Un hecho notable es que la presencia de una sola ruptura de una de las moléculas de DNA es suficiente para detener el ciclo celular.

Otras lesiones como la replicación incompleta de DNA o radiación UV activan una proteína cinasa relacionada llamada ATR, esta tanto como ATM son capaces de unirse con el DNA dañado.

Una vez unidas pueden fosforilar una gran variedad de proteínas que participan en puntos de comprobación del ciclo celular y en la reparación del DNA.

Las ATM y las ATR son proteínas cinasas que se activan con daños específicos del DNA. Cada una de estas proteínas actúa mediante puntos de comprobación que señalan las vías que conducen al paro del ciclo celular. ATM se activa como respuesta a las roturas en la cadena doble, que detecta el complejo proteínico MRN.

Por otro lado, ATR se activa por el DNA cubierto con proteína que se forma cuando la horquilla de replicación se atasca o cuando se repara el DNA después de varios tipos de daño. En la vía de G2 ATR fosforila y activa la proteína cinasa del punto de comprobación ChK1 (paso 1), que fosforila y desactiva la fosfatasa Cdc25 (paso2), y que en condiciones normales se desplaza entre el núcleo y el citoplasma (paso3).

Una vez fosforilada, Cdc25 se une con una proteína adaptadora en el citoplasma (paso4) y no puede importare de nuevo al núcleo. Lo que deja a la Cdk en su estado fosforilado inactivo (paso5). En la vía G1 mostrada aquí, ATM se fosforila y activa la proteína cinasa del punto de comprobación Chk2 (paso A), que fosforila p53 (paso b). En condiciones

normales p53 tiene una vida muy corta, pero la fosforilación mediante Chk2 estabiliza la proteína, lo que aumenta su capacidad para activar la transcripción de p21 (paso C). Tras su transcripción y traducción (paso D), p21 inhibe en forma directa la Cdk (paso E). (Se identifican muchas otras vías del punto de comprobación de G1, S, G2 que incluyen ATM y ATR.)

La molécula p21 es solo uno de los por lo menos 7 inhibidores conocidos de Cdk.

En muchas células en complejo p27 debe fosforilarse y luego degradarse antes de que pueda avanzarse a la fase S.

Los inhibidores de Cdk, como p21 y p27 también participan en la diferenciación celular, justo antes de que las células comiencen a diferenciarse, por lo general se retiran del ciclo celular y dejan de dividirse.

Para comprender mejor todos estos procesos también es importante conocer lo siguiente:

Unión de la ciclina: cuando una cíclica esta presenté en la célula, se une con la subunidad Catalítica de Cdk que ocasiona un cambio en la conformación de la misma. Las escrituras cristalográficas de ciclina-Cdk indican que la unión con la ciclina produce el movimiento de un asa flexible para alejarse de la abertura que conduce al sitio activo, lo que permite que Cdk fosforile sus sustratos proteínicos.

Estado de fosforilación de Cdk: el nivel de ciclinas mitóticas se elevan durante las fases S y G2. Las ciclinas mitóticas se unen a Cdk, más adelante, en una etapa tardía de G2, el complejo ciclina-Cdk se activa y se desencadena la mitosis.

En el paso 1, una de las cinasas, llamadas CDK fosforilan un residuo crítico de treonina para quéCDK se active. Una segunda proteína cinasa denominada Wee1, fosforila un residuo clave de tirosina en la enzima. Si este residuo se fosforila, la enzima permanece inactiva sin importar el estado de fosforilación de cualquier otro residuo.

En las células normales (tipo nativo) Wee1 mantiene Cdk inactiva hasta el final de G2, entonces el inhibidor de Tir15 se retira por acción de la tercera enzima. La eliminación de ese fosfato cambia las moléculas ciclinas-Cdk a su estado activo e impulsa a la célula de levadura a la mitosis.

La progresión por el ciclo celular de una levadura con fisión requiere la fosforilación y desfosforilación de residuos críticos de cdc2.

Inhibidores de Cdk: en las levaduras con gemación una proteína llamada Sic1 permite que los complejos ciclina-Cdk inicien la replicación de DNA.

Proteólisis controlada: las células regulan la concentración de ciclinas y otras proteínas mediante el ajuste de la síntesis como de la velocidad de destrucción de la molécula. La degradación se logra por la vía de la ubiquitina - proteasoma.

La degradación es un proceso irreversible que ayuda a impulsar al ciclo celular en un solo sentido. La regulación del ciclo celular requiere dos clases de complejos (SCF y APC) funcionan como ligadas de ubiquitina. El complejo SCF se encuentra activo desde el final de G1 hasta la parte temprana de la mitosis. Estas proteínas se convierten en blancos para un SCF después de que se fosforilan.

Las mutaciones que inhibe la mediación de los complejos SCF en la proteólis de las proteínas claves, como las ciclinas G1 o el inhibidor Sic1 pueden impedir que las células repliquen sí DNA. El complejo APC actúa en la mitosis y degrada varias proteínas clave de la mitosis.

Localización subcelular: la célula contiene varios compartimientos en los que las moléculas reguladoras pueden unirse o separarse de las proteínas con las que interactúan.

En las levaduras, las oleadas sucesivas de síntesis y degradación de las distintas ciclinas desempeñan una función clave en la conducción de las células de los mamíferos de una etapa a la siguiente, las células de mamíferos producen varias versiones distintas de esta proteína cinasa.

Las Cdk no siempre estimulan actividades, también inhiben fenómenos inapropiados. El complejo ciclina B1-Cdk1 durante G2, impide que la célula replique de nuevo el DNA que ayuda a asegurar que cada región del genoma se repliqué una vez y sólo una vez en cada ciclo.