Regulación del ciclo celular normal (Robbins)

El conjunto de procesos que ocurren durante el ciclo celular llevan un orden y supervisión estrictos. Señales provenientes del medio y algunos controladores dentro de la célula, se encargan de dirigir el progreso de ésta a través de las distintas fases del ciclo celular.

El control interno del ciclo celular está a cargo de proteínas, cuyas acciones podrían resumirse en series de activaciones e inhibiciones de otras proteínas, que son indispensables durante las fases del ciclo.

Los efectores de esta regulación a nivel interno son: los complejos CDK-Ciclina, (CDK, Cyclin-Dependent Kinase) y las proteínas que las inhiben y dos familias de proteínas: CIP/KIP y INK4/ARF.

Las CDK fosforilan (activan o inactivan) proteínas críticas del ciclo celular, encontrándose en forma inactiva en G0 y siendo activadas por Ciclinas en el momento indicado.

Se conocen 4 tipos de Ciclinas: D, E, B, y A. Y se conocen 6 tipos de CDK,

pero sólo se ha caracterizado la función de cuatro de ellas (CDK 1, 2, 4 y 6).

Todas estas proteínas se activan o inactivan en puntos críticos o fundamentales del ciclo celular, puntos en los que a través de “centinelas” la célula verifica que esté todo en orden y en caso contrario inicia la reparación, que, si no es posible, termina en apoptosis. Estos puntos se denominan puntos o sitios de restricción.

I. Punto de restricción G1/S La Ciclina D es la que primero aumenta, apareciendo a mitad de G1, y

desapareciendo en la fase S.

En G1, la Ciclina D se une y activa a CDK4, formando el complejo Ciclina D-CDK4, el cual fosforila a la proteína de susceptibilidad al Retinoblastoma (RB).

La fosforilación de RB es el ON/OFF del Ciclo Celular.

Cuando RB está hipofosforilada (no fosforilada por D-CDK4) impide la replicación del ADN ya que forma un complejo con el factor de transcripción E2F, indispensable para funcionamiento del ciclo celular.

Cuando D-CDK4 fosforila a RB, se disocia el complejo RB-E2F y libera a E2F para que actúe y comience la transcripción.

Base molecular RB hipofosforilada se une a E2F y a otra proteína DP1, formando un

complejo E2F/DP1/RB, que se une a los promotores de los genes que responden a E2F. Estos genes que responden a E2F transcriben para Ciclina E, ADN polimerasa, Timidina cinasa, y otras proteínas indispensables para la continuación del ciclo celular. Estos genes se encuentran silentes porque la RB está asociada a una histona deacetilasa1

Cuando D-CDK4 fosforila a RB, éste se separa de la HDAC y de E2F, permitiendo su actuación sobre los promotores de los genes que se tienen que activar. Luego, cuando la célula entre en Mitosis, los grupos PO4 de RB se eliminan, volviendo RB a su forma hipofosforilada.

Una vez que la célula pasa el punto de restricción G1/S se encuentra “comprometida” irreversiblemente a comenzar la duplicación de su material genético.

II. Más allá de G1/S. Transición G2/M La formación de un complejo activo Ciclina E-CDK2 es la encargada ahora de

llevar a la célula más allá de la restricción G1/S. El E2F activado aumenta la transcripción de Ciclina E y ADN Polimerasas y comienza la síntesis de ADN.

El E2F también promueve la síntesis de Ciclina A, formándose un nuevo complejo Ciclóna A-CDK2, el cual regula la profase mitótica. Luego, el complejo Ciclina B-CDK1, activado por una fosfatasa de proteína, impulsa a la célula más allá de la profase. B-CDK1 se acumula en el núcleo al principio de la profase, la activación de B-CDK1 produce la ruptura de la cubierta nuclear e inicia la mitosis.

Los complejos Ciclina B-CDK1 y Ciclina A-CDK2 regulan algunos de los acontecimientos críticos de la transición G2/M, como la disminución en la estabilidad

1 Las HDAC tienen la función de acetilar o desacetilar grupos amino de lisinas cercanas a los aminos

terminales de las histonas centrales. La acetilación de la cromatina se correlaciona con actividad transcripcional (eucromatina). Desacetilación implica silenciación genética (gen que no se transcribirá).

de los microtúbulos, la separación de los centrosomas, y la condensación de los cromosomas.

La salida de mitosis requiere la inhibición/inactivación del complejo Ciclina B-CDK1. Recién ahí las céluas pueden volver a G1 o entrar en G0 (quiescencia).

III. Inhibición La actividad de los complejos Ciclina-CDK está regulago por inhibidores de

CDK. Hay dos familias de inhibidores: CIP/KIP e INK4/ARF:

1. CIP/KIP. Formado por 3 componentes (p21, p27 y p57), los cuales se unen a proteínas diana e inactivan complejos. p53 tiene una función de vigilancia y puede llegar a producir apoptosis.

2. INK4/ARF. Codifica dos proteínas, P16INK4, la cual compite con la Ciclina D en su unión con CDK4 (por lo tanto no hay fosforilación de RB y el ciclo se detiene al final de G1). Y p14ARF, que actúa sobre p53 impidiendo su degradación.

IV. Puntos de Control (checkpoints) Hay dos puntos de control principales: G1/S y G2/M. La fase S es un punto

sin retorno.

1. G2/M checkpoint: Verifica daño en ADN (por medio de sensores y transductores de daño de ADN –RAD y CHK cinasa). Si hay daño, detiene el ciclo e intenta la reparación, pero si no se puede reparar, se activan vías apoptóticas.

La importancia de todo esto reside en que defectos en los puntos de control permiten que pasen desapercibidos daños en el ADN que pueden producir células malignas. De la misma manera muchos medicamentos para el tratamiento del cáncer basan su actividad en la inhibición o activación de activadores o represores del ciclo celular.

V. Resumen No cualquier ciclina se una a una CDK. D-CDK4, E-CDK2, A-CDK2, y B-

CDK1.

G1: D-CDK4 fosforila RB, que libera E2F y permite transcripción de Ciclina E, ADN polimerasa, etc. En Mitosis RB se des-fosforila.

S: Síntesis de ADN. No punto de restricción pero sí control y reparación de daño de ADN.

G2/M: E2F permite la síntesis de Ciclina A: complejo A-CDK2, el que regula la profase mitótica. Luego complejo B-CDK1 (acumulado en el núcleo) lleva a la célula más allá de la profase, produciendo la cariolisis. B-CDK1 y A-CDK2 disminuyen estabilidad de microtúbulos, regulan separación de centrosoma y condensación de cromosomas. La salida de mitosis requiere la inactivación de B-CDK1.

Inhibición: A cargo de las CIP/KIP e INK4/ARF. Cumplen su función a partir de componentes que vigilan y controlan que el ADN no esté dañado, caso

contrario se actívan procesos de reparación y si no es reparable se induce la apoptosis de la célula.