Nucleo Celular Ciclo Celular

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Núcleo Noviembre-2014 Biología Celular y Molecular CÉSAR JERÍ APAZA

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Diapositiva 1

NcleoNoviembre-2014

Biologa Celular y MolecularCSAR JER APAZA

TEMASNcleo.Nucleolo. Estructura y funcin.Ciclo celular. 2Ncleo

Organela limitada por la envoltura nuclear.Se encuentra en todas las clulas eucariotas.Aprox 10% vol celular.Alberga casi todo el material gentico de la clula.Contiene:cidos nuclicos (DNA y RNA)protenas nucleares (histonas y no histonas)Centro de control.

3Ncleo

Funciones:Lugar de duplicacin del DNA.Lugar de control gentico de las actividades celulares.Lugar donde se inicia el ensamblaje de los ribosomas a partir de RNA y protenas especficas. Empalme TranscripcinReplicacin y reparacinApoptosisComponentes estructurales4

Envoltura nuclear, membrana externa se continua con RELamina nuclear es una malla de protena filamentosa que reviste cara nuclear de membrana internaComplejo de poro nuclear, penetra envoltura nuclear en puntos de fusin de m interna y m externa5Composicin:

Envoltura nuclearLmina nuclearMatriz nuclearCromosomas Cuerpos subnucleares:NucleoloOrganizacin del ncleo celular (mamfero)6Composicin:

Envoltura nuclearLmina nuclearMatriz nuclearCromosomas Cuerpos subnucleares:NucleoloCuerpos de Cajal (CB) y gemasDominios PIKA y PTFCuerpos PMLManchas de empalme (splicing speckles)Manchas paralelas (paraspeckles) o espacios intercromatinaOrganizacin del ncleo celular (mamfero)Lanctt C et al. "Dynamic genome architecture in the nuclear space:regulation of gene expression in three dimensions". Nature Reviews Genetics (2007) :8; 2. 104-115 .

7Envoltura nuclear

Membrana externa nuclearMembrana interna nuclearEspacio intermembrana (10-50nm)Poros nucleares100nm dimetro total9nm dimetro del canal3 000 a 4 000 porosComplejo de poro nuclear (NPC)8Estructura del complejo de poro nuclear (NCP)

Complejo molecular de simetra octogonal.30 veces ms grande que ribosoma.Funcin: portero del ncleomedia intercambio de molculas entre nucleoplasma y citoplasma.Iones y metabolitos pequeos difunden a travs del NCP.Molculas con masa >40kDa requieren transporte activo (carioferinas).

Filamentos citoplsmicosAnillo citoplsmico AndamioCanal centralAnillo nuclearCanastilla nuclear9Intercambio de molculas a travs del complejo de poro nuclear

10Intercambio de molculas a travs del complejo de poro nuclearImportacin de protenas:protenas cargo contienen secuencia especfica de aa seal de localizacin nuclear (NLS).intervienen:Ran (GDPGTP)Factor de transporte nuclear 2 (NTF2)Importina (se une a prot cargo)Importina (interacta con nucleoporinas-FG)Exportacin de protenas, tRNAs y subunidades ribosomales:contienen secuencia especfica de aa seal de exportacin nuclear (NES).Contienen NLS si ha de retornar al ncleo.Intervienen:Ran (GDPGTP)Factor de transporte nuclear 2 (NTF2)Exportina 1Exportina-t (exporta tRNAs)11IMPORTACIN A TRAVES DEL PORO NUCLEAR

12345678912EXPORTACIN A TRAVES DEL PORO NUCLEAR

123456713Estructura del complejo de poro nuclear (NCP)

Funciones:Media el intercambio de molculas entre el nucleoplasma y el citoplasma.Participa en la regulacin de la arquitectura del genoma.Participa en la regulacin de la expresin gnica.

Raices M & D'Angelo M. Nuclear pore complex composition: a new regulator of tissue-specific and developmental functions.Nature Reviews Molecular Cell Biology 13, 687-699 (November 2012)14

Heterocromatina perifrica es excluida desde el NCP

En mamferos, la nucleoporina TPR se requiere para el establecimiento de las zonas de exclusin de heterocromatina asociadas al poro nuclear (+TPR).15

NCP especializado en transporte nuclear y organizacin del genoma16Lamina nuclear

Malla protica delgada (20-50nm).Cubre cara nuclear de MIN.Se relaciona con protenas integrales especficas de MIN y con cromatina.Indispensable en mantenimiento de integridad estructural de envoltura nuclear.Principales componentes:Lamina nuclear tipo ALamina nuclear tipo B17Lamina nuclear: Laminopatas

Enfermedades humanas asociadas con defectos en protenas de envoltura nuclear.Distrofia muscular de Emery-DreifussCardiomiopata dilatadaLipodistrofia parcial familiarDistrofia muscular cintura-extremidadesCharcot-Marie-Tooth tipo 2Displasia mandibulo-acralProgeria Mutacin ms comn en gen de lamina tipo A (normalmente,mayora de cells adultas la expresan).

18Organizacin de la envoltura nuclear

Protenas de la membrana interna nuclear:Polipptidos asociados a lamina 1 y 2 (LAP1 y LAP2).LBRSun1Sun2Protenas reguladoras de genes:HP1BAFProtenas de la membrana externa nuclear:- Nesprin

ONM: membrana externa nuclear, INM: membrana interna nuclear , NCP: complejo de poro nuclear, ER: retculo endoplasmico.Stewart C et al. Blurring the boundary: the nuclear envelope extends its reach. Science (2007); 318:1408-1412.19Complejo LINC (unin de nucleoesqueleto con citoesqueleto)

Integra componentes nucleares, incluyendo dominios de cromatina, con estructuras de la superficie celular y extracelulares (en clulas de vertebrados).Formado por:Protena nesprina (m externa nuclear).Protenas SUN (m interna nuclear).Stewart C et al. Blurring the boundary: the nuclear envelope extends its reach. Science (2007); 318:1408-1412.20Nucleolo

rea dedicada a la produccin de ribosomas.Se forma alrededor de repeticiones de DNA ribosomal (rDNA), que codifica rna ribosomal.NO est rodeado por membrana.21

Produccin de subunidades ribosomales123451. Transcripcin de rRNA precursor2. Empaquetamiento con protenas ribosmicas citoplasmticas3. Formacin de subunidades 40S y 60S4. Salida de subunidades a travs de poros nucleares5. Ensamblaje ribosoma maduro 22Cromatina, cromosoma

Cromatina: complejo fibroso formado por DNA y protenas. (interfase)Cromosoma: cromatina altamente condensada. (divisin celular)

Cromatina condensada cerca de envoltura nuclear, se fija a lamina nuclearCromatina difusa23Cromatina

Complejo fibroso formado por DNA y protenas.24Territorio de los cromosomas humanos en el ncleo celular en interfase

25Cromatina Eucromatina:DNA menos compactoporcin ms activa del genoma (genes frecuentemente expresados).Heterocromatina:DNA ms compacto.contiene DNA infrecuentemente transcrito.Tipos:Constitutiva: en estado condensado en toda clula y en todo momento (DNA silencioso).Facultativa: cromatina especficamente inactivada durante ciertas fases de la vida del organismo (cromosoma X inactivo). 26Cromosoma eucariticoCromosoma eucaritico = molcula nica DNA ms protenas asociadas. DNA extendido de un cromosoma = 3-4cm.Cada clula diploide tiene 46 cromosomas (2m de DNA aprox.)Cuerpo humano tiene 25 000 millones de kilmetros de DNA.27Cromosoma humano

Cromosoma: cromatina condensada, estructura visible durante divisin celular.

Centrmero, regin de visible estrechamientoFibra de cromatina , constiituida por DNA y protenas28Clasificacin de los cromosomas por la localizacin del centrmero:Metacntrico: centrmero central.Submetacntrico: centrmero cerca del centro.Acrocntrico: centrmero cerca al extremo.Telocntrico: centrmero al final de las cromtides.

29En cromosomas no metacntricos:Brazo corto es denominado brazo p (petit).Brazo largo es denominado brazo q

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Cariotipo humano: 23 pares de cromosomas (incluyendo cromosomas sexuales.El centrmero ocupa posiciones caractersticas en los cromosomas homlogos31Estructura del cromosomaConjunto de DNA y protenas (cromatina = hebras teidas):DNA (cargada negativamente).Protenas histnicas y no histnicas.

32Estructura del cromosomaHistonas:Slo en eucariotasRicas en aminocidos bsicos (lisina y arginina) cargadas positivamente.Se sintetizan en la fase S del ciclo celular.33

Histonas:Responsables del plegamiento y empaquetamiento del DNA (nucleosoma).Intervienen en regulacin de genes.Tipos:H1 (30 millones de molculas)H2A (60 millones de molculas)H2B H3 H4

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35Nucleosoma:146-150 pares de bases (bp) de DNA alrededor de octmero de histonas.Primer nivel de compactacin del genoma en eucariotas.DNA unido a nucleosoma es menos accesible a factores reguladores que DNA libre de nucleosoma. (Skipper M. Eucariotic genomes in complete control. Nat Rev Mol Cell Bio 2006 (7):709.36H2A H2B H3 H4H4 H3 H2B H2AH1150 pares de bases50 pares de basesOctmero de histonaoctmerooctmero(80 pares de base por vuelta)octmerooctmeroH1H1H137N1nucleoplasminaRNAH3 H4H4 H3H2AH2BH3 H4H4 H3H2A H2BH2A H2BH2B H2AH3 H4H4 H3XXXXH3H4H3H4H1DNADNADNAPaso 1Paso 2Paso 3Ensamblaje de nucleosomas38Estructura del cromosomaProtenas asociadas al DNA no histnicas:N1NucleoplasminaProtena xProtenas de esqueleto o armazn protico

armazn proticono histnico39Armazn protico no histnico

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Solenoide1er nivel de empaquetamiento2do nivel de empaquetamiento41

42Empaquetamiento

COLAS DE HISTONAS:extremos NH2 y el extremo COOH (slo H2A) intervienen en formacin de solenoideHistona H1 se une a regiones especficas del nucleosomaEmpaquetamiento del Nucleosoma es mediado por la Histona H1 43Empaquetamiento del DNA en cromosoma mittico

Nucleosomas forman cuentas en la cuerda de DNA.Molcula de DNA se une a histonas formando gran nmero de nucleosomas.Grupos de nucleosomas se enrollan en vueltas cada vez ms grandes hasta fibras de comatina supercondensada y superenrolladaLas vueltas se unen para formar lazos.Los lazos se enrollan mucho ms, formando un cromosoma44CICLO CELULAR45Ciclo celularSecuencia regular y repetitiva de crecimiento y divisin celular.Fases:Interfase: proceso preparatorioG1SG2G0Divisin celular:Mitosis: divisin del ncleo.Citocinesis: divisin del citoplasma.

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47Interfase Durante la interfase:Duplica su DNA.Sintetiza histonas y otras protenas asoc a DNA.Produce reserva adecuada de organelas para 2 clulas hijas.Ensambla estructuras necesarias para divisin celular.

48Interfase G1:Actividad bioqumica intensa.Clula aumenta de tamao.Aumento de protenas, lpidos y organelas.Centrosomas inician separacin y duplicacin

49Interfase G1:Duracin variable, depende del tipo de clula.Algunas clulas ingresan a:

G0:quiescente ?Ausencia de seales para mitosisRepresin activa de genes necesarios para mitosis.Re-ingreso depende de seales internas y externas.

50Interfase S:Replicacin de DNA.Sntesis de histonas y otras protenas asociadas a DNA.

51Interfase G2:Preparativos finales para divisin celular.Inicia condensacin de cromosomas recin duplicados.Duplicacin completa de centrosomas. Inicio de ensamblaje de huso mittico

52Ciclo celular de clula eucariota

Divisin nuclear (cariocinesis) ocurre en mitosis.Divisin de citoplasma (citocinesis) ocurre al final de la fase M.Clulas que no se dividen usualmente quedan retenidas en fase G1DNA es replicado durante la fase S (entre fases G1 y G2)53

54Regulacin del ciclo celular

55Regulacin del ciclo celularInfluyen en crecimiento y divisin celular:Falta de nutrientes.Cambios en T y pH.Contacto con clulas vecinas (inhibicin dependiente de la densidad).HormonasFactores de crecimientoInteraccin clula-clulaInteraccin clula matriz extracelular.

La clula decide si va a dividirse o no.56Regulacin del ciclo celularPuntos de control del ciclo celular:

Punto de restriccin (punto R)Punto de control en fase SPunto de control en la fase G2Punto de control en la fase M

57Regulacin del ciclo celularPuntos de control del ciclo celular

Punto de restriccin (punto R):En fase G1 tardaA veces antes de punto R, pasan de G1 a G0Pasado el punto R la clula est obligada a seguir el resto de las fases del ciclo y dividirse.58Regulacin del ciclo celularPuntos de control del ciclo celular

Punto de control en la fase S:Asegura que duplicacin slo ocurra una vez por ciclo.Evala dao de DNA y presencia de fragmentos de Okasaki.59Regulacin del ciclo celularPuntos de control del ciclo celular

Punto de control en la fase G2:Clula evala si est lista para entrar en mitosis.Mecanismo de seguridad, slo entra en mitosis si ha duplicado correctamente su material gentico.Evala dao de DNA.60Regulacin del ciclo celularPuntos de control del ciclo celular

Punto de control en la fase M:Durante metafase.detecta fallas en unin de fibras del huso al cinetocoro.61Regulacin del ciclo celularSistema de control de ciclo celular:

CiclinasKinasas dependientes de ciclina (Cdk)Complejo promotor de la anafase/ciclosoma (APC/C)62

63Factor promotor de la fase MPone en marcha el mecanismo de la mitosisLa quinasa empieza a actuarPone en marcha el mecanismo de replicacin del DNAPPMG1SG2Cdkciclinamitticaciclina DControl del ciclo celular64Regulacin del ciclo celularKinasas dependientes de ciclina (Cdk):Activan otras protenas por fosforilacin.Se encuentran en niveles casi constantes durante el ciclo celular.En clulas eucariotas en todo el ciclo celular.Tipos:Cdk de G1 (Cdk4, Cdk6)Cdk de Fase S (Cdk2)Cdk de Fase M (Cdk1)

65Regulacin del ciclo celularCiclinas:Protenas activadoras que se unen a quinasas y regulan su actividad.Nivel vara a lo largo del ciclo celular.Tipos:Ciclinas de G1 (ciclina D)Ciclinas de fase S (ciclinas E y A)Ciclinas mitticas (ciclinas B y A). 66Regulacin del ciclo celularCiclinas:Ciclina mittica: Se acumula gradualmente en fase G2.Se une a quinasa formando el complejo Cdk-ciclina (FPM).Fosforila protenas especficas e induce cambios estructurales que inducen mitosis:Condensacin de cromosomas (fosforilacin H1).Desensamblado de la envoltura nuclear.Organizacin de los microtbulos en el huso mittico.67Regulacin del ciclo celularComplejo promotor de anafase/ciclosoma (APC/C): En ncleo de clulas en interfase y en todo el citoplasma durante divisin celular.Degrada germinina (protena que protege DNA recin sintetizado de re-replicacin).Sin APC/C las clulas:no podran separar sus cromtidas hermanas en anafase.no podran salir de la mitosis y dividirse en dos clulas hijas.No podran iniciar los pasos necesarios para la replicacin del DNA en la fase S.

68Ciclinas y kinasas dependientes de ciclinas (CDK)

69Segregacin de cromosomas durante la mitosis

70Ciclinas y kinasas dependientes de ciclina en el ciclo celular

Cdk1 inicia mitosisSeales mitognicas estimulan sntesis de ciclina DSupresores tumorales pueden bloquear actividad de ciclina DCiclina D, ciclina E, Cdk4 y Cdk2 fosforilan RB, inactivndolaPunto R debe ser pasado para que contine el ciclo celularCdk2 estimula replicacin de DNA71Regulacin del ciclo celular en neurona post mittica

Protenas que activan ciclo celular.

Protenas que inhiben ciclo celular.

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