03/05/2011

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CRECIMIENTO DE CRECIMIENTO DE

POBLACIONES CELULARES POBLACIONES CELULARES

Y SU PERTURBACIÓNY SU PERTURBACIÓNY SU PERTURBACIÓNY SU PERTURBACIÓN

Depto. BiofísicaFacultad de Medicina

ESFUNO ESCUELAS, UTI BCyT 2011

PROLIFERACIÓN CELULAR:

• ¿Qué es una población celular?• ¿Condiciones óptimas de crecimiento?• Las divisiones celulares sucesivas son eventos claves

para la continuidad de la vida.• Regulación y control del ciclo (genéticos, fisicoquímicos,

bioquímicos y ambientales).• Cada división comprende: interfase y mitosis• Cada división comprende: interfase y mitosis.

• Cada población celular presentará una duración del ciclocelular diferente:

bacterias ≈ 30 minlevaduras ≈ 1.5 hfibroblastos ≈ 24 h

• Para el estudio de la cinética decrecimiento se puede emplear lacitometría de flujo.

• Donde la cuantificación delcontenido de ADN permitedeterminar la distribución de unapoblación celular a lo largo de lasdistintas fases del ciclo.

• Utilizando colorantes de ADN que incrementan lafluorescencia tras su unión al ácido nucleico.

• La cantidad de colorante unido es proporcional a lacantidad de ADN, y por tanto la luz recogida en elcitómetro es proporcional a la cantidad de ADN de cadacélula.

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• Las poblaciones celulares pueden ser:

a. homogéneas: donde todas las fases se encuentranrepresentadas, ó sincronizadas: todas las células seencuentran en la misma fase.

b. ideales: todas las fases duran lo mismo, ó reales: notodas las fases duran lo mismo.

• Las transiciones entre fases están reguladas por puntosde restricción o control.

• En estos puntos la célula sensa las condiciones externascomo internas de forma de asegurar su futurasupervivencia.

• Son genes que controlan la inducción y activación decomplejos ciclina-proteinquinasas dependiente deciclinas (cdk).

• Ej.: si se produjo daño en el ADN, se abre una ventanatemporal que posibilita la reparación.

• Los mecanismos se han estudiado en levaduras yovocitos de rana como modelos eucariotas,encontrándose importantes homologías con las célulasde mamíferos, demostrando una conservación demecanismos de control en la evoluciónmecanismos de control en la evolución.

Supresores tumorales:

• Frenan la progresión del ciclo en forma reversible oirreversible, a través de la inhibición directa oindirecta de complejos ciclina-cdk.

• El gen p53 controla la transición G1-S. Poblacionescon el gen p53 mutado luego de irradiadas no detienensu progresión en el ciclo.

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• En células humanas la supresión tumoral se vincula ala capacidad de freno en el ciclo con:

aumento de la probabilidad de reparación sin error

disminución significativa de modificaciones genómicasque llevan al cáncer.

Cáncer:

• Acumulación de mutaciones en protoncogenes ysupresores tumorales.

• La apoptosis inducida por agentes que dañan el ADNse produce en parte por la expresión de supresorestumorales.

CRECIMIENTO DE POBLACIONES CELULARES:

• Una población celular se define como un conjuntode células con ciertas características:

genéticasbioquímicasmorfológicasmorfológicasfuncionales

• El crecimiento se caracteriza por un aumento delnúmero de individuos (N) bajo ciertas condicionesfisicoquímicas del medio.

Dinámica de una población aislada:

• A veces se recurre a aislar la especie celular enestudio y se la mantiene viva en medios artificiales,en cultivos de células.

• Si se coloca 1 célula en un medio nutritivo adecuadoy condiciones óptimas de temperatura, pH, ppO2 yppCO al cabo de cierto tiempo se habrá divididoppCO2, al cabo de cierto tiempo se habrá dividido.

• n = t• TGC

• N = 2n0 1 2 3 4

0

t

TGC

• Previo a la 1ra división celular ocurre un retardo en elcrecimiento propio de la “adaptación al medio”.

• Pasada la fase lag o de retardo, el crecimiento seproduce de acuerdo al modelo exponencial, entonces,partiendo de un número inicial de células y al cabo de ngeneraciones, se llega a la ecuación: N = No . 2n.o

• En un cultivo de células en medio líquido llega unmomento en que el número N de individuos seestabiliza. Un número igual de células se dividen ymueren, alcanzando la fase estacionaria.

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iduo

s

30

40

ESTACIONARIA

Fases de la curva de crecimiento:

Tiempo (hs).

0 5 10 15 20 25 30 35

Nº.

de in

divi

d

0

10

20

LAG

EXPONENCIAL

Parámetros de la curva de crecimiento:

os x

106

17.520

30

40

5060708090

100

ESTACIONARIA

Nmax

N1/2

Tiempo (hs).

0 5 10 15 20 25 30 35

Nº.

de in

divi

duo

1

2

3

4

56789

10

TLAG

EXPONENCIAL

TGC

N0

T1/2

• El crecimiento exponencial se ajusta a un modelo tipoexponencial:

N = No . ekt donde k = ln 2 / TGC

• Existen distintos modelos para explicar el crecimiento depoblaciones. El modelo logístico permite el estudio delas fases exponencial y estacionaria de crecimiento,p y ,considerando variaciones en la velocidad de crecimientodebido a la competencia.

a = ln 2TGC

eN

ttamax

)( 2/11N

−−+=

PERTURBACIÓN DE LA PROLIFERACIÓN:

• Diversos agentes físicos y químicos pueden alterar laproliferación celular, por sus efectos sobre el ADN,enzimas y membranas.

• Agentes físicos: radiaciones ionizantes (RX y Rγ)no ionizantes (UV)

temperatura

•Agentes químicos: drogasradiomiméticas

•Agentes biológicos: virus

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Acción directa: consecuencia deionizaciones que se producen enlos átomos que forman lamolécula del ADN.

La etapa física de la acción biológica de las radiacionesionizantes consta de una:

Acción indirecta: interacción delhaz de radiación con otrosátomos y moléculas de la célulacomo el agua, produciéndoseradicales libres que al difundirhasta la molécula de ADN, ladañan de manera indirecta.

• Las lesiones más frecuentes producidas porradiaciones ionizantes son:

• Radicales libres: son átomos o moléculas con uno o máselectrones no apareados. Pueden generarse por:

Absorción de radiación a nivel celularEfecto de drogas (radiomiméticas)Procesos metabólicos de óxido-reducciónespontáneos

• Debido a que las células están constituidas por un altoDebido a que las células están constituidas por un altoporcentaje de agua, muchas acciones nocivas de las RIinvolucran especies reactivas de la molécula agua (OH⋅,radical hidroxilo).

• La bleomicina es un antibiótico tumoral que se intercalaen el ADN. Por reacciones de óxido-reducción con ionesmetálicos se activa y genera radicales libres.

• Los radicales libre producen reacciones de óxido-reducción en cadena llevando a la formación deproductos tóxicos (por ejemplo: H2O2).

• Se ha demostrado una correlación entre laconcentración de H2O2 y la producción de aberracionescromosómicas y recombinaciones intergénicas.y g

• La acumulación de lesiones por radicales libres lleva a:

envejecimiento celularotras patologías incluido el cáncer

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• Las células contienen ciertas enzimas capaces deprocesar los radicales libres.

• Las superóxido dismutasas (SOD), procesan el radicalsuperóxido ( ), dando lugar a la formación de H2O2 yO2.

• Otras enzimas como las peroxidasas y catalasas soncapaces de procesar el H2O2.

• Las vitaminas C y E, los fenoles y el glutatión soncapaces de interrumpir las reacciones en cadena de losradicales libres.

• La fuente más importante de radiación ultravioleta esla luz solar. Se la clasifica en 3 clases: UVA, UVB yUVC, de acuerdo a la longitud de onda.

• UVC se absorbe específicamente en el ADNproduciendo dímeros particularmente de timina. Estaslesiones son potencialmente letales mutagénicas ylesiones son potencialmente letales, mutagénicas ycancerígenas.

• El benzopireno, producto de combustión delcombustible y cigarrillos, al metabolizarse se fija enforma de diolepóxido al ADN. Agente cancerígeno muypoderoso.

a bc

d

Curva de crecimiento en distintas condiciones:

Tiempo

a) Crecimiento exponencialb) Se sustraen células o se interrumpe el crecimientoc) Remoción continua y constante de células o TGC

mayor debido a tratamientod) Remoción continua que incrementa con el tiempo

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• Las lesiones producidas en el ADN por distintosagentes pueden repararse con cierta probabilidad,dependiendo de factores:

genéticosmetabólicosambientales

• Involucran sistemas enzimáticos y se encuentranpresentes desde virus hasta mamíferos incluso enpresentes desde virus hasta mamíferos, incluso encélulas tumorales.

• Importancia de la reparación:estabilidad del genomamutagénesis – biodiversidadenvejecimiento (acumulación de errores)transformación malignamuerte celular

Preguntas

1. ¿Qué factores son los determinantes en la progresióndel ciclo celular?

2. ¿Cómo se define y genera una población celular?

3. ¿Qué parámetros caracterizan cuantitativamente elcrecimiento de una población celular?

4. Describa qué agentes perturbadores de la proliferacióncelular conoce y explique brevemente las lesiones queproducen.