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ETAPAS PRINCIPALES DEL CICLO CELULAR EN
EUCARIONTES
Mitosis
REPASO SOBRE LAS DIFERENCIAS ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS
Meiosis Mitosis
1a. División
(Meiosis I)
2da. División
(Meiosis II)
Sinapsis (apareamiento de
cromosomas homólogos)
ESQUEMA QUE MUESTRA EL MODELO ACTUAL DE LA
REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR EN EUCARIONTES.
Rol de la fosforilación y degradación de proteinas
Cdh1, cadherin1,
cell-cell adhesion
glicoprotein
APC, anaphase
promoting
complex; > 10
proteínas
SCF, complejo
multiproteico de
poliubiquitinación
y
direccionamiento
a proteasoma
para degradación;
Cdc20, Activating
subunit. Proteína
regulatoria.
P
El inhibidor es el
retinoblastoma (Rb)
Cdh1 es requerido para la salida de
la Mitosis y luego inactivada por la
ciclina-CDK de G1 que la fosforila
REGULACIÓN DE LOS NIVELES DE CICLINA MITÓTICA
durante el ciclo (cél. embrionarias de Xenopus)
Mitosis
MPF, mitosis
promoting factor;
Cdc14, Fosfatasa
Cdh1, Caderina,
Factor de
especificidad que es
fosforilado e
inactivado por G1-
CDK
APC, Anafase
promoting complex
CONTROL DE LOS NIVELES DE CICLINAS MEDIANTE
UBIQUITINACIÓN Y DEGRADACIÓN VÍA PROTEASOMA
SCF, Iniciales de las
tres proteínas
(Skp1, Cullin y
Fbox), que
componen el
Complejo que
degrada ciclinas y
CKI (Rb,
retinoblastoma) en
fase G1/S
APC (anaphase-
promoting complex).
Degrada ciclinas de
fase M.
Cdc20 (cell-division
cycle protein 20).
Activa APC
¿Cómo ocurre la
poliubiquitinación?
CiclinaG1-
CDK
Rb
MADURACIÓN DE OVOCITOS DE XENOPUS. La progesterona estimula la maduración de ovocitos in vitro
Primeros Experimentos realizados para identificar las moléculas
involucradas en el control de la progresión del ciclo celular?
A los cuerpos polares se dirigen la mitad de los cromosomas
División cel.
asimétrica 1/2
1/2
n
n 2n 2n
Fusión de
núcleos
1er
división
mitótica
12 divisiones
mitóticas
consecutivas en
el embrión
UN FACTOR DIFUSIBLE MPF (FACTOR PROMOTOR
DE MITOSIS) PROMUEVE LA MADURACIÓN MEIÓTICA
DE OVOCITOS
Sin progesterona (Experimentos realizados a principios de los ’70)
Progesterona
Sin progesterona
DESCUBRIMIENTO DE LOS GENES QUE REGULAN EL
CICLO DE DIVISION CELULAR (CDC). Mutantes de
levadura permitieron la identificación de los genes.
Cél. de Levadura mutantes,
con una mutación sensible a
la Temperatura (T=35 C) en un
gen CDC (Cell Division Cycle,
un gen que regula el ciclo
celular) se transforman con
una genoteca de cél. wt y se
cultivan sobre placas a una T
no permisiva (35 C). Las cél.
captan un sólo plásmido con
un sólo fragmento ADN wt.
Las que crecen a 35 C han
sido complementadas y
puede aislarse el gen wt CDC.
Mutación en
cdc28
sensible a
temperatura
CICLO CELULAR DE Schyzosaccharomyces pombe
(S. pombe)
MUTANTES RECESIVAS Y DOMINANTES DE S. POMBE QUE
PERMITIERON LA IDENTIFICACIÓN DE PROTEIN KINASAS
INVOLUCRADAS EN LA REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR
Fenotipo wee (pequeñito).
Entra prematuramente en
Mitosis y las células hijas son
más cortas.
No entra en Mitosis. Célula larga
con un sólo núcleo
con cromosomas replicados
Fenotipo
CDC, ciclo de división celular
DOS MUTANTES CON EFECTOS OPUESTOS SOBRE LA
ACTIVIDAD MPF (factor promotor de mitosis) Cdc25 estimula MPF y Wee1 inhibe la actividad de MPF.
REGULACIÓN de la ACTIVIDAD KINASA de MPF
(factor promotor de mitosis) en S. POMBE
Dos sitios de fosforilación en la CDK mitótica, uno inhibitorio y el otro
activador
(Kinasa) (Fosfatasa)
(Kinasa
Activadora
de CDK)
LA ‘CICLINA D’ ES NECESARIA PARA EL PASAJE POR EL
“PUNTO DE RESTRICCIÓN” EN CÉLULAS DE MAMÍFEROS
La células de
mamíferos que están
en G0 y son
estimuladas a
reingresar en el ciclo
celular mediante el
tratamiento con
factores de
crecimiento, deben
atravesar el “punto de
restricción” para
poder ingresar en la
fase S. La ciclina D es
esencial para
atravesar el “punto de
restricción”.
BrdU, Bromo
desoxiuridina (análogo
de timidina)
EXPRESIÓN de GENES de RESPUESTA TEMPRANA y TARDÍA en
CÉLULAS de MAMÍFEROS TRATADAS con FACTORES de
CRECIMIENTO
Genes de respuesta temprana
codifican para FT tipo c-Fos y c-Jun
que estimulan la expresión de genes
de respuesta tardía. C-Fos es un proto-
oncogen y se dimeriza con c-Jun para
formar el FT AP-1 que activa la
expresión de genes asociados a la
proliferación celular. Se une a ADN. c-
Fos está en el genoma de ciertos virus
oncogénicos.
Genes de respuesta tardía codifican
para ciclinas D y otros FT (E2F) de la
fase G1. Dependen de la síntesis de
las proteinas c-FOS y c-JUN.
E2F activa genes de síntesis de ADN.
Sólo lo hace cuando Rb
(retinoblastoma) está fosforilado por
ciclina/CDK y no puede unir E2F.
Los inhibidores de síntesis de
proteinas impiden el descenso de la
expresión de los genes de respuesta
temprana y bloquean la expresión de
los genes de respuesta tardía.
Factores
Transcripción
Ciclinas D y E2F
DIFERENTES COMPLEJOS CICLINA-CDK QUE ACTÚAN A LO
LARGO DEL CICLO CELULAR EN CÉLULAS DE MAMÍFEROS
CICLO CELULAR EN MAMÍFEROS Y PUNTOS DE CONTROL
En violeta se muestran las vías y moléculas implicadas en la inhibición de la
progresión del ciclo celular cuando existe una anomalía.
p53 es un supresor de tumores. Fue nombrada ‘Molécula del Año’ en 1993
por la revista Science y es llamada la ‘Molécula guardiana del genoma. P63
y p73 cumplen las mismas funciones.
(2011)
FORMACIÓN DE CÉLULAS SANGUÍNEAS DIFERENCIADAS A PARTIR
DE CÉLULAS MADRE HEMATOPOYÉTICAS DE LA MÉDULA OSEA
Los transplantes de médula
osea representan la
utilización más exitosa de
células madre que se
conoce en medicina. Los
estudios actuales se dirigen
a ver si determinados
tratamientos de células
madre las induce a
diferenciarse en tipos
celulares terapeuticamente
útiles. Por ej. Células madre
de ratón tratadas con
inhibidores de fosfatidil
inositol 3-quinasa, generan
células que se aglomeran,
producen insulina y tienen
diferente sensibilidad a la
glucosa, como las células
pancreáticas. Implantadas
en ratones diabéticos
fueron capaces de
restablecer el crecimiento
normal de los mismos.
Diferenciación
CFC: CEL.
FORMADORAS
DE COLONIAS
GRANULOCITO-
MACROFAGO
EOSINOFILO
ERITROCITO
CSF-FACTOR
ESTIMULANTE
DE COLONIA
TNF, ‘TUMOR
NECROSIS
FACTOR’; TGT,
‘TRANSFORMING
GROWTH FACTOR’
DIVISIÓN
SIMÉTRICA
DIVISIÓN
ASIMÉTRICA
CELULAS
PRECURSORAS
DIVISION
ASIMETRICA
INCAPACES DE
AUTORENOVARSE
PUEDEN
AUTORENOVARSE
LINFOCITOS
MEGACARIOCITOS
EPO, ERITROPOYETINA
(HORMONA ESTIMULA
FORMACION GR)
DESTINOS CELULARES EN MERISTEMAS DE PLANTAS
(ARABIDOPSIS)
MBA: Meristema Brote Apical
MF: Meristema Floral
ZP: Zona Periférica, cél. rápida división
Rib: Estructuras Centrales de Brotes
ZC: Zona central, cél. división lenta,
proveen cél. a ZP y Rib
L1 y L2: Capas de Células
Meristema
del brote
apical,
produce
brotes,
hojas y
meristemas
Meristema
del brote
apical,
diferentes
destinos
de las
células
Las capas
de células
L1 y L2
provienen
de una
única
célula
precursora
CARACTERÍSTICAS DE LA MUERTE CELULAR EN ANIMALES.
APOPTOSIS
REGULACIÓN DE LA INDUCCIÓN Y LA REPRESIÓN DE LA MUERTE CELULAR APOPTÓTICA
Caspasas: Proteasas que tienen residuo cisteína en sitio catalíco y actúan sobre un residuo aspártico en
la proteína blanco que va a cortar (cisteinil-aspartato proteasas)
A
P
O
P
T
O
S
I
S
N
O
A
P
O
P
T
O
S
I
S
Proteinas
antiapoptoticas
Proteina
proapoptotica Bad
fosforilado
libera Bcl-2
para que
inhiba Bax.
Prot.
adaptadora
Bases Genéticas del Cáncer: Oncogén
• Es cualquier gen que codifica una proteína capaz de
transformar células en cultivo o inducir cáncer en los
animales.
• De los numerosos oncogenes conocidos, en su mayoría
derivan de genes celulares normales (protooncogenes)
• Por lo general los protooncogenes codifican moléculas
estimulantes del crecimiento y sus receptores, proteínas
antiapoptóticas y factores de transcripción.
• La conversión o activación de un protooncogén a un oncogén
generalmente involucra una mutación con ganancia de
función.
• Existen al menos tres mecanismos por los cuales se generan:
1.- Mutaciones puntuales
• Es decir, cambio en un único par de bases en un protooncogén
que deriva en un producto proteico activo en forma constitutiva.
• Fusiona dos genes juntos para producir un gen híbrido que
codifica una proteína quimérica cuya actividad es a menudo
constitutiva. Puede ubicar un gen regulador del crecimiento bajo
el control de un promotor diferente que causa la expresión
inadecuada del gen.
2.- Traslocación Cromosómica
3.- Amplificación
• Replicación anormal del ADN.
Se trata de la amplificación de un segmento de ADN que incluye
un protooncogén, de manera que existan numerosas copias, lo
que conduce a la sobreproducción de la proteína codificada
Genes supresores de tumores
1. Proteínas intracelulares que regulan o inhiben la
progresión del ciclo celular a través de un estadio
específico del ciclo (ej. RB).
2. Receptores o transductores de señales para
hormonas secretadas o señales de desarrollo que
inhiben la proliferación celular (ej.: La Citokina
‘Transforming Growth Factor’ –TGFBeta-)
3. Proteínas de control en puntos clave que detienen el
ciclo celular si el ADN está dañado o los
cromosomas son anómalos (p53)
4. Proteínas que estimulan la apoptosis.
5. Enzimas que participan en la reparación del ADN
CAMBIOS EN LAS CÉLULAS QUE GENERAN CANCER
Ej: Proteína G acoplada a receptores
“Telomerase activation by genomic
rearrangements in high-risk
neuroblastoma”. Nature, Octubre 2015.
En varios
neuroblastomas se
encontró que un
rearreglo genético
resulta en una actividad
sostenida y constitutiva
de la Telomerasa (TR).
Mutaciones en G-Protein (trimeric G-binding proteins) lleva a insensibilidad a señales de anti-crecimiento
Activation of K-channels and
adenylate cyclase by G-
protein
VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor): central para la angiogénesis.
Angiogénesis (desarrollo de nuevos vasos sanguíneos a partir de células
endoteliales). Es un proceso esencial para el desarrollo de los tumores.
Terapias dirigidas a neutralizar VEGF tienen eficiencia clínica variable. En muchos
casos los tumores reinician el crecimiento después de un cierto tiempo, debido a la
activación de vías compensatorias que restablecen la angiogénesis.
Angiogénesis
VEGF receptor
Downstream signals
VEGF: Vascular Endothelial Growth Factor
VGEF desencadena múltiples señales río abajo
que promueven la angiogénesis
Tumor cell
Capillary
VEGF
Angiogenesis
Metástasis
Vascularización
Regresión de la
vasculatura
Retracción de
células
tumorales
Galectina 1 (Gal1)
promueve la progresión
de tumores a través de
mecanismos que
conducen al escape
inmunológico y
metástasis (Dr. Gabriel
Rabinovich, UBA).
Gal1 está regulada por
hipoxia y controla:
- señalización de
células endoteliales
- tráfico del receptor de
VEGF
- angiogénesis
Bases de la METÁSTASIS en órganos específicos. Las células cancerosas
preparan de forma remota sitios distantes de propagación del tumor de una manera específica de
órgano, mediante la búsqueda de vesículas extracelulares específicas de órganos. EXOSOMAS
son vesículas extracelulares involucradas en la preparación de zonas remotas para la colonización
de células cancerosas, en un proceso llamado: ‘Premetastatic niche formation’.
Nature, Octubre 2015
EXOSOMAS son vesículas que
transportan proteínas, lípidos y
ácidos nucleicos en su interior.
Los exosomas derivados de un
tumor primario llevan en su
superficie DIFERENTES
INTEGRINAS que promueven
la adhesión de las células
cancerosas en distintos tejidos.
Así, Exosomas con una
combinación de integrinas α6β4
interactúa preferencialmente
con células del pulmón,
mientras que la combinación
αvβ5 dirige los Exosomas al
hígado. El contenido de los
exosomas se libera en el sitio
destino y condiciona las células
para la metástasis. Por lo tanto
los exosomas promueven la
metástasis específica de tejido.
Integrinas
Contiene una mezcla de diferentes
tipos de células cancerosas.
Siete (7) TIPOS de PROTEÍNAS INVOLUCRADAS en el CONTROL
del CRECIMIENTO y la PROLIFERACIÓN CELULAR
La alteración de la expresión o
estructura de estos 7 tipos diferentes
de proteinas (I a VII), puede conducir al
cancer.
DESARROLLO y METASTASIS del CANCER COLORRECTAL en
HUMANOS y su BASE GENÉTICA
Una sóla cel. Epitetial del
intestino pierde el gen APC y
comienza a dividirse y forma el
tumor benigno o pólipo. ¿Cómo
podría definirse al gen APC?
‘gen supresor de tumores’
La activacion del oncogén K-Ras
(GTPasa) y la pérdida de dos genes
supresores de tumores, uno
cercano a la región DCC del
cromosoma 18 y el otro p53
determinan la conversión a tumor
maligno, ahora con 4 mutaciones.
Algunas células de las que se
dividen activamente pueden pasar
al torrente sanguineo y producir
metastasis en otros sitios.
Forma hereditaria de cáncer de colon
• Personas que heredan una mutación en la
línea germinal en un alelo APC
desarrollan miles de pólipos en colon
precancerosos, están expuestos a
desarrollar cáncer de colon antes de los
50 años.