Edgardo Guibert

Cap. 21, Lodish 5ta edición Cap. 19, Lodish 7ma edición.

BIOQUIMICA Biología Molecular

2018

DIVISION

DIFERENCIACION

TRANSFORMACION

SUPERVIVENCIA / MUERTE

Señales

Hormonas Neuronales Xenobióticos Interacciones celulares

REPOSO

TRANSFORMACION CELULAR

Diferenciarse (especialización)

(Mantener el pool)

El ciclo celular está coordinado con la diferenciación, morfogénesis y la muerte celular en un contexto multicelular.

Porqué las células se dividen? • crecimiento • Reproducción • Reemplazo de células muertas (piel, GR) • Reproducción en organismos multicelulares Una célula en estado de diferenciación

terminal, puede dividirse?

Síntesis de ARN y proteínas

FASES DEL CICLO CELULAR

• Utilizó como modelo Saccharomyces cerevisiae

• Identificó genes asociados al ciclo de división celular (cdc)

• Uno de esos genes, "start" (inicio), juega un papel fundamental en la regulación del primer paso con el que se inicia el ciclo celular.

• Introdujo el concepto de “checkpoints” (puntos de verificación) para identificar los genes que regulan el ciclo celular.

Leland Hartwell (1939), Seattle, USA

Paul Nurse (1949) Londres, UK

• Utilizó como modelo Schizosaccaromyces pombe

• Identificó el gen cdc2 que codifica la principal CDK y caracterizó a las kinasas dependientes de ciclinas

• Demostró que su función es la responsable de modular el ciclo celular por la modificación química de otras proteínas, la fosforilación.

• estableció que el mecanismo “básico” de regulación del ciclo celular, es común a todos los organismos eucariotas.

Timothy Hunt (1943), Londres, UK

• Utilizó ovocitos de Xenopus

• Descubrió y describió las ciclinas, proteínas que se asocian a las CDK y son indispensables en su regulación.

• Demostró que las ciclinas se degradan periódicamente en cada división celular y es el mecanismo esencial para todo el control del ciclo celular.

The Nobel Prize in Physiology or Medicine, 2001

¿Están todos los cromosomas alineados en el huso?

¡FINALIZAR MITOSIS!

Maquinaria de la mitosis

Maquinaria de replicación del DNA

¿Se ha replicado todo el DNA?

¿Es el entorno favorable?

¿Tiene la célula el tamaño adecuado?

CONTROL DE LA FASE G2

CONTROL DE LA FASE G1

¡COMENZAR MITOSIS!

¡ENTRAR EN CICLO! Crecimiento

celular

¿Es el entorno favorable?

¿Tiene la célula el tamaño adecuado?

Entorno

Crecimiento celular

Entorno

PUNTOS DE CONTROL DEL CICLO CELULAR

CONTROL DE LA FASE S

¡CONTINUAR LA SÍNTESIS

DE DNA!

¿Se ha producido daño en el DNA?

¿Se ha producido daño en el DNA?

¿Se ha producido daño en el DNA?

¿Se ha producido daño en el DNA?

CONTROL DE LA METAFASE

Señales que regulan la división, el crecimiento y la muerte celular.

•MITOGENOS: estimulan la división celular inhibiendo los puntos de controles intracelulares. •FACTORES DE CRECIMIENTO: estimulan el crecimiento celular promoviendo la síntesis de macromoléculas. •FACTORES DE SOBREVIVENCIA: actúan inhibiendo la apoptosis. •MITOGENOS: PDGF y EGF. TGFb puede ser mitógeno en algunas células o inhibidor de la división celular en otras células. Pueden actuar como factores de diferenciación, dependiendo del tipo celular y las circunstancias. Myc es un factor de transcripción que controla la división celular.

Eventos que controlan el ciclo celular:

Quinasas heterodiméricas regulan el proceso:

Enzimas compuestas de unidades regulatorias denominadas CICLINAS (C) y

subunidades catalíticas: QUINASAS DEPENDIENTES DE CICLINAS (CDK).

Las CDKs se asocian con diferentes ciclinas. Estas determinan el sustrato que debe ser fosforilado.

Tres grupos de Ciclinas cambian sus niveles de actividad durante el Ciclo Celular:

Ciclinas G1: D y E.

Ciclinas S: A y E.

Ciclinas M: A y B.

Tres grupos de CDKs permanecen prácticamente constantes durante el ciclo celular:

G1 CDK: Cdk2, Cdk4, Cdk6

S-CDKs: Cdk2

M-CDKs: Cdk1 (o también llamado Cdc2) Sus niveles en la células permanecen estables, pero cada una debe unirse a la ciclina apropiada, cuyos niveles fluctúan, para ser activada. Ellas fosforilan una gran variedad de proteínas que controlan el proceso en el ciclo celular

Cdc2 =Cdk1(Cyclin dependent kinase 1)

Ser/Thr kinasa

Ciclina B

REGULADORES DEL CICLO CELULAR

Quinasas dependientes de Ciclinas (Cdk), enzimas que fosforilan proteínas. Su concentración a lo largo del ciclo es casi constante. Ciclinas son requeridas para la actividad Cdks. Son las unidades catalíticas de los complejos ciclina-cdk

Los complejos son activados por fosforilación con Quinasas Activadoras de cdk (CAK). Este sistema activado fosforila otras proteínas. Su actividad finaliza por degradación por ubiquitinación.

Dos clases de INHIBIDORES de Ciclinas (CKI): CIP y INK4

CIPs (Proteínas inhibitorias de Cdk), reaccionan con los complejos Cdk1, 2, 4 y 6.

Son las denominadas p21, p27, p57.

INK4s (Inhibidores de kinasa 4), se unen e inhiben a complejos Cdk4-ciclina D y

Cdk6-CiclinaD.

función

REGULACION DEL CICLO CELULAR

Durante el progreso de la fase G1 se activan los complejos de CiclinaD–CDK4 y CiclinaE–CDK2, los cuales fosforilan a E2F (conjunto de factores de transcripción).

p16= INK4 p21= CIP

Regulación de fase G1: El complejo Ciclina D-Cdk4/6 fosforila pRb, induciendo la liberación parcial de los factores de trascripción E2F, los cuales transcriben y estabilizan Ciclina E; la cual heterodimeriza con Cdk2 y el complejo kinasa activo fosforila nuevamente pRb, determinando la liberación de más E2F, factores que activan la transcripción INK4: inhibidores que previenen que Cdk4/6 formen complejo con ciclinas tipo D. Cip/Kip CKIs son capaces de inhibir complejos E-Cdk2. Esto es una sobre simplificación

de la regulación de fase G1.

ATM/ATR

SE DETIENE EL CICLO

Role of Spy1/Ringo in Regulation of DNA Damage Responses. An overall perspective is presented on the role of Spy1/Ringo in regulating CDKs in response to DNA damage and thereby affecting cell cycle progression, apoptosis, or DNA repair/replication.

Qué es apoptosis ?¿ (Kerr, 1972) • Es una forma de muerte celular • Cumple un rol crítico en el desarrollo • Anomalías pueden producir cáncer y autoinmunidad • La señalización ocurre por medio de múltiples vías (dos vías principales: mediada por la mitocondria y mediada por los receptores de muerte) • Todas las vías convergen a un único sistema de proteasas efectoras (CASPASAS) Apoptosis

• Efecto de burbujas en la membrana • Encogimiento de la célula • Aparición de cuerpos apoptóticos • Requiere ATP • No ocurre a 4ºC • Fragmentación del ADN (Ladder) • Puede morir una única célula • No inflamación Necrosis

• Perdida de la integridad de la membrana • La célula se hincha • No hay formación de ´vesículas • No se requiere energía • Puede ocurrir a 4ºC • Digestión al azar del ADN • Mueren grupos de células • Procesos inflamatorios presentes

Apoptosis (manifestación morfológica)

Muerte celular programada

Members of the Bcl-2 family of proteins may be either antiapoptotic (Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1) or proapoptotic (BAD, Bax, Bak, and others). Bcl-2 and Bcl-xL bind and inhibit Apaf-1 and prevent caspase activation. In the presence of excess Bax, Bcl-2 is displaced from Apaf-1, allowing caspase cleavage and activation. Bax further promotes apoptosis by mediating the release of cytochrome c (Cyto c) from mitochondria; Cyto c activates Apaf-1 and caspase 9 and the cascade of activation of effector caspases, resulting in the cleavage of multiple cellular proteins.

Métodos para estudiar ciclo celular y su regulación: •Cultivo de levaduras / experimentos de fusión célular •Reacciones de inmunohistoquímica •Bloqueos de actividad con Ac. •Inhibidores •Ratones knock-out •Cambios en factores de crecimiento / Dosis de SFB en cultivos celulares •PCR •Geles y movilidad electroforética diferencial •Experimentos con proteínas fusionadas a sondas fluorescentes. Etc.

Piezas ausentes en el rompecabezas de la regulación del ciclo celular

•Regulación de ARNs: tRNA, snRNA y rRNA. •Rol de RNAs. •Rol de speedy/ringo •Existencia de más de 150 quinasas similares a CDKs •Rol del poro nuclear en el Ciclo Celular •Cómo se detecta el ADN dañado? •Cómo detecto células madres y edad biológica?

Como se entera la célula que debe dividirse?

Hormonas, péptidos

De membrana o intracelulares; con o sin actividad catalítica; monómeros, dímeros, tetrámeros.

Sistema Proteína G;

Calcio iónico

AMPc y Adenilato ciclasa;

GMPc y Guanilato ciclasa;

IP3 y DAG

MAP Kinasas,

Fosfatasas y kinasas;

Factores de transcripción.

Membrana plasmática

citosol

Membrana nuclear

RED

GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

SEGUIMOS CON BASES MOLECULARES DE LA CARCINOGENESIS