¡Descarga T18 - Cicle cel.lular y más Apuntes en PDF de Biología Celular solo en Docsity!
TEMA 18 – CICLE CEL·LULAR
1. Fases i durada del cicle cel·lular El 90% del temps les cèl·lules es troben en interfase, on es duen a terme processos com la transcripció i la traducció de gens. En la fase S trobem la replicació, la síntesi d’histones i la duplicació del centrosoma (dura fins la fase G2). En les fases G1 i G2 es dupliquen els orgànuls i membranes. En la fase M, desapareix l’embolcall nuclear, es compacta la cromatina i es forma el fus mitòtic o meiòtic. Les fases tenen una durada constant, menys la G1, que varia d’entre dues hores o dies. Els diferents tipus de cèl·lules tenen un cicle cel·lular de durada diferent, varia només la G1. Les cèl·lules embrionàries es divideixen en molt poc temps perquè G1 i G2 no es duen a terme, només es donen les fases S i M. La mida de l’embrió perdura, perquè les dues fases de creixement no es produeixen. De la mateixa manera que el cicle cel·lular es pot escurçar, també es pot allargar, amb la fase G0. Una cèl·lula del fetge, hepatòcit, triga un any en dividir-se, ja que es troba molt temps en G0. Les neurones i les cèl·lules del múscul esquelètic es troben sempre en G0, no es divideixen mai. 2. Sistema de control del cicle cel·lular Si una cèl·lula vol avançar en el cicle cel·lular, ha de superar uns certs punts de control o checkpoints. Si no hi haguessin aquests punts de control, podrien haver-hi errors de regulació, que ocasionarien càncers o cèl·lules amb una quantitat de DNA anormal. Entrada S (punt de restricció en cèl·lules animals i start en llevats)
o Ambient favorable (nutrients, superfície on adherir-se, O 2 ) o DNA danyat? Entrada M o DNA replicat? o DNA danyat? Sortida M (metafase) o Cromosomes correctament ancorats a la placa metafàsica i al fus? En aquest moment, l’anafase tindrà lloc. 2.1. Components del sistema de control del cicle cel·lular 2.1.1. Complexes Ciclina-Cdk Les quinases depenents de ciclina (Cdk) fosforilen en les Ser o Thr dianes. La seva activitat quinasa no és constant, sinó cíclica, ja que depenen de les ciclines (la seva síntesi té lloc de forma cíclica). N’hi ha de quatre tipus diferents: Cdk1, Cdk2, Cdk4 i Cdk6. Les ciclines se sintetitzen en fases diferents, només quan es necessiten i després s’eliminen:
- Ciclicna D: forma el complex ciclina quinasa de G1. Després la ciclina es degrada i la quinasa queda inactiva.
- Ciclina E: forma el complex ciclina quinasa en la transició de la fase G1/S.
- Ciclina A: forma el complex ciclina quinasa de la fase S.
- Ciclina B: forma el complex ciclina quinasa de la fase M, també anomenat MPF. 2.1.2. Regulació de l’activitat dels complexes Ciclina-Cdk
Un cop aquestes ciclines han fet la seva feina, s’eliminen a través de la proteòlisi depenent d’ubiquitina. APC (Anaphase Promotig Complex) seria l’anàloga de la subunitat E3 de l’ubiquitina lligasa, que reconeixerà la ciclina B i la poliubiquitinitzarà. La SCF (Skp1-Cul1-Fbox Complex) farà el mateix amb la ciclina A.
3. Punts de control del cicle cel·lular 3.1. Transició G1/S: Punt de control G Necessitem que les condicions extracel·lulars siguin òptimes. La maquinària de la proliferació de la cèl·lula està permanentment reprimida. Un cop passat aquest checkpoint , haurà d’acabar obligatòriament el cicle cel·lular, encara que ja no tingui nutrients. Només s’activarà en al cas que hi hagi senyals extracel·lulars que estimulin el creixement i/o divisió cel·lular. 3.1.1. Proteïnes que participen en el punt de control G 1. La cèl·lula rep factors extracel·lulars estimuladors (mitògens), que s’uneixen a receptors i inicien el procés de senyalització. Normalment activen la via de las RAS- MAP quinases. Quan s’activen, fosforilen factors de transcripció dins del nucli de la cèl·lula i activen una sèrie de gens, entre ells, Myc un factor de transcripció molt important. 2. Myc, un cop sintetitzat, s’associa al DNA i estimula un conjunt de gens diana. Entre ells hi ha el gen que codifica per la ciclina D (primera ciclina que se sintetitza). 3. A partir d’aquest moment, hi ha mes ciclina D a la cèl·lula i aquesta forma complexos amb Cdk4 i Cdk6. La ciclina, quan s’uneix Cdk, s’activa amb fosforilacions i
desfosforilacions. Un cop activa la Cdk, fosforila la Rb (retinoblastoma), la inactiva i aquesta allibera E2F.
4. E2F és un factor de transcripció que, un cop al nucli, activa la transcripció d’una sèrie de gens diana, com la proteïna de la replicació del DNA i gens diana que codifiquen la síntesi de les ciclines E i A (segona i tercera ciclina que se sintetitza). 5. A partir d’aquest moment, augmenta concentració ciclina E i A a la cèl·lula. Aquestes dues s’uneixen a la Cdk2. Formen complexos, però primer la ciclina E activa les Cdk. Col·laboraran amb els complexes Cdk4, inactivant d’aquesta manera més proteïna Rb, per tant, més alliberació del factor E2F, produint més proteïnes de transcripció i més ciclina E i A. 6. La ciclina A unida al Cdk2 s’activa més tard ja que està inactiva degut a CKI (p27). 7. Ciclina E, a part de fosforilar Rb, també produeix la fosforilació de la CKI (p27), induint la seva degradació marcant-la amb ubiquitina. Quan la CKI no inhibeix aquest complex, la Cdk2 s’activa, el tercer complex ja és activat. Aquest comença a fosforilar proteïnes necessàries per la replicació del DNA, i així comença la fase S.
(n’hi ha molts al genoma). Associats als orígens de replicació, hi ha una sèrie de proteïnes, les ORC, que sempre estan associades en aquest punt. Quan en la fase G comença l’activació dels complexes Cdk, s’alliberen factors de transcripció E2F, que indueixen l’activació de gens que codifiquen proteïnes necessàries en la fase S. Aquestes són proteïnes que s’associaran als orígens de replicació i formaran complexes prereplicatius (durant la fase G1): les Cdt1, Cdc6, i Mcm (una helicasa). El complexes S-Cdk fosforilen una sèrie de proteïnes que es troben en els complexes prereplicatius, són unes fosforilacions necessàries perquè enzims s’associïn a aquests orígens de replicació i s’iniciï la fase S. A més, són importants per assegurar que la replicació en cada origen només comenci una sola vegada en cada fase S. S’aconsegueix quan S-Cdk fosforila Cdc6, SCF la poliubiquitinitza i es degrada. Cdt1 és inhibida per Geminin i ORC és fosforilat pel complex iniciador (format per DNA polimerases, entre d’altres). En aquest moment, el DNA ja es pot replicar. Cal recordar que les proteïnes se sintetitzen a la fase G1 i, per tant, no podran tornar al origen de replicació fins que no torni a la fase G1, és a dir, fins que no es completi el cicle. Un cop la cèl·lula passa per la fase S, cada cromosoma tindrà dues molècules idèntiques, les cromàtides germanes. Les cromàtides germanes es mantenen unides entre elles gràcies a unes proteïnes, les Cohesines (Scc). Són unes proteïnes en forma d’anell que es dipositen sobre el DNA, envolten les dues cromàtides germanes i les mantenen unides.
3.1.2. Presència de lesions al DNA Les Atm i les Atr són unes proteïnes que s’encarreguen de detectar lesions. Les Atr detecten lesions de cadena simple; i les Atm, de cadena doble. Aquestes dues proteïnes fosforilen i activen dues quinases més: la Chk1 i Chk2, que activen dues vies:
- Via Checkpoint quinases-Cdc25: eliminen el fosfat que inhibeix l’activació del complex de les Cdk, si són fosforilades s’inactiven. A més, són marcades per ubiqüitines que portaran a aquesta proteïna a la seva degradació al protosoma. Si no tenim la Cdc25, no es poden eliminar els fosfats inhibidors de la Wee1 ni de les ciclines-quinases. Per tant, la cèl·lula queda aturada en G1, no supera el punt de control.
- Via p53-p21: la p53 és una proteïna que se sintetitza constantment però és molt inestable i es degrada. La seva seqüència és reconeguda per una ubiqüitina: la Mdm2 i la fa degradar. Quan hi ha lesions, la p53 queda
- Fragmentació de l’aparell de Golgi: a partir de la fosforilació de proteïnes de l’aparell de Golgi, generant múltiples vesícules que queden lliures al citoplasma, facilitant que s’heretin a les cèl·lules filles.
- Formació del fus: a partir de la fosforilació dels centrosomes i de les proteïnes associades a microtúbuls, les MAP, que queden inactives, provocant que hi hagi més catàstrofes i microtúbuls més desestabilitzats. 3.2.2. Presència de DNA lesionat o no replicat Aquest punt de control no depèn de factors externs, sinó de què dins de la cèl·lula tot estigui correcte. Si hi ha lesions en el DNA o no hi ha tot el DNA replicat després de la fase S, s’activaran les següents vies, anàlogues de la fase G1.
3.3. Sortida de la mitosi: Punt de control M Per tal de verificar que totes les cèl·lules filles tinguin la mateixa quantitat de DNA, el checkpoint de la metafase s’assegura que tots els cromosomes estiguin lligats al fus mitòtic. 3.3.1. Separació cromàtides germanes Activació per la Cdc20: APC és una ubiqüitina lligasa que s’uneix a Cdc20, llavors MPF els fosforila. Les Cohesines, Scc, mantenen unides les dues cromàtides. Quan tots els cromosomes estan a la placa metafàsica, la proteïna Cdc20 activa l’APC. L’APC ja pot reconèixer la Securina, la poliubiquitinitzarà i la Separasa deixarà de ser segrestada. La Separasa té com a diana la Scc1 (Cohesina), la proteïna que manté unides les cromàtides germanes, fent que se separin i que puguin anar al seu pol corresponent. D’aquesta manera, s’ha superat el checkpoint. 3.3.2. Aturada del mecanisme mitòtic Activació per la Cdh1: la ubiqüitina (E3) APC és activada per la Cdh1, un cop s’ha produït la anafase. L’APC activa el procés de degradació de la ciclina B (amb seqüència diana específica al N-terminal: caixa de destrucció) unida a una Cdk (complex MPF) a partir de la ubiquitinació. Si es degrada la ciclina B, s’inactiva el complex MPF. Això permet que pugin actuar diferent fosfatases, és a dir, es produirà desfosforilació de proteïnes que generaran la despolimerització fus mitòtic i formació
3.3.4. Bloqueig a anafase per segregació anòmala Suposem que una cèl·lula té un problema i algun cromosoma no es pot unir al fus: Si els microtúbuls amb els cromosomes no arriben als pols, Cdc14 no s’activa i no es podrà degradar la ciclina B. La cèl·lula es mantindrà en mitosi fins que tots els cromosomes siguin al seu pol respectiu.
