Fases y Regulación del Ciclo Celular

El ciclo celular eucariota se divide en cuatro fases ordenadas — G1, S, G2 y M — y su progresión está impulsada y cronometrada por la actividad periódica de las quinasas dependientes de ciclinas. Este tema aborda lo que sucede en cada fase, cómo las células se comprometen irreversiblemente a la división en el punto de restricción, y cómo la síntesis y destrucción de las ciclinas establecen el ritmo del ciclo.

Definition

Las fases del ciclo celular son los intervalos sucesivos — G1, S (síntesis de ADN), G2 y M (mitosis y citocinesis) — por los que pasa una célula en división, con su cronometraje y orden gobernados por la actividad oscilante de las quinasas dependientes de ciclinas unidas a ciclinas específicas de fase.

Scope

La entrada describe la interfase (G1, S, G2) y la fase M, la maquinaria de control molecular de las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas, el estado de reposo G0, y el punto de restricción (start) en el que las células se comprometen a la división. Se aborda la estructura de las fases y su regulación como un tema de biología celular, no como una instrucción clínica.

Key concepts

• Fase G1 (crecimiento celular)
• Fase S (replicación del ADN)
• Fase G2 (preparación para la mitosis)
• Fase M (mitosis y citocinesis)
• Estado de quiescencia G0
• Punto de restricción / Start
• Ciclinas y quinasas dependientes de ciclinas (CDK)
• Inhibidores de CDK y activación de CDK
• Factor promotor de la maduración (MPF)

Mechanisms

Cada fase está gobernada por la actividad de las quinasas dependientes de ciclinas (CDK), enzimas que son catalíticamente activas solo cuando están unidas a una ciclina reguladora. Las ciclinas se sintetizan y luego se degradan abruptamente de manera específica de fase — demostrado por primera vez para la ciclina del erizo de mar que se destruye en cada división de segmentación (Evans y colaboradores, 1983) — por lo que la actividad de las CDK aumenta y disminuye en ondas. Diferentes complejos ciclina-CDK desencadenan diferentes transiciones: los complejos G1/S comprometen a la célula a replicar su ADN en el punto de restricción, los complejos de fase S licencian e inician los orígenes de replicación, y la CDK1 de fase M (la quinasa mitótica universal identificada por Nurse) impulsa la entrada en la mitosis. La síntesis de Morgan enmarca a las CDK como los motores y relojes que impulsan y cronometran estas transiciones, mientras que su desregulación, revisada por Vermeulen y colaboradores, es un sello distintivo del cáncer.

Clinical relevance

La estructura de las fases y la regulación de las CDK proporcionan la base conceptual para describir la proliferación celular, la justificación detrás de los agentes anticancerígenos dirigidos al ciclo celular, y el significado de los marcadores de proliferación en el análisis de tejidos. Esta entrada es una descripción de referencia del control del ciclo normal y desregulado y no proporciona orientación diagnóstica o de tratamiento.

History

El modelo de fases (G1, S, G2, M) se estableció mediante estudios de marcaje de la síntesis de ADN a mediados del siglo XX. La base molecular surgió de dos líneas convergentes: la identificación genética en levaduras de la quinasa mitótica universal (Nurse) y el descubrimiento bioquímico de las ciclinas como proteínas cuya destrucción periódica cronometra el ciclo (Evans, Hunt y colaboradores, 1983). El Premio Nobel de 2001 reconoció este conjunto de trabajos.

Key figures

• Paul Nurse
• Timothy Hunt
• David Morgan
• Arthur Pardee

Seminal works

• nurse-1990
• evans-1983
• morgan-1997

Frequently asked questions

¿Qué es el punto de restricción?

El punto de restricción (llamado Start en levaduras) es un punto de control tardío en G1 después del cual una célula se compromete a completar el ciclo independientemente de las señales de crecimiento externas; antes de este, las células pueden desviarse al estado de reposo G0.

¿Qué hacen las ciclinas y las CDK?

Las quinasas dependientes de ciclinas son enzimas que fosforilan proteínas diana para impulsar las transiciones del ciclo celular, pero solo son activas cuando están unidas a una ciclina; debido a que las ciclinas se producen y destruyen periódicamente, la actividad de las CDK oscila y establece el cronometraje de cada fase.