o capitulo 14 vinc segunda edicion

737

CICLO CELULAR 1

738

1) CUANDO SE ROMPE EL CONTROL DE LA EXPRESION GENICA 741 2) PROTO-ONCOGENES, ONCOGENES Y GENES TUMOSUPRESORES 743

3) MECANISMOS QUE PROPICIAN LA DIVISIN DESCONTROLADA DE UNA CLULA YA DIFERENCIADA 746 4) PROTENAS Y MECANISMOS PROTAGONISTAS DEL CONTROL EN EL CICLO CELULAR 748 a) La Familia de las Ciclinas 748 b) Kinasas Dependiente de Ciclinas (CDKS) 751 c) Mecanismo de Accin del Complejo Ciclina Kinasa 752 5) COREPRESORES DE LA TRANSCRIPCIN QUE NO SE UNEN DIRECTAMENTE AL DNA COMO LO SON pRB, p107 y p130 753 a) Factor pRB 753 b) Factores p107 y p 130 754 6) FACTORES DE LA TRANSCRIPCIN QUE SE UNEN AL DNA COMO p53 y E2F. 754 a) Factor p 53 754 b) Factor p 73 757 c) Factor E2F 757 7) APNDICE - CASPASAS - DIFERENCIA ENTRE NECROSIS Y APOPTOSIS 758-60 8) INHIBIDORES DEL COMPLEJO CICLINA/CDK QUE INTEGRAN LA FAMILIA CIP/KIP Y WAF 1 761 a) Protenas de la familia INK4 son p16, p19, p18 761 b) Familia de inhibidores incluye a los tipo CIP/ KIP 762 9) OTROS MODULADORES 762

a) Factor MDM2 762 b) Factor CDC 25 A, B Y C 762

c) Complejos Ligantes de Ubiquitina APC Y SCF 763

CICLO CELULAR 2

10) CICLO CELULAR 765

739

11) REPLICACIN EN LA FASE S 769 12) PUNTOS DE CONTROL G1/S, S, G2/M Y M 772 a) Primer Sitio de Control G1/S 772 b) Segundo Sitio de Control en la fase S 775 c) Tercer Sitio de Control en G2/ M 778 d) Cuarto Sitio de Control a Nivel de la Mitosis (Sitio M), durante la formacin del Huso Mittico 779 13) EXPRESIN DE LOS GENES 784 FACTORES BASALES DE TRANSCRIPCIN ASOCIADOS A LAS RNA POL I, II Y III COMO LO ES TFIIH 784 1) RNA pol en Eucariotes 784 2) Factores de Transcripcin 785 14) TRANSCRIPCIN BASAL 788 15) TRANSCRIPCIN INTENSIFICADA 791

Hctor Rocha L. Ciclo Celular y Control de la Expresin de los Genes .

740


741

En este captulo se describirn primero los Mecanismos que controlan el Ciclo Celular para continuar luego con la descripcin del Ciclo mismo y finalmente el control de la expresin de los genes. 1) CUANDO SE ROMPE EL CONTROL DE LA EXPRESION GENICA. Se asume que un organismo animal o vegetal se encuentra formado por un conjunto de clulas diferenciadas, que se encuentran fuera del Ciclo Celular (fig. 1 15), es decir en la etapa Go o de reposo. Las caractersticas especficas de sus tejidos dependern por un lado de los genes que se estn expresando y por el otro lado de aquellos que permanezcan silenciosos. Este proceso se encuentra a su vez vigilado por la actividad de otros genes de cuya expresin depende que este panorama sea estable. Como resultado de ello, podemos distinguir distintos tejidos y rganos diferenciados capaces de ser desarrollados a partir de un mismo genoma. El hecho de que una clula entre al Ciclo Celular se debe al producto de mltiples seales cuyo origen puede ser tanto externo como interno. Estas seales son a su vez capaces de desencadenar la orquestacin de una serie de eventos que controlan este proceso. Entre las seales podemos encontrar algunas de origen qumico, otras de origen elctrico y algunas producidas por contacto entre las mismas clulas. Todas ellas se encuentran regulando por retroalimentacin, la expresin de los genes tanto del crecimiento, como de la proliferacin de las clulas diferenciadas.

G1

G1/S (sitio de control)

S

G2

M (mitosis)

Etapa de

Reposo o Go

G2/M (sitio de control)

+

Fig. 1 15. Ciclo Celular donde se observan los principales puntos de restriccin ubicados en G1/S y en G2/M antes de la Mitosis. La clula de un tejido diferenciado se encuentra normalmente en estado de reposo o G0. Por otro lado, en el intervalo G1 ( gap 1 en ingls) del Ciclo Celular, conocido como periodo de tiempo antes de la sntesis o etapa S (fig. 1 15), se reciben seales tanto del


742

ambiente celular como del estado interno de la clula. En este periodo G1, se prepara a la clula para la replicacin del DNA que ocurre en la etapa S (por synthesis). En esta ltima etapa, se sintetizan las hebras hijas del DNA, replicando los cromosomas mediante el empleo de un programa interno. Este se caracteriza por no recibir modulacin desde el medio externo como ocurre en G1. Posteriormente se pasa al intervalo G2 (gap 2), donde la clula acumula material y se dispone ahora a la divisin fsica. Esta ltima ocurre en la Mitosis (M), dando origen a dos clulas hijas con su respectiva dotacin de cromosomas. El tiempo empleado puede ser de 6 a 24 hrs. y las 3 etapas consumen el 90 % de este. En general el tiempo que demora el Ciclo Celular depende de la ventana en el intervalo G1, donde la clula decide si proliferar o no, en base a las seales moduladoras que recibe tanto desde el exterior cmo interior. Mientras ms largo sea G1 mayor tiempo tomar el Ciclo Celular. El cuerpo humano contiene de 50 a 100 trillones de clulas (10 18 ), de estas algunos billones (10 12 ) perecen diariamente y las restantes se deben multiplicar para reemplazar a las otras. Tomando en cuenta que el tiempo de vida promedio es de 70 aos. Se tiene al final un nmero astronmico de divisiones celulares, donde es necesario detener a las clulas que han sufrido mutaciones o errores durante su vida media o en sus preparativos para duplicarse. Estos errores pueden ocurrir cuando el DNA ha sido expuesto a agentes fsicos o qumicos dainos o cuando una enfermedad determinada, como la Ataxia Telangiectasia (ver captulo 13 ), es capaz de aumentar la susceptibilidad de los cromosomas a este tipo de dao. En estos casos los errores pueden inducir a ms errores, lo que sucede por ejemplo cuando se produce un huso mittico defectuoso, que impide la correcta segregacin de los cromosomas. La verificacin y balance de los intervalos G1 ( recepcin de seales) y G2 ( acumulacin de material), se lleva a cabo en los Puntos de Control del Ciclo Celular. El primero y ms conocido de ellos se encuentra destinado a evaluar el dao al DNA y se ubica hacia el final del intervalo G1 (lmite G1/S). Otro de ellos, se encuentra en el intervalo G2 (lmite G2/S), es decir mientras la clula aumenta de masa. En este ltimo sitio, se evalan tanto la fidelidad de la replicacin del DNA, como la generacin del huso mittico para dividirse posteriormente en M. En aquellos tejidos como piel, sangre y epitelio intestinal, la divisin celular contina durante toda la vida, en contraste con la clula nerviosa y la clula muscular que permanecen en la etapa Go. Aqu las clulas permanecen en un estado de continua de diferenciacin o bien sufren una llamada diferenciacin terminal. Por otro lado, las clulas de otros tejidos pueden salir de Go, luego de un tiempo y volver a entrar al Ciclo Celular normalmente. En el caso de las clulas cancerosas, tenemos que estas pierden la capacidad de control por retroalimentacin y la comunicacin con las clulas vecinas, por lo tanto se reproducen agresivamente migrando hacia otros tejidos, invadiendo y destruyendo aquellos rganos necesarios para sostener la vida. El estudio de los genes que controlan el Ciclo Celular, se inici observando el crecimiento en los brotes de la levadura Sacharomyces Cerevisiae. Se emple este espcimen por ser unicelular y contar con un ciclo que se encuentra regido tan solo por la disponibilidad de sustrato, es decir sus clulas no pueden dividirse sino se alcanza un tamao determinado. Adems, presenta la particularidad de que cuenta con solo 32 genes destinados a desarrollar las distintas etapas del Ciclo y que si alguno de ellos se encuentra alterado por alguna mutacin, el Ciclo se detiene.


743

Mucho ms complejas son las clulas animales que estn sometidas a una red de seales correspondientes a un organismo pluricelular, las que se encuentran a su vez involucradas en la coordinacin de cada clula que forma un tejido. Desde la etapa embrinica hasta la etapa adulta y a la vez regulan sus cambios metablicos en coordinacin con el resto del organismo. As tenemos que las seales recibidas en G1, son captadas por receptores y transmitidas por protenas de relevo que dependen de dos tipos especiales de genes. Estos pueden ser conocidos como los Proto-oncogenes y los Genes Tumosupresores (Fig. 2 15).

VIA ACELERADORA

VIA FRENADORA

NUCLEO

PROTEINAS DE RELEVO

Liberacin o retencin de Factores de Transcripcin

Factor de Crecimiento Factor de Inhibicin

Proto-oncogenes

Genes Tumosupresores

Fig. 2 15. Ambas vas de relevo se dirigen desde el exterior al ncleo pasando y amplificando seales para controlar la expresin de los genes. Volver al inicio

2) PROTO-ONCOGENES, ONCOGENES Y GENES TUMOSUPRESORES

a) Proto-oncogenes: son los genes que normalmente codifican protenas que sirven de relevo a seales qumicas que provienen desde el exterior de la clula y se dirigen hacia los genes en el ncleo (fig. 2 15). Estas seales son transportadas por las protenas conocidas como Factores de Crecimiento, Protenas Kinasas (asociadas y no asociadas a receptores), Receptores asociados a la Protena G (activados por GTP), Protenas G asociadas a membranas, Enzimas Fosforiladoras del tipo Serina y Treonina Kinasas junto a Protenas que se unen al DNA, como son los mismos Factores de Transcripcin. Todos estos elementos son capaces de amplificar la seal y acelerar la expresin de los genes que conducen a la divisin celular, sin embargo cuando sufren alguna mutacin inducen a una transformacin celular y pasan ahora a llamarse Oncogenes (del Griego: Onkos = masa o tumor). b) Oncogenes (Tabla 1 15): Estos genes no son capaces de controlar su expresin y ya no permanecen silenciosos cuando la clula se encuentra en Go, ya que producen una gran cantidad de copias anormales o defectuosas de sus propias protenas,


744

indicando que sufren ms de alguna mutacin. Esta puede ser tanto en los genes que regulan el control de su expresin, como aquellos genes que son regulados y portan a la vez una informacin defectuosa en sus copias proteicas. Todos estos errores son cumulativos y arrastran a la clula fuera de Go, estimulando la divisin y proliferacin celular sin control. Por ejemplo, en aves el gen viral v-src por Rous Sarcoma Virus, estimula la formacin de un carcinoma de un espcimen a otro, por medio de una simple infeccin viral. Sus efectos son capaces de sacar a la clula diferenciada de su estado de reposo (fig. 3 15). Sin embargo, otra forma de este gen es del tipo no oncognica y se encuentra silenciosa en el espcimen adulto, con el nombre de gen c-src, que se encuentra clasificado como un Proto-Oncogn. Este gen fue activo durante el desarrollo, pero ahora ya no se expresa en la clula diferenciada.

L T R L T R g a g p o l e n v o n c

S e c uenc ia re p e titiva te rm ina l

q ue ac t a c o m o

p ro m o to ra

P ro te ina d e la

C ap s ula

T rans -c r ip ta sa Inve rsa

P ro te na d e la

e nvo ltura

O nco - g e ne

R E T R O V IR U S

Fig. 3 15. Secuencias de un retrovirus que puede actuar promoviendo (aportan la secuencia para la unin de la RNA pol ) la transcripcin de un proto-oncogn o introducir parte de este a la clula normal. El ejemplo anterior permite deducir que los proto-oncogenes tambin pueden constituir oncogenes mediante la accin de un Retrovirus (fig. 3 15), muchos de los 100 o ms oncogenes encontrados tienen su contrapartida en los retrovirus. El contenido de las partculas virales puede integrarse al genoma e inducir su transcripcin. Incluso puede ocurrir que un retrovirus sin un oncogen, se inserte cerca de un proto-oncogen del husped e induzca o aumente la expresin de este en unas 30 o 100 veces. Esta expresin anormal se atribuye a que las regiones LTR (Long Terminal Repeats) de los retrovirus, contienen poderosos promotores y secuencias intensificadoras que son responsables de estas caractersticas. c) Genes Tumosupresores (Tabla 1 15 ) : Son lo contrario de lo anterior y codifican protenas que normalmente inhiben o frenan la proliferacin celular. En el caso de mutar, sus copias ya no son efectivas frenando la expresin (fig. 2 15). Normalmente cuando las condiciones para la Mitosis son desfavorables, estos genes se activan y se da tiempo a la clula para que repare el dao. En el caso de que sea este muy extenso, la clula entra en la va de la Apoptosis o muerte programada. Este hecho ocurre por digestin de sus cidos nucleicos y la denaturacin de sus protenas. Lo anterior permite deducir que la alteracin de un gen Tumosupresor, debido a una mutacin conducir a la prdida de su actividad inhibidora y aquellas clulas diferenciadas, pero con DNA daado por mutaciones previas pasarn ahora a


745

reproducirse teniendo una ventaja selectiva sobre las clulas normales que s morirn. En la Tabla 1 15, se describen algunos Oncogenes y genes Tumosupresores descubiertos en diferentes tipos celulares. Estos genes son capaces de actuar a distintos niveles en la transmisin de seales desde el exterior de la clula hasta su ncleo. TABLA 1 15

ONCOGENES GENES TUMOSUPRESORES erb-B Codifica para el receptor del factor de

crecimiento epidrmico (EGFR) y es una Protena Kinasa transmembrana que forma parte de una familia de receptores ubicados en la membrana citoplasmtica. Se encuentran relacionados con la curacin de las heridas y pueden sufrir sobre expresin o amplificacin.

NF-1 Codifica para la protena que inhibe a la protena estimuladora Ras en el citoplasma. Implicado en cnceres del sistema nervioso perifrico y leucemia mieloide.

N-ras Codifica para una protena que acta como

relevo de seal estimulatoria en el citoplasma (se une al GTP y es conocida como protena G), sufre una mutacin puntual y se encuentra implicado en las Leucemias

RB Codifica para la protena pRB que en el ncleo se une a los factores de transcripcin de la familia E2F impidiendo la expresin de los genes necesarios paras entrar al Ciclo Celular.

c-myb Codifica para un Factor de Transcripcin. La falta de su Ct inhibitorio por delecin o disrupcin, lo activa de forma trans y aumenta su capacidad de transformacin de clulas hematopoyticas. Se encuentra su contrapartida en el retrovirus generador de leucemia de las aves como v-myb

c-myc Codifica para factores de transcripcin en el ncleo que a su vez activan genes promotores de crecimiento. Sufre de translocacin y amplificacin. Implicado en las leucemias, cncer a la mama, estmago y pulmones

P53 Codifica para la protena p53 que detiene la divisin celular y puede conducir a las clulas a la Apoptosis. Se encuentra en el ncleo.

Es claro que los genes Tumosupresores al ser estimulados actan en conjunto con los Proto-oncogenes para decidir si una clula prolifera o no. Por lo tanto si cualquiera de los elementos de la cascada formada por las protenas inhibitorias desaparece, se corta su efecto. Es sabido que aquellos cnceres producidos tanto por mutacin en los Proto-oncogenes como por mutacin de los genes Tumo-supresores, son del peor pronostico, ya que la proliferacin celular es acelerada y a la vez no tiene freno. d) Genes involucrados en la reparacin del DNA, constituyen un tipo de genes similares a los anteriores. Su falla se encuentra relacionada con la perdida del control durante el Ciclo Celular. La misin de ellos es velar porque cada copia de las hebras madres sea replicada de una forma exacta y a su vez deben evitar la inestabilidad de los cromosomas. La alteracin de dichos genes por medio de algunas mutaciones, induce a los siguientes sndromes:


746

1) Ataxia (falta de coordinacin) Telangiectasia (dilatacin de los capilares), se produce por falla del gen ATM que a su vez provoca Leucemia o Linfoma. 2) Anemia de Fanconi, conocida como falla en el gen FancD2, que provoca Leucemia mielognica aguda. 3) Sndrome de Bloom, falla del gen BLM que codifica para una DNA Helicasa, cuya falta provoca una alta incidencia en la ruptura de los cromosomas. 4) Xeroderma Pigmentosum, caracterizado por una falta de reparacin en los cromosomas expuestos a la luz UV y que produce una alta susceptibilidad al cncer hereditario al colon sin la presencia de plipos. 5) Sndrome de Li-Fraumeni, producido a causa de los genes tumosupresores de la familia TP53, que entrega instrucciones para la sntesis de p53 y CHEK2 por Check point Kinase 2 o Protena Kinasa relacionada con reparacin al dao causado al DNA. La falla de ambos genes a la vez predispone a sarcomas, leucemias, tumores de mama, tumores cerebrales y adrenales. 6) Sndrome de ruptura de los cromosomas o Sndrome de Nijmegen, cuyo gen responsable es el NBS1. Este se relaciona con el procesamiento de las rupturas producidas en la doble hebra de DNA, su falla provoca Leucemia o Linfoma. Volver al inicio 3) MECANISMOS QUE PROPICIAN LA DIVISIN DESCONTROLADA DE UNA CLULA YA DIFERENCIADA Los siguientes mecanismos sacan del reposo a una clula diferenciada: a) La insercin, que puede ocurrir en cualquiera de los lados del proto-oncogen. Este tipo de activacin se ha demostrado en el caso de los proto-oncogenes c-myc y c-myb (Tabla 1-16). Ms an, pueden ocurrir mutaciones del tipo puntual, como sucede con c-ras, ubicado en el cromosoma humano 11, donde el cambio de una Guanina por una Citosina se relaciona con el cncer a la vejiga. Esta mutacin hace que el aminocido Glicina, normalmente en la posicin 12 de una protena G (Transductora de mensajes con subunidades , y ) se cambie por Valina. Este cambio no permite la liberacin de GTP de la subunidad de esta protena y queda continuamente activada, haciendo que la seal pase hacia el ncleo donde provoca una transformacin. b) La deleciones o prdida de una secuencia. Este tipo de accidente molecular provoca una transformacin de los tejidos, como ocurre con el oncogen del receptor EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), ubicado en el cromosoma 7. Cuando este receptor sufre la delecin del dominio que se une al ligante que lo activa, forma un dmero donde la enzima Tirosina Kinasa que es parte normal de su estructura permanece ahora activa y no es controlada por el ligante, por lo tanto el receptor permanece activado. Es decir como si el ligante estuviera unido continuamente al receptor y pasa seales que no han llegado o no existen, desencadenando una respuesta anormal en la clula. c) Las translocaciones que ocurren en los cromosomas, son tambin fuente de alteracin para uno o ms de los elementos de la cascada transductora de seales. Este


747

proceso se observa en el cromosoma Philadelphia, que contiene una fusin entre los oncogenes bcr1 y abl, que a su vez activan continuamente a la Kinasa de abl provocando un tipo especfico de Leucemia. d) Otro de estos casos ocurre como consecuencia de la amplificacin accidental de los proto-oncogenes, al aumentar su nmero de copias. Este mecanismo, tambin desemboca en el desarrollo de algn tipo de cncer. Por lo tanto, en base a lo anterior se puede concluir que al menos en las clulas Humanas, la transformacin ocurre por una o todas las causas anteriores, es decir cuando fallan los genes Tumosupresores, se estimulan los Oncogenes sin contrapartida o falla la reparacin del DNA. La consecuencia de las fallas anteriores es la aparicin de una nueva actividad enzimtica denominada Telomersica. Es interesante hacer notar la presencia de una nueva enzima denominada Telomerasa (Fig. 4 15) por Telmero o extremo de los cromosomas, en aquellas clulas que han perdido su diferenciacin y que se consideran malignas o cancerosas. GGGG GGGG

CCCC

GGGG GGGG GGGG

GGGG GGGG GGGG GGGG

GGGG GGGG GGGG GGGG

CCCC

CCCC

5 3

CCCC

GGGG

GGGG

GGGG

CCCC CCCC

CCCC

1: Telmeros o secuencias repetidas en tandem en la hebra

madre en grupos de 5 Hebra hija o extremo ms corto donde el cebador fue hidrolizado

por la DNA pol I 2: Secuencia repetida por la Telomerasa y

adicionada al grupo de secuencias

anteriores del telmero

3: La Telomerasa posee un RNAcebador incluido, propio de su

estructura

6: La DNA pol I tiene ahora lugar de anclaje y completa la hebra hija retardada

DNA pol

4: La elongacin por la Telomerasa deja espacio para la unin de un cebador que es parte de la Telomerasa.

CCCC

5: Cebador hecho por la Telomerasa

3

Fig. 4 15. La Telomerasa posee una secuencia de RNA complementario al repetido y el resto lo constituyen las subunidades de protena pertenecientes a la enzima. Los Telmeros no tienen secuencias codificantes de protenas y presentan solo secuencias del tipo repetitivo en grupos de a 5 dispuestas en tandem. La actividad de la enzima Telomerasa, radica en la elongacin del extremo de los Telmeros cuando el cromosoma se replica una y otra vez. Lo sorprendente de esta enzima, es que no se encuentra presente en la clula normal, donde por cada Mitosis se acortan los cromosomas. Esto se debe a que la DNA pol I avanza solo en direccin 5 a 3 y el


748

cebador de RNA que emplea para anclarse e iniciar la replicacin, es eliminado por la actividad exonucleasa de la DNA pol I, dejando el extremo 5 ms corto en la hebra hija. De esta manera, despus de un total de 50 a 60 replicaciones se produce un acortamiento notable, comparado con la clula cancergena que es inmortal y cuyos cromosomas no se acortan a causa de que los telmeros son reparados oportunamente por la Telomerasa, ya que esta enzima incrementa el nmero de secuencias repetitivas y deja espacio para que entre un cebador de RNA que es parte de la misma enzima. La DNApol I se ancla a este cebador y completa la replicacin de la hebra madre al rellenar el hueco en la hebra hija. Volver al inicio 4) PROTENAS Y MECANISMOS PROTAGONISTAS DEL CONTROL EN EL CICLO CELULAR. Los procesos que ocurren en el Ciclo Celular se basan en el control que se ejerce sobre un complejo formado por dos protenas. Una de ellas es la subunidad reguladora denominada Ciclina y la otra es la subunidad cataltica que fosforila sustratos y a la vez es fosforilada. A esta ltima se la denomina Kinasa dependiente de Ciclina (CDK) (fig. 5 -15). El Ciclo Celular es un sistema de elevada complejidad, donde es necesario analizar el control, la identidad y el comportamiento de cada uno de sus integrantes. De esta manera se pretende distinguir, como ocurren aquellas transformaciones que conducen a la clula a replicarse normalmente o indiscriminadamente (cncer): Volver al inicio

a) LA FAMILIA DE LAS CICLINAS

Las Ciclinas (fig. 5 -15), integran una familia de protenas que comparten un segmento de su secuencia. Durante el Ciclo Celular, las Ciclinas son controladas en su expresin a nivel de transcripcin y degradacin, cambiando en cantidad y especificidad de accin. De esta manera, son capaces de caracterizar cada etapa del Ciclo y a su vez aseguran la continuidad de este. Luego de que cada Ciclina ha cumplido con su funcin, son destruidas mediante la accin de sistemas especializados (APC y SCF, ms adelante), manteniendo as la unidireccionalidad del Ciclo Celular. Los complejos entre Ciclinas y CDKs, una vez formados regulan su actividad mediante distintos procesos. Entre ellos tenemos fosforilacin, defosforilacin y unin a protenas inhibitorias capaces de retardar la actividad de este complejo. De esta manera se hace al Ciclo Celular ms lento y se le da tiempo suficiente a los sistemas de reparacin, para subsanar aquellas fallas y errores ocurridos durante situaciones adversas, como aquellos efectos genotxicos causados tanto por radiacin como la presencia de agentes qumicos, fuera de aquellos errores normales cometidos durante la replicacin del DNA. Las Ciclinas son a su vez capaces de regular la especificidad de las CDKs. Esta tarea la ejecutan mediante la induccin de cambios conformacionales, mientras que la actividad misma del complejo Ciclina/ CDK es regulada por las fosforilaciones y defosforilaciones de la subunidad cataltica desde otros factores.


749

CICLINA

KINASA DENDIENTE DE CICLINA(Cdk)

1

2 3

4 CKI Ubiquitina

KINASAS DEPENDIENTES DE CICLINAS:

SON LAS SUBUNI-DADES CATALTICAS ACTIVADAS POR LAS CICLINAS. SON

CONS-TITUTIVAS. ACTAN COMO SERINA Y/O TREONINA KINASA.

AL FOSFORILAR ACTIVAN, INHIBEN Y/O MARCAN

PARA LA DEGRADACIN

1 : Activacin de las Kinasas por asociacin entre Ciclinas y Cdk 2 : Control por fosforilacin inhibitoria de Thr 14 y Tyr 15 3 : Control por fosforilacin activadora de Thr 160 mediante CAK, este ltimo formado

por el complejo CDK7- Ciclina H - MAT1. 4 : Unin con inhibidores de Cdk denominados como CKIs (Inhibidor de la Kinasa

dependiente de Ciclina) 5 : Degradacin de Ciclinas y/o CKIs por medio de Ubiquitinacin

CICLINAS:

SON LAS SUBUNIDADES REGULATORIAS DE LAS

KINASAS, QUE SE EXPRESAN

PERIDICAMENTE DURANTE EL CICLO.

CONFIEREN ACTIVACIN Y DISTINTAS

ESPECIFICIDADES P-Thr(14)-P-Tyr(15)- -Thr(160)- P

5 Ubiquitina

Fig. 5 15. Control del Ciclo celular mediante el Complejo Ciclina Kinasa dependiente de Ciclina (CDK). Las Ciclinas poseen un segmento de secuencia homloga de aproximadamente 100 aminocidos, que es altamente conservado y que se denomina Cyclin box donde se encuentra una Secuencia tpica de la Ciclina. Esta regin es la que se une a la Cdk. En general, las Ciclinas se dividen en dos tipos, las G1(Ciclinas D y E) y las Mitticas (Ciclinas A y B). Las G1 son de vida media corta y se degradan por sus secuencias conocidas por las siglas PEST, ubicadas en el extremo Ct de la Cyclin box. Por otro lado, las Mitticas duran ms tiempo y se acumulan durante G2, para unirse a las Cdks y formar el Factor de Promocin de la Mitosis o MPF. Este ltimo acta como la seal necesaria para entrar a la Mitosis. Las Ciclinas mitticas (A y B) se degradan precisamente antes de entrar a la mitosis, por medio de la marcacin con Ubiquitina. Este ltimo es un pptido sealizador, que se une a la secuencia tpica denominada secuencia para la destruccin. Esta se encuentra localizado hacia el lado N terminal de la secuencia comn a todas las Ciclinas. La unin de la Ubiquitina es llevada a cabo por los sistemas APC y SCF. Estos sistemas de proteasas, se conocen bajo el nombre de APC por Complejo Promotor de la Anafase y SCF por Skp1-Cullin-Fbox (o complejo de tres protenas). Ambos contienen al Proteosoma 26 S encargado de hidrolizar a las Ciclinas.


750

G0 G1 G1/S S G2 G2/M M

Ciclina D- Cdk4/Cdk6

Ciclina E Cdk2

Ciclina A Cdk2/Cdc2

Ciclina B Cdc2

Ciclina E Ciclina A

Ciclina D

INKs Fosforilacin Cip/Kip Cip/Kip

Ciclina B

Fig. 6 -15. Niveles de las distintas Ciclinas durante el Ciclo Celular Volver al inicio b) KINASAS DEPENDIENTE DE CICLINAS (CDKS).


751

En la Tabla 2 15 se observan los distintos complejos fosforilantes Ciclina CDK, donde tanto CDK4 como CDK6 son tpicas de G1 y se activan por las Ciclinas D (Ver figura 12 -15). TABLA 2 15 Pares de Ciclina

CDK Etapa

del Ciclo

Sustrato Efecto Regulatorio

Ciclina D/CDK4,6 Ciclina E/CDK2

G1 pRB fosforilado Suelta los E2F de pRB para que E2F se una al DNA e inicie la transcripcin

Ciclina E/CDK2 S pRB fosforilado Reafirma el efecto de fosforilacin sobre pRB

Ciclina A/CDK2 G1/S E2F-1/DP1 fosfo-rilado

Se une a E2F1/DP1 y lo fosforila impidiendo que se unan al DNA

Ciclina A/ CDC2 o CDK1

G2, G2/M

p53 Estimula especificidad de unin al DNA

Ciclina B/ CDC2 o CDK1

G2/M ORC fosforilado Paso de G2 a M

Ciclina B/CDC27 TFIID Inhibicin Como parte de

TFIIH/Cdk7

Fosforilacin del Dominio

carboxiterminal de RNA pol II (CTD

Como parte de la actividad CAK:

Cdk7

Fosforila otras CDKs

Ciclina C/CDK8,

Ciclina H/CDK7/MAT1

(factor de ensamblaje)

G1, S, G2, M

RNA pol II

Ciclina B/CDC2 TFIIIB Inhibicin Ciclina B/CDC2 Poly (A) Polimerasa Inhibicin

A continuacin a finales de G1 aparece la actividad fosforilante de CDK2 que se mantiene hasta S con la Ciclina E y Ciclina A. En la etapa S, se tiene la actividad de CDC2 o CDK1 y adems la actividad de CDK7. En G2 se tiene a CDK2 y CDC2 con Ciclina A, para terminar con CDC2 y Ciclina B en la Mitosis.


752

CAK o el complejo entre CDK7 y Ciclina H, no vara su expresin durante el Ciclo y regula positivamente a CDC2 y CDK2, que fosforilan a las kinasas en las Treoninas. Volver al inicio

c) MECANISMO DE ACCIN DEL COMPLEJO CICLINA KINASA En el caso genrico del complejo CiclinaCDK ocurre que la CDK en especial CDK2, se encuentra formada por dos lbulos en cada uno de sus extremos. El Nt tiene segmentos de estructura - pegada y el lbulo del extremo Ct tienen estructura - hlice. Entre ambos lbulos queda el sitio activo donde se une el ATP y la entrada a este mismo se encuentra resguardada por el bucle T. Al unirse la Ciclina a CDK2, se provoca el acercamiento de tres residuos de Argininas dispersos en la estructura, uno de ellos unido a la hlice de secuencia PSTAIRE, el otro unido al bucle T y el ltimo pertenece al bucle cataltico. El bucle T, es un sitio especfico de la secuencia, donde se encuentra una Serina o una Treonina capaz de ser fosforilada y que ejerce a la vez un cambio conformacional, que se imparte al resto de la protena. De esta manera las tres Argininas se desplazan siendo coincidentes en el bucle T, donde forman un bolsillo en el que la Thr 160, es fosforilada por CAK (Ciclina H-CDK7). Esto se traduce en la abertura del sitio cataltico para aceptar y fosforilar a una protena como sustrato, adems se estabiliza la forma activa de la estructura y se produce un aumento de la interaccin con la Ciclina por medio del aumento de los enlaces hidrgeno. Por otro lado, la fosforilacin en Tyr 15 y Thr 14 de la secuencia por otras kinasas acta inhibiendo la actividad fosforilante. En general acerca de la actividad de las Kinasas se pueden desprender los siguientes conceptos: 1) Los complejos Ciclina/CDK se encuentran involucrados en todos los procesos de activacin del Ciclo Celular incluyendo a la Mitosis 2) Las Kinasas dependientes de Ciclinas son constitutivas, mientras que las Ciclinas son inducibles. 3) La especificidad de las Kinasas depende exclusivamente de las Ciclinas. 4) La actividad enzimtica de las Kinasas es regulada por procesos de Fosforilacin y Defosforilacin. 5) Los inhibidores de las Kinasas (CDKIs o CKIs) actan por unin a las Kinasas. 6) Los sistemas Ubiquitina-Proteosoma son los encargados de hidrolizar a las Ciclinas y a los CDKIs. 7) Una gran cantidad de sustratos son fosforilados por las Kinasas resultando en activacin, inhibicin adems de marcacin para la degradacin e incluso el reconocimiento de su ubicacin en distintos compartimentos de la clula. 8) En general existen 4 mecanismos para controlar la actividad de las Kinasas: a) Unin de las Ciclinas


753

b) Unin de los CDKIs (Inhibidores de las Kinasas dependientes de Ciclina) c) Fosforilaciones activadoras e inhibitorias d) Degradaciones mediadas por Ubiquitinas de Ciclinas y CDKIs Volver al inicio 5) COREPRESORES DE LA TRANSCRIPCIN QUE NO SE UNEN DIRECTAMENTE AL DNA COMO LO SON pRB, p107 Y p130. a) Factor pRB

La funcin de la protena pRB 105 110 kD (998 aminocidos), se determin al descubrirse que faltaba total o parcialmente en un tipo especial de cncer que afecta a nios con una muy baja incidencia y que se conoce como Retinoblastoma Retinal. El gen responsable, es de 200kb y no se encuentra presente a causa de una delecin total o parcial del brazo largo (q) del cromosoma 13, banda 14 (13q14). La enfermedad tambin aparece cuando el gen se encuentra normalmente presente, pero debido a un error durante la etapa de procesamiento en el transcrito primario (RNAhn), se producen copias proteicas no funcionales que se encuentran mal ensambladas. Cuando uno de los alelos del gen RB se pierde por alguna delecin accidental en las clulas somticas no se produce ningn efecto, sin embargo la perdida de este alelo en las clulas germinales crea un portador con un fenotipo an normal, cuya descendencia tendr mayor probabilidad de tener una segunda mutacin en los heterozigotos, pero en el alelo normal adquiriendo ahora la enfermedad a una edad mas avanzada. Por otro lado, la perdida de ambos alelos en un homocigoto hace que la enfermedad aparezca a temprana edad. pRB es fosforilado por los complejos Ciclina/ CDKs y normalmente la protena pRB, no se encuentra fosforilada o bien se le halla hipofosforilada en la clula en reposo. pRB forma parte de un complejo inhibidor de la expresin (pRB-E2F-Gen), precisamente de aquellos genes que son necesarios para entrar al Ciclo Celular o pasar por los distintos puntos de control del Ciclo. pRB tiene por funcin retener a los factores activadores de la familia E2F en un complejo que se halla en su forma inactiva. Cuando pRB en el complejo es fosforilado progresivamente o hiperfosforilado, libera a los factores de transcripcin, dejando ahora al factor E2F unido al Gen. A su vez E2F activa de forma trans (alelo paterno y materno) la expresin de los genes. Por lo tanto sin pRB, las clulas abandonan Go y se replican an con el DNA daado producindose el Cncer de la Retina o Retinoblastoma. Volver al inicio b) Factor p 107 y p 130.

Otras protenas de la familia de pRB denominada tumosupresora, son las protenas p107 (107 kDs) y p130 (130kDs), ambas retienen o inactivan a algunos de los factores de transcripcin de la familia E2F (fig.11-15) y a su vez inhiben la expresin de varios genes que solo pueden ser liberados por fosforilacin.


754

Tanto pRB como p107 y p130, se les puede denominar protenas bolsillo, ya que tienen por funcin reclutar o echarse al bolsillo a la Histona Deacetilasa (HDAC). Esta ltima junto a la otra enzima Histona Acetil Transferasa (HAT), tienen por funcin deacetilar y acetilar respectivamente a las Histonas, precisamente en el grupo -Amino de sus Lisinas. Al ser Acetilada una Lisina esta pierde su carga positiva, por introduccin del grupo N- Acetilo y ya no interacciona con los fosfatos negativos del DNA. De esta manera se pierde la estabilidad del nucleosoma que se desarma para dejar DNA al descubierto e iniciar la transcripcin. Una complicacin que presenta este mecanismo, es que el efecto depende en parte, de la identidad de las Histonas pertenecientes al Nucleosoma y la posicin en la secuencia de las Lisinas modificadas. En otras palabras, cuando pRB se halla hiperfosforilado no se une a E2F y tampoco recluta a HDAC, quedando el DNA descubierto para su expresin. El mecanismo exacto an no se ha dilucidado. Volver al inicio 6) FACTORES DE TRANSCRIPCIN QUE SE UNEN AL DNA (p53, p73 Y E2F). a) FACTOR p53 Uno de los primeros genes tumosupresores que fue encontrado en vertebrados es el p53, de 393 codones y 53 kD ubicado en el cromosoma 17 regin p13 (brazo corto, banda 13). Durante el Ciclo Celular normal, el gen p53 es inactivo, pero en el caso de que ocurra dao en el DNA como radiacin UV, agentes qumicos o variacin del pool de los nucletidos. La clula expresa este gen y su producto la protena p53, aumenta de vida media manteniendo a la clula en reposo, es decir permite que el dao que estimul su expresin sea reparado. Si este dao es muy extenso o el gen es activado muy tarde para prevenir la divisin celular, la clula entra en Apoptosis o muerte programada. De esta manera se eliminan permanentemente los errores genticos. La protena del gen p53, posee a su vez modificaciones post-traduccionales que la hacen an ms activa. As su dominio cerca del Nt (amino terminal) es acdico con cargas +, similares a las de los factores de transcripcin y se une al DNA en la forma de un tetrmero. Esta conformacin es tambin promovida por las interacciones de su dominio en el extremo Ct (carboxilo terminal) que una vez fosforilado, tiene la capacidad de activar la transcripcin de un gen conocido como p21/ WAF1. El producto de este gen, acta a su vez inhibiendo la accin de los complejos Ciclina-Kinasa dependiente de Ciclina. De esta manera se impide la accin fosforilante de estos sobre pRB y no se expresan los genes que permiten el paso por el punto de restriccin antes del lmite G1/S, como se ver ms adelante. La vida media de la protena p53 es de corta duracin (15 a 30 minutos) y se encuentra sujeta a fosforilaciones por los complejos Ciclina A-CDK2 y Ciclina B-CDC2 que operan en la fase S y G2/M, pero no por las Ciclinas de la fase G1 como Ciclina E/CDK2 y Ciclina D1/ CDK4. Por otro lado, el gen p53 puede sufrir a su vez, mutaciones en ciertos lugares denominados puntos calientes y que se encuentran ubicados entre los codones 129-146, 171-179, 234-260, y 270-287. Sucede aqu, que no todos los daos son reparados con la misma premura y a causa de ello, ocurren mutaciones permanentes en los aminocidos 175, 248 y 273 que conducen a la prdida de la funcin. En estos casos la


755

protena p53, no es capaz de inducir la expresin de p21 (Protena inhibidora del Complejo Ciclina/CDK) y de retardar por consiguiente el Ciclo Celular o dirigirlo hacia la Apoptosis (muerte celular). La clula alterada se divide as, con su DNA daado y este es pasado a la descendencia. En general las mutaciones por insercin o delecin en ambos alelos de este gen se asocian con cncer al colon, mamas, hgado y pulmones. Por lo tanto la clula con p53 daado tiene una ventaja selectiva sobre aquellas clulas normales, pero tambin daadas que se dirigen hacia el proceso de Apoptosis. La forma mutante de p53 parece tener an ms afinidad por el DNA que la forma wild type (original, no mutada) y acta de manera dominante tipo trans, es decir como un oncogn (trans significa que afecta al gen de su alelo materno y paterno) estimulando en este caso la proliferacin celular a diferencia de su forma original, que es en realidad tumo-supresora.

Fig. 7 15. Apoptosis y detencin en G1 del Ciclo Celular mediados por la protena p53. pRB no es fosforilado y permanece unido a E2F. El balance entre la diferenciacin celular, progreso en el Ciclo Celular y Apoptosis se encuentra regulado por la razn pRB y p53. Si el nivel de pRB es mayor que el de E2F la clula no progresa en el Ciclo como ocurre en Go. Por otro lado si la cantidad de pRB fosforilado es mayor que la cantidad de pRB no fosforilado y este es menor que la cantidad de factor de transcripcin, la clula progresar en el Ciclo Celular pasando a S y luego a G2/M. Cualquier dao que sea detectado en este proceso aumentar los niveles de p53 y empezar el proceso Apopttico. Durante la Apoptosis la clula no libera contenido intracelular y no produce inflamacin como en la necrosis celular. Durante la Apoptosis se produce una agrupacin de los organelos junto a la formacin de agregados por los ribosomas, incremento en el volumen

Aumento en la cantidad o en la actividad de p53

P19/ARF

BAX

P21

P16 / INK4A

APOPTOSIS

DETENCIN EN G1

PASO A LA FASE S

MDM2 secuestra

p53

Ciclina D

CDK4

pRB

pRB

E2F

MUERTE CELULAR

E2F

Corte y Empalme alternativo en locus

ARF-INK4a

SENSORES

ESTIMULO GENOTXICO

Degradacin

Transactivacin

Transactivacin

Transactivacin

P Complejo activador Ciclina /CDK

inhibido por p21 y p16


756

de las mitocondrias y generacin de vacuolas por el retculo endoplsmico que junto a la anterior condensacin del citoplasma y cromatina, forman los cuerpos apoptticos. En estos casos ocurre que en la superficie de la clula se muestra Fosfatidil Serina, N-Acetil Glucosamina y Lectinas o receptores opsnicos, que a su vez estimulan la fagocitosis por clulas vecinas del parnquima. En la figura 7 15, se observa el dao causado al DNA por luz UV y/o radiacin, lo que se denomina como estmulo genotxico. Este ltimo es capaz de detener la sntesis de DNA y RNA mediante un agotamiento del pool de nucletidos, ya que no se continan sintetizando las enzimas correspondientes, las cuales son inhibidas en su transcripcin. Los sensores que reconocen el dao al DNA, se encuentran constituidos por una serie de protenas codificadas por aquellos genes cuya falla acarrea los siguientes sndromes: Ataxia Telangiectasia, Sndrome de ruptura de los cromosomas o sndrome Nijmegen, Anemia de Fanconi y sndrome de Bloom como se vio anteriormente. Una vez reconocido el dao, se activa la produccin y/ o actividad de la protena p53 por medio de aquellos mecanismos de control a nivel de la transcripcin o post transcripcin. La protena p53 es capaz de autorregularse al inducir el factor MDM2, este ltimo disminuye los niveles del mismo p53, ya sea por degradacin o bien secuestrando la protena misma hacia el nucleolo. Por otro lado, p53 estimula mediante transactivacin la sntesis de la protena p21 que inhibe directamente la fosforilacin y/o activacin de pRB (fig. 7 -15). A continuacin se activa el sistema ARF/INK que significa Alternative reading frame / Inhibitor of Cyclin Dependent Kinase, donde se emplean exones comunes (2 y 3) para generar protenas totalmente diferentes como p16 y p19, donde ambas presentan el primer exn diferente. La primera de ellas p16 es parte del sistema INK4a y acta directamente como inhibidor del complejo Ciclina D/CDK4, mientras que la segunda p19, es parte del sistema ARF que inhibe a MDM2 e indirectamente impide el crecimiento celular por medio del aumento de los niveles de p53, que ya no es secuestrado por MDM2. Esto ltimo se traduce en un aumento de los niveles de inhibidor p21 sobre el complejo CiclinaD/CDK4. En base a lo anterior, no se puede pasar a la fase S y continuar con el Ciclo, producindose el arresto o detencin en la fase G1. En cuanto a la Apoptosis, p53 induce por transactivacin el factor BAX, que acta sobre la Mitocondria e induce un desacoplamiento entre la Fosforilacin Oxidativa y la Cadena de Transporte de Electrones. Este hecho deja sin energa al sistema y conduce a una posterior muerte celular. Un mejor anlisis de estos procesos se encontrar en el siguiente Apndice al final de este tema. Volver al inicio b) FACTOR p73 p73 tiene dominios con un cierto grado de identidad con p53. 29% para el dominio de transactivacin, 63% para el dominio de unin al DNA y 38% para el dominio responsable de la oligomerizacin. El gen de la p73 se halla asociado a la regin del brazo corto del cromosoma 1, banda 36(1p36). Cuando este gen se encuentra con una delecin (le falta un pedazo), se produce un tipo de cncer conocido como neuroblastoma. Por otro lado, este mismo gen presenta los mismos puntos calientes que p53. Presenta lugares de su secuencia con una alta incidencia de mutaciones, como lo es aquella zona entre los residuos 113 y 190.


757

Otra evidencia que la liga a p53 es que el producto proteico de p73 inhibe el crecimiento de las clulas de neuroblastoma in vitro y tambin parece promover la apoptosis. Volver al inicio c) FACTOR E2F. Estos incluyen a la familia E2F 1, 2 y 3 que se unen predominantemente a pRB, ms el factor E2F4 que se une a todas las protenas como pRB, p107 y p130, mientras que E2F5 se une a p130. Estos factores se necesitan libres para pasar desde Go a G1 y el punto de restriccin antes del lmite G1/S. Los factores E2F heterodimerizan con otras protenas relacionadas distantemente y que son las DP-1, 2 y 3, las cuales se emplean para mejorar su eficiencia de unin con el DNA. Estas ltimas montan la capacidad de unin al DNA mediante el complejo E2F-DP. Por lo tanto DP es considerado como un factor activador que promueve en forma cooperativa la actividad de los promotores de la familia E2F. De esta manera, el heterodmero E2F-DP funciona como activador trans (activa alelo paterno y materno) de la transcripcin de aquellas secuencias promotoras que se encuentran ubicadas corriente arriba de los genes. Estos genes ahora activados codifican para las siguientes enzimas y factores: Dihidrofolato Reductasa (DHFR), Timidina Kinasa (TK), Timidilato Sintasa (TS), DNA polimerasa (DNApol), CDC2, Ciclina E y Ciclina A. PCNA por Antgeno Nuclear de la Clula Proliferativa y Factores de licenciamiento (familias CDC y MCM). Adems de aquellos genes que regulan la proliferacin celular como: c-Myc, B-Myb, pRB, p107, E2F1, E2F2, CDK1, p21, p27 y p19 En general, la va del E2F-pRB se encuentra formada por la familia E2F de factores de transcripcin, la familia de las Protenas del Retinoblastoma o Protenas Bolsillo, Ciclinas y Kinasas dependientes de Ciclina (CDKs) e Inhibidores de las Kinasas dependientes de Ciclina ( CKIs o CDKis). De esta manera regulan el progreso durante el Ciclo Celular, adems tambin regulan la Apoptosis celular. Esta ltima va se encuentra descontinuada en la mayora de los cnceres. La familia E2F1, 2 y 3 tiene una secuencia aminoacdica donde se distinguen distintos motivos como la regin donde se une la Ciclina, regin donde se une el DNA, la regin responsable de la dimerizacin, la caja marcada, la zona de transactivacin y la zona del bolsillo. Mientras que los factores reforzadores del efecto como DP1 y DP2 que son expresados a lo largo del Ciclo comparten algunas regiones homlogas como la zona de unin al DNA y la zona responsable por la dimerizacin. En general con E2F forman un heterodmero que pueden estar reprimido, inhibido o activado, segn sea el grado de fosforilacin. Volver al inicio

7) APNDICE- CASPASAS- DIFERENCIAS ENTRE NECROSIS Y APOPTOSIS


758

Aqu se describen como ejemplos, algunas de las vas entre las cuales p53 no se encuentra mediando la Apoptosis Celular, sin embargo los mecanismos para destruir la clula son similares a nivel de la Mitocondria. CASPASAS Son proteasas que existen en la forma de Zimgenos. Tienen tres dominios el pro-dominio del Nt, un dominio p20 y otro p10. Pueden ser activadas por otra Caspasa, por la induccin en la cercana de otra molcula y por asociacin con alguna subunidad regulatoria. Poseen en el sitio activo Cistena y rompen el enlace peptdico despus de un residuo de Asprtico. Este efecto puede activar o desactivar a otro miembro de la va de sealizacin desencadenando o inhibiendo su efecto. Existen en general dos tipos, el Tipo I son iniciadoras de pro-dominio largo, que sirve para interaccionar con otras molculas y Tipo II o efectoras con un Pro-dominio corto y son el producto de la va de sealizacin. Las Caspasas actan sobre mltiples blancos, por ejemplo Lamin A o Laminina A. Esta ltima es una protena estructural que mantiene la integridad del ncleo, otro blanco es PARP o poly-ADP Ribosa Polimerasa, que se encuentra involucrada en la reparacin del DNA, RB protena tumo supresora y a la vez reguladora del ciclo celular, Histona H1 otra protena esencial que se necesita para la organizacin de la cromatina y CAD o DNA asa activada por Caspasa, encargada de romper el DNA en clulas apoptticas. Otra de estas vas la constituye la activacin de Linfocitos citotxicos que inyectan la enzima denominada Granzima B. Esta ltima estimula los niveles de Caspasa 8 que cataliza el paso de Pro-caspasa 9 a Caspasa 9 activa, que a su vez desencadena una cascada amplificadora de Caspasas, cuyo resultado final consiste en la protelisis de la integridad estructural tanto del citoplasma como del ncleo, atacando protenas del citoesqueleto y aquellas enzimas involucradas tanto en la replicacin como reparacin del DNA. La Apoptosis celular puede ser mediante seales externas a la clula y este tipo se denomina como instructiva, ya que es transmitida por receptores en la membrana celular. El otro tipo es interno o intrnseco y es mediado por la Mitocondria. Aquellos receptores en la superficie de la clula denominados TNF-R1 (Tumoral Necrosis Factor) caen en el primer tipo y son especficos para el Factor de Necrosis Tumoral (fig. 8 15). En su estructura presentan varios dominios y entre ellos encontramos a DD por Death Domain, que solo enfoca hacia el lado citoplasmtico de la clula. DD se une se une lateralmente al dominio homlogo DD de una molcula adaptadora, denominada FADD o MORT1. Esta ltima contiene al dominio DED por Death Effector Domain . A su vez el dominio DED de la molcula adaptadora se une al dominio homlogo de la molcula Pro-Caspasa 8 (Caspasa: Proteasa tipo Zimgeno) que a su vez da origen a la molcula funcional como Caspasa-8. Esta ltima activar por protelisis a p22BID, convirtindola en una protena de menor peso molecular como p15BID. Esta ltima migra dentro de la membrana mitocondrial y acta como un factor pro-apopttico estimulando la abertura del canal PTP. Este hecho provoca la prdida del gradiente electroqumico,


759

Fig. 8 -15. Vas de Apoptosis en la clula. desacoplamiento de la fosforilacin oxidativa, produccin de ROS ( Reactive Oxygen Species por radicales libres del Oxgeno altamente txicos), disminucin del elemento reductor protector de membranas GSH y de ATP, liberacin de Ca +2, Pro-caspasa y otras Proteasas al citoplasma. En fin, toda una cadena de eventos conducentes a la muerte celular. A continuacin en la Tabla 3 15, se observan algunas de las diferencias entre Necrosis y Apoptosis.

TABLA 3-15

DIFERENCIAS ENTRE NECROSIS Y APOPTOSIS

P15 BID P22

BID

ANT

P15 BID

Pro Caspasa 9

ProCaspasa 3

Caspasa 9- Activa

Caspasa 3

Cascada de

Activacin de las

Caspasas

Caspasa Tetramrica 8

TNF-R1: Receptor de TNF

Pro-Caspasa 8

D D

DED

TNF: Factor Tumoral de Necrosis

ADAPTADOR O PROTS. FADD/MORT

PTP G R A N Z I

M A

B

LINFOCITOS CITOTXICOS


760

CARACTERSTICAS NECROSIS APOPTOSIS

Respuesta de los tejidos

Inflamacin Ninguna

A nivel de los tejidos Grupos de clulas afectadas

Solo clulas individuales

Volumen celular Clulas hinchadas Clulas se condensan Membrana celular Perdida de la integridad y

formacin de vesculas Formacin de cuerpos

apoptticos en vesculas Organelos

citoplasmticos. En pedazos Morfologa Intacta

Ncleo Agregados irregulares de cromatina

Condensacin de la cromatina

Volver al inicio 8) INHIBIDORES DEL COMPLEJO CICLINA/CDK QUE INTEGRAN LA FAMILIA INK 4 Y CIP/KIP, WAF1

a) Protenas de la familia INK4 son p16, p19, p18 (fig. 9-15).

Las Kinasas dependientes de las Ciclinas D, E y A pueden ser inhibidas por las familias de inhibidores (CDKIs) correspondientes a las protenas INK4 (Inhibidores de Kinasa, Tabla 4 15), representadas por p16 (INK4a), p15 (INK4b), p18 (INK4c) y p19 (INK4d). Todos se unen a los complejos de G1 (fig. 9 15), como lo es Ciclina D CDK4,6 aunque tambin pueden ser inhibidores de CDK2. La protena tumo-supresora llamada p16 (sinnimo Mts1), es un regulador negativo del complejo Ciclina D-CDK4.


761

p 1 9

p 1 8 p 1 5

p 1 6

p 2 1

p 5 7

p 2 7

C ic lina D C D K 4

C ic lina E C D K 2

p 1 0 7 p 1 3 0 p R B

G 1 S R

E 2 F D P G e n d e C ic lina E

G e n d e C ic lina A

O tro s G e ne s

F a m ilia IN K 4 F a m ilia C ip / K ip

p 5 3

T G F -B M ycP ro te na

s e c ue s tra -d o ra

d e p 2 7

Fig. 9- 15. Cadena de Inhibidores del Ciclo Celular Al parecer modula o inhibe la fosforilacin de pRB por este complejo. Por lo tanto cuando p16 sufre mutaciones o deleciones, el complejo se hace activo y pRB es fosforilado totalmente, liberando sin control a los factores de transcripcin E2B pasando por el punto de restriccin antes del lmite G1/S. En algunos tipos de cnceres al pulmn, el 20% ha perdido la funcin de p16 y el 80% ha perdido la funcin de pRB. Volver al inicio b) Familia de inhibidores incluye a los tipo CIP/ KIP. Se encuentran constituidos por las protenas p21 (Cip 1), p27 (Kip1) y p57 (Kip2), que pueden bloquear directamente la accin fosforiladora del Complejo Ciclina E CDK2 en la fase G1 tarda para que la clula no pase a S. Tambin son capaces de unirse, pero en menor grado a los complejos Ciclinas D-CDK4,6. Factor KIP1 o protena p27 y Kip2 o p57, permanecen altas durante Go y caen en respuesta a la estimulacin mitognica. La protena p27 se une al complejo CiclinaD-CDK4,6 bloqueando la entrada a la fase S y tambin a los complejos Ciclina E-CDK2 y Ciclina A-CDK2 , (Tabla 4 15). Factor WAF1 ( wild type fragment 1), es la protena p21 (Cip1). Es producida cuando la protena p53 aumenta su nivel despus para detectar dao al DNA. La p53 se une a la


762

regin regulatoria del gen de la protena p21, conocido como CIP1 y hace expresar a este gen su protena inhibidora que acta sobre el complejo CiclinaD-CDK4,6. Este hecho inhibe la fosforilacin de pRB, que no llega a soltar a los E2F, que a su vez continuarn inhibiendo la expresin de los genes. p21 es capaz de unirse a ambos complejos Ciclina D1-CDK4 y Ciclina D2-CDK4, adems de los otros complejos Ciclina E- CDK y Ciclina A-CDK. TABLA 4 15

Induccin por: Familia de inhibidores CDKIs

Sistemas Blanco

Senescencia p16 (INK 4) Ciclina D/CDK 4 ,6

TGF- (Tumor Growth Factor)

p15 (INK 4b)

Senescencia, diferenciacin

p18 (INK 4c)

Diferenciacin p19 (INK 4d) Dao al DNA, diferenciacin y senescencia

p21 (Cip/Kip) Ciclina D /CDK 4,6 Ciclina E /CDK2, Ciclina A /CDK2 Ciclina B/ CDK1

TGF- p27(Cip/Kip) Diferenciacin p57(Cip/Kip)

Volver al inicio 9) OTROS MODULADORES a) Factor MDM2 Este es la enzima E3 del sistema de unin de Ubiquitina a el factor p53. Su gen es a su vez controlado por p53 y su funcin es regular la actividad de p53, ya que al unirse a p53 inhibe o detiene el exceso de este en la Apoptosis, tambin impide que p53 detenga al Ciclo Celular en el punto de restriccin G1/S. Es incluso capaz de marcar para la degradacin por proteasas a p53. Su nivel se reduce cuando se une a p19, ya que este ltimo promueve la degradacin de MDM2. La protena p19 es una protena supresora de MDM2 que a su vez es antagonista a p53. Volver al inicio b) CDC 25 A, B y C Esta es una familia de fosfatasas de aproximadamente 500 aminocidos que muestran su homologa hacia el lado Ct. Son especialistas en remover fosfatos de las Tirosinas de los Complejos Ciclina-CDKs, especialmente en el Complejo Ciclina B-CDK1(Cdc2) en el punto de transicin G2/M. CDC25 aparece en clulas que estn proliferando y conduce a las clulas a las fases S y M. Esta familia de fosfatasas puede ser a su vez fosforilada. Volver al inicio


763

c) COMPLEJOS LIGANTES DE UBIQUITINA APC Y SCF.

Unir Ubiquitina a un sustrato requiere de tres enzimas E1 por activadora, E2 por conjugadora y E3 por ligadora de la misma Ubiquitina. El progreso por el Ciclo Celular requiere de la actividad de varios Complejos cuya actividad consiste en reconocer sustratos ( Ciclinas y CDKis) y ligarles Ubiquitina para que sean reconocidos por el Proteosoma que los procede a hidrolizar. De esta manera se queman las distintas etapas y no se repiten nuevamente.

Fig 10 15. El Complejo APC marca a Securina (mantiene cromosomas juntos) y Ciclina B para se destruccin permitiendo a la Mitosis continuar con su rutina normal. El Complejo APC (fig. 10 15) o Anaphase Promoting Complex , es necesario para salir de la mitosis, ya que interviene en la degradacin de complejos fosforilados de Ciclina B/ CDKs en la fase M junto a Securina, que mantiene a los cromosomas unidos. La destruccin de Securina mantiene la euploida o nmero normal de cromosomas y la degradacin de las Ciclinas B confiere estabilidad al material gentico a la salida de la Mitosis (fig. 10 15). APC es activado por las molculas denominadas Cdc20 y Hct1. Cdc20, es la subunidad activadora de APC, se une en Metafase y Anafase. Posterior a su efecto viene la accin de las enzimas E1 y E2 ms la unin de la Ubiquitina. Por otro lado Hct1 o Cdh1 (relacionado a Cdc20), mantiene activo a APC despus de Anafase y a travs de G1. El otro Complejo, es denominado SCF (fig. 11 -15) por Scaffold proteins y es necesario para alcanzar la fase S. Interviene como SCFSkp1 y se encuentra formado por la unin de las protenas Skp1,Cullin (como parte de E3-ligasa) y la protena FBP denominada F-box por su dominio de 40 aminocidos necesario para la especificidad. Otra protena de este complejo es la Roc1. Existe, un Complejo homlogo al primero y es el Skp2-Cullin-F-box que es denominado SCFSkp2 . SCF es capaz de inducir la formacin de una cadena de mltiples unidades de Ubiquitina en los CDKIs: p21 y p27, que son los inhibidores de los complejos Ciclina/ CDKs que una vez destruidos, permiten el paso a la fase S. Los CDKIs (p21 , p27) se fosforilan primero mediante una kinasa para ser posteriormente reconocidos por las actividades

DEGRADACIN DEPENDIENTE DE APC

Separacin Salida de los Cromosomas de la Mitosis

METAFASE ANAFASE CITOKINESIS

SECURINA SECURINA Ciclina B Ciclina B Ciclina B Ciclina B Ubi

UbiUbi

Ubi Ubi

Ubi


764

enzimticas del complejo SCF, como son E1, E2 y E3 que junto a la unin de varias unidades de Ubiquitina forman una cola bifurcada que finalmente es reconocida por el Proteosoma y es degradada. En la fase S, este mismo sistema degrada al complejo Ciclina A-CDK, reconocido por el motivo F-box de la protena FBP. Es tambin posible que SCF intervenga en la degradacin de las Ciclinas D y E.

Fig. 11 15. Protenas o subunidades que forman el Complejo SCF Volver al inicio 10) CICLO CELULAR

Despus de analizar los mecanismos individuales involucrados en el control del Ciclo Celular es necesario entrar a observar en que orden se integran y el grado de complejidad que alcanzan al reunirse todos estos mecanismos en un proceso delicado. La clula tiene la capacidad para multiplicarse, permanecer en reposo o diferenciarse y cualquiera de las elecciones que tome depender del control que exista en el paso Go/G1. En reposo la clula normal recibe una sinfona de seales tanto del tipo estimuladoras como inhibitorias y el camino que decida tomar depender del balance o imbalance entre ambas seales. A lo largo de todo el Ciclo (Fig. 12 15), se observa la aparicin y desaparicin de las Ciclinas junto a la actividad fosforilante de los distintos complejos Ciclina CDKs, acompaada por la actividad contraria o defosforilante de las fosfatasas Cdcs, junto a la regulacin en la transcripcin de nuevos factores y el control de su actividad por medio de protelisis, llevada a cabo por los sistemas APC y SCF. Otra de las formas de regulacin incluye el secuestro de factores por MDM2 y 14-3-3, junto al efecto de inhibidores del tipo Cip/Kip e INK. En general, las Ciclinas D y E aparecen en la fase G1,

FBP

Cull 1

UbiE2

Roc1

Skp1

Sustrato

E3


765

las Ciclinas E y A aparecen durante la fase S del Ciclo (replicacin del DNA) y las Ciclinas A y B durante las fases G2 y M (Mitosis).

Fig. 12 -15. Complejos Ciclina/ CDK activan las distintas partes del Ciclo celular El Ciclo se inicia normalmente por medio de los factores de crecimiento o mitgenos, que actan sobre la clula en reposo o la etapa Go e inducen la aparicin de las Ciclinas tipo D en G1 (Ciclinas G1: D y E), representadas por la familia D1, D2 y D3, etc. (Fig. 12 15). En algunas ocasiones puede ocurrir que la Ciclina D1 se sobre-exprese anormalmente, como resultado de una amplificacin gnica o una translocacin accidental y que junto a la enzima CDK4, que es donde ejerce su accin activadora, se dispare fuera de control. De esta forma se sacara a la clula de la etapa Go y se la llevara a la transformacin inducida. En ambos casos normal y alterado, las Ciclinas de la familia D se asocian a las Kinasas CDK4 y 6 para formar el Complejo Ciclina CDK4,6 y hacer entrar a la clula al Ciclo (Figs. 13 15). A continuacin se observa que para activar a este complejo se necesita del concurso de CAK o Kinasa Activadora de CDKs. Esta es una familia de enzimas fosforiladoras. La fosforilacin se lleva a cabo en la Thr 160 con lo cual el complejo Ciclina D-CDK 4,6 Thr 160-P se encuentra activado. Por otro lado existe tambin una familia de protenas defosforiladoras o Fosfatasas, Cdc25 A, B y C que pueden desactivar y cada una de ellas tiene una distinta afinidad por los Complejos Ciclina/CDKs. Continuando con el Ciclo, una vez fosforilado el complejo Ciclina D-CDK 4,6 Thr 160-P entra al ncleo y fosforila a su vez a las protenas de la familia pRB, p107 y p130 (fig. 14 -15). Estas ltimas se encuentran inhibiendo la transcripcin de los genes encargados de preparar a la clula para la entrada al Ciclo Celular (paso Go/G1) o para pasar el punto de Control antes del lmite G1/S. Como consecuencia de lo anterior se fosforila progresivamente pRB, que se suelta del complejo inhibidor pRB-E2F-DP- DNA (DP, por

G1

S G2

M

Ciclinas D CDK4

CDK 2 Ciclinas A

CDK 2

Ciclinas A

CDK 1

Ciclinas DCDK 6

Ciclinas B CDK 1

Ciclina tipo E se asocia a CDK2 y regula el

progreso de G1 a S. Se inducen por Ciclina D y refuerzan esta accin

Ciclina tipo A se une a CDK2 y se requieren durante fase S para

promover paso de G2 a M con CDK1

Mitosis regulada por unin de Ciclina tipo B

Ciclina tipo D se unen a CDK4 y CDK6.

Actividad esencial para entrar a G1

Ciclinas E

Go

1

2

3

4


766

DNA Binding Protein, es una protena relacionada con los E2Fs) y se expresan sucesivamente los genes de las Ciclinas E, A y B, ms los genes de la fase S, G1 y M junto a la enzima Dihidroflico Reductasa y Timidina Kinasa (Figs. 13 15). Los genes son activados en forma trans, es decir se activan tanto el alelo paterno como el materno por el complejo E2F-DP- DNA.

Ciclina E

CDK 2

Ciclina ECAK

E2F E2F Activacin de Genes de las Ciclinas E, A y B

ms genes de las fases S, G2 y M junto a DHFR y TK

pRB CDK4,6

CDK 2

Ciclina D

CDK4,6

pRB

E2F E2F

Ciclina DCAK

E2F E2F

P

pRB Fosforilacin Fosforilacin

Fosforilacin por CAK

Fosforilacin por CAK

P P

P PP

P

Fig. 13 15. Activacin por Fosforilacin de complejos Ciclina/CDK por CAK y control del Complejo pRB - E2F- DNA mediante fosforilacin en G1. Efecto de la Ciclina D y posterior refuerzo de la Ciclina E para fosforilar a pRB. E2F queda libre e inicia la transcripcin (DHFR : Dihidrofolato Reductasa) y (TK :Timidina Kinasa). Luego, para que la clula pase de G1 a S, las Ciclinas G1 de la familia D deben experimentar protelisis, dejando de esta manera lugar a las Ciclinas E y A. Estas ltimas han sido recin sintetizadas por los genes expresados por el mecanismo de la fase anterior o G1. Al mismo tiempo se fosforilan los CDKIs, que podran inhibir el Ciclo, por lo que son hidrolizados y destruidos por los sistemas Ubiquitina/ Proteosoma 26S. De esta forma se deja libre de influencias a los nuevos complejos Ciclina/CDKs para continuar.


767

CICLINAS D1, D2, D3

pRB p107 p130 E2F 4,2,3

E2F 4,5

DP

E2F 4,5

DP DP

CDK 4, 6 CDK 4, 6

CICLINAS D1, D2, D3

CDK 4, 6

CICLINAS D1, D2, D3

pRB p107 p130

E2F 4,2,3,

E2F 4,5

E2F 4,5

DP DP DP

GENES REPRIMIDOS

GENES DES-REPRIMIDOS

p53

p21 p27

Apoptosis Dao al DNA

Ataxia Telangiactasia

DHFR -TK -TS - POL - CDC2 - E2F1 Ciclina E, A - p107 - E2F 1,2

TGF-

Genes que permiten pasar control G1/S

Fosforilacin por CDK4,6 de la familia pRB

Familia INK4 p15,p16,p18,p19

DNA DNA

DNA DNA

P

P P

PP

P

P P

P

Fig. 14-15. Activacin e inhibicin de pRB, p107 y p130. Se expresan enzimas para la sntesis de DNA y las Ciclinas de la fase S y los CDKs correspondientes que se mantienen latentes por accin de los CDKis. (DHFR : Dihidroflico Reductasa. TK: Timidina Kinasa, TS Timidina Sintasa) Por su parte la Ciclina E (figs. 13 15), aumenta y disminuye rpidamente en el lmite G1/S y en su periodo ascendente se asocia a la Kinasa CDK2 acelerando la fosforilacin de la familia pRB, previa fosforilacin de la Thr 160 del complejo Ciclina E- CDK2 por CAK. Su efecto contribuye a liberar ms factores E2F, para que estos pasen a actuar de forma trans sobre sus respectivos genes. Por otro lado, el complejo Ciclina E -CDK2 es tambin capaz de actuar por retroalimentacin positiva, es decir estimula su propia sntesis.


768

Ms adelante en el Ciclo, la Ciclina A (figs. 14,15 15) se expresa despus de la Ciclina E, entre la lnea divisoria de la etapa G1 y S. La Ciclina A se hace importante para esta transicin, al asociarse a CDK2 en la fase S y an con CDC2 (CDK1) en la fase tarda de S y en el inicio de G2 (fig. 9 15). Posteriormente baja su concentracin en la fase M. Al parecer se encuentra relacionada con el paso por el punto de control G2/M, donde se comprueba la normalidad del huso mittico antes de poder continuar.

Ciclina B

CDK 1

Ciclina A

E2F

pRB

CDK 1

Ciclina A

E2F

E2F

Ciclina D1

DP1

E2F

pRB

Ciclina D2 Ciclina D3

Ciclina E

CDK4,6 CDK4,6 CDK4,6

Ciclina H

CDK7

CDK 1

Ciclina A

P18 P15 P19 P21 P16

CDK2

P27 P21

P27 P21

E2FpRB

pRB

E2F p107

CDC25A

CDC25

pRB

CDK 1

p107

pRB

CDK2 Ciclina A

G1

G2

M

S CDC25A

p

P

P

P P

P

P

P

P

P

P

P

P

P P

P P

Fig 15 15. Control del Ciclo Celular en todas sus fases G1, S, G2 y M. En la fase S participan las Ciclinas E y A (fig. 15 -15), el complejo Ciclina A CDK2 es a su vez fosforilado y mantenido inactivo por el otro complejo CAK o Ciclina H-CDK7. Posteriormente, Cdc 25A defosforila al complejo Ciclina A-CDK2, el cual pasa ahora a fosforilar al complejo RB- E2F, donde RB se libera ya fosforilado y deja libre a E2F que junto a DP1, permiten la expresin de nuevos genes. En esta fase los Complejos Ciclina/CDKs fosforilan los sitios regulatorios de las protenas que formarn los sitios de


769

Pre-replicacin del DNA, cuyo ensamblaje original ocurri en G1. El evitar el ensamblaje de nuevos complejos asegura que no exista ms de una replicacin por sitio. Durante la fase S otros complejos Ciclina-CDK se forman, pero son mantenidos inactivos por su fosforilacin en sitios inhibitorios, especialmente por Wee1. Volver al inicio 11) REPLICACIN EN LA FASE S La replicacin del DNA tienen lugar en la fase S y depende de la asociacin de una serie de protenas en distintos lugares de cada cromosoma. Estos sitios de unin en el DNA se denominan orgenes de replicacin (RO) y poseen una secuencia especial. A ellos se une el complejo proteico de reconocimiento del origen (ORC), que provee de un sitio o plataforma al cual se pueden unir factores adicionales. Este proceso es capaz de provocar la separacin de la doble hebra, para recibir an nuevos factores destinados a la replicacin. La presencia de los factores que constituyen el ORC o complejo de replicacin depende a su vez de la actividad presentada por el factor E2F. Este es liberado por la accin de las Ciclinas A-CDK2 y Ciclina E -CDK2 (fig. 16 - 15). El complejo de replicacin a su vez, presenta dos estados:

P ORC

P

Geminina Cdt1 Cdt1

Degradacin y exportacin

ORC

ORC ORC

Al Citoplasma

MCM2-7

cdc6 licencia activada por fosforilacin P

MCM2-7

G1

adquisicin de la licencia

pre-RC

cdk Enzimas hcdc7 Fosforiladoras disparan la iniciacin

Horquilla de Replicacin

cdc6

G2

S

M

cdc 45

P

P

P

cdc6ORC

P

P Cdt1

P

Degaradacin de Geminina

post-RC

Defos- forilacin

ORC

G1/S

Cdt1

Fig. 16 15. Activacin de la maquinaria de replicacin en los ORC. a) uno que se denomina pre-replicativo (pre-RC) y parte en la fase de Mitosis tarda o inicio de G1. En aquellos sitios del DNA donde se origina la replicacin (fig. 13 - 15), el ORC permanece asociado durante todo el Ciclo Celular y una vez que la clula ha completado la Mitosis, aparecen los factores para adquirir licencia para replicar. Estos ltimos son los llamados Cdc6 y Cdt1, ambos se integran a la cromatina en el ORC y a su vez permiten la entrada del factor MCM 2-7 (por mini chromosome maintenance).


770

Este es supuestamente una helicasa de replicacin, cuyo montaje en el complejo es evitado por una protena denominada Geminina, que acta como regulador negativo. Por lo tanto es necesario que la Geminina, se encuentre degradada para que se monte el complejo, lo que ocurre en la fase de Mitosis tarda e inicio de G1. b) el otro estado es post- replicativo (post-RC), que existe desde el inicio de la etapa S y termina en la etapa final M. A continuacin de esta etapa aparecen dos Kinasas a la vez, denominadas cdk y HsDbf4 (hcdc7 o cdc7) que se requieren para activar la licencia de los Orgenes de Replicacin. La actividad de las Kinasas provoca fosforilacin de Cdc45 que se une al complejo MCM2-7 fosforilado ORC- Cromatina, lo que es seguido por el desenrrollamiento de los sitios de inicio de la replicacin. Posteriormente, protenas de la replicacin controladas por E2F, como lo son RPA, DNA Polimerasa y se integran al sitio de replicacin. Est claro que solo el aumento de las Kinasas cdk y hsDbf4 (hcdc7) en G1/S, dispara la iniciacin y replicacin del DNA, pasando luego a la etapa post-RC, donde se genera nuevamente este complejo, pero solo hacia la etapa final de la mitosis. Las protenas MCM se mueven lejos del origen desenrollando el DNA y el ensamblaje posterior de complejos pre-replicativos es bloqueado por actividad de CDK. Esta kinasa activa la replicacin y evita re-iniciacin en la fase S. De esta manera todo el DNA se replica tan solo una vez. La replicacin depende entonces de los factores cdt1 y cdc6. La ausencia de estos factores en y durante el final de la etapa S, evita el adquirir nuevamente la licencia de replicacin por los Replicones. Ambos factores no aparecen hasta despus de la Mitosis, asegurando que la replicacin sea de tan solo una vez por ciclo. Por otro lado los cromosomas mitticos no inician la replicacin del DNA hasta que no se monten totalmente los complejos ORC y se adquiera la licencia. Map2 es el mecanismo que evita el licenciamiento en esta etapa. La fosforilacin inhibitoria de ORC y MCM2 por kinasas mitticas, les evita interactuar entre ellos y otras subunidades para formar el complejo de replicacin junto al reclutamiento de otros factores junto a ORC/MCM/DNA Por otro lado, el paso desde la etapa G2 a M se encuentra controlado por la Fosfatasa Cdc25 que acta sobre el complejo fosforilado Ciclina B/ Cdc2 (fig. 17 15). Este complejo controla el arreglo de los microtbulos durante la Mitosis y se forma al unirse la Ciclina B con la subunidad Kinsica Cdc2. Una vez formado se fosforila por los compuestos Myt, Wee y CAK (fig. 17 15), sin embargo el complejo permanece inactivo y solo se activa por la defosforilacin de Tyr 15 por medio de la fosfatasa Cdc25. Una vez que el complejo se encuentra activo fosforila al complejo de la protena Rb E2F- gen, quedando E2F libre de unirse con DP1 al DNA para iniciar la transcripcin de los genes involucrados en la fase M, como son los genes encargados de la formacin de los microtbulos del huso mittico, la condensacin de la cromatina y ruptura de la membrana nuclear. La Ciclina B se degrada cuando las clulas entran en la Anafase. En la misma fase M fase actan los complejos de Ciclina Mittica (Ciclinas A y B) / CDKs, que sufren defosforilacin de los sitios inhibitorios. Por otro lado las actividades de la Ciclina A-CDK2 y Ciclina E CDK2 son esenciales para el inicio y completacin de la replicacin del DNA, adems aseguran de que este evento ocurra tan solo una vez por


771

Ciclina B Ciclina B

CAK (Thr 161)

CDC2

T14 Y15 T161

CDC2

T14 Y15 T161

Ciclina B CDC2

T14 Y15 T161

Cdc 25 Complejo inactivo

Complejo activo que

promueve el ensamble del

Huso mitotico, condensacin

de la cromatina y ruptura de la

membrana nuclear

P PP

Myt (Thr14)

Wee 1 (Tyr 15)

Ciclina B CDC2

T14 Y15 T161

Ub

CDC2 Ciclina B

P

P

CACAK+ Ub APC

Fig. 17 15. Activacin del Complejo Ciclina B-CDC2 mediante fosforilacin y defosforilacin especfica. APC es el complejo que une o liga la Ubiquitina a la Ciclina B. Ciclo. Ambos complejos, al fosforilar a la protena RB dejan libre la capacidad para aumentar la transcripcin de histonas y otros genes relacionados con la replicacin.

TABLA 5 15

CUADRO RESUMEN DEL CICLO CELULAR

ACTIVACIN DEL CICLO FASE DEL CICLO Complejo Ciclina D-Cdk4,6 Reprimen a pRB por fosforilacin y se produce la

liberacin de E2F para iniciar transcripcin y paso por G1

Complejo Ciclina E Cdk2 Inicio de fase S Ciclina A se une tambin a Cdk2 Preparacin para la Mitosis

Complejo Ciclina B-Cdc2 (Cdk1), a este complejo se le llama tambin promotor de

fase Mittica o MPF

Inicio de Mitosis

CONTROL DEL CICLO MECANISMO Activacin de CDKs Unin a Ciclinas Fosforilacin por CAK o Ciclina H

- Cdk7 Inhibicin de CDKs Control sobre E2F

Transcripcin Protelisis por sistemas SCF o APC

Localizacin ncleo o citoplasma Fosforilacin

La Ciclina B que regula la entrada a la fase M, aumenta desde la fase S alcanzando un mximo en el punto de control G2/M y se asocia con CDK1 y CDC2. Ambas Ciclinas A y B mantienen a la familia pRB fosforilada al mximo hasta que la clula completa la mitosis y reentra a G1 o pasa a Go. En la figura 17-15, CAK es el complejo fosforilante formado


772

por Ciclina H - CDK7 - MAT1 (por Menage A Trois o factor ensamblador) y promueve una respuesta transcripcional que se le compara a la producida por el factor de transcripcin TFIIH y a otros ms de la misma familia como TFIIE y TFIIF. A continuacin (Tabla 5 15), se puede observar la vigencia de los distintos complejos activadores junto a los inhibidores presentes durante las diferentes fases del Ciclo Celular. Volver al inicio 12) PUNTOS DE CONTROL DEL CICLO CELULAR a) PRIMERO G1 / S (Dao al DNA) A medida que la clula se prepara para replicar su DNA en la fase S y crecer en G2 para luego dividirse en dos celulas hijas en la fase M, aparecen ciertos Puntos de Control (fig. 18 -15). Estos permiten asegurar la sincronizacin y la secuencia de las transiciones. De esta manera, se pretende mantener la alta fidelidad durante la replicacin del DNA. Sin la presencia de los puntos de control, se producira una inestabilidad genmica conducente al cncer. Por lo tanto, los genes que intervienen en este proceso son altamente conservados en las distintas especies. Todos es tos puntos de control vigilan el correcto desempeo secuencial de los mecanismos que rigen el Ciclo Celular. El punto G1/S se relaciona con la partida del Ciclo Celular, mientras que S depende del dao que haya sufrido el DNA. G2/M depende de que la replicacin sea completa y que el DNA no halla sufrido daos. A su vez activa al

Control del dao en el DNA o dao Genotxico en G1/S

Control de la replicacin del DNA

G1 S G2 M

CENTROSOMAS

Control de la formacin del huso

G2/M

Fig. 18 15. Distintos puntos de control para la replicacin del DNA. Complejo Promotor de la Anafase o APC (Anaphase Promotor Complex) para el paso por la Mitosis desencadenando la destrucccin de muchas protenas mediante el mecanismo de Poliubiquitinacin y Proteosoma. El Ciclo se detiene si la clula no esta preparada para la replicacin del DNA en G1/S o su divisin en G2/M. Primer Sitio de Control G1/S (VA DEL ATM / ATR / CHK2(CHK1)-p53 / MDM2- p21)


773

Fig.19-15. Pasos a seguir despus del dao al DNA

Fig. 20 15. El Complejo ATM/ATR tiene una va rpida y otra lenta . Los sensores de las alteraciones y/o lesiones que sufre el DNA traspasan esta informacin a dos enzimas denominadas ATM y ATR. ATM es el gen que codifica para

ATM / ATR

Ciclina E

CDK2 RB

E2F

Ciclina

CDK

Chk1/2

Cdc25A

P53

P21

RB

E2F

P P P P

P

Ciclina E

CDK2

Cdc25C

Cdc25A

P P P

P P

P P

Ubiquitina

P

Dao al DNA o estrs genotxico

Inh. de Ciclina E, promotora de paso G1/S(inh. sint. DNA).

Detencin del Ciclo en G1. No hay transicin a S por solo algunas

horas a menos que el paso lento de p53 contine apoyando

Inhibicin de la Sntesis de Ciclina D-

CDK4, Ciclina E - CDK2 y Ciclina

A-CDK2

Destruccin por Proteosoma 26S

No se activa

P21 se une a los complejos

Ciclina/CDK para disminuir la

fosforilacin de RB

MDM2 MDM2 es una ligasa de Ubiquitina y su

presencia mantiene los niveles de P53

bajos. En este caso es inh. por fosforilacin y

p53 aumenta

Cdc25A es una Fosfatasa que activa las Kinasas del Ciclo Celular. En este caso se marca por fosforilacin para su unin a Ubiquitina y posterior destruccin por el Proteosoma 26S

Va lenta Va rpida

Ser 15

DAO

AL DNA MODULACIN EN EL DESTINO DE LA

CLULA

INHIBICIN DE LA HORQUILLA DE REPLICACIN

ACTIVACION DE LOS ATM

RELOCALIZACIN DE LOS

ATR

Inh. complejo Ciclina-CDKs , Reparacin del

DNA, Remodelacin de

la Cromatina

Inestabilidad Genmica y

CNCER

Apoptosis

Hctor Rocha L. Ciclo Celular

o capitulo 14 vinc segunda edicion

Documents