Ciclo Celular y Regulación: Puntos de Control y Cáncer

Introducción al Ciclo Celular

Tema 10 Ciclo Celular y Regulación Dra. Ana M. Jiménez-García ajimenezga@nebrija.es UNIVERSIDAD NEBRIJA1. Introducción · El ciclo celular es el conjunto de eventos que permiten a una célula crecer, duplicar su ADN y dividirse en dos células hijas. · Este proceso es fundamental para el desarrollo embrionario, el mantenimiento de los tejidos y la renovación celular. Su correcta regulación garantiza que la división ocurra de forma ordenada y controlada. · Cualquier alteración en este equilibrio puede llevar a una proliferación descontrolada, como ocurre en el cáncer.

La célula duplica su tamaño y aumenta la cantidad de organelas, enzimas y otras moléculas Fase G El citoplasma se divide Citocinesis V Se separan los dos juegos de cromosomas Mitosis División celular Interfase Fase S Duplicación del DNA y proteínas asociadas; existen ahora dos copias de la información genética de la célula Fase G Las estructuras necesarias para la división empiezan a montarse; los cromosomas empiezan a condensarse UNIVERSIDAD NEBRIJA

Fases del Ciclo Celular

2. Fases del Ciclo Celular . El ciclo celular es el conjunto de eventos ordenados y regulados que conducen al crecimiento de una célula, la replicación de su ADN y su división en dos células hijas. Es fundamental para el desarrollo, mantenimiento y renovación de los tejidos en organismos multicelulares. · Este ciclo se divide en dos grandes etapas:

1. Interfase: la célula crece, realiza sus funciones y replica su material genético.
2. Fase M (mitosis): la célula se divide. Dentro de la interfase se distinguen tres subfases principales: - Fase G1 (Gap 1): la célula crece, sintetiza proteínas y se prepara para la replicación del ADN. - Fase S (Síntesis): se replica el ADN, duplicando el material genético. - Fase G2 (Gap 2): la célula sigue creciendo y realiza los últimos preparativos para la mitosis.

. Finalmente, en la fase M se produce la división nuclear (mitosis) y la citoplasmática (citocinesis), dando lugar a dos células hijas genéticamente idénticas. . Este proceso está cuidadosamente regulado por puntos de control que aseguran que todo ocurra de forma correcta y segura, evitando errores que podrían conducir a enfermedades como el cancer.

Fase G1 Período de crecimiento general Fase GO Inicio del Ciclo Citocinesis Fase M Mitosis DIVISIÓN CELULAR CICLO CELULAR INTERFASE Fase S Ocurre la Síntesis de ADN. Los cromosomas se replican. Fase G2 Continúa el crecimiento. La célula se prepara para la división. PREZI UNIVERSIDAD NEBRIJA

Fases Secuenciales del Ciclo Celular

2. Fases del Ciclo Celular El ciclo celular se divide en cuatro fases secuenciales, cada una con funciones específicas para asegurar la correcta replicación y división celular:

• G1 (Gap 1): - Fase de crecimiento celular y preparación para la replicación. - Se sintetizan proteínas y organelos. - Es un punto de decisión: la célula puede continuar hacia la fase S o entrar en estado quiescente (GO) si no está lista para dividirse.
• Fase S (Síntesis): · Ocurre la replicación del ADN. · Como resultado, cada cromosoma pasa de tener una cromátida a tener dos cromátidas hermanas unidas por el centromero.
• G2 (Gap 2): - Segunda fase de crecimiento y control de calidad. - Revisión del ADN duplicado. - Preparación para la mitosis.
• M (Mitosis): - División del núcleo (cariocinesis) seguida por la división del citoplasma (citocinesis). - Genera dos células hijas genéticamente idénticas. UNIVERSIDAD NEBRIJA

Fase G0 del Ciclo Celular

2. Fases del Ciclo Celular ¿Qué es la fase G0 del ciclo celular? · La fase GO es un estado de reposo o quiescencia en el que una célula sale temporal o permanentemente del ciclo celular. Durante esta etapa, la célula no se divide ni se prepara para hacerlo. · Características principales: - La célula mantiene su función especializada, pero detiene su proliferación. - No replica ADN ni avanza a la fase S. - Puede ser una fase reversible o irreversible, dependiendo del tipo celular. · Tipos de salida a GO: - Temporal (reversible): Algunas células, como los linfocitos o las células hepáticas (hepatocitos), pueden entrar en GO y luego reingresar al ciclo celular si reciben señales adecuadas (por ejemplo, factores de crecimiento o daño tisular). - Permanente (irreversible): Otras células, como las neuronas o miocitos cardíacos, se diferencian de forma terminal y entran en GO de manera definitiva. Estas células ya no vuelven a dividirse. Las neuronas maduras del sistema nervioso central permanecen en GO de forma indefinida, lo que explica por que la regeneración neuronal es limitada en el cerebro adulto.

4n 2n 4n G2 2n S 2 2n 2r GO UNIVERSIDAD NEBRIJA

Fase G1 (Gap 1)

2. Fases del Ciclo Celular Fase G1 (Gap 1) · Características: - Duración variable (puede durar horas o días). - La célula crece activamente, aumenta su tamaño, y sintetiza ARN, proteínas estructurales y enzimas necesarias para la fase S. - Se inicia la duplicación de organelos. - Aparecen señales extracelulares (factores de crecimiento) que activan rutas de señalización como MAPK y PI3K/AKT, que promueven la progresión hacia S. · En este punto la célula decide si: - Continúa hacia la fase S. - Entra en GO (estado quiescente) -> reversible. - Se diferencia terminalmente -> irreversible (como neuronas o miocitos). Alteraciones en esta fase pueden permitir entrada en el ciclo sin estímulo adecuado -> inicio de proliferación tumoral.

célula en interfase citoplasma fase G, núcleo replicación cromosómica (fase S) fase G2 MITOSIS profase, prometafase, metafase, anafase, telofase fase M CITOCINESIS fase G, dos células en interfase UNIVERSIDAD NEBRIJA

Fase S (Síntesis de ADN)

2. Fases del Ciclo Celular Fase S (Síntesis de ADN) Durante la fase S se produce la replicación del ADN nuclear, lo que permite duplicar el material genético en preparación para la división celular. · Características principales: - Cada cromosoma pasa de tener una cromátida a tener dos cromatidas hermanas unidas por el centromero. - Es un proceso de altísima precisión, ya que cualquier error durante la replicación puede dar lugar a mutaciones. - Se sintetizan histonas y otras proteínas nucleares necesarias para empaquetar el nuevo ADN en cromatina. - Comienza la duplicación del centrosoma, una estructura clave para la formación del huso mitótico, que organizará los cromosomas en la mitosis (fase M). Durante esta fase actúan mecanismos de revisión y reparación del ADN. Mutaciones en genes que reparan el ADN, como BRCA1 y BRCA2, pueden provocar inestabilidad genómica y aumentar el riesgo de cáncer, especialmente de mama y ovario.

célula en interfase citoplasma fase G, núcleo replicación cromosómica (fase S) fase G2 MITOSIS profase, prometafase, metafase, anafase, telofase fase M CITOCINESIS fase G, dos células en interfase UNIVERSIDAD NEBRIJA

Fase G2 (Gap 2)

2. Fases del Ciclo Celular Fase G2 (Gap 2) La fase G2 es la última etapa de la interfase y representa una segunda fase de crecimiento, centrada en la preparacion final para la mitosis. · Características principales: - La célula acumula energía (ATP), proteínas y otros elementos esenciales para llevar a cabo la división. - Se completa la síntesis de organelos y estructuras necesarias, como los microtúbulos que formaran el huso mitótico. - Se realiza un control de calidad del ADN replicado: Si se detectan errores, se activa una parada del ciclo celular para permitir su reparación. Este control es crucial para prevenir la transmisión de mutaciones a las células hijas. · Preparación del huso mitótico: Comienza la reorganización de los microtúbulos del citoesqueleto para formar el huso mitotico, estructura encargada de separar los cromosomas durante la mitosis. · Activación del MPF (Factor Promotor de Maduración): - Se inicia la activación del complejo CDK1-Ciclina B, también conocido como MPF. - Este complejo es el principal regulador que permite la entrada en mitosis. - Solo se activa completamente si no se detecta daño en el ADN. Su activación marca el paso de G2 a la fase M.

Ciclo de expresión de la ciclina Concentración ciclina G1/S ciclina S ciclina M ciclina G1 Fase G1 Fase S Fase G2 Fase M UNIVERSIDAD NEBRIJA

Fase M (Mitosis y Citocinesis)

2. Fases del Ciclo Celular Fase M (Mitosis y Citocinesis) . La fase M es el momento en el que la célula se divide en dos células hijas genéticamente idénticas. Incluye dos procesos fundamentales: · Mitosis: división del núcleo. · Citocinesis: división del citoplasma. · Mitosis. Se divide clásicamente en cinco subfases consecutivas:

1. Profase 1. La cromatina se condensa en cromosomas visibles (cada uno con dos cromatidas hermanas). 2. Los centrosomas se separan y migran hacia los polos opuestos de la célula. 3. Comienza a organizarse el huso mitótico.
2. Prometafase 1. Se produce la desintegración de la envoltura nuclear (MPF). 2. Los microtúbulos del huso se unen a los cinetocoros, estructuras situadas en los centromeros de los cromosomas.
3. Metafase 1. Los cromosomas se alinean en el centro de la celula, formando la placa metafásica. 2. Tiene lugar un punto de control clave: se verifica que todos los cinetocoros estén correctamente unidos al huso mitotico.

PROFASE TEMPRANA huso mitótico empieza a formarse > cromosomas comienzan a condensarse -jnucleolo desaparece! PROFASE TARDÍA (PROMETAFASE) envoltura nuclear se descompone cromosomas condensados completamente UNIVERSIDAD NEBRIJA

Subfases de la Mitosis y Citocinesis

2. Fases del Ciclo Celular Fase M (Mitosis y Citocinesis)

1. Anafase 1. Las cromatidas hermanas se separan y migran hacia los polos opuestos. 2. Este proceso está mediado por la activación de separasa y la degradación de cohesina (la proteína que mantenía unidas a las cromatidas).

2. Telofase 1. Los cromosomas llegan a los polos y comienzan a descondensarse. 2. Se reconstituye la envoltura nuclear en cada extremo. 3. Aparece el anillo contráctil de actina y miosina, que iniciará la citocinesis.

· Citocinesis - Proceso de división del citoplasma que finaliza la formación de las dos células hijas. - Depende del citoesqueleto de microfilamentos, especialmente del anillo de actina-miosina, que constriñe la membrana plasmática hasta separarla en dos.

I Telofase Anafase anillo de actina surco de división UNIVERSIDAD NEBRIJA