Trabajo Práctico nº 13 Flashcards
Ciclo Celular y Apoptosis
Ciclo Celular
-Serie ordenada de acontecimientos macromoleculares que le ocurren a la célula mediante el cual duplica el material genético y las organelas preparándose para una futura división celular, por el cual genera 2 células idénticas entre sí e idénticas a la célula que le dio origen.
-Las células hijas una vez formadas pueden entrar en el ciclo para una nueva división.
-Comprende 2 Fases:
o Interfase: fases G1, S y G2
.La célula crece y se prepara para la división celular.
.Se duplica el material celular (incluyendo la duplicación del ADN).
.En fase S se duplica la carga del ADN nuclear, pero el nº de cromosomas y la ploidía no cambia.
-G1: GAP 1 (Intervalo 1), es donde
ocurre el crecimiento celular, incluyendo la síntesis de proteínas, ARNs y organelas y el inicio de la replicación del centrosoma.
-S: síntesis, replicación del ADN y la síntesis de histonas.
-G2: representa GAP 2 (Intervalo 2), empieza
la síntesis de proteínas necesarias para la mitosis y se termina la duplicación del centrosoma.
o Fase M: mitosis y citocinesis.
.La célula se divide en 2 células hijas idénticas entre sí e idénticas a la que le dio origen.
.Agrupa a la mitosis o meiosis (reparto de material genético nuclear) y la citocinesis (división del citoplasma).
Carga de ADN
-La carga de ADN nuclear es el contenido de ADN del núcleo de una célula.
-Se mide en unidades de peso (picogramos; 1pg=10-12 g.).
-Se utiliza una expresión universal (nos independiza del valor de pg de ADN de cada especie).
-Se expresa en valores relativos al contenido de ADN del núcleo de una gameta que se representa con la letra “c”.
-Las gametas presentan un único juego completo de cromosomas: son HAPLOIDES.
Ploidía y carga de ADN
Ploidía: juego de cromosomas.
Carga: cuanto pesa el ADN.
o Gameta:
-Ploidía: Haploide (1 juego de cromosomas simples).
-Carga: 1c (c representa los pg de ADN de una gameta de una especie).
Ejemplo: especie A, 1n= 40 cromosomas, c=100 pg.
o Célula somática en G1:
-Ploidía: diploide (2 juegos de cromosomas simples).
-Carga: 2c. Si peso el ADN de la célula, pesará el doble de lo que pesó el ADN de la gameta.
Ejemplo: En A, 2 cromosomas= 80 cromosomas, 1c: 200 pg.
o Célula somática en G2:
-Ploidía: diploide (2 juegos de cromosomas duplicados).
-Carga: 4c. Si peso el ADN de la célula, pesará el doble que en la célula G1 y 4 veces lo que pesó el de la gameta.
Ejemplo: En A, 2n= 80 cromosomas, 4c= 400 pg.
Clasificación de las células según sus propiedades proliferativas
o Tipo I (Renovables):
-Dentro del ciclo celular durante la vida del organismo.
-Presentan el sistema de control del ciclo celular (SCCC) montado y regulado.
-Ejemplos: células madres pluripotenciales, células madres hematopoyéticas, células epiteliales de epidermis o mucosa gastrointestinal.
o Tipo II (Estables):
-Permanecen en estado quiescente (Go) pero con la posibilidad de retornar al Ciclo celular ante los estímulos mitogénicos adecuados.
-Presentan el SCCC parcialmente desmantelado.
-Ejemplos: linfocitos T y B, fibroblastos del tejido conectivo, hepatocitos, células pancreáticas y de otras glándulas, músculo liso y células endoteliales.
o Tipo III (Estáticas):
-Permanecen fuera del ciclo celular, en un estado de diferenciación terminal (Gtd ).
-Han desmantelado el SCCC.
-Pueden responder a mayores demandas funcionales a través de la hipertrofia.
-Ejemplo: neuronas, miocitos esqueléticos, cardíacos y adipocitos.
Características del Sistema de control
-Son mecanismos especiales que posee la célula para coordinar los procesos de síntesis en el núcleo y en el citoplasma y determinan el inicio y la conclusión de las fases del ciclo celular.
-Aseguran la fidelidad de la división celular de las células.
-Verifica si los procesos en cada fase del ciclo celular han sido completados con precisión antes de progresar a la siguiente fase.
-Cada proceso inicia en el momento
adecuado y dura un tiempo fijo.
-Los procesos deben darse en el orden
correcto.
-Cada proceso se desencadena una única
vez en cada ciclo.
-Interruptores binarios (encendido y
apagado) ponen en marcha los
acontecimientos de forma completa e
irreversible.
-Robustez: el ciclo funciona correctamente aún cuando algunas partes del sistema funcionen mal.
-Adaptabilidad: el ciclo tomará características diferentes según las necesidades de cada tipo celular o a las condiciones ambientales.
Puntos de control del SCCC
o Final de G1: antes de finalizar la fase, en la entrada al ciclo celular y progresión hacia la fase S. Se denomina Punto de arranque o control G1.
o Final de G2: antes de entrar a mitosis, verifica si el entorno es favorable y si el ADN se ha replicado completamente. Se denomina Punto de control G2/M.
o En medio de M: ocurre entre metafase y anafase, con progresión hacia la citocinesis. Controla que todos los cromosomas estén correctamente adheridos al huso mitótico.
Componentes del SCCC
o Complejo Cdk/ciclina: constituido por:
* Serina/treonina quinasa: tiene la capacidad de fosforilar múltiples sustratos pero su actividad fosforilante es dependiente de su asociación con otras proteínas denominadas ciclinas.
* Los niveles proteicos de Cdk durante el ciclo celular son muy constantes.
. Los niveles de las ciclinas no lo son, presentan picos de síntesis creciente seguidos por otros de rápida degradación a lo largo del ciclo.
* Las concentraciones de los complejos Cdk/ciclina activos van a tener momentos precisos a lo largo del ciclo y van a generar acciones muy concretas.
-Principal regulador de la actividad de Cdks: niveles de ciclinas.
-CAKs (Quinasas activadoras de Cdk).
a- Cdk se encuentra inactiva.
b- Parcialmente activa: se une la Cdk y la ciclina formando un dímero. La Cdk sufre un cambio conformacional que expone un dominio en forma de lazo,
C) puede ser fosforilada por la CAK hasta activarla completamente.
-Otras quinasas: Wee1 y fosfatasas: Cdc25
Complejos Cdk/ciclinas
o Actúan en la mayoría de las células y tienen una serie limitada de sustratos (prot Rb):
-Cdk-G1: en “G1 media”. Inicia la transición entre G1 y S . (la transcripción de la ciclina depende de factores mitogénicos).
Actúan en todos los ciclos celulares y tienen una amplio serie de sustratos
Cdk-G1/S: en “G1 tardía”. Es fundamental para superar el punto de restricción (R).
Cdk-S: en “S”. Inicia y mantiene la replicación del ADN.
-Cdk-M: al “final de G2”. Estimula los acontecimientos de las mitosis (antiguamente MPF) (la transcripción de las ciclinas depende de los complejos Cdk ciclina precedentes).
Complejos Ubiquitina Ligasa
-La proteólisis de las ciclinas está mediada por Complejos Ubiquitina Ligasa.
-Complejos SCF (proteínas que lo integran: SKP1-CUL1- F-box). Regula los niveles de ciclinas: ↓G1/S (E) y ↑ ciclina S (A). Permite la activación del complejo Cdk/S y la degradación de ciclinas G1/S (E).
-Complejo promotor de la anafase o ciclosoma (APC/C): regulador de la transición Metafase-Anafase (degrada ciclinas M (B) y S (A). Posee 2 subunidades activadoras, Cdc20 y Cdh1:
-Media la escisión de las Cohesinas.
-Ubiquitiniza ciclinas S (A) y M (B).
1. La escisión de las Cohesinas permite la separación de las cromátides hermanas, que se mantenían unidas en la metafase para separarse en la anafase.
-El complejo (APC/C), ubiquitiniza una proteína llamada segurina, que estaba secuestrando a la enzima que digiere a las cohesinas, llamada separasa, la segurina libera a la separasa y ésta degrada a las cohesinas lo que permite la transición entre la metafase y anafase.
2. Ubiquitiniza ciclinas S (A) y M (B): inactivan los complejos Cdk/S y Cdk/M.
-Al final de la anafase son activas fosfatasas que
desfosforilan sustratos favoreciendo el fin de la mitosis y la citocinesis.
Fase G1 temprana
-No hay activación de CDK.
-Proteínas inhibitorias de CDK activadas (APC/C).
-Frenos del ciclo celular activados / Proteínas RB sin P.
-CKls activas (p27).
-Se empieza a organizar los complejos de pre-replicación en los orígenes de replicación.
- Célula crece.
Factores que estimulan el crecimiento de un órgano u organismo
o Mitógenos: estimulan la división celular, activan Cdk-G1 y eliminan controles intracelulares negativos que bloquean la progresión del ciclo celular.
o Factores de crecimiento: estimulan el crecimiento celular induciendo la síntesis de proteínas y de otras macromoléculas e inhibiendo su degradación.
o Factores de supervivencia: estimulan la supervivencia celular inhibiendo la apoptosis.
Mitógenos
-Promueven la entrada al ciclo celular.
-Quitan frenos impuestos por proteínas que impiden su progresión: los factores supresores de tumores.
-Activan la cascada MAPK que resulta en el aumento de proteínas reguladoras de la expresión génica como Myc.
-Aumenta la expresión de genes de respuesta tardía y activa al complejo Cdk G1 que fosforila Rb.
-Rb fosforilada libera E2F y dispara la transcripción de genes de ciclinas G1/S (E) y S (A), conduciendo a la entrada de la fase S.
-Los factores de crecimiento aumentan la síntesis proteica y el crecimiento celular.
-Los factores tróficos (o de supervivencia), mitógenos y factores de crecimiento: la respuesta celular depende de la combinación de señales extracelulares que reciba.
Factor supresor de tumores: p53
-El daño en el ADN y la activación de otro
factor supresor de tumores: p53
-El daño del ADN activa quinasas (primero las quinasas ATM y ATR y luego las Chk) que fosforilan p53, el cual activa la expresión de una CKI (p21) que inhibe Cdk-G1/S y Cdk-S, evitando el pasaje por el punto de restricción del CC.
-p53 es otro de los llamados factores supresores de tumores (como la proteína Rb), p53 puede promover la detención del
CC o la entrada a apoptosis.
-Excesiva estimulación por mitógenos también activa p53.
Células cancerosas
Rompen las reglas básicas del comportamiento celular (en su formación y mantenimiento), alteran los mecanismos de señalización celular, del ciclo y crecimiento celular, la muerte celular y la citoarquitectura.
-Genes supresores de tumores (anti-oncogenes): mutaciones que disminuyen el producto de expresión de estos genes dispara la aparición del cáncer (Rb, p53).
-Proto-oncogenes: genes normales que al sufrir mutaciones que llevan al aumento del producto de su expresión, desencadena el cáncer. (El gen mutado pasa a denominarse oncogen ). Ej.: Genes Ras.
-Las células cancerosas se caracterizan por:
.Reproducirse eludiendo las restricciones
del ciclo celular.
.Invadir y colonizar territorios reservados
a otras células.
G1 medio y tardío, transición G1-S.
-Supera el punto de restricción.
-Primero es dependiente de mitógenos, luego cuando supera el punto de restricción (R) se vuelve independiente de mitógenos.
-Supera el estado Cdk.
-Se activa Cdk-G1 y Cdk-G1/S.
-El complejo SCF ubiquitiniza proteínas CKl a finales de G1, permitiendo la activación del complejo Cdk/S. Además participa en la degradación de ciclinas G1-S (E).
-Su actividad es regulada por unión a la “proteína con caja F” que fosforila proteínas CKl que serán degradadas en proteosomas.
Cdk-S
-Activa la transcripción de genes que codifican: enzimas responsables de la biosíntesis de dNTPs, maquinaria de la replicación de ADN, proteínas propias del SCCC (ciclinas M entre otras).
-Bloquea la doble replicación.
-Inicia la duplicación del centrosoma.
-Activa orígenes de replicación.
Control de iniciación de replicación y re-replicación (G1 tardío y S)
ORC: Complejo de reconocimiento de origen
Cdk-S y otras kinasas (DKK):
-Fosforilan subunidades de helicasa y proteínas accesorias permitiendo su activación y el reclutamiento de la ADN polimerasa.
-Fosforilan otros componentes que inactivan el ORC e impiden la formación de nuevos complejos pre replicativos.
Fase G2
-Existen 2 copias del genoma (cromosomas
formados por dos cromátidas hermanas unidas por cohesinas).
-Se duplicó el centrosoma (2 centrosomas
maduros con 2 centríolos cada uno en un
único centro organizador de los microtúbulos).
-Se acumula ciclina M (B).
-La célula tiene abundantes reservas de
complejos Cdk-M inactivos por la presencia de
dos grupos fosfato que bloquean el sitio
activo de la quinasa.
Fase M
-Eventos mitóticos tempranos promovidos por Cdk-M activada.
-Activación y separación de los centrosomas.
-Formación del huso mitótico a expensas de los microtúbulos citoplasmáticos.
-Condensación de los cromosomas.
-Desorganización y disgregación de la envoltura nuclear, aparato de Golgi y RE.
-Interacción cromosomas-huso mitótico.
Transición metafase-anafase APC/C (Cdc20)
Se activan fosfatasas (Cdc14) que eliminan fosfatos mitóticos de muchas proteínas diferentes, lo que permite el desmontaje del huso mitótico, la descondensación de los
cromosomas y el reensamblaje de la envoltura nuclear.
Apoptosis
-Muerte celular programada.
-No es un proceso aleatorio.
-Se produce a través de una secuencia ordenada de procesos moleculares por los que se destruye a sí misma desde su interior en forma sistemática, siendo ingerida posteriormente.
-Necesaria en:
o Embriogénesis y desarrollo fetal
o Homeostasis tisular (mantenimiento de las poblaciones celulares)
o Reacciones inmunitarias como mecanismo de defensa
o Respuesta a lesiones por enfermedad o agentes lesivos subletales
o Envejecimiento
o Como consecuencia del estrés del RE
o Como consecuencia de procesos autofágicos exacerbados.
Apoptosis características
-MCP dependiente de caspasas (proteasas citosólicas especiales).
-Cambios que experimentan las células:
o El citoesqueleto se desarma: debido a la ruptura de sus filamentos. La célula pierde contacto con sus vecinas y la MEC y se vuelve esférica.
o La célula se encoge: el citosol y los organoides se condensan debido a que se altera la permeabilidad de la membrana plasmática.
o Los laminofilamentos se disocian: lleva a la desintegración de la envoltura nuclear.
o La cromatina se compacta y las moléculas de ADN se seccionan por una endonucleasa: divide al núcleo en pequeños fragmentos en el citoplasma.
o De la superficie celular emergen protrusiones con fragmentos nucleares en su interior.
o Las protrusiones se desprenden en fracciones celulares: cuerpos apoptóticos.
o Las fosfatidilserinas de las membranas que envuelven a los cuerpos apoptóticos localizadas en la monocapa citosólica se trasladan a la monocapa externa.
o Atraídos por las fosfatidilserinas llegan macrófagos al lugar de la apoptosis y fagocitan a los cuerpos apoptóticos.
o No desencadena una respuesta inflamatoria.
Necrosis
-Muerte accidental/lisis celular.
-Muerte celular en respuesta a una lesión aguda (producidas por traumatismos, sustancias tóxicas, obstrucciones vasculares, etc.).
-Las células se hinchan y se lisan, liberando todo su contenido al intersticio y provocando una respuesta inflamatoria.
-Se evita sólo mediante la eliminación del estímulo de muerte (detergentes, oxidantes, ionóforos o insulto patológico).
-Células con edema (hinchazón de organelas) sin burbujas.
-La célula se lisa y libera su contenido al medio extracelular.
-La morfología del tejido necrótico es debido a la respuesta inflamatoria que ocurre después de la lisis de la membrana plasmática.
-Necrosis regulada: muerte celular controlada (no dependiente de caspasas) que puede resultar en la rotura de la membrana y la pérdida de material citosólico al intersticio. Se caracteriza por presentar un citoplasma granulado y las organelas hinchadas (oncosis).
Necrosis vs Apoptosis
NECROSIS
o Proceso no controlado, sin gasto de energía, se pierde el equilibrio iónico (ocurre aún a 4 C).
o Mueren grupos de células
o La célula se dilata y la MB se rompe.
o Destrucción de las organelas y del citoesqueleto.
o La liberación del contenido citoplasmático
desencadena la respuesta inflamatoria significativa.
o La cromatina flocula.
o La fragmentación del ADN es tardía (último proceso de muerte)
o El ADN se digiere al azar (manchas en
electroforesis).
APOPTOSIS
o Proceso controlado con gasto de energía
dependiente de ATP (no sucede a 4 C)
o Mueren células individuales
o La célula se contrae y la MB no se rompe
o Fragmentación celular (cuerpos apoptóticos) sin ruptura de organelas.
o Los cuerpos apoptóticos son rápidamente
fagocitados por células adyacentes o macrófagos.
o La cromatina se asocia a la MB nuclear
o La fragmentación del ADN es uno de los primeros eventos de la muerte.
o La digestión del ADN genera mono y oligonucleosomas (patrón en escalera).
