03/05/2011. Depto. Biofísica Facultad de Medicina PROLIFERACIÓN CELULAR:

Transcripción

1 PROLIFERACIÓN CELULAR: CRECIMIENTO DE POBLACIONES CELULARES Y SU PERTURBACIÓN Qué es una población celular? Condiciones óptimas de crecimiento? Las divisiones celulares sucesivas son eventos claves para la continuidad de la vida. Regulación y control del ciclo (genéticos, fisicoquímicos, bioquímicos y ambientales). Cada división comprende: interfase y mitosis. Depto. Biofísica Facultad de Medicina ESFUNO ESCUELAS, UTI BCyT 2011 Cada población celular presentará una duración del ciclo celular diferente: bacterias 30 min levaduras 1.5 h fibroblastos 24 h Para el estudio de la cinética de crecimiento se puede emplear la citometría de flujo. Utilizando colorantes de ADN que incrementan la fluorescencia tras su unión al ácido nucleico. La cantidad de colorante unido es proporcional a la cantidad de ADN, y por tanto la luz recogida en el citómetro es proporcional a la cantidad de ADN de cada célula. Donde la cuantificación del contenido de ADN permite determinar la distribución de una población celular a lo largo de las distintas fases del ciclo. 1

2 Las poblaciones celulares pueden ser: a. homogéneas: donde todas las fases se encuentran representadas, ó sincronizadas: todas las células se encuentran en la misma fase. b. ideales: todas las fases duran lo mismo, ó reales: no todas las fases duran lo mismo. Son genes que controlan la inducción y activación de complejos ciclina-proteinquinasas dependiente de ciclinas (cdk). Las transiciones entre fases están reguladas por puntos de restricción o control. En estos puntos la célula sensa las condiciones externas como internas de forma de asegurar su futura supervivencia. Ej.: si se produjo daño en el ADN, se abre una ventana temporal que posibilita la reparación. Los mecanismos se han estudiado en levaduras y ovocitos de rana como modelos eucariotas, encontrándose importantes homologías con las células de mamíferos, demostrando una conservación de mecanismos de control en la evolución. El gen p53 controla la transición G 1 -S. Poblaciones con el gen p53 mutado luego de irradiadas no detienen su progresión en el ciclo. Supresores tumorales: Frenan la progresión del ciclo en forma reversible o irreversible, a través de la inhibición directa o indirecta de complejos ciclina-cdk. 2

3 En células humanas la supresión tumoral se vincula a la capacidad de freno en el ciclo con: aumento de la probabilidad de reparación sin error disminución significativa de modificaciones genómicas que llevan al cáncer. Cáncer: Acumulación de mutaciones en protoncogenes y supresores tumorales. La apoptosis inducida por agentes que dañan el ADN se produce en parte por la expresión de supresores tumorales. CRECIMIENTO DE POBLACIONES CELULARES: Una población celular se define como un conjunto de células con ciertas características: genéticas bioquímicas morfológicas funcionales El crecimiento se caracteriza por un aumento del número de individuos (N) bajo ciertas condiciones fisicoquímicas del medio. Dinámica de una población aislada: A veces se recurre a aislar la especie celular en estudio y se la mantiene viva en medios artificiales, en cultivos de células. Si se coloca 1 célula en un medio nutritivo adecuado y condiciones óptimas de temperatura, ph, ppo 2 y ppco 2, al cabo de cierto tiempo se habrá dividido. n = t TGC 0 0 TGC N=2 n Previoala1ra división celular ocurre un retardo en el crecimiento propio de la adaptación al medio. Pasada la fase lag o de retardo, el crecimiento se produce de acuerdo al modelo exponencial, entonces, partiendo de un número inicial de células y al cabo de n generaciones, se llega a la ecuación: N = N o.2 n. o En un cultivo de células en medio líquido llega un momento en que el número N de individuos se estabiliza. Un número igual de células se dividen y mueren, alcanzando la fase estacionaria. t 3

4 Fases de la curva de crecimiento: Parámetros de la curva de crecimiento: ESTACIONARIA duos Nº. de individ EXPONENCIAL ESTACIONARIA os x 10 6 Nº. de individuo 40 Nmax N17.5 1/ EXPONENCIAL LAG N Tiempo (hs). T LAG T 1/ TGC Tiempo (hs). El crecimiento exponencial seajustaaunmodelotipo exponencial: N=N o.e kt donde k = ln 2 / TGC Existen distintos modelos para explicar el crecimiento de poblaciones. El modelo logístico permite el estudio de las fases exponencial y estacionaria de crecimiento, considerando variaciones en la velocidad de crecimiento debido a la competencia. PERTURBACIÓN DE LA PROLIFERACIÓN: Diversos agentes físicos y químicos pueden alterar la proliferación celular, por sus efectos sobre el ADN, enzimas y membranas. Agentes físicos: radiaciones ionizantes (RX y Rγ) no ionizantes (UV) temperatura N = 1 N e + max a( t t1/ 2) a= ln2 TGC Agentes químicos: radiomiméticas Agentes biológicos: virus drogas 4

5 La etapa física de la acción biológica de las radiaciones ionizantes consta de una: Las lesiones más frecuentes producidas por radiaciones ionizantes son: Acción directa: consecuencia de ionizaciones que se producen en los átomos que forman la molécula del ADN. Acción indirecta: interacción del haz de radiación con otros átomos y moléculas de la célula como el agua, produciéndose radicales libres que al difundir hasta la molécula de ADN, la dañan de manera indirecta. Radicales libres: son átomos o moléculas con unoomás electrones no apareados. Pueden generarse por: Absorción de radiación a nivel celular Efecto de drogas (radiomiméticas) Procesos metabólicos de óxido-reducción espontáneos Debido a que las células están constituidas por un alto porcentaje de agua, muchas acciones nocivas de las RI involucran especies reactivas de la molécula agua (OH, radical hidroxilo). La bleomicina es un antibiótico tumoral que se intercala en el ADN. Por reacciones de óxido-reducción con iones metálicos se activa y genera radicales libres. Los radicales libre producen reacciones de óxidoreducción en cadena llevando a la formación de productos tóxicos (por ejemplo: H 2 O 2 ). Se ha demostrado una correlación entre la concentración de H 2 O 2 y la producción de aberraciones cromosómicas y recombinaciones intergénicas. La acumulación de lesiones por radicales libres lleva a: envejecimiento celular otras patologías incluido el cáncer 5

6 Las células contienen ciertas enzimas capaces de procesar los radicales libres. Las superóxido dismutasas (SOD), procesan el radical superóxido ( ), dando lugar a la formación de H 2 O 2 y O 2. Otras enzimas como las peroxidasas y catalasas son capaces de procesar el H 2 O 2. Las vitaminas C y E, los fenoles y el glutatión son capaces de interrumpir las reacciones en cadena de los radicales libres. La fuente más importante de radiación ultravioleta es la luz solar. Se la clasifica en 3 clases: UVA, UVB y UVC, de acuerdo a la longitud de onda. UVC se absorbe específicamente en el ADN produciendo dímeros particularmente de timina. Estas lesiones son potencialmente letales, mutagénicas y cancerígenas. El benzopireno, producto de combustión del combustible y cigarrillos, al metabolizarse se fija en forma de diolepóxido al ADN. Agente cancerígeno muy poderoso. Curva de crecimiento en distintas condiciones: a b c d Tiempo a) Crecimiento exponencial b) Se sustraen células o se interrumpe el crecimiento c) Remoción continua y constante de células o TGC mayor debido a tratamiento d) Remoción continua que incrementa con el tiempo 6

7 Las lesiones producidas en el ADN por distintos agentes pueden repararse con cierta probabilidad, dependiendo de factores: genéticos metabólicos ambientales Involucran sistemas enzimáticos y se encuentran presentes desde virus hasta mamíferos, incluso en células tumorales. Importancia de la reparación: estabilidad del genoma mutagénesis biodiversidad envejecimiento (acumulación de errores) transformación maligna muerte celular Preguntas 1. Qué factores son los determinantes en la progresión del ciclo celular? 2. Cómo se define y genera una población celular? 3. Qué parámetros caracterizan cuantitativamente el crecimiento de una población celular? 4. Describa qué agentes perturbadores de la proliferación celular conoce y explique brevemente las lesiones que producen. 7