BIOQUIMICA Biología Molecular Cap. 21, Lodish 5 ta edición Cap. 19, Lodish 7 ma edición. Edgardo Guibert

Transcripción

1 BIOQUIMICA Biología Molecular 2018 Cap. 21, Lodish 5 ta edición Cap. 19, Lodish 7 ma edición. Edgardo Guibert

2 DIFERENCIACION DIVISION SUPERVIVENCIA / MUERTE TRANSFORMACION

3 REPOSO Hormonas Neuronales Xenobióticos Interacciones celulares Señales TRANSFORMACION CELULAR Diferenciarse (especialización) (Mantener el pool) El ciclo celular está coordinado con la diferenciación, morfogénesis y la muerte celular en un contexto multicelular.

4 FASES DEL CICLO CELULAR Porqué las células se dividen? crecimiento Reproducción Reemplazo de células muertas (piel, GR) Reproducción en organismos multicelulares Una célula en estado de diferenciación terminal, puede dividirse? Síntesis de ARN y proteínas

5 The Nobel Prize in Physiology or Medicine, 2001 Leland Hartwell (1939), Seattle, USA Utilizó como modelo Saccharomyces cerevisiae Identificó genes asociados al ciclo de división celular (cdc) Uno de esos genes, "start" (inicio), juega un papel fundamental en la regulación del primer paso con el que se inicia el ciclo celular. Introdujo el concepto de checkpoints (puntos de verificación) para identificar los genes que regulan el ciclo celular. Paul Nurse (1949) Londres, UK Utilizó como modelo Schizosaccaromyces pombe Identificó el gen cdc2 que codifica la principal CDK y caracterizó a las kinasas dependientes de ciclinas Demostró que su función es la responsable de modular el ciclo celular por la modificación química de otras proteínas, la fosforilación. estableció que el mecanismo básico de regulación del ciclo celular, es común a todos los organismos eucariotas. Timothy Hunt (1943), Londres, UK Utilizó ovocitos de Xenopus Descubrió y describió las ciclinas, proteínas que se asocian a las CDK y son indispensables en su regulación. Demostró que las ciclinas se degradan periódicamente en cada división celular y es el mecanismo esencial para todo el control del ciclo celular.

6 PUNTOS DE CONTROL DEL CICLO CELULAR Se ha producido daño en el DNA? Maquinaria de replicación del DNA Se ha replicado todo el DNA? Maquinaria de la mitosis CONTROL DE LA METAFASE Entorno Crecimiento celular CONTROL DE LA FASE G 2 Es el entorno favorable? Tiene la célula el tamaño adecuado? COMENZAR MITOSIS! Están todos los cromosomas alineados en el huso? FINALIZAR MITOSIS! Se ha producido daño en el DNA? CONTROL DE LA FASE S Se ha producido daño en el DNA? CONTINUAR LA SÍNTESIS DE DNA! ENTRAR EN CICLO! Tiene la célula el tamaño adecuado? Es el entorno favorable? Se ha producido daño en el DNA? CONTROL DE LA FASE G 1 Crecimiento celular Entorno

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10 Señales que regulan la división, el crecimiento y la muerte celular. MITOGENOS: estimulan la división celular inhibiendo los puntos de controles intracelulares. FACTORES DE CRECIMIENTO: estimulan el crecimiento celular promoviendo la síntesis de macromoléculas. FACTORES DE SOBREVIVENCIA: actúan inhibiendo la apoptosis. MITOGENOS: PDGF y EGF. TGFb puede ser mitógeno en algunas células o inhibidor de la división celular en otras células. Pueden actuar como factores de diferenciación, dependiendo del tipo celular y las circunstancias. Myc es un factor de transcripción que controla la división celular.

11 Eventos que controlan el ciclo celular: Quinasas heterodiméricas regulan el proceso: Enzimas compuestas de unidades regulatorias denominadas CICLINAS (C) y subunidades catalíticas: QUINASAS DEPENDIENTES DE CICLINAS (CDK). Las CDKs se asocian con diferentes ciclinas. Estas determinan el sustrato que debe ser fosforilado. Tres grupos de Ciclinas cambian sus niveles de actividad durante el Ciclo Celular: Ciclinas G1: D y E. Ciclinas S: A y E. Ciclinas M: A y B. Tres grupos de CDKs permanecen prácticamente constantes durante el ciclo celular: G1 CDK: S-CDKs: Cdk2, Cdk4, Cdk6 Cdk2 M-CDKs: Cdk1 (o también llamado Cdc2) Sus niveles en la células permanecen estables, pero cada una debe unirse a la ciclina apropiada, cuyos niveles fluctúan, para ser activada. Ellas fosforilan una gran variedad de proteínas que controlan el proceso en el ciclo celular

12 REGULADORES DEL CICLO CELULAR Cdc2 =Cdk1(Cyclin dependent kinase 1) Ser/Thr kinasa Ciclina B

13 Quinasas dependientes de Ciclinas (Cdk), enzimas que fosforilan proteínas. Su concentración a lo largo del ciclo es casi constante. Ciclinas son requeridas para la actividad Cdks. Son las unidades catalíticas de los complejos ciclina-cdk Los complejos son activados por fosforilación con Quinasas Activadoras de cdk (CAK). Este sistema activado fosforila otras proteínas. Su actividad finaliza por degradación por ubiquitinación.

14 Dos clases de INHIBIDORES de Ciclinas (CKI): CIP y INK4 CIPs (Proteínas inhibitorias de Cdk), reaccionan con los complejos Cdk1, 2, 4 y 6. Son las denominadas p21, p27, p57. INK4s (Inhibidores de kinasa 4), se unen e inhiben a complejos Cdk4-ciclina D y Cdk6-CiclinaD.

15 función

16 REGULACION DEL CICLO CELULAR

17 Durante el progreso de la fase G1 se activan los complejos de CiclinaD CDK4 y CiclinaE CDK2, los cuales fosforilan a E2F (conjunto de factores de transcripción). Regulación de fase G1: El complejo Ciclina D-Cdk4/6 fosforila prb, induciendo la liberación parcial de los factores de trascripción E2F, los cuales transcriben y estabilizan Ciclina E; la cual heterodimeriza con Cdk2 y el complejo kinasa activo fosforila nuevamente prb, determinando la liberación de más E2F, factores que activan la transcripción INK4: inhibidores que previenen que Cdk4/6 formen complejo con ciclinas tipo D. p16= INK4 p21= CIP Cip/Kip CKIs son capaces de inhibir complejos E-Cdk2. Esto es una sobre simplificación de la regulación de fase G1.

18 ATM/ATR SE DETIENE EL CICLO

19 Role of Spy1/Ringo in Regulation of DNA Damage Responses. An overall perspective is presented on the role of Spy1/Ringo in regulating CDKs in response to DNA damage and thereby affecting cell cycle progression, apoptosis, or DNA repair/replication.

20 Es una forma de muerte celular Qué es apoptosis? (Kerr, 1972) Cumple un rol crítico en el desarrollo Anomalías pueden producir cáncer y autoinmunidad La señalización ocurre por medio de múltiples vías (dos vías principales: mediada por la mitocondria y mediada por los receptores de muerte) Todas las vías convergen a un único sistema de proteasas efectoras (CASPASAS) Apoptosis Efecto de burbujas en la membrana Encogimiento de la célula Aparición de cuerpos apoptóticos Requiere ATP No ocurre a 4ºC Fragmentación del ADN (Ladder) Puede morir una única célula No inflamación Necrosis Perdida de la integridad de la membrana La célula se hincha No hay formación de vesículas No se requiere energía Puede ocurrir a 4ºC Digestión al azar del ADN Mueren grupos de células Procesos inflamatorios presentes

21 Apoptosis (manifestación morfológica) Muerte celular programada Members of the Bcl-2 family of proteins may be either antiapoptotic (Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1) or proapoptotic (BAD, Bax, Bak, and others). Bcl-2 and Bcl-xL bind and inhibit Apaf-1 and prevent caspase activation. In the presence of excess Bax, Bcl-2 is displaced from Apaf-1, allowing caspase cleavage and activation. Bax further promotes apoptosis by mediating the release of cytochrome c (Cyto c) from mitochondria; Cyto c activates Apaf-1 and caspase 9 and the cascade of activation of effector caspases, resulting in the

22 Métodos para estudiar ciclo celular y su regulación: Cultivo de levaduras / experimentos de fusión célular Reacciones de inmunohistoquímica Bloqueos de actividad con Ac. Inhibidores Ratones knock-out Cambios en factores de crecimiento / Dosis de SFB en cultivos celulares PCR Geles y movilidad electroforética diferencial Experimentos con proteínas fusionadas a sondas fluorescentes. Etc.

23 Piezas ausentes en el rompecabezas de la regulación del ciclo celular Regulación de ARNs: trna, snrna y rrna. Rol de RNAs. Rol de speedy/ringo Existencia de más de 150 quinasas similares a CDKs Rol del poro nuclear en el Ciclo Celular Cómo se detecta el ADN dañado? Cómo detecto células madres y edad biológica?

24 Como se entera la célula que debe dividirse?

25 Hormonas, péptidos Membrana plasmática De membrana o intracelulares; con o sin actividad catalítica; monómeros, dímeros, tetrámeros. Sistema Proteína G; citosol Membrana nuclear Calcio iónico AMPc y Adenilato ciclasa; GMPc y Guanilato ciclasa; IP3 y DAG MAP Kinasas, Fosfatasas y kinasas; Factores de transcripción.

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28 RED

29 GRACIAS POR SU ATENCIÓN! SEGUIMOS CON BASES MOLECULARES DE LA CARCINOGENESIS