jueves, 15 de mayo de 2014

EL CICLO CELULAR

El incremento del número de células (proliferación celular) implica la síntesis y partición de todos los materiales necesarios para la sobrevivencia de las células hijas.  Cada ronda de división implica una serie de pasos organizados en el denominado “ciclo celular”. Cada ciclo celular comprende fases de crecimiento, síntesis de ADN (duplicación de cromosomas) y separación y segregación de los cromosomas duplicados (mitosis).  El ciclo celular es muy complejo y está sujeto a diferentes modos de regulación cuyo entendimiento ha sido motivo de curiosidad y estudio desde que fue posible visualizar células en proceso de división. La formación de un tumor se debe prioritariamente a una proliferación celular deficientemente regulada y, por esta razón, el cáncer puede ser definido como una “enfermedad del ciclo celular”.


El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2001 fue otorgado a Leland Hartwell, Paul Nurse y Tim Hunt, quienes investigaron el ciclo celular en diferentes organismos, descubriendo los agentes que lo regulan. El visionario fue Leyland Hartwell de la Universidad de Washington quien, con la finalidad el investigar los mecanismos que originan el cáncer (cancerogénesis), se propuso primero comprender los mecanismos que regulan el ciclo celular. Para ello Hartwell eligió, inteligentemente, la levadura de gemación Saccharomyces cerevisiae, (la misma especie es usada para producir pan y cerveza) que ya era reconocida como un extraordinario sistema para estudios de bioquímica y genética. Una crucial propiedad de esta levadura es que, al dividirse por gemación, es posible seguir el progreso del ciclo celular mediante la observación microscópica del tamaño de la gema formada. Así, si el funcionamiento de una proteina es esencial para, por ejemplo, iniciar mitosis, las células con una deficiencia en esa proteína progresarán normalmente en el ciclo celular solo hasta antes del inicio de mitosis.

Hartwell diseñó su elegante experimento genético para identificar mutantes de S. cerevisiae que al ser incubados a altas temperaturas no tenían la capacidad de proliferar por presentar deficiencias en algún gen indispensable para el ciclo celular. Así, los  investigadores pudieron separar y caracterizar cientos de mutantes con deficiencias en su control de división celular, denominando por tanto a los genes envueltos, CDC

Con estos estudios Hartwell demostró que el ciclo celular era regulado por la acción coordinada y secuencial de varios genes CDC y así sentó las bases que permitieron el vertiginoso desarrollo de esta importante área de la biología. Un gen de particular importancia fue el llamado CDC28, para el cual se determinaron funciones en diversos puntos del ciclo celular. Poco después, Paul Nurse y sus colaboradores en el Imperial Cancer Research Fund (ICRF) encontraron genes con funciones similares a CDC28 en otro tipo de levadura llamado Schizosaccharomyces pombe que se divide por fisión, y también en células humanas.

De otro lado, otro equipo de investigadores del ICRF dirigidos por Tim Hunt, investigando los cambios que ocurrían en la síntesis de proteínas en huevos fertilizados de erizos de mar, descubrieron unas proteínas que llamaron “ciclinas” porque aparecían y desaparecían cíclicamente. Al poco tiempo se determinó que las ciclinas y CDC28 eran componentes esenciales del hasta entonces llamado “factor de maduración meiótica o mitótica” (MFP), el mismo que había sido reportado por otros investigadores en extractos de huevos de ranas e invertebrados marinos.  La proteina codificada por CDC28 es una enzima que transfiere grupos fosfato a otras proteinas (quinasa) y que requiere asociarse a una ciclina para su actividad.  Por esta razón se le denominó “quinasa dependiente de ciclina” (CDK).

Posteriores estudios han determinado que todas las células eucariotas (con núcleo definido) usan similares sistemas para regular su ciclo celular. Tanto S. cerevisiae como S. pombe requieren solo de una CDK mientras que los organismos multicelulares requieren varios tipos de estas enzimas para completar coordinadamente su ciclo celular.  Casi todos los organismos disponen de varios tipos de ciclinas porque estas son las que confieren propiedades especificas a la CDK con la que se asocian.  Así, la presencia de un tipo particular de ciclina hace que una enzima CDK promueva las modificaciones necesarias para que una célula inicie la síntesis de ADN, ingrese a mitosis, etc. Las ciclinas y las CDKs están estrictamente reguladas a nivel de su síntesis, actividad, estabilidad y localización, y varios de los reguladores de este complejo proceso han sido implicados en la formación de tumores cuando no funcionan adecuadamente. Estos conocimientos están siendo aprovechados para desarrollar más y mejores inhibidores de las CDKs para su uso en el tratamiento de diferentes tipos de cáncer.

BIBLIOGRAFÍA

- Canavese Miriam, Santo Loredana y Raje Noopur.  Cyclin dependent kinases in cancer.  Cancer Biology & Therapy (2012)13:7,451-457
- Hartwell LH, Culotti J, Pringle JR, y Reid BJ.  Genetic control of the cell division cycle in yeast. Science (1974)183:120,465-471

PhD. ANA KITAZONO SUGAHARA <anakitazono@lamolina.edu.pe>
Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina. PERÚ.

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