Ciclo Celular I-05_06-1-26

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Biología Celular 2005-06

To Divide or not to divide, that is the question

Ciclo Celular


The Nobel Prize in Physiology orMedicine 2001

"for their discoveries of key regulators ofthe cell cycle"

Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse

1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prizeUSA United Kingdom United KingdomFred Hutchinson Cancer Research CenterSeattle, WA, USA

Imperial Cancer Research FundLondon, United Kingdom

Imperial Cancer Research FundLondon, United Kingdom

b. 1939 b. 193 b. 1949

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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001The Nobel Assembly at KarolinskaInstitutet has awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine jointly to LelandHartwell, Tim Hunt and Paul Nurse fortheir discoveries of "key regulators of thecell cycle". Using genetic and biochemicalmethods, they identified the moleculesCDK and cyclin that control the cell cyclein eukaryotic organisms. Thesefundamental discoveries have a profoundimpact on many aspects of biology and medicine.

CDK and cyclin are key molecules that control and coordinateDNA-synthesis, chromosome separation and cell division. CDK and cyclin together drive the cell from one cell cyclephase to the next.

http://www.nobel.se/medicine


The Nobel Prize in Physiology orMedicine 2002

"for their discoveries concerning geneticregulation of organ development and programmed cell death"Sydney Brenner H. Robert Horvitz John E. Sulston

1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prizeUnited Kingdom USA United KingdomThe Molecular Sciences InstituteBerkeley, CA, USA

Massachusetts Institute of Technology(MIT) Cambridge, MA, USA

The Wellcome Trust Sanger InstituteCambridge, United Kingdom

b. 1927(in Union of South Africa)

b. 1947 b. 1942

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Ciclo Celular

Objetivos:-Estudiar los mecanismos que controlan y coordinan la proliferación celular.-Estudiar el ciclo celular.

Ciclo celular: Sucesos celulares que se producen de modo repetido y que dan lugar a la proliferación celular, es decir a la formación de dos células hijas.

Crecimiento celular / División en células hijas

Control de la maquinaria necesaria

1858 – Rudolf Virchow – Doctrina celular


Clasificación de las células en función de su capacidad proliferativa

1- Células con especialización estructural extrema, como las células nerviosas, células musculares o eritrocitos que han perdido la capacidad de dividirse. Una vez diferenciadas, permanecen en este estado hasta su muerte.

2- Células que normalmente no se dividen, pero que pueden iniciar la síntesis de DNA cuando se enfrentan a un estímulo apropiado (hepatocitos y linfocitos)

3- Células que normalmente poseen un nivel relativamente alto de actividad mitótica, (las células madre, (stem cells).

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¿qué podemos cultivar? Mantener en cultivo : casi todoCultivar : solo lo que prolifera

2.1 Tipos celulares / Biología del cultivo2.A Tipos celulares / Biología del cultivo


Células madre (Stem cells)

Propiedades: - No está totalmente diferenciada- Se puede dividir sin límites- Cuando se divide, cada célula hija puedepermanecer como célula madre o puede iniciaruna vía que conduce irreversiblemente hacia ladiferenciación terminal.

Obtención: tejidos adultosembriones

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Sistemas Experimentales

-Cultivos celulares.-Saccharomyces cerevisae.-Shizosaccharomyces pombe.-Xenopus laevis


1 h

Longitud de ciclo : • levadura unicelular : 90-120 min• fibroblasto en cultivo 24-32 h• hepatocito humano ‘in situ’ : 1 año

Interfase versus mitosis

Embriogenesis Caenorhabditis, Lodish 5th edit

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Fases del ciclo celular

Copyright (c) by W. H. Freeman and Company

13.1 The cell cycle is an ordered series of events leading to the replication of cells

Figure 13-1

M: Comprende la mitosis y la citocinesis

G2: Entre S y M,tiempo adicional para el crecimiento.

S: Duplicación del DNA

G1: Entre M y S, tiempo adicional para el crecimiento.

G0: Detenimiento del ciclo.


M

G0

SG1

G2

Resting phase

DNA Synthesis

Mitosis- cell division

INTER

PHA

SE

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Interfase G1

-Primera fase de crecimiento-Los orgánulos se replican-Se incrementa la síntesis de proteínas y RNA (no DNA)-En función de factores ambientales y las condiciones de desarrollo la célula entra en fase Go o se empieza a dividir (G1).

G1, la decisión de dividirse.......-Está determinada por factores de crecimiento (PDGF, FGF)-Puede inhibirse por el contacto célula-célula, la densidad celular, la perdida de adhesión y los niveles de nutrientes.-Funcionalmente está controlado por la activacion de Cdk.

CDK and cyclin are key molecules that control and coordinate DNA-synthesis, chromosome separation and cell division. CDK and cyclin together drive the cell fromone cell cycle phase to the next.


Fase S

- Se dobla la cantidad de DNA en la célula.- Todos los cromosomas se replican.Los orígenes de replicación en los cromosomas eucariotas

Número elevadoActivación en bloques : tempranos / medios / tardiosRelacionado con el grado de compactación de la cromatina

Secuencias cortas de DNA : (A/T)TTTAT(A/G)TTT(A/T) 11 bp repetidas

¿cómo se evita la re-activación de un origen de replicación ya replicado?

Las secuencias ya replicadas contienen nucleosomas con histonas de nueva síntesis, reconocidas por CAF-I (Chromatin Assembly Factor I). Lashistonas de nueva síntesis son acetiladas en dos lisinas, y deacetiladas poracción de CAT al final de G2, antes de la entrada en mitosis.

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Fase G2

-Continua el crecimiento celular, por lo que se requiere de síntesis de proteínas y RNA.-Al final de esta fase las células poseen:

-Núcleo con envoltura nuclear-nucleolos presentes en el núcleo-cromosomas duplicado-dos pares de centriolos (animales)- altos niveles de MPF (factor promotor de la maduración.

M: Mitosis

To divide or not to divide that is the question?


Root tip of onion has cells

in various phases of cell

division

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¿Cuáles son los mecanismos de control del ciclo celular?

Modelos de estudio : Células de mamífero en cultivoLevaduras de fusión (Shizosacaromices pombe)Levaduras de gemación (Sacaromices cerevisiae)Huevos de anfibio (Xenopus laevis)

Experimentos de fusión celular con células de mamífero cultivadas

-G1, S o G2 + M desintegración envoltura nuclear y condensación de cromosomas

Complejos ciclina-CDK de fase M

-G1 + S sintentizan DNA tanto G1 como S-G2 + S sintetiza DNa solo S

Complejos ciclina-CDK de fase S

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Identificación de los genes críticos de control de ciclo en levaduras : clonaje por complementación funcional. IDENTIFICACIÓN DE cdc28 (homólogo a CDK1)

Los genes humanos complementan en levaduras : gran conservación evolutiva


Control del ciclo celular

Cdks (quinasas dependientes de ciclinas): Enzimas claves para la progresión del ciclo celular, catalizan la transferencia de un fosfato γ del ATP al grupo hidroxilo de serinas y treoninas de diferentes proteínas. Presentes a lo largo de todo el ciclo celular, se activan temporalmente por acción de las ciclinas.

Levaduras: Cdc28 Saccharomyces cerevisaeCdc2 Shizosaccharomyces pombe

Mamíferos: Cdks1-10

Regulación del ciclo en levaduras

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Modelo de oocitos de Xenopus y ensayo de actividad MPF (Maturing Promoting Factor)

MPF de células de mamífero detenidas en metafase (colchicina) actúan sobre la maduración de oocitos de Xenopus

MPF es el factor difusible que induce a la entrada en M en las fusiones celulares

8 meses

5%

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Identificación de la ciclina B en huevos de erizo de mar (divisiones sincrónicas)

Marcaje con S35-metionina de huevos de erizo de mar fecundados sincrónicamente y analizados por autoradiografíacada 10 min y observación de mitosis.

Máximo entre 66 y 76 min y después con un máximo a 106 y desaparición a 126)


Ciclinas

- Constituyen una familia de proteínas que se unen y activan de manera específica a las diferentes Cdks.- Sus concentraciones se elevan y descienden siguiendo un patrón predecible conforme la fase del ciclo celular.- Cada ciclina tiene un único patrón de expresión durante el ciclo celular.

Ciclina B1 en HeLa (Lodish 5th edit)

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Variaciones sincrónicas de actividad MPF y ciclina B en las mitosis sincrónicas en un huevo de Xenopus fertilizado

La entrada en mitosis precisa la acumulación de ciclina B, y su salida requiere de la desaparición de la ciclina B. Por analogía se propone que es necesaria una elevada actividad MPF para entrar en mitosis y que desaparezca MPF para salir de mitosis.

Cic

lina

B1

en H

eLa

(Lod

ish

5th

edit)

Extractos de huevos de Xenopus no fertilizados + núcleos de espermatozoides

Familia de ciclinas B : 2 ciclinas B; ciclina A


Regulación de los niveles de ciclina mitótica en las células embrionarias tempranas de Xenopus. APC : complejo promotor de la anafase

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Factor de especificidad

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