Ciclo Celular: ¿Qué Consiste? Fases, Etapas, Regulacion, Interfase, Proceso del Cancer

  • Se define como ciclo celular al proceso ordenado y repetitivo de eventos en el tiempo, durante el cual la célula crece y se divide originando células hijas.

Ciclo Celular

El ciclo celular es el proceso ordenado y repetitivo en el tiempo en el que la célula crece y se divide en dos células hijas. Las células que no se están dividiendo, se encuentran fuera de los procesos replicativos de la mitosis, en un estado de crecimiento vegetativo y de desarrollo de sus funciones citológicas, por lo que a esta situación se la ha denominado fase G0, (de inglés Gap 0).

La duración del ciclo celular varía según la estirpe celular, siendo la duración media del ciclo completo de unas 24 horas.

¿En qué consiste el ciclo celular?

El proceso de proliferación de las células mediante el crecimiento en cuanto al contenido molecular y a sus orgánulos, y el aumento de tamaño de dichas estructuras les permite crecer en masa y posteriormente dividirse para dar lugar a dos células hijas que posean la misma información genética que sus progenitoras. Este proceso ocurre de un modo controlado de acuerdo a las necesidades de la célula y del organismo en general. Se puede afirmar que el ciclo comienza en el momento en que aparece una nueva célula, que desciende de otra que se divide, y que termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas. La duración del ciclo celular puede experimentar variaciones de acuerdo a la jerarquía de la célula que se divide; sin embargo su tiempo promedio de duración es de 24 horas. Las células que no se encuentran en proceso de división no pertenecen al ciclo y se encuentran en la etapa G0, que sucede exterior al ciclo; por lo que se acuerda llamar células proliferantes a las que se encuentran en el ciclo y células quiescentes a las que no se encuentran en proceso de división.

Las etapas del ciclo celular

Las etapas del ciclo celular son ilustradas a continuación.

  • G1 y G2 son los intervalos ("gap" en inglés). Esto se refiere al hecho de que nada obvio ocurre en el núcleo de las células que se encuentran en estas etapas. En realidad, las células se encuentran muy activas. Ellas están creciendo y preparándose para la división celular.

  • S significa síntesis. Esta es la fase del ciclo celular en donde el ADN es copiado.

  • M significa mitosis. Esta es la etapa del ciclo celular en donde la célula se divide en dos células hijas.

Muchas de las medicinas para el cáncer actúan por medio del bloqueo de una o más etapas del ciclo celular.

Fases del ciclo celular

Mitosis o fase M

Es la fase de la división celular en la que una célula progenitora se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la profase, metafase, anafase, telofase y citocinesis. En mitosis es donde se visualizan los cromosomas al microscopio al ser paralizados con colchicina. Tiene una duración aproximada de una hora.

Interfase

Es el periodo comprendido entre divisiones celulares y consta a su vez de varias fases:

  • Fase o intervalo G1 (Gap 1): Es la primera fase del ciclo celular en el que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. En esta fase la célula contiene una sola copia de su ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas y durante este tiempo, la célula dobla su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.

  • Intervalo S o fase S: Es la segunda fase del ciclo en la que se produce la replicación o síntesis del ADN. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unos 6-8 horas.

  • Fase G2: Es la segunda fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la duplicación de proteínas y ARN. En esta fase la célula contiene ya duplicado su material genético. Si se trata de una célula diploide, en este momento, en el plano de la transcripción genética, funciona como una célula tetraploide, con la particularidad de que las cromátidas hermanas están unidas por el centrómero. Al final de este período se observan al microscopio cambios en la estructura celular que indican el principio de la división celular. Tiene una duración de entre 3 y 4 horas.

Regulación Del Ciclo Celular

La progresión del ciclo celular en los organismos eucariotas esta regulada por la formación secuencial y la activación e inactivación de un conjunto de moléculas. Estas moléculas implican a dos grandes familias de proteínas que son las quinasas dependientes de ciclina (CDKs) y las ciclinas (Fig. 1). Las ciclinas (proteínas que sólo se expresan en el ciclo celular) activan a las CDKs uniéndose a Además de esta serie de reguladores positivos del ciclo celular (CDKs y ciclinas), existe una familia de reguladores negativos denominados inhibidores de las CDKs (CDKIs) que bloquean la actividad de uno o varios complejos CDK/ciclina, así como las CDKs propiamente dichas.

En el ciclo celular también existen puntos de control que aseguran la fidelidad de la replicación y segregación del genoma.

La progresión del ciclo celular en los organismos eucariotas está regulada por la formación secuencial y la activación e inactivación de un conjunto de moléculas

Figura 1. La progresión del ciclo celular en los organismos eucariotas está regulada por la formación secuencial y la activación e inactivación de un conjunto de moléculas. Estas moléculas implican a dos grandes familias de proteínas que son las quinasas dependientes de ciclina (CDKs) y las ciclinas. En cada fase del ciclo se produce la aparición y activación de complejos CDK/ciclina, que actúan sobre sustratos específicos, activándolos o inhibiéndolos y haciendo así que el ciclo progrese a través de sus diferentes etapas.

Figura 2. El ciclo celular consta de dos procesos principales. Uno de crecimiento, donde la célula aumenta de tamaño, que se produce durante las fases G1 y G2 del ciclo, y otro de síntesis de ADN, donde la célula duplica su material genético. La duplicación del material genético comienza en la fase S donde se replica el ADN, el cual, en G2, se condensa formando cromátidas. Estas cromátidas se siguen condensando durante la fase M del ciclo para formar los cromosomas (profase y metafase). En anafase se produce la segregación de los mismos entre las dos células hijas y en la telofase se vuelven a desenrollar para quedar de nuevo en forma de cromatina.

Ciclo Celular Y Cáncer

Las células normales de cualquier tejido necesitan de estímulos mitogénicos para pasar de un estado quiescente al estado de proliferación activo. Por el contrario, las células tumorales presentan menor dependencia de estímulos externos y se comportan como si se encontrasen continuamente sujetas a un mecanismo de estimulación autocrino. Esta independencia respecto de estimulación externa claramente rompe con las señales que normalmente operan para mantener la homeostasis tisular.

Las estrategias moleculares que permiten a las células tumorales adquirir la autonomía necesaria para su proliferación en ausencia de estimulación externa provienen de señales inapropiadas activadas en la ruta hacia el núcleo a partir de una alteración en: a) la señalización desde la membrana, b) un mediador de la vía a nivel citoplasmático, o c) factores nucleares anormalmente activos (figura 3).

La figura 4 ilustra de forma integrada los diferentes circuitos mostrando las interconexiones que relacionan las vías de señalización celular para los estímulos proliferativos, con las señales que mantienen a la célula en un estado de quiescencia permitiendo su supervivencia, con señales que permiten la comunicación con las células de su ambiente tisular, y con vínculos hacia rutas responsables de inducir la diferenciación celular. Como puede observarse, el resultado del conjunto de señales que convergen sobre una misma célula deben ser canalizadas finalmente hacia la maquinaria de control del ciclo celular.

Figura 3. Las estrategias moleculares que permiten a las células tumorales adquirir la autonomía necesaria para su proliferación en ausencia de estimulación externa provienen de señales inapropiadas activadas en la ruta hacia el núcleo a partir de una alteración en: a) la señalización desde la membrana, b) un mediador de la vía a nivel citoplasmático, o c) factores nucleares anormalmente activos.

Como ya se mencionó anteriormente, la maquinaria de control del ciclo celular esencialmente.

Figura 4. Visión integrada de los diferentes circuitos funcionales mostrando las interconexiones que relacionan las vías de señalización celular para los estímulos proliferativos, con las señales que mantienen a la célula en un estado de quiescencia permitiendo su supervivencia, con señales que permiten la comunicación con las células de su ambiente tisular, y con vínculos hacia rutas responsables de inducir la diferenciación celular. Como puede observarse, el resultado del conjunto de señales que convergen sobre una misma célula deben ser canalizadas finalmente hacia la maquinaria de control del ciclo celular está formada por dos tipos de componentes: las cdk's y las ciclinas. El ensamblaje de estas moléculas constituye el ritmo que lleva a la célula a avanzar por las distintas fases de su ciclo (figura 5). Cuando una célula abandona su estado de quiescencia en respuesta a los estímulos mitogénicos, tiene lugar una inducción de la síntesis de ciclinas del tipo D. La continua presencia de señales mitogénicas garantiza que los niveles de estas ciclinas se mantengan suficientemente altos durante el resto del ciclo celular. Una vez sintetizadas estas ciclinas, se produce la formación de complejos con cdk4 y cdk6, dos alternativas cuyas funciones se encuentran por aclarar. En estadios avanzados de la fase G1 se produce la estimulación de la síntesis de ciclina E, que formará complejos ciclina E-cdk2. La activación de estos complejos es clave para la conclusión de esta fase y la entrada en la fase S. Es ya en esta fase cuando se debe expresar la ciclina A, siendo necesaria para que la maquinaria de replicación lleve a cabo la síntesis de ADN. Posteriormente, en la fase G2 se produce una nueva asociación de esta ciclina con otra enzima para formar complejos ciclina A-cdc2, necesarios para iniciar los preparativos de cara a la inminente mitosis.

En esta fase la actividad de la cdc2 es orientada hacia otros sustratos al asociarse con otras ciclinas mediante la formación de complejos activos ciclina B-cdc2.

Figura 5. La maquinaria de control del ciclo celular esencialmente está formada por dos tipos de componentes: las cdk’s y las ciclinas. El ensamblaje de estas moléculas constituye el ritmo que lleva a la célula a avanzar por las distintas fases de su ciclo. Cuando una célula abandona su estado de quiescencia en respuesta a los estímulos mitogénicos, tiene lugar una inducción de la síntesis de ciclinas del tipo D que formarán complejos con cdk4 y cdk6. En la fase G1 tardía se produce la síntesis y formación de complejos c ic lina E-cdk2 cuya activación es clave para la conclusión de esta fase y la entrada en la fase S. En esta fase es cuando s e expres a ciclina A, siendo necesaria para que la maquinaria de replicación lleve a cabo la síntesis de ADN. En la fase G2 se producen complejos ciclina A-cdc2, necesarios para iniciar los preparativos para la inminente mitosis. En esta fase la actividad cdc2 es orientada hacia otros sustratos al formar complejos activos con otras ciclinas (ciclina B-cdc2).

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