bases moleculares del control del ciclo celular

BASES MOLECULARES DEL CONTROL DEL CICLO CELULAR

MAESTRIA METABOLISMO HUMANO

Dres. Miguel Aguirre, Nilka Leal y Joselyn RojasJunio 2009

Ciclo Celular

“Son todos los eventos de una célula que conllevan a la división y duplicación de la

misma”

van den Heuvel. “Cell cycle regulation”. http://doi/10.1895/wormbook.1.28.1. www.wormbook.org

http://doi/10.1895/wormbook.1.28.1

http://www.wormbook.org/

Mitosis

Interfase G1, S, G2 Profase Cromosomas y Centrosomas Prometafase Envoltura Nuclear y

Cinetocoros Metafase Alineación ecuatorial Anafase ruptura del centromero Telofase Separación máxima +

Citokinesis

Mitosis

Ciclo Celular

Control Ciclinas + Ciclin-Dependiente Kinasas

Ciclo CelularStem Cell 2004;22:1121-22

Ciclo Celular

Ciclinas

Proteínas encargadas de la regulación catalítica de las CDKs.

Dos dominios alfa fold en N-t y C-t. Hay 10 isoformas distribuidas en

todas las especies.

Mol Biol Cell 2002;13:2080-90Stem Cell 2004;22:1121-22Genes Dev 2004;18:2699-2711

Ciclo Celular

Ciclinas Ciclina A: A1 (13q12.3 – 13) y A2

(4q23) = S Ciclina B: B1 (5q12), B2 (15q21.3) y

B3 (Xp11) = M MPFCiclina D: D1 (11q13), D2

(12p13), D3 (6p21) = G1/SCiclina E: E1 (19q12) y E2 (8q22)

= S

Mol Biol Cell 2002;13:2080-90Stem Cell 2004;22:1121-22Genes Dev 2004;18:2699-2711

Ciclo Celular

MPF = Maturation Promoting Factor Dímero B1/CDK1 Funciones:

(+) Mitosis en células somáticas / Meiosis en células germinales

Condensina y Proteínas de la envoltura Nuclear

Genes Dev 2004;18:2699-2711Mol Hum Reproduction 2004;10:1-5

P

MPFP

P

Thr14

Tyr15

Wee1/Myt1[GXGTYG]

cdc25

Ciclo Celular

Ciclina D1 “Sensor de integración de señal

mitogénica G1 S”. Proliferación Vs Diferenciación Funciones:

CDK Dependientes: ▪ (+) CDK4/6▪ (p) (p) (p) (p) (p) de pRb y secuestro de p27▪ (+) E/CDK2

Gene Dev 1999;13:1501-12Endocrinol 2004;145:5439-47

CDK Independientes: Disocia HDAC1 del complejo con pRB Regulador transcripcional

D1PThr286

GSK3b

Akt

P

CK I

Ciclo Celular

Ciclin-Dependiente Kinasa Grupo de Kinasas las cuales son

moduladas por Ser/Thr su Ciclina correspondiente.

Activadas por: Acople con Ciclina Modulación covalente Interacción con CKI

Mol Biol Cell 2002;13:2080-90Genes Dev 2004;18:2699-2711

C/CDKP

P

Thr14

Tyr15

Wee1/Myt1[GXGTYG]

cdc25

PThr161

CAK/CDK7

Ciclo Celular

CAK/CDK7 Doble Agente: ciclo celular y

transcripción CAK: kinasa de:

CDK1: RVYTHEV CDK2: ATYTHEV CDK4: MALTPVV CDK6: MALTSVV

J Cell Science 2005;118:5171-80

Ciclo Celular

CAK/CDK7 Doble Agente: ciclo celular y

transcripción Factor de Transcripción: (p) la C-t de

la DNA Pol II acoplado al TFII [YSPTSPS]

J Cell Science 2005;118:5171-80

Ciclo Celular

Ciclinas de la Fase G1/S A/CDK1: progresión hasta G2 (S G2) D/CDK4/6: (+)G1 y G1 S

Ciclinas de la fase S

E/CDK2: activan la síntesis de DNA. Conjunto con CDC6 y Cdc7p/Dbf4

Ciclinas de la Fase M B/CDK1: progresión de G2 M

Ciclo Celular

CKI = Ciclin-dep Kinase Inhibitors

pRbP53 INK4CIP/KIP

Genes Dev 1999;13:1501-12

Ciclo Celular

pRb - proteína del gen de Retinoblastoma

Gen supresor de Tumor / represor de Transcripción (13q14.1)

Parte de la familia de las Pocket Proteins junto a p107 y p130.

Oncogen 2005;24:2796-2809

Ciclo Celular

pRb - proteína del gen de Retinoblastoma

Función Básica: ARRESTO EN G1/S Mecanismos:

Bloqueo de E2F/DP’s Remodelamiento de Cromatina

Gene Dev 1998;12:2245-62Gene Dev 1999;13:1501-12Oncogen 2005;24:2796-2809Endocrine Rev 2006;27:356-370

E2F: Superfamilia de activadores y represores que controlan la transición a fase S.E2F1,2,3 = activadoresE2F4,5,6 = represoresE2F7 = ??

pRb: pRb Hiper(p) = progresión G1/S/MpRb Hipo (p) = Arresto G0

Ciclo Celular

P53/MDM2

Gen supresor de Tumor (17p13) Molécula pivote para la estabilidad genética celular

frente a señales de estrés. Estructura básica: 393aa

N-t de asociación con FT Dominio de Activación 2 para apoptosis Pro-rich dominio Dominio DNA binding (DBD) con Zn y Arg NLS Dominio de homodimerizacion (tetrameros) C-terminal que regula DBD

Endocrine Rev 2006;27:356-370Cell Death and Differentiation 2006;13:1027-36

Ciclo Celular

P53/MDM2

Función Básica para Arresto = (+) p21 e interacción con factores proapoptoticos.

Mol Cancer Res 2003;1:1027-1035Cell Death and Differentiation 2006;13:1027-36

Ciclo Celular

INK4 – Inhibitory Kinases Grupo de proteínas que se unen a sus

blancos inhibiéndolas, bloqueando la actividad de las CDK.

p15INK4b , p16INK4a , p18INK4c , p19INK4d , p19ARF

Función: arresto en G0

Gene Dev 1999;13:1501-12

Ciclo Celular

CIP/KIP – Cyclin Inhibitory Proteins / Kinase Inhibitory Proteins Grupo de proteínas que se unen a sus

blancos inhibiéndolas, bloqueando la actividad de las CDK, preferentemente E/CDK2.

p21CIP , p27Kip1 , p57Kip2

Función: arresto en G0

Gene Dev 1999;13:1501-12

Ciclo Celular

Señal Mitogénica D/CDK4,6 CIP/KIP

pRb // E2F/DP1 E2F/DP1

E1/CDK2

G1 SA1/CDK2S

pRb

p27P

P P P

P

P

GSK3Akt

Check Points del Ciclo

Puntos clave del ciclo celular donde la célula “detiene la maquinaria” para determinar si la replicación DEBE

CONTINUAR!

Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2001;281:L291-L305J Cell Science 2005;118:2445-55

Check Points del CicloAm J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2001;281:L291-L305FASEBJ 2003;17:333-40

G1 Check Point

“La célula decide si las condiciones están dadas para la división”.

Reguladores bloquean G1 S. CIP/KIP = bloquean E/CDK2 INK4’s = bloquean D/CDK1 p53 = (+)p21 y coordina reparación de DNA con Brca1 TGFb + IL6 likes = (+)p21 p21 = ▪ Bloquea las ciclinas por interaccion (N-t)▪ Fija PCNA por C-t “deteniendo” reclutamiento de DNA pol II

Check Points del CicloAm J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2001;281:L291-L305Carcinogenesis 2008;29:237-43

S Check Point

“El arresto en este punto es CATASTROFICO”.

Reguladores bloquean S. CDC6 CDC7p/Dbf4 Ciclina E


S Check Point CDC6

“Proteína esencial para la replicación del DNA”. Regulado por E2F, codificado por 17q21.3 Familia AAA+ (ATPasa with chaperon activities –

activation, assembly and disassembly of proteins) Función:

Formación de hemámeros de MCM (microchromosome maintanance)

Mitogen Block: impide el paso hacia M si no ha comprobado la FIDELIDAD de la copia del DNA.

Carcinogenesis 2008;29:237-43

(p)Chk1/ChK2

(p)Cdc25


S Check Point CDC7p/Dbf4

“Activadora de la replicación del DNA”. Heterotetrámero 2:2 Función: (p) y (+) del complejo MCM/helicasa

J Cell Science 2000;113:2111-17

Check Points del CicloAm J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2001;281:L291-L305

G2 Check Point

“Revisión de la Fidelidad de la replica”. Reguladores bloquean G2 M

ATM/ATR con (p) de Cdc25 P53 (+) ubiquitinización de B/CDK1 GADD45/cdc2 = arrestan la célula.

Check Points del CicloAm J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2001;281:L291-L305Mol Human Reproduction 2004;10:1-5

M Check Point – Huso Mitótico Depende de la exactitud del ensamblaje

de los husos mitóticos y los kinetocoros. Reguladores:

APC/cdc20/fizzy: Anaphase protein complex▪ Ubiquitinizan todas las ciclinas para garantizar la salida

de S y detener las otras fases.▪ Ubiquitinizan la SECURINA, liberando la SEPARASA.

MAD (mitotic arrest deficient) y Bub (budding uninhibited by benzimidazole) = confirma que todos los kinetoforos tengan su microtubulo.

Check Points del CicloFASEBJ 2003;17:333-340

G0 Punto de Restricción o arresto quiescente

de las células mamíferas, donde se han salido del ciclo celular.

“Las células diferenciadas puede que no se repliquen jamás”.

Check Points del CicloJ Cell Science 2005:118:2545-55

G0 – C/EBP C/EBP: CCAAT/enhancer binding protein FT de la familia de bLZP, con 6 isoformas

( , , , , ,a b g d e z) Función: arresto celular en G0.

(+) p21 Liga e inhibe CDK2 y 4. Bloquea paso de G1 S

C/EBPP

P

Thr222, 226

Ser21

GSK3b

Akt

PSer193

PP1 PP2A

ERK1/2

CitokinesisJBC 2000;148:843-48Microbiol Mol Biol Rev 2001:65:319-33

“Fase final de la mitosis donde la célula madre se divide físicamente para formar las dos células hijas.

Puntos clave: Punto de Quiebre Área de arrugamiento = Furrow MidBody Abscisión

Citokinesis

Maquinaria: Anillo de Actomiosina: Miosina II,

Septina. Cdc15like, IQGAP´s, GTPasas pequeñas, Formina.

Huso Mitótico: Microtubulos de kinetocoros. De centrosomas y astrales.

Proteínas Motor: Kinesina y Dyneina

JBC 2000;148:843-48Microbiol Mol Biol Rev 2001:65:319-33

Citokinesis

Maquinaria: Anillo de Actomiosina:▪ Miosina II: proteína motor que se desplaza por

actina.▪ Cabeza: ATP binding y función ATPasa▪ Cola: dimerización coil coil.

▪ Septina, cdc15like y IQGAPs: Scaffolding.▪ IQGAPs:▪ CH: dominio calpoina para unir actina.▪ IQ: dominio de union a CaM▪ GRD: dominio relacionado con GAP


Citokinesis

Maquinaria: Anillo de Actomiosina:▪ GTPasas pequeñas: ▪ Rho: actúa en los polos para mantener la tensión▪ Rac: actúa en el furrow ,para inducir del cierre acorde

al ecuador.


Citokinesis

Proteínas Motor: Dyneina:▪ Molécula motor la cual se desplaza por el lado

minus-end (a) de los microtúbulos.▪ Familia de las AAA+

Kinesina:▪ ATPasa que se moviliza por el plus end (b) de

los microtubulos.


Mecanismo de CitokinesisJ Cell Science 2008;121:1569-76

Reparación de DNA

DAÑO

Radiación: Ionizante (gray o Xray) o UV

ROS Químicos ambientales Quimioterapéuticos Virus

Reparación de DNA

REPARACIÓN

Reparación Química Directa Reparación por escisión

Escisión de Base Escisión de Nucleótido Mismath

Reparación de Daño a Doble Cadena (ssDNA)

Reparación de DNA

Reparación química directa

Dimerización de Pirimidinas BLANCO: Anillo ciclobutano ó 6-4

fotoproducto. ENZIMA: FOTOLIASA▪ Cromóforo con el cofactor catalitico: FADH2▪ Cromóforo con el Detector de Luz azul (380nm)▪ Tipo 1: 5,10 MetilenTHF▪ Tipo 2: 8-OH-5-deazaflavina

REPARACIÓN: 1 DIMERO POR CADA FOTON ABSORBIDO!!!

PNAS 2001;98:13460-565Photochem Photobiol Sci 2002;1:225-36

Reparación de DNA

Reparación química directa

Metilación de Guaninas BLANCO: O6Ch3G. ENZIMA: METILGUANINA METIL

TRANSFERASA▪ REACCIÓN SUICIDA: fijación del metil en uno de

sus Cys, pero dejando la inútil.

Photochem Photobiol Sci 2002;1:225-36Nucleic Acids Res 2007;35:7466-74

REPARACIÓN ESTEQUEOMETRICA: 1:1

Reparación de DNA

Reparación por Escisión de Base

Blanco: reparar una base dañada, mediante el clivaje del enlace N-glucosídico.

Enzimas: DNA Glicosilasa APEN1 DNA Polb Ligasa III


J Cell Science 2004;117:515-17

Reparación de DNA

Reparación por Escisión de Nucleótido

Blanco: reparar lesiones que amenacen la helicidad del DNA (~30).

Enzimas y Proteínas: Proteínas XP DNA Pol /d e Ligasa I TFIIIH Proteinas asociadas al DNA



Reparación de DNA

Reparación por Escisión de Nucleótido

Xeroderma Pigmentosum: Falla completa de GGR.

Cochayne Syndrome: Falla de TCR



Reparación de DNA

Reparación de Mismatch

Blanco: pareamiento anormales fuera del canon.

Enzimas y Proteínas: DNA Pol /d e PCNA Complejo MMR: MutS, MutL y MutH.



Reparación de DNA

Reparación de ssDNA

Molécula Pivote: Brca1. Brca: breast cancer associated gene

1 Función Básica: COORDINACION LA

REPARACIÓN DEL DNA Error Vs Prone repair. Estructura Básica:

RING Brct domain NLS Nuclear export signal



Reparación de DNA

Reparación de ssDNA – Brca1

Mol Cancer Res 2005;3:531-39


Reparación de DNA


Nucleis Acids Res 2006;34:1416-26


Reparación de DNA


Mol Cancer Res 2005;3:531-39


bases moleculares del control del ciclo celular

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