34.3
El sistema de control del ciclo celular
El ciclo celular es un conjunto organizado de eventos que llevan a la célula a dividirse en dos células hijas, cada una de las cuales contiene cromoso…
El ciclo celular implica la duplicación del contenido intracelular, seguida de la división en dos células hijas.
La replicación del contenido celular, especialmente el ADN, es muy crítica, y cualquier error durante el proceso puede provocar afecciones como el cáncer.
Entonces, ¿cómo evitan las células cualquier error durante la división?
El sistema de control del ciclo celular cuenta con proteínas reguladoras que detienen el ciclo en varios puntos de control.
En cada punto de control, las proteínas reguladoras impiden el inicio de cada paso hasta que se completen las etapas anteriores y se hayan corregido los errores.
Generalmente, el sistema de control tiene tres puntos de control cruciales que se encuentran en las fases G1, G2 y M.
En el punto de control G1, la proteína reguladora comprueba si la célula ha alcanzado el tamaño crítico y si el ADN está libre de errores. También comprueba si hay suficientes nutrientes y factores de crecimiento para comenzar la síntesis de ADN.
En este punto, si la célula no recibe la señal necesaria, cambia a un estado de reposo llamado fase G0 hasta que se cumplan todas las condiciones.
Las células que pasan el punto de control G1 transitan a través de la síntesis, o fase S, cuando el ADN se replica.
Después de esto, la célula encuentra un segundo punto de control en la fase G2, donde las proteínas reguladoras comprueban cualquier error en el ADN y si la célula tiene un tamaño adecuado para entrar en la fase de mitosis o M.
Durante la mitosis, el sistema de control verifica si los cromosomas están unidos al huso y están alineados con precisión para que el ciclo continúe con la división celular. Si en algún momento la proteína reguladora detecta un daño irreparable, se produce la muerte celular. Un tipo de proteínas reguladoras críticas son las proteínas quinasas dependientes de ciclinas, o CDK. Las CDK forman complejos con las ciclinas, y su actividad afecta a las proteínas directamente implicadas en el crecimiento celular y la síntesis de ADN.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What mechanisms control progression through the cell cycle?
The cell cycle is regulated by a complex system of proteins, primarily cyclins and cyclin-dependent kinases (CDKs), which act as molecular switches. These regulatory proteins control when cells enter different phases, ensuring DNA replication occurs accurately before division. Checkpoint mechanisms monitor cell conditions and halt progression if problems are detected, maintaining cellular integrity.
Q2: How do checkpoints prevent cells from dividing with damaged DNA?
Cell cycle checkpoints are control points that assess whether conditions are appropriate for progression. They monitor DNA integrity, chromosome attachment, and nutrient availability. If damage is detected, checkpoint proteins halt the cycle, allowing time for repair or triggering cell death if damage is irreparable, preventing transmission of mutations to daughter cells.
Q3: What role do cyclins and cyclin-dependent kinases play in cell division?
Cyclins are regulatory proteins whose levels fluctuate throughout the cell cycle, while cyclin-dependent kinases are enzymes activated only when bound to cyclins. Together, they phosphorylate target proteins that drive cell cycle transitions. Different cyclin-CDK complexes control specific phases, ensuring events occur in the correct sequence and timing.
Q4: Why is the G1 checkpoint critical for cell cycle control?
The G1 checkpoint, also called the restriction point, determines whether a cell commits to DNA replication. Cells assess nutrient availability, growth signals, and DNA damage at this stage. Once cells pass this checkpoint and enter S phase, they are committed to completing the cell cycle regardless of external conditions.
Q5: How do external signals influence cell cycle progression?
Growth factors and hormones bind to cell surface receptors, triggering signal transduction pathways that activate cyclin-CDK complexes. These external signals promote progression through G1 phase and entry into S phase. Conversely, stress signals or nutrient deprivation can inhibit these pathways, halting cell cycle progression.
Q6: What happens when cell cycle control mechanisms fail?
Failure of cell cycle control can lead to uncontrolled cell division and cancer development. Mutations in genes encoding cyclins, CDKs, or checkpoint proteins can disable regulatory mechanisms. Cells may bypass checkpoints, accumulate DNA damage, and divide inappropriately, contributing to tumor formation and disease progression.