Introducción
El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Las células que no están en división no se considera que estén en el ciclo celular. Las etapas, mostradas a la derecha, son G1-S-G2 y M. El estado G1 quiere decir “GAP 1?(Intervalo 1). El estado S representa “Síntesis”. Este es el estado cuando ocurre la replicación del ADN.
El estado G2 representa “GAP 2?(Intervalo 2). El estado M representa «la fase M», y agrupa a la mitosis (reparto de material genético nuclear) y citocinesis (división del citoplasma).
Las células que se encuentran en el ciclo celular se denominan «proliferantes» y las que se encuentran en fase G0 se llaman células quiescentes. Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad.
El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas.
Fases del ciclo celular
El ciclo celular está dividido en cuatro fases principales. La célula recién dividida por mitosis comienza el estadio denominado G1 (G procedente del inglés gap, que significa ‘intervalo’), donde la célula crece y aumenta de tamaño.
En los organismos diploides, las células contienen una cantidad diploide de cromosomas (2n), con una copia heredada de cada progenitor. Cuando la célula ha alcanzado cierto tamaño entra en la fase S (síntesis), que implica la duplicación del ADN formándose una copia de cada cromosoma.
Después de atravesar la fase G2, donde la célula comprueba que se ha completado correctamente la replicación del ADN y se produce la síntesis de los componentes necesarios para la mitosis, se inicia la llamada fase M (mitosis) que concluye con el nacimiento de las dos células hijas. La fase M se divide en varias etapas: durante el periodo de profase, los cromosomas se condensan gracias a la mayor compactación del ADN.
Durante la metafase las cromátidas hermanas producidas por la replicación del ADN en la fase S se alinean en el centro de la célula permaneciendo adheridas a la altura del centrómero y de múltiples puntos a lo largo de toda su longitud. En la anafase, las cromátidas hermanas se separan y se desplazan hacia polos opuestos del huso mitótico, con lo que una de las dos cromátidas hermanas se distribuye a cada célula hija.
Finalmente, en la telofase (última fase de la mitosis) los cromosomas segregados se descondensan y se produce la división física del citoplasma en dos células hijas, proceso denominado citocinesis. Después de la división, las células regresan a la fase G1 y el ciclo celular se completa.
Las células postmitóticas de organismos multicelulares pueden ‘salir’ del ciclo celular y permanecer sin proliferar durante días, semanas o en algunos casos durante toda la vida del organismo (es el caso de las neuronas y de las células del cristalino del ojo). Estas células abandonan el ciclo celular en fase G1 y entran en una fase llamada G0 (quiescencia). Las células en G0 que retornan al ciclo celular entran en la fase S.
En la mayoría de las células de mamífero, el ciclo celular se completa en 10-30 horas: la fase M dura como media 30 minutos; la fase G1, 9 horas; la fase S, 10 horas; y la fase G2, de 2 a 5 horas. En contraposición, en levaduras de proliferación rápida el ciclo completo dura aproximadamente 90 minutos.
Ciclo celular y cáncer
Se cree que muchos tumores son el resultado de una multitud de pasos, de los que una alteración mutagénica no reparada del ADN podría ser el primer paso.
Las alteraciones resultantes hacen que las células inicien un proceso de proliferación descontrolada e invadan tejidos normales.
El desarrollo de un tumor maligno requiere de muchas transformaciones genéticas. La alteración genética progresa, reduciendo cada vez más la capacidad de respuesta de las células al mecanismo normal regulador del ciclo.
Los genes que participan de la carcinogénesis resultan de la transformación de los genes normalmente implicados en el control del ciclo celular, la reparación de daños en el ADN y la adherencia entre células vecinas.
Para que la célula se transforme en neoplásica se requieren, al menos, mutaciones: una en un gen supresor de tumores y otra en un protooncogén, que dé lugar, entonces, a un oncogén.
Regulación del ciclo celular
Para todos los organismos es esencial que las diferentes fases del ciclo celular estén correctamente coordinadas, es decir, las fases deben seguir un orden estricto y cada una de ellas debe completarse antes de que se inicie la siguiente.
Los errores que surgen durante la coordinación del proceso pueden conducir a alteraciones cromosómicas importantes, como por ejemplo a la pérdida de cromosomas completos o parte de ellos, o a la distribución inadecuada del material genético en las dos células hijas.
Por tanto, el control del ciclo celular eucariota es muy estricto y está regulado por proteínas denominadas protein cinasas (o protein quinasas), cuya función es la de activar determinadas proteínas por fosforilación. A su vez, las concentraciones de estas enzimas se encuentran reguladas por otras proteínas, llamadas ciclinas, que aumentan y disminuyen durante el ciclo celular.
Por tanto, estos complejos proteicos se denominan protein cinasas dependientes de ciclinas (CDK) y sólo son activos si están constituidos por una subunidad ciclina y una subunidad catalítica protein cinasa, ya que las ciclinas son las enzimas que determinan qué proteínas serán fosforiladas por el complejo CDK-ciclina, y de esta manera regulan el avance de la célula a través del ciclo celular.
Los genes CDC fueron descubiertos por primera vez por Leland Hartwell y Paul Nurse en la década de 1970 en levaduras, mientras Timothy Hunt descubrió la primera ciclina a comienzos de la década siguiente en sus trabajos desarrollados en los erizos de mar. Por estos descubrimientos fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 2001.
En organismos multicelulares el control preciso del ciclo celular, durante el desarrollo y el crecimiento, es decisivo para determinar el tamaño y la forma de cada tejido. La replicación celular se ve afectada por una serie de señales extracelulares, como por ejemplo el número y tipo de células adyacentes, y otras de carácter intracelular como el propio tamaño de la célula o el programa de desarrollo que deba completar.
La mayor parte de las células se retira del ciclo en G1 y entra en el estado G0 para diferenciarse. Muchas de estas células diferenciadas nunca retornan al ciclo para replicarse de nuevo, conociéndose con el nombre de células post mitóticas. No obstante, algunas de estas células diferenciadas (como fibroblastos y linfocitos) pueden volver al ciclo y replicarse, entrando directamente en la fase S.