Nucleo Celular _ Ciclo Celular 2012 Io
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Ciclo celular
Profesora: Dra. María Beatriz Ruiz Velazco
Facultad de Medicina - USMP
Ciclo celular• Secuencia regular y
repetitiva de crecimiento y división celular.
• Fases:– Interfase: proceso preparatorio
• G1• S• G2• G0
– División celular:• Mitosis: división del núcleo.• Citocinesis: división del citoplasma.
Interfase
Durante la interfase:• Duplica su DNA.• Sintetiza histonas y otras proteínas asoc a
DNA.• Produce reserva adecuada de organelas para
2 células hijas.• Ensambla estructuras necesarias para división
celular.
Interfase G1:• Actividad
bioquímica intensa.• Célula aumenta de
tamaño.• Aumento de
proteínas, lípidos y organelas.
• Centrosomas inician separación y duplicación
Interfase G1:• Duración variable, depende
del tipo de célula.• Algunas células ingresan a:
G0:• “quiescente” ¿?• Ausencia de señales para
mitosis• Represión activa de genes
necesarios para mitosis.• Re-ingreso depende de
señales internas y externas.
Interfase S:• Replicación de
DNA.• Síntesis de
histonas y otras proteínas asociadas a DNA.
Interfase G2:• Preparativos finales
para división celular.• Inicia condensación
de cromosomas recién duplicados.
• Duplicación completa de centrosomas.
• Inicio de ensamblaje de huso mitótico
Ciclo celular de célula eucariotaDivisión nuclear
(cariocinesis) ocurre en mitosis.
División de citoplasma (citocinesis) ocurre al final de la
fase M.
Células que no se dividen usualmente quedan retenidas en fase G1
DNA es replicado durante la fase S (entre fases G1 y G2)
Regulación del ciclo celular
Regulación del ciclo celular
• Influyen en crecimiento y división celular:– Falta de nutrientes.
– Cambios en Tº y pH.
– Contacto con células vecinas (inhibición dependiente de la
densidad).
– Hormonas
– Factores de crecimiento
– Interacción célula-célula
– Interacción célula matriz extracelular.
La célula “decide” si va a dividirse o no.
Regulación del ciclo celular
Puntos de control del ciclo celular:
• Punto de “restricción” (punto R)• Punto de control en fase S• Punto de control en la fase G2
• Punto de control en la fase M
Regulación del ciclo celular
Puntos de control del ciclo celular
• Punto de “restricción” (punto R):– En fase G1 tardía
– A veces antes de punto R, pasan de G1 a G0
– Pasado el punto R la célula está obligada a seguir el resto de las fases del ciclo y dividirse.
Regulación del ciclo celular
Puntos de control del ciclo celular
– Punto de control en la fase S:• Asegura que duplicación sólo ocurra una vez
por ciclo.
• Evalúa daño de DNA y presencia de fragmentos de Okasaki.
Regulación del ciclo celular
Puntos de control del ciclo celular
– Punto de control en la fase G2:
• Célula evalúa si está lista para entrar en mitosis.
• Mecanismo de seguridad, sólo entra en mitosis si ha duplicado correctamente su material genético.
• Evalúa daño de DNA.
Regulación del ciclo celular
Puntos de control del ciclo celular
– Punto de control en la fase M:• Durante metafase.
• detecta fallas en unión de fibras del huso al cinetocoro.
Regulación del ciclo celular
Sistema de control de ciclo celular:
– Ciclinas– Kinasas dependientes de ciclina (Cdk)– Complejo promotor de la
anafase/ciclosoma (APC/C)
Factor promotor de la fase M
Pone en marcha el mecanismo de la mitosis
La quinasa empieza a actuar
Pone en marcha el mecanismo de replicación del DNA
P
P
M
G1
S
G2
Cdk
ciclinamitótica
ciclina D
Control del ciclo
celular
Regulación del ciclo celular
• Kinasas dependientes de ciclina (Cdk):– Activan otras proteínas por fosforilación.
– Se encuentran en niveles casi constantes durante el ciclo celular.
– En células eucariotas en todo el ciclo celular.
– Tipos:• Cdk de G1 (Cdk4, Cdk6)
• Cdk de Fase S (Cdk2)
• Cdk de Fase M (Cdk1)
Regulación del ciclo celular
• Ciclinas:– Proteínas activadoras que se unen a
quinasas y regulan su actividad.– Nivel varía a lo largo del ciclo celular.– Tipos:
• Ciclinas de G1 (ciclina D)
• Ciclinas de fase S (ciclinas E y A)• Ciclinas mitóticas (ciclinas B y A).
Regulación del ciclo celular
• Ciclinas:
– Ciclina mitótica: • Se acumula gradualmente en fase G2.
• Se une a quinasa formando el complejo Cdk-ciclina (FPM).
• Fosforila proteínas específicas e induce cambios estructurales que inducen mitosis:
– Condensación de cromosomas (fosforilación H1).
– Desensamblado de la envoltura nuclear.
– Organización de los microtúbulos en el huso mitótico.
Regulación del ciclo celular
• Complejo promotor de anafase/ciclosoma (APC/C):– En núcleo de células en interfase y en todo el
citoplasma durante división celular.
– Degrada germinina (proteína que protege DNA recién
sintetizado de re-replicación).
– Sin APC/C las células:• no podrían separar sus cromátidas hermanas en anafase.• no podrían salir de la mitosis y dividirse en dos células hijas.• No podrían iniciar los pasos necesarios para la replicación
del DNA en la fase S.
Ciclinas y kinasas dependientes de ciclinas (CDK)
Segregación de cromosomas durante la mitosis
Ciclinas y kinasas dependientes de ciclina en el ciclo celular
Cdk1 inicia mitosis
Señales mitogénicas estimulan síntesis
de ciclina DSupresores tumorales
pueden bloquear actividad de ciclina D
Ciclina D, ciclina E, Cdk4 y Cdk2 fosforilan RB, inactivándola
Punto R debe ser pasado para que continúe el ciclo
celularCdk2 estimula
replicación de DNA
Regulación del ciclo celular en neurona post mitótica
• Proteínas que activan ciclo celular.
• Proteínas que inhiben ciclo celular.
Núcleo celular
Dra. María Beatriz Ruiz VelazcoFacultad de Medicina - USMP
núcleo • Organela limitada por la
envoltura nuclear.• Se encuentra en todas
las células eucariotas.• Aprox 10% vol celular.• Alberga casi todo el
material genético de la célula.
• Contiene:– ácidos nucléicos (DNA y
RNA)– proteínas nucleares
(histonas y no histonas)• Centro de control.
núcleo • Funciones:
– Lugar de duplicación del DNA.
– Lugar de control genético de las actividades celulares.
– Lugar donde se inicia el ensamblaje de los ribosomas a partir de RNA y proteínas específicas.
Empalme
TranscripciónReplicación y reparación
Apoptosis
Componentes estructurales
Envoltura nuclear, membrana externa se
continua con RE
Lamina nuclear es una malla de proteína filamentosa que reviste cara
nuclear de membrana internaComplejo de poro nuclear, penetra
envoltura nuclear en puntos de fusión de m
interna y m externa
Composición:•Envoltura nuclear•Lámina nuclear•Matriz nuclear•Cromosomas •Cuerpos subnucleares:
•Nucleolo•…
Organización del núcleo celular (mamífero)
Composición:•Envoltura nuclear•Lámina nuclear•Matriz nuclear•Cromosomas •Cuerpos subnucleares:
•Nucleolo•Cuerpos de Cajal (CB) y gemas•Dominios PIKA y PTF•Cuerpos PML•Manchas de empalme (splicing speckles)•Manchas paralelas (paraspeckles) o espacios intercromatina
Organización del núcleo celular (mamífero)
Lanctôt C et al. "Dynamic genome architecture in the nuclear space:regulation of gene expression in three dimensions". Nature Reviews Genetics (2007) :8; 2. 104-115 .
Envoltura nuclear
•Membrana externa nuclear•Membrana interna nuclear•Espacio intermembrana (10-50nm)•Poros nucleares
-100nm diámetro total-9nm diámetro del canal-3 000 a 4 000 poros-Complejo de poro nuclear (NPC)
Estructura del complejo de poro nuclear (NCP)
•Complejo molecular de simetría octogonal.•30 veces más grande que ribosoma.•Función: “portero” del núcleo
→media intercambio de moléculas entre nucleoplasma y citoplasma.
-Iones y metabolitos pequeños difunden a través del NCP.-Moléculas con masa >40kDa requieren transporte activo (carioferinas).
Filamentos citoplásmicos
Anillo citoplásmico
Andamio
Canal central
Anillo nuclear
Canastilla nuclear
Intercambio de moléculas a través del complejo de poro nuclear
Intercambio de moléculas a través del complejo de poro nuclear
• Importación de proteínas:– proteínas cargo contienen
secuencia específica de aa → señal de localización nuclear (NLS).
– intervienen:• Ran (GDP↔GTP)• Factor de transporte nuclear 2
(NTF2)• Importina α (se une a prot
cargo)• Importina β (interactúa con
nucleoporinas-FG)
• Exportación de proteínas, tRNAs y subunidades ribosomales:– contienen secuencia
específica de aa → señal de exportación nuclear (NES).
– Contienen NLS si ha de retornar al núcleo.
– Intervienen:• Ran (GDP↔GTP)• Factor de transporte nuclear
2 (NTF2)• Exportina 1• Exportina-t (exporta tRNAs)
IMPORTACIÓN A TRAVES DEL PORO NUCLEAR
12
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4
5
6
78
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EXPORTACIÓN A TRAVES DEL PORO NUCLEAR
12
3
4
5
6
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Lamina nuclear
•Malla protéica delgada (20-50nm).•Cubre cara nuclear de MIN.•Se relaciona con proteínas integrales específicas de MIN y con cromatina.•Indispensable en mantenimiento de integridad estructural de envoltura nuclear.•Principales componentes:
-Lamina nuclear tipo A-Lamina nuclear tipo B
Lamina nuclear: Laminopatías
•Enfermedades humanas asociadas con defectos en proteínas de envoltura nuclear.
-Distrofia muscular de Emery-Dreifuss-Cardiomiopatía dilatada-Lipodistrofia parcial familiar-Distrofia muscular cintura-extremidades-Charcot-Marie-Tooth tipo 2-Displasia mandibulo-acral-Progeria
•Mutación más común en gen de lamina tipo A (normalmente,mayoría de cells adultas la expresan).
Organización de la envoltura nuclear
Proteínas de la membrana interna nuclear:- Polipéptidos asociados
a lamina 1 y 2 (LAP1 y LAP2).
- LBR- Sun1- Sun2Proteínas reguladoras de genes:- HP1- BAFProteínas de la membrana externa nuclear:- Nesprin
ONM: membrana externa nuclear, INM: membrana interna nuclear , NCP: complejo de poro nuclear, ER: retículo endoplasmico.
Stewart C et al. Blurring the boundary: the nuclear envelope extends its reach. Science (2007); 318:1408-1412.
Complejo LINC (unión de nucleoesqueleto con citoesqueleto)
•Integra componentes nucleares, incluyendo dominios de cromatina, con estructuras de la superficie celular y extracelulares (en células de vertebrados).•Formado por:
•Proteína nesprina (m externa nuclear).
•Proteínas SUN (m interna nuclear).
Stewart C et al. Blurring the boundary: the nuclear envelope extends its reach. Science (2007); 318:1408-1412.
Nucleolo
•Área dedicada a la producción de ribosomas.•Se forma alrededor de repeticiones de DNA ribosomal (rDNA), que codifica RNA ribosomal.•NO está rodeado por membrana.
Producción de subunidades ribosomales
1
2
3
4
5
1. Transcripción de rRNA precursor
2. Empaquetamiento con proteínas ribosómicas citoplasmáticas
3. Formación de subunidades 40S y 60S
4. Salida de subunidades a través de poros nucleares
5. Ensamblaje → ribosoma maduro
Cromatina, cromosoma
•Cromatina: complejo fibroso formado por DNA y proteínas. (interfase)•Cromosoma: cromatina altamente condensada. (división celular)
Cromatina condensada cerca de envoltura nuclear, se fija a lamina nuclear
Cromatina difusa
Cromatina
•Complejo fibroso formado por DNA y proteínas.
Territorio de los 24 cromosomas humanos en el núcleo celular en
interfase
Cromatina
•Eucromatina:-DNA menos compacto-porción más activa del genoma (genes frecuentemente expresados).
•Heterocromatina:-DNA más compacto.-contiene DNA infrecuentemente transcrito.-Tipos:
-Constitutiva: en estado condensado en toda célula y en todo momento (DNA silencioso).-Facultativa: cromatina específicamente inactivada durante ciertas fases de la vida del organismo (cromosoma X inactivo).
Cromosoma eucariótico
• Cromosoma eucariótico = molécula única DNA más proteínas asociadas.
• DNA extendido de un cromosoma = 3-4cm.• Cada célula diploide tiene 46 cromosomas (2m de DNA
aprox.)• Cuerpo humano tiene 25 000 millones de kilómetros de
DNA.
Cromosoma humano
Cromosoma: cromatina condensada, estructura visible durante división celular.
Centrómero, región de visible estrechamiento
Fibra de cromatina , constiituida por DNA y
proteínas
Clasificación de los cromosomas por la localización del centrómero:– Metacéntrico:
centrómero central.– Submetacéntrico:
centrómero cerca del centro.
– Acrocéntrico: centrómero cerca al extremo.
– Telocéntrico: centrómero al final de las cromátides.
• En cromosomas no metacéntricos:– Brazo corto es denominado brazo p (¨petit¨).– Brazo largo es denominado brazo q
Cariotipo humano: 23 pares de cromosomas (incluyendo cromosomas sexuales.
El centrómero ocupa posiciones características en los cromosomas homólogos
Estructura del cromosoma
• Conjunto de DNA y proteínas (cromatina = “hebras teñidas”):– DNA (cargada negativamente).– Proteínas histónicas y no histónicas.
Estructura del cromosoma
Histonas:– Sólo en eucariotas– Ricas en aminoácidos básicos (lisina y arginina)
cargadas positivamente.– Se sintetizan en la fase S del ciclo celular.
Histonas:– Responsables del
plegamiento y empaquetamiento del DNA (nucleosoma).
– Intervienen en regulación de genes.
– Tipos:• H1 (30 millones de
moléculas)• H2A (60 millones de
moléculas)• H2B “• H3 “• H4 “
• Nucleosoma:– 146-150 pares de bases (bp) de DNA
alrededor de octámero de histonas.– Primer nivel de compactación del genoma en
eucariotas.– DNA unido a nucleosoma es menos accesible
a factores reguladores que DNA libre de nucleosoma. (Skipper M. Eucariotic genomes in complete control. Nat Rev Mol
Cell Bio 2006 (7):709.
H2A H2B H3 H4 H4 H3 H2B H2A H1
150 pares de bases 50 pares de bases
Octámero de histona
octámero
octámero(80 pares de base por vuelta)
octámero
octámero
H1
H1
H1
N1
nucleoplasmina
RNA
H3 H4 H4 H3
H2A H2B
H3 H4 H4 H3H2A H2B
H2A H2B H2B H2AH3 H4 H4 H3X X
X
X
H3H4
H3H4
H1
DNA
DNA
DNA
Paso 1
Paso 2
Paso 3
Ensamblaje de nucleosomas
Estructura del cromosoma
Proteínas asociadas al DNA no histónicas:– N1– Nucleoplasmina– Proteína x– Proteínas de esqueleto o armazón protéico
armazón protéicono histónico
Armazón protéico no histónico
Solenoide
1er nivel de empaquetamiento
2do nivel de empaquetamiento
Empaquetamiento
COLAS DE HISTONAS:extremos NH2 y el extremo COOH (sólo H2A) intervienen en formación de solenoide
HISTONA H1 SE UNE A REGIONES ESPECÍFICAS DEL NUCLEOSOMA
EMPAQUETAMIENTO DEL NUCLEOSOMA ES MEDIADO POR LA HISTONA H1
Empaquetamiento del DNA en cromosoma mitótico
Nucleosomas forman “cuentas” en la “cuerda” de DNA.
Molécula de DNA se une a histonas formando gran
número de nucleosomas.
Grupos de nucleosomas se enrollan en vueltas cada vez más grandes hasta fibras de comatina supercondensada y
superenrollada
Las vueltas se unen para formar lazos.
Los lazos se enrollan mucho más, formando un cromosoma
Gracias…