Introducción

Introducción
En eucariontes, los cromosomas
de una célula somática son
duplicados fielmente durante la fase
S del ciclo celular y durante la
mitosis aparecen como las dos
cromátidas de los cromosomas,
unidas solo por el centrómero. La
mitosis es el proceso de distribución
Interfase
equitativa de las cromátidas entre
las dos células hijas y está
convencionalmente dividida en 4
fases : profase, metafase, anafase y
telofase. Se dice que la división es
convencional, pues este proceso es
uno solo y por razones de estudio
se le ha dividido en 4 fases.
Además, los dos núcleos hijos son
genéticamente idénticos al original.
Profase
Metafase
Anafase
Anafase
Telofase
Mitosis
PROFASE
1. En el NÚCLEO.
Se inicia la condensación de los
cromosomas visibles al MO como
finos filamentos entremezclados, los
que van haciéndose cada vez más
cortos y gruesos a medida que
avanza la profase. De esta manera,
se van organizando los cromosomas
mitóticos visibles desde la mitad de
la profase e integrados por 2
cromátidas paralelas y separadas,
excepto por una unión en su
constricción primaria.
cromosoma
centrómero
cinetocoros
Microtúbulos
cinetocóricos
cromátida
Los centrómeros de mamíferos
consisten en secuencias de ADN
altamente repetidas. En humanos,
cada secuencia consta de 171 pares
de bases y ella está repetida varias
veces. De aquí su gran tamaño al
cual pueden unirse los cinetocoros.
Cada cinetocoro está conformado
por
proteínas
asociadas
al
centrómero. Al ME se
observa
como dos masa discoides de 0.5 –
1.0 µm de diámetro conteniendo un
material finamente fibrilar. Detalles
de mayor aumento muestran una
capa densa interna unida a la
cromatina, una capa densa externa
que
une
los
microtúbulos
cinetocóricos y una capa clara entre
ambas capas densas. El espesor de
las capas electrón-densas es de 400
Å y la capa clara es de 300 Å.
Mitosis
Las proteínas asociadas a la capa
externa parecen actuar como
“motores moleculares” que guiarán
el movimiento de los cromosomas
a lo largo de las fibras del huso
mitótico. Estudios inmunológicos
muestran que las proteínas que
forman los cinetocoros persisten en
el núcleo interfásico asociadas a la
envoltura nuclear.
Los centríolos se encuentran en
pares, cuyo conjunto se denomina
centrosoma, dispuestos en ángulo
recto y rodeados por un material
electrondenso
llamado
material
pericentriolar, que viene a constituir
el centro organizador de los
microtúbulos. Durante la interfase, el
par de centríolos se duplica, así en
la célula premitótica se encuentran 2
pares de centríolos perinucleares.
El nucléolo desaparece progresivamente entre el inicio y la mitad
de la profase.
2. En el CITOPLASMA
Mientras
está
ocurriendo
la
condensación cromosómica y la
desaparición nucleolar en el núcleo,
en el citoplasma se inician los
procesos tendientes a lograr una
bipolaridad con la ubicación, en
polos opuestos de la célula, de los 2
centríolos entre los cuales se
extienden microtúbulos. El conjunto
de microtúbulos se denomina huso
mitótico y cada microtúbulo se
llama fibra del huso. Se recordará
que el centríolo es una formación
microtubular cilíndrica (0.2 x 0.4 µm)
que consta de 9 tríadas
de
microtúbulos (subfibrillas A, B y C,
siendo la A la más interna).
En
la
profase,
el
material
pericentriolar se hace más denso y
constituye el centro de nucleación
para la formación inicial de los
microtúbulos que constituirán el
huso, es decir, es un centro inductor
de polimerización de la tubulina. El
material pericentriolar posee una
proteína llamada gamma tubulina, la
cual manifiesta estrecha relación
molecular con las alfa y beta
tubulinas, por ende, sirve como
punto de nucleación para el
desarrollo de los microtúbulos.
Mitosis
Los primeros microtúbulos se
orientan de una manera irregular,
pero luego, al ir aumentando en
cantidad y longitud, los van haciendo
a manera de rayos alrededor de
cada complejo centriolar (material
centriolar más el par de centríolos).
Ahora se llaman microtúbulos del
áster, que al MO conforman las
fibras del áster. El conjunto formado
por el complejo centriolar y las fibras
del áster se llama áster, por esto
este tipo de mitosis se llama mitosis
astral, a diferencia de las mitosis
anastrales observadas en vegetales
superiores.
Los ásteres migran progresivamente en direcciones opuestas en el
citoplasma de la célula, produciéndose
elongación
de
los
microtúbulos que se extienden entre
los ásteres, denominándose ahora
microtúbulos polares (contínuos);
algunos de ellos se apoyan en la
envoltura nuclear. Por último, los
dos pares de centríolos alcanzan
puntos opuestos en la célula
quedando determinados los dos
polos del huso mitótico.
La segunda parte de la profase,
que suele llamarse prometafase, se
caracteriza por el inicio de la ruptura
de la envoltura nuclear en varios
puntos. Se sabe que previo a la
ruptura visible de la envoltura ha
ocurrido una despolimerización de
las proteínas de la lámina nuclear,
como
consecuencia
de
la
fosforilación de las mismas por
acción del MPF activo.
Después de esta ruptura, que es
progresiva, se evidencian los
microtúbulos cinetocóricos (cromosómicos) desde los cromosomas,
orientándose
éstos
hacia
el
cinetocoro más cercano; de esta
manera,
se
mezclan
los
microtúbulos cinetocóricos con los
polares, siendo sus trayectos
paralelos.
Los
cromosomas
duplicados
tienen una posición al azar con
respecto a los complejos centriolares
y a los microtúbulos polares, pero al
avanzar la prometafase se van
orientando perpendicularmente a los
polos,
con
sus
microtúbulos
cinetocóricos
paralelos
a
los
microtúbulos polares.
Así, al final de la profase llegan a
coexistir 3 grupos de microtúbulos :
(a) microtúbulos cinetocóricos o
cromosómicos, que se extienden
desde el cinetocoro de una
cromátida hasta el centrosoma que
está más cercano a ella;
(b)
microtúbulos
polares
o
entrelazados, se extienden desde el
centrosoma hasta antes o después
del plano ecuatorial. Sólo el 30 % de
ellos alcanzan el polo contrario; y
(c) microtúbulos libres, parecen
corresponder a segmentos aislados
de microtúbulos cinetocóricos y
polares.
Mitosis
Estudios
con
luz
polarizada
muestran una alta birrefringencia en
los semihusos, los que también
muestran una alta fluorescencia al
aplicar anticuerpos antitubulinas con
fluoresceína.
METAFASE
La principal característica de la
metafase es el ordenamiento de los
cromosomas en el plano ecuatorial
del huso. En esta estadio, los
cromosomas se encuentran en su
máxima condensación y comienzan
una migración hacia el plano
ecuatorial del huso. Este huso
metafásico está integrado por las 3
categorías de los microtúbulos
descritos anteriormente.
La distribución de los microtúbulos
es variable en el huso, ya que es
más elevado en los semihusos que
en la interzona. Para las células
humanas se han reportado a ME
unos 1500 microtúbulos en los
semihusos y unos 900 en la
interzona. Si consideramos que la
célula
humana
posee
46
cromosomas, cada uno de ellos
puede tener de 20 a 40 microtúbulos
cromosómicos.
Se considera que los cromosomas
se mantienen en el plano ecuatorial
debido a una tensión balanceada
ejercida por la unión de los
cinetocoros hermanos a los microtúbulos orientados a polos opuestos.
De hecho, si se destruye selectivamente uno de los cinetocoros de un
cromosoma con un microrayo laser,
el cromosoma es retraído inmediatamente hacia el polo conectado con
el cinetocoro intacto.
Mitosis
ANAFASE
El comienzo de la anafase está
indicado por la separación de las
cromátidas a nivel de la constricción
primaria.
Cada
cromátida
se
desplaza hacia el polo al que mira su
cinetocoro y, simultáneamente, los
microtúbulos
cinetocóricos
se
acortan. Este desplazamiento es
sincrónico : 0.2 a 5.0 µm/min aproximadamente y es independiente de la
forma y tamaño de los cromosomas.
A menudo el movimiento es más
rápido al inicio de la anafase y se
hace más lento posteriormente.
El final de la anafase está indicada
por la reunión de cada lote de
cromátidas en un polo, las cuales
constituirán los cromosomas de las
futuras células hijas.
Anafase A
Migración de los cromosomas
La proteína motora del
complejo cinetocórico
libera tubulinas
Desensamble
microtúbulo
Cromosoma
Conforme los cromosomas se
mueven a sus respectivos polos,
éstos se alejan entre sí y el huso se
alarga (semihusos se acortan e
interzona se alarga). Debido a estos
dos movimientos la anafase suele
dividirse en anafase A en la que los
cromosomas se separan y anafase
B en la que los polos se alejan.
Los microtúbulos constituyen la
estructura esencial en ambos
movimientos, puesto que el empleo
de la colchicina altera a ambos por
igual.
Se recordará que los microtúbulos
son estructuras polarizadas debido a
la orientación de sus unidades de
tubulina y al modelo dinámico de
ensamble y desensamble. Además,
se ha comprobado que todos los
microtúbulos de cada semihuso,
tanto cinetocóricos como polares,
tienen una orientación paralela; en
cambio, los microtúbulos de un
semihuso tienen orientación opuesta
con los del otro semihuso.
Mitosis
Los microtúbulos cinetocóricos, al
igual que todos los microtúbulos del
huso, están orientados con su
extremo (–) hacia el polo y el
extremo (+) está unido al cinetocoro
de una cromátida. El extremo (+) de
los microtúbulos polares se extiende
libre en la zona ecuatorial. Tanto el
ensamble como el desensamble de
ambos microtúbulos ocurre en los
extremos (+).
Experimentos in vivo e in vitro han
demostrado que el movimiento de
los cromosomas (anafase A) se
acompaña por un desensamble
coordinado de los microtúbulos
cinetocóricos desde sus extremos
(+) a nivel de los cinetocoros.
Por otro lado, al producirse el
acortamiento de los microtúbulos
cinetocóricos, los cromátidas van
acercándose progresivamente a
cada polo y aumenta la cantidad de
moléculas de tubulina en el citosol.
Es importante señalar aquí que
este movimiento NO requiere de
ATP, lo que parece ser que el propio
desensamble es suficiente para
producir el movimiento.
ANAFASE
METAFASE
Eliminación
en el polo
En este punto del proceso es
necesario indicar que actúa la
topoisomerasa II para separar las
moléculas de ADN que se
encuentran entrelazadas en esta
región.
Adición en
el cinetocoro
Microtúbulos cinetocóricos
mantienen longitud constante
Leve eliminación
en el polo
Rápida eliminación
en el cinetocoro
Microtúbulos cinetocóricos se
acortan por despolimerización
en ambos extremos
Mitosis
Anafase B
Elongación del huso
En la mitad de la anafase, cuando
los cromosomas se aproximan a los
polos, se produce un alargamiento
del huso derivado de un aumento en
la longitud de los microtúbulos
polares. Así, el huso se hace más
largo y más estrecho. En algunas
células, este alargamiento es
considerable : doblan su longitud (de
10 µm a 20 µm). Se considera que
este alargamiento de los microtúbulos se debe a una agregación
de nuevas unidades de tubulina
(ensamble)
en
los
extremos
ecuatoriales de los microtúbulos
polares.
Recordemos que la mayoría de los
microtúbulos polares llegan hasta un
poco más allá del ecuador; por
tanto, se establece una zona en que
se
solapan
los
microtúbulos
provenientes de ambos polos.
Además, la orientación de estos
microtúbulos es con su extremo (–)
ubicado en un polo y su extremo (+)
en la zona de solapamiento.
Existen moléculas llamadas kinesina
que manejan ciclos ATP-ADP que
permiten empujar los microtúbulos
hacia el extremo (–); por esta razón
la anafase B requiere de la hidrólisis
de moléculas de ATP.
Experimentos en ausencia de
moléculas de tubulinas libres han
demostrado que al agregar ATP, la
elongación del huso está limitado a
la longitud de la zona de
solapamiento. Sin embargo, esto no
explicaría el hecho que la elongación
llega a doblar la longitud de la célula
De aquí que si en el experimento
anterior se añaden moléculas de
tubulinas libres, la elongación del
huso llega a ser varias veces la
longitud de la zona de solapamiento
original.
Las kinesinas empujan los microtúbulos hacia los polos
Mitosis
Al final de la anafase se inicia la
citodiéresis o citocinesis, que
corresponde a la división en partes
iguales del contenido citoplasmático
y se ha demostrado que es un
fenómeno contráctil. De hecho, se
ha
evidenciado
por
inmunofluorescencia y por ME que se
acumulan microfilamentos de actina
en la región ecuatorial, por debajo
de
la
membrana
plasmática.
Además, en experimentos que
utilizan citocalasina B que disgrega
los microfilamentos, se inhibe la
citodiéresis; en cambio, el uso de
colchicina
que
disgrega
los
microtúbulos, no tienen efecto sobre
la progresión del surco de división.
TELOFASE
La telofase se inicia cuando
comienza
a
reconstruirse
la
envultura nuclear, que envuelve
cada lote de cromosomas ubicados
en los polos.
La envoltura nuclear inicia su
formación a partir del final de la
anafase B, cuando comienza la
polimerización de las láminas
proteicas de la lámina nuclear.
Sobre esta lámina se colocan
segmentos cortos de RE, los cuales
inician progresiva coalescencia que
conduce a la formación de una
envoltura nuclear contínua.
Los
poros
aparecen
muy
precozmente
y
la
cisterna
perinuclear
es
al
inicio
de
dimensiones variables haciéndose
uniforme al final de la telofase.
Simultáneamente, los cromosomas
inician un proceso de descondensación hasta adquirir la disposición
del núcleo interfásico.
Los extremos polares de los
microtúbulos polares se disgregan,
quedando sólo los cercanos al
ecuador del huso, los cuales se
acercan unos a otros hasta
fusionarse en un haz único, a
medida que crece el surco de
división.
Mitosis
Existe un modelo que intenta
explicar la invaginación del surco de
división, es el anillo contráctil. Los
microfilamentos
de
actina
se
encuentran unidos a la membrana
plasmática mediante la alfa-actinina.
Los microfilamentos se disponen
concéntricamente al surco de
división, quedando entre ellos
microfilamentos de miosina de tipo I.
Las interacciones entre actina y
miosina provocan la invaginación de
la membrana en la región del surco
de división. El anillo contráctil sigue
contrayéndose y el surco subyacente profundizándose, hasta el
punto en el cual solo queda un
estrecho puente citoplasmático, por
el cual se extiende el haz único de
microtúbulos. Luego estos puentes
se rompen quedando independientes las dos células hijas.
En las células animales, la
citodiéresis se inicia por una
invaginación de la membrana
plasmática, que va formar un surco
circular que rodea la célula, es el
llamado surco de división.
En las células vegetales, que están
protegidas por una pared celulósica
rígida, las células hijas no pueden
separarse más allá de los límites de
la pared celular. De aquí que la
citodiéresis sea diferente a la
descrita para las células animales.
En la región ecuatorial del huso se
acumulan vesículas originadas del
Golgi, cuyo conjunto se denomina
fragmoplasto. Las vesículas se
fusionan progresivamente hasta
llegar a formar las membranas
plasmáticas de las dos células hijas.
Surco de división
Mitosis
MPF y la progresión hasta Metafase
La mitosis incluye drásticos cambios en compuestos celulares que conducen a
una reorganización de toda la célula. Estos cambios son iniciados por la
activación del MPF (cdc2 y ciclina B). El MPF actúa como un regulador maestro
de la transición hacia la fase M del ciclo celular. Además, fosforila algunas
proteínas relacionadas con la reorganización celular y también activa otras
protein kinasas (ver esquema abajo).
Al comienzo de la anafase, el MPF es degradado. Esto promueve la actividad
de las fosfatasas que van a desfosforilar todas aquellas proteínas que habían
sido fosforiladas por el MPF activo.
Cdc2
Condensación de la
cromatina mediante
fosforilación de la
histona H-1.
Rompimiento de la
envoltura nuclear,
mediante fosforilación de las láminas.
Fragmentación del
RE y del Golgi.
Formación del huso
microtúbulos
con
inestabilidad dinámica
El siguiente esquema resume los “blancos” de la MPF activa
Mitosis
Muerte celular
En
todos
los
organismo
multicelulares, los ritmos de mitosis
y muerte celular son similares. Este
equilibrio, que suele llamarse
homeostasis, puede esquematizarse a continuación.
Mitosis
Muerte
Homeostasis
Este equilibrio puede alterarse
cuando ocurra un trastorno por
pérdida de células. Ejemplos
patológicos de este caso son: el
SIDA,
las
enfermedades
de
Alzheimer y Parkinson, la anemia
aplasica, infarto al miocardio. En
todos estos casos el esquema sería:
Mi
tos
is
Mu
Este equilibrio puede alterarse por
razones fisiológicas, por ejemplo,
durante el desarrollo embrionario ó
por razones patológicas, por ejemplo
un traumatismo.
Durante el desarrollo embrionario
existe una enorme tendencia a
producirse nuevos tejidos y a crecer
organizadamente los órganos y
estructuras ya formadas. Pero al
mismo tiempo, otros tejidos deben
desaparecer, por ejemplo, los que
constituyen la cola que tuvimos
durante una etapa del desarrollo.
Esta es una muerte programada que
se denomina apoptosis. Las células
inician su propia muerte mediante la
activación de un programa genético
de suicidio, que se caracteriza por
una autodigestión, utilizando sus
lisosomas.
ert
e
En otras patologías ocurre un
trastorno por acumulación de
células, como es el caso del cáncer,
del
lupus
eritematoso,
de
glomerulonefritis. En estos casos el
esquema tendría el siguiente
aspecto:
Mu
s
osi
t
i
M
e
ert