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El misterioso punto de control en la fase G1: ¿Cómo afecta el ciclo de vida de la célula?
Durante el proceso de división de las células eucariotas, la fase G1 (fase de brecha 1 o fase de crecimiento 1) es la primera fase de las cuatro fases del ciclo celular. Durante este período, las células no sólo crecen en tamaño sino que también sintetizan ARNm y proteínas en preparación para la mitosis posterior. Al final de la fase G1, las células entran en la fase S. Durante el ciclo celular, aproximadamente entre el 30% y el 40% del tiempo se pasa en la fase G1.
La fase G1, la fase S y la fase G2 juntas constituyen la fase de crecimiento larga en el ciclo celular, y estas fases se denominan colectivamente interfases. La fase G1 es fundamental para el crecimiento celular y la síntesis de ARNm y proteínas necesarias para el ADN. Una vez que la célula ha completado el crecimiento y la síntesis de proteínas necesarios, entra en la siguiente etapa, la fase S. La duración de cada fase varía en los diferentes tipos de células. En las células somáticas humanas, el ciclo celular dura aproximadamente 10 horas y la duración de la fase G1 varía de un individuo a otro.
En algunos organismos, como los embriones de Xenopus, los embriones de erizo de mar y los embriones de Drosophila, la fase G1 es casi insignificante y a menudo se define como el intervalo entre el final de la mitosis y la fase S.
La duración de la fase G1 y su progresión pueden verse afectadas por una variedad de factores de crecimiento limitantes, como el suministro de nutrientes, la temperatura y el espacio de crecimiento. Las células necesitan suficientes nucleótidos y aminoácidos para sintetizar el ARNm y las proteínas necesarias, y la temperatura corporal fisiológica normal en el cuerpo humano es de aproximadamente 37 °C. La fase G1 es importante en el ciclo celular porque determina si una célula se compromete a entrar en la fase de división o elige salir temporalmente del ciclo celular.
Si una célula recibe una señal de que necesita permanecer en un estado sin división, pasa de la fase G1 a la fase G0, donde la célula entra en un estado latente.
Mecanismo regulador
Durante el ciclo celular, existe un estricto sistema regulador que controla el tiempo y la coordinación de cada etapa para garantizar el orden correcto de los eventos. Estos desencadenantes bioquímicos, llamados quinasas dependientes de ciclina (Cdks), inician eventos del ciclo celular en el momento y secuencia correctos, evitando errores. Hay tres puntos de control en el ciclo celular: el punto de control G1/S, el punto de control G2/M y el punto de control del huso.
En la fase G1, la actividad de las proteínas del ciclo celular G1/S aumenta significativamente al final de la fase G1. Los complejos de ciclina que están activos en otras fases del ciclo celular permanecen inactivos, evitando así cualquier evento erróneo en el ciclo celular. Tres mecanismos de inhibición de la actividad de Cdk encontrados en la fase G1 incluyen: unión de pRB a factores de transcripción de la familia E2F, regulación negativa de la expresión de genes de proteínas del ciclo celular de la fase S; iniciación del complejo promotor de división ordenada (APC), que se dirige y degrada específicamente ciclinas S y M (pero no ciclinas G1/S); y altas concentraciones de inhibidores de Cdk encontrados en la fase G1.
Puntos límite
El punto de restricción (R) en la fase G1 se diferencia de un punto de control en que no determina si las condiciones celulares son adecuadas para la progresión a la siguiente fase, sino que cambia el curso de la célula. Aproximadamente tres horas después de que las células de vertebrados entran en la fase G1, alcanzan un punto de restricción donde deciden si la célula procederá al siguiente paso en la fase G1 o entrará en la fase latente G0. Este punto también separa las dos mitades de la fase G1: las etapas postmitótica y premitósica.
Durante la subfase G1-pm, las células requieren altas cantidades de factores de crecimiento y una tasa constante de síntesis de proteínas para continuar. Si no se cumplen estos requisitos, la célula entrará en la fase G0.
Estudios contradictoriosAlgunos investigadores creen que el punto de restricción es el mismo que el punto de control G1/S, pero estudios recientes han propuesto que ambos existen como dos procesos diferentes durante la fase G1. El primer punto de control está relacionado con los factores de crecimiento y determina si las células entran en la fase G0; mientras que el segundo punto de control depende de las condiciones de los nutrientes y determina si las células entran en la fase S.
Punto de control G1/S
El punto de control G1/S es la etapa entre la fase G1 y la fase S, cuando las células se preparan para entrar en la fase S. Las razones por las que las células no entran en la fase S incluyen un crecimiento celular insuficiente, daño al ADN o preparaciones incompletas. En este punto de control, las ciclinas G1/S forman un complejo con Cdk, que compromete a la célula a un nuevo ciclo de división. Estos complejos luego activan el complejo S-Cdk para iniciar la replicación del ADN. Si las células no pasan el punto de control, entran en la fase G0, donde no hay crecimiento ni división.
Papel en el cáncer
Muchos estudios han relacionado las irregularidades en la fase G1 o en el punto de control G1/S con el crecimiento desenfrenado del tumor. En estos casos, la alteración de la fase G1 probablemente se deba a una regulación descontrolada de las proteínas reguladoras de genes de la familia E2F, lo que aumenta la expresión de los genes de ciclina G1/S, lo que conduce a una entrada sin restricciones al ciclo celular. Sin embargo, algunos cánceres también son tratables en la fase G1. Muchos cánceres, como el de mama y el de piel, hacen que las células tumorales entren en el ciclo celular G1, lo que impide que las células se multipliquen y se propaguen.
La importancia del misterioso punto de control en la fase G1 en el ciclo de vida celular es evidente, así que ¿es posible revelar más mecanismos reguladores para que estos procesos biológicos puedan ayudar a cambiar el futuro del tratamiento del cáncer?
