¿Qué mecanismos controlan el paso de una fase a otra del ciclo celular?

Publicado el 10 junio, 2025 por Rodrigo Ricardo

Biologia

El ciclo celular es un proceso fundamental en la biología de los organismos, ya que regula el crecimiento, la división y la reparación de las células. Este ciclo está compuesto por una serie de etapas secuenciales y altamente reguladas que garantizan la correcta replicación del material genético y la distribución equitativa de los cromosomas durante la división celular. Pero, ¿qué mecanismos controlan el paso de una fase a otra del ciclo celular? La respuesta radica en un sistema complejo de proteínas, puntos de control y señales intracelulares que actúan como reguladores críticos.

En este artículo, exploraremos en profundidad los principales mecanismos moleculares que gobiernan las transiciones entre las fases del ciclo celular, incluyendo la regulación por ciclinas y quinasas dependientes de ciclinas (CDKs), los puntos de control (checkpoints) y la influencia de factores externos como las señales de crecimiento y el estrés celular. Además, analizaremos cómo las alteraciones en estos mecanismos pueden conducir a enfermedades como el cáncer.

Regulación por Ciclinas y Quinasas Dependientes de Ciclinas (CDKs)

1.1. Papel de las Ciclinas en el Ciclo Celular

Las ciclinas son proteínas clave que actúan como reguladoras del ciclo celular, cuya concentración varía a lo largo de las diferentes fases. Su nombre deriva de su característica fluctuación cíclica durante el ciclo celular, alcanzando niveles máximos en momentos específicos para activar las quinasas dependientes de ciclinas (CDKs). Existen varios tipos de ciclinas, cada una asociada a una fase particular:

Ciclinas G1/S: Responsables de la transición desde la fase G1 (crecimiento) hacia la fase S (síntesis de ADN).
Ciclinas S: Activas durante la replicación del ADN.
Ciclinas G2/M: Indispensables para la entrada en la mitosis (fase M).

La unión de una ciclina a su CDK correspondiente forma un complejo enzimático activo que fosforila proteínas diana, desencadenando eventos cruciales como la iniciación de la replicación del ADN o la condensación de los cromosomas. Sin embargo, la actividad de estos complejos no solo depende de la presencia de ciclinas, sino también de mecanismos de inhibición y degradación proteica.

1.2. Activación e Inactivación de las CDKs

Aunque las CDKs son esenciales para la progresión del ciclo, su actividad está finamente controlada por múltiples mecanismos:

Fosforilación/Desfosforilación: Algunas CDKs requieren la fosforilación en residuos específicos para activarse, mientras que otras fosforilaciones inhiben su función. Por ejemplo, la quinasa Wee1 fosforila a la CDK1 en un residuo inhibitorio, mientras que la fosfatasa Cdc25 elimina este grupo fosfato, activando el complejo ciclina-CDK.
Inhibidores de CDK (CKIs): Proteínas como p21 (Cip1/Waf1) y p27 (Kip1) se unen a los complejos ciclina-CDK, bloqueando su actividad. Estas proteínas son cruciales en situaciones de daño al ADN, deteniendo el ciclo hasta que los errores sean reparados.
Degradación de Ciclinas por el Proteasoma: Las ciclinas son marcadas para su destrucción mediante ubiquitinación por complejos como el APC/C (Complejo Promotor de Anafase) y el SCF (Skp1-Cullin-F-box), lo que permite la salida de una fase y el avance hacia la siguiente.

Este sistema de regulación garantiza que cada fase del ciclo celular se complete correctamente antes de pasar a la siguiente, evitando errores que podrían derivar en inestabilidad genómica.

Puntos de Control (Checkpoints) del Ciclo Celular

2.1. Función de los Checkpoints en la Segregación Cromosómica

Los puntos de control (checkpoints) son mecanismos de vigilancia que detienen temporalmente el ciclo celular si se detectan problemas, como daño en el ADN o errores en el ensamblaje del huso mitótico. Estos sistemas previenen la proliferación de células con mutaciones, reduciendo el riesgo de cáncer. Los principales checkpoints son:

Checkpoint G1/S: Evalúa si las condiciones son adecuadas para iniciar la replicación del ADN. Si hay daño genético, se activan proteínas como p53, que induce la expresión de p21, deteniendo el ciclo.
Checkpoint intra-S: Detecta roturas en el ADN durante la síntesis, activando vías de reparación antes de continuar.
Checkpoint G2/M: Verifica que la replicación del ADN se haya completado correctamente y que no haya lesiones antes de entrar en mitosis.
Checkpoint del Huso Mitótico (Metafase-Anafase): Asegura que todos los cromosomas estén correctamente alineados y unidos a los microtúbulos antes de su segregación.

2.2. Proteínas Clave en los Checkpoints

Entre las proteínas más importantes en estos mecanismos están:

p53: Conocida como el “guardián del genoma”, induce la detención del ciclo o apoptosis si el daño es irreparable.
ATM/ATR: Quinasas que detectan roturas en el ADN y activan cascadas de señalización para detener el ciclo.
Bub y Mad: Proteínas que monitorean la correcta unión de los cromosomas al huso mitótico.

Influencia de Factores Externos y Enfermedades Relacionadas

3.1. Señales Extracelulares y Crecimiento Celular

Factores como los factores de crecimiento, la disponibilidad de nutrientes y las señales de adhesión celular influyen en la progresión del ciclo. Por ejemplo, la vía RAS-MAPK promueve la entrada en G1, mientras que la proteína Rb (retinoblastoma) inhibe la transición G1/S hasta ser fosforilada por CDKs.

3.2. Alteraciones y Cáncer

Mutaciones en genes reguladores del ciclo (p53, Rb, ciclinas) pueden llevar a una proliferación descontrolada, característica del cáncer. Terapias dirigidas a CDKs (inhibidores de CDK4/6) son prometedoras en oncología.

Conclusión

El control del ciclo celular es un proceso altamente coordinado que involucra ciclinas, CDKs, checkpoints y señales externas. Su estudio no solo es crucial para entender la biología celular, sino también para desarrollar tratamientos contra enfermedades como el cáncer.