Ciclo celular: qué es, fases y puntos de control

El ciclo celular es el proceso mediante el cual una célula crece, copia su material genético (ADN) y se divide para formar nuevas células. Este proceso se organiza en fases bien definidas que permiten coordinar de manera ordenada el crecimiento, la replicación del ADN y la división celular, asegurando que cada célula hija reciba la información genética correcta.

Las fases del ciclo celular son G1, S, G2 y M, y en cada etapa existen puntos de control que verifican el estado de la célula, asegurando que todo esté listo antes de avanzar a la siguiente fase del ciclo.

Cuando el control del ciclo celular falla, pueden ocurrir errores en la replicación del ADN o en la distribución de los cromosomas, lo que aumenta el riesgo de inestabilidad genómica, una condición que puede favorecer enfermedades relacionadas con un crecimiento celular desregulado. Por ello, ante cualquier sospecha de proliferación anormal de células, la evaluación debe realizarse con un médico según el contexto clínico.

Fases del ciclo celular

El ciclo celular es un proceso estrictamente controlado en el que cada fase cuenta con mecanismos de verificación y corrección, lo que permite a la célula evaluar si está lista para avanzar a la siguiente etapa. Las etapas del ciclo celular son:

1. Fase G1 

La fase G1 del ciclo celular, o Intervalo 1, es el período en que la célula crece, produce proteínas y duplica orgánulos importantes, como los ribosomas (estructuras que fabrican proteínas) y las mitocondrias (orgánulos que producen energía), preparándose para la replicación del ADN.

Verificación: en esta etapa, la célula evalúa si las condiciones son adecuadas para dividirse. Este control ocurre en el Punto de Restricción o Punto R, donde la célula decide continuar con el ciclo o entrar en un estado de reposo llamado G0.

La decisión se basa en señales externas, como sustancias que estimulan la división (mitógenos), y señales internas, como la disponibilidad de nutrientes. Además, si se detecta daño en el ADN, la célula puede detener el ciclo para repararlo o, si el daño es irreparable, inducir su muerte.

Ejecución: si las condiciones son favorables, la célula activa proteínas llamadas CDK4 y CDK6, que se unen a unas proteínas llamadas ciclinas D.

Las ciclinas D funcionan como “señales de permiso” que permiten al complejo CDK-ciclina modificar la proteína del retinoblastoma para liberar a los factores de transcripción E2F.

Estos factores activan los genes necesarios para que la célula pase a la siguiente fase (fase S) y comience a copiar su ADN.

2. Fase S

La fase S es el período del ciclo celular en el que la célula copia todo su material genético (ADN) para que cada célula hija reciba una copia completa. Durante esta fase, también se producen histonas, que son proteínas que ayudan a empaquetar y organizar el ADN recién duplicado dentro del núcleo.

Verificación: a diferencia de otras transiciones del ciclo celular, la fase S cuenta con un punto de control interno llamado Checkpoint Intra-S, el cual verifica que la replicación del ADN se esté realizando correctamente y que no haya daño en el ADN.

Este proceso asegura que las estructuras llamadas horquillas de replicación, que son puntos donde se abre el ADN para copiarse, funcionen sin problemas.

Ejecución: si se detectan problemas, como daño en el ADN causado por radiación o químicos, se activa una proteína llamada quinasa ATR, que a su vez modifica otra proteína llamada Chk1 para coordinar tres acciones principales:

• Inhibición del disparo de orígenes: se detiene el inicio de nuevas regiones de replicación, evitando que más ADN quede expuesto al daño.
• Estabilización de horquillas: se protegen las horquillas de replicación que podrían quedar bloqueadas, evitando que se rompan y generen daños mayores.
• Ralentización de la replicación: se disminuye la velocidad de duplicación del ADN, dando tiempo a que la célula repare cualquier daño antes de continuar.

En conjunto, estas acciones aseguran que el ADN se duplique de manera precisa y segura, preparando a la célula para entrar correctamente en la siguiente fase del ciclo celular.

3. Fase G2

La fase G2 es el período en que la célula continúa creciendo y produce proteínas y lípidos, es decir, moléculas de grasa esenciales para formar membranas, las cuales son necesarios para la división celular.

Además, la célula verifica que la replicación del ADN realizada en la fase S se haya completado correctamente y sin errores.

Verificación: antes de entrar en mitosis, la división del núcleo celular, la célula pasa por un punto de control llamado Checkpoint G2/M, el cual evita que la célula avance si el ADN está dañado o no se ha replicado completamente.

Es una barrera de seguridad crítica, regulada por proteínas llamadas quinasas como WEE1 y MYT1, que aseguran que la célula solo avance cuando todo está listo.

Ejecución: si se detecta daño en el ADN, la actividad de otra proteína clave llamada CDK1, esencial para iniciar la mitosis, se mantiene bloqueada mediante modificaciones químicas que la inhiben, impidiendo que la célula entre prematuramente en la fase M.

Además, proteínas como TIAR pueden acumularse en gránulos específicos para retener a CDK1 y reducir su actividad, asegurando que la división solo ocurra cuando el ADN esté completamente listo y sin errores.

4. Fase M

La fase M es la etapa del ciclo celular en la que ocurre la división celular propiamente dicha. Incluye la mitosis, que es la división del núcleo y se organiza en profase, prometafase, metafase, anafase y telofase, y finaliza con la citocinesis, que es la separación del citoplasma para dar origen a dos células hijas genéticamente idénticas e independientes.

Verificación: durante la prometafase y la metafase, la célula activa un punto de control llamado checkpoint del ensamblaje del huso o SAC.

Este mecanismo verifica que todos los cromosomas estén correctamente alineados en el centro de la célula y unidos a las fibras del huso mitótico, que son estructuras formadas por microtúbulos encargadas de separar los cromosomas. 

Además, comprueba que exista la tensión adecuada entre ellos, lo que indica que la unión es correcta.

Ejecución: si alguno de los cromosomas no está bien unido, unas estructuras especializadas llamadas cinetocoros, ubicadas en los cromosomas, emiten una señal que activa el Complejo de Control Mitótico.

Este complejo bloquea la acción del APC/C, una proteína que normalmente permite el inicio de la anafase. Al inhibirlo, se evita la degradación de la ciclina B y la securina, manteniendo detenida la división.

De este modo, se impide que las cromátidas hermanas, las dos copias idénticas de cada cromosoma, se separen antes de tiempo, reduciendo el riesgo de aneuploidía, es decir, un número incorrecto de cromosomas en las células hijas.

Puntos de control

Los puntos de control del ciclo celular son mecanismos que funcionan como filtros que permiten o detienen la progresión del ciclo cuando se detectan fallas. Los principales puntos de control incluyen:

• Punto G1/S: regula la entrada a la replicación del ADN, asegurando que la célula esté preparada para copiar su material genético.
• Puntos Intra-S: actúa durante la replicación del ADN, especialmente si hay daño o estrés celular.
• Punto G2/M: verifica que todo el ADN se haya replicado correctamente antes de entrar en la mitosis, la división del núcleo.
• Punto de control mitótico del huso: supervisa que los cromosomas estén correctamente alineados y se separen adecuadamente durante la mitosis.

Estos puntos de control permiten detener temporalmente el ciclo celular, reparar el ADN o corregir errores durante la mitosis. Si la reparación es exitosa, la célula puede continuar con su ciclo; si no, se activan mecanismos que evitan que las células con daño se multipliquen, protegiendo así la integridad del organismo.