CAPÍTULO 04 Núcleo celular

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Núcleo celular
"Omnis cellula e cellula."
Virchow
En el núcleo se encuentra el material
genético de la célula, el ácido desoxirr ibo-
nucleico (DNA), que codifica la informa-
ción que condiciona la estructura y la fun-
ción de la célula y, en consecuencia, de
todo el orsanismo. El núcleo real iza esta
función dé control a través de Ia oroduc-
ción de moléculas ricas en infoimación
-RNA mensajero (mRNA), RNA de trans-
porte (IRNA) y RNA ribosómico (rRNA)-
que dirigen Ia síntesis proteica en el cito-
plasma y, por lo tanto, la mayor parte de
las demás actividades de la célula, Salvo
las pequeñas cantidades de DNA mito-
condrial, todo el resto del DNA celular se
encuentra en el núcleo, por lo que éste es
un comDonente fundamental de todas las
células del organismo. Muy pocas células
totalmente diferenciadas de los metazoos
-los eri trocitos de los mamíferos y aigu-
nos otros t ioos celulares terminales- care-
cen de núcleo y se caracterizan por haber
perdido las capacidades de sintet izar pro-
teínas v de dividirse.
Morfología general del núcleo
El tamaño del núcleo varía de un tioo
celular a otro. Por lo general es de mayor
tamaño en Ias células más grandes que en
Ias más pequeñas; en la mayoría de las cé-
Iulas de mamíferos mide entre 5 y 10 ¡rm.
La forma del núcleo también varía en los
distintos tipos celulares, Io cual es de gran
utilidad para su identificación. Por 1o gene-
ral, es esférico en Ias células redondeadas o
cúbicas y alargado, en Ia dirección más lar-
ga de la célula, en las células cilíndricas o
ahusadas. Algunas células tienen núcleo
lobulado, por ejemplo, Ios granulocitos.
En la mayoría de las células, la cantidad
de núcleos se l imita a uno, pero por ejem-
plo, en los hepatocitos se suelen encontrar
2 núcleos, y los osteoclastos del tej ido
óseo se caracterizan Dor ser células multi-
nucleadas. Los sincitios son grandes canti-
dades agrupadas de citoplasma que con-
tienen numerosos núcleos, por ejemplo las
fibras del músculo esouelético estriado.
Por lo general, en los preparados teñi-
dos con HE es posible diferenciar las si-
guientes organe' los nucleores (f ig. a-1): en
la local ización corresnondiente a la mem-
brana nuclear o nuclbolema se distineue
una fina lÍnea oue limita el núcleo defci-
toolasma circundante. En el. interior del
núcleo se suelen observar uno o varios
elementos nucleares redondeados basófi-
1os, Los nucléolos ( lat. diminutivo de nu-
cleus). Además de los nucléolos, el mate-
rial nuclear teñido se comDone de croma-
t ina (g r . chroma. co lo r ) , que se d is t ingue
como numerosos cúmulos o sránulos irre-
su la res de mater ia l in tensamente basóI i lo
áisouesto sobre Ia cara interna del nucleo-
lema (por Lo que contribuye a la localiza-
ción de este últ imo con el microscopio
óptico) y disperso en el interior del nú-
cleo. Por lo seneral, los cúmulos aislados
son de menoi tamaño oue los nucléolos v
t ienen Io rma mds i r regu la r . Las zonas ape-
nas teñidas del nucleoolasma están ocu-
padas en gran parte poicromatina organi-
zada en forma laxa y distintos componen-
tes granulares que sólo se detectan me-
diante microscopia electrónica.
El asnecto descri to oara el núcleo celu-
lar corrósponde para lás células que se en-
cuentran en interfase, es decir, que no es-
tán en proceso de división, Una célula
puede estar en fase de división (mitosis o,
en el caso de las células sexuales, meiosis)
o en interfase. La denominación interfase
se ref iere a un período entre dos divisio-
Fig.4-1. Fotomicrografía de tej ido hepático.
Las organelas nucleares -nucleolema, cro-
mat¡na y nucléolo- se identi f ican con faci l idad
en los núcleos de los hepatocitos. Corte colo-
reado con hematoxi l ina-eosina. x660.
Núcleos del
Nucleolema
C A P I T U L O NUCLEO CELULAR 103
nes, pero se debe interpretar sólo como /a-
se de no división, dado que algunas célu-
las (p. ej. las neuronas) nunca se dividen.
Durante la división celular se oroducen
modif icaciones drásticas en el asbecto del
núcleo (véase más adelante). La interfase
es el estado celular más común. dado oue
la mitosis dura alrededor de una hora,
mientras que transcurren por lo menos 12
horas entre dos divisiones, incluso en cé-
lulas que se dividen con gran frecuencia.
Organelas nucleares
Nucleolema
En los cortes estudiados con microsco-
pio óptico el núcleo está nít idamente de-
limitado por una línea oscura, la membra-
na nuclear (además de la cromatina peri-
férica sobre la cara interna) que aparece
como una única membrana deleada.
Con el microscoDio electrón-ico se de-
muestra que el nuclóolema está compuesto
por dos membrana concéntricas, que en-
cierran un espacio perinuclear estrecho,
de unos 15 nm de ancho (figs. a-2 y 4-3).
Ambas membranas son del tioo trilaminar.
La superf icie citoplasmátióa de la mem-
brana externa está densamente cubierta
Dor ribosomas v a menudo la membrana
ie continúa con el retículo endoolasmáti-
co. Hacia el f inal de Ia mitosis, cuando el
núcleo se divide, se vuelve a formar el nu-
cleolema a partir de los segmentos del re-
tículo endoplasmático rugoso. Además, el
espacio perinuclear de las células que sin-
tetizan proteínas puede contener proteína
ya sintet izada; en consecuencia, el espa-
cio perinuclear a menudo se denomina
cistelna perinuclear.
La superficie interna del nucleolema
está recubierta por un denso ret iculado de
filamentos intermedios del tipo filamen-
tos de lomino que, en conjunto. forman
una capa delgada denominada lamina nu-
clear y confieren rigidez al nucleolema.
La suoerficie externa del nucleolema está
relacibnada con el citoesoueleto. dado
que los f i lamentos intermedlos a menudo
se f i ian al nucleolema. De este modo, el ci-
toesqueleto también confiere rigidez al
núcleo, al mantener Ia forma y actuar co-
mo medio de anclaje en el ci toplasma.
A determinados intervalos. las dos mem-
branas del nucleolema se fusionan y dal
lugar a la formación de poros nucleares,
con Ia conformación de los denominados
Fig. 4-3. lmagen captada con microscopio
electrónico de un núcleo en interfase en una
célula glandular exocrina del páncreas.
x18 000 (Cedida por J.P Kroustrup.)
104 NUCLEO CELULAR
de poros
Cromatina condensada
(heterocromatina)
complejos de poros nucleares (frgs. a-2 y a-
4), que representan alrededor del lS% de la
superficie de la membrana nuclea-r (véase
hg. 2-22). El complejo de poros es una es-
tructura cíclica octogonal con un diámetro
de unos 120 nm (fig. +-S). En la periferia se
compone de un anillo interno (nucleoplas-
mático) de B gránuios proteicos y de un ani-
Ilo externo (citoplasmático) también com-
puesto por B gránulos proteicos. Los gránu-
los de ambos anillos, externo e interno, es-
tán unidos entre sí mediante una estructura
columnar. v de cada una de estas columnas
parte una prolongación en dirección al cen-
tro, es decir, B prolongaciones en total (co-
mo los ejes de una rueda). Los ejes l legan
hasta un grónulo central, denominado
transportador central, dado que el comple-
1
Nucleolema
Fig .4-2 . D ibu
mático del as¡
croscopio ele
de las organe
res, como se '
en un corte de
en interfase. A
muestra la rel¿
la cisterna per
el retículo end
rugoso. (Segúr
Fawcett.)
C A P I T I
Fig.4-4. lmagen tomada
con microscopio electróni-
co con gran aumento de
una zona de la membrana
nuclear, donde se ven
dos complejos de po-
ros. x160.000. (Cedida
por S.O. Bohman.)
jo de poros parece tener un canal central de
unos 10 nm de diámetro.
Los complejos de poros nucleares fun-
cionan como canales por los cuales se pro-
duce en forma regulada el intercambio de
sustancias entre el nucleoplasma v el cito-
plosmo. Las moléculas pueden át auesat
cada complejo de poros en ambas direccio-
nes y los iones y ias molécuias pequeñas,
de hasta unos 4 kD, pasan por difusión pa-
siva sin obstáculos Las proteínas de peso
molecula¡ mayor de 4 kD atraviesar el ca-
nal de difusión con velocidad decreciente,
a medida que aumenta el peso molecula¡; a
partir de 60 kD por lo general está impedi-
do el paso. Muchas moléculas demayor ta-
mañ,o atraviesan los complejos de poros
nucleares mediante un mecanismo selecti-
vo y regulado. Suelen ser proteÍnas sinteti-
zadas en el citoplasma que deben ser intro-
ducidas al núcleo (p. ej., DNA-polimerasa)
o moléculas de RNA sintetizadas en el nú-
cleo que deben pasar al citoplasma (p. ej.,
Fig. 4-5. Dibujo esquemático de la ultraestruc-
tura de los complejos de poros en la mem-
brana nuclear (Según Franke y Scheer, en
Busch.)
bajo la forma de partículas de ribonucleo-
proteína). Las proteínas que se deben intro-
ducir al núcleo celular tienen una secuen-
cia peptídica definida, denominada se-
cuencia de localización nuclear (SLN), que
es reconocida por proteínas fijadoras de
SLN específicas en el citoplasma. Después
de la unión con la secuencia señal, las pro-
teínas fijadoras transportan la proteína ha-
cia un poro nuclear mediante un mecanis-
mo paJivo, donde atraviesan Ia membra¡a
por un proceso que requiere energía sumi-
nistrada por degradación de ATP. Se desco-
noce el mecanismo molecular oor el cual se
l leva a cabo este lransporte a través de la
porción central del c-omplejo de poros.
También se desconoce la forma en oue se
produce la orientación del transporte de las
moléculas de RNA, incluso de las subuni-
dades ribosomales: Dero se ha demostrado
mediante inyección de moléculas de RNA
con marca radiactiva que el pasaje es unidi-
reccional en el núcleo y en el citoplasma.
Cromatina
Cromatina es la denominación dada al
material nuclear que contiene DNA. Así,
la cromatina es el asiento de las caracte-
ríst icas genéticas, dado que el DNA cons-
t i tuye el material genético. Originalmente
la palabra se introdujo como denomina-
ción del material nuclear basófi lo oue se
acumula para fo rmar los c romosomas en
la mitosis. La basofi l ia de la cromatina se
debe al contenido de DNA, pero, además,
contiene proteínas (histonas y no histo-
nas) unidas al DNA para formar desoxi-
rr ibonucleoproteínas (DNP). En especial
la introducción del método de Feulgen,
específ ica para DNA, ha dado lugar a un
significado diferente de la denominación
cromatina (hasta no incluir todo el mate-
r ial basófi lo nuclear). Así, no se conside-
ra el nucléolo, muy basófi lo pero negati-
vo con Ia reacción de Feulgen, dado que
la basofi l ia del nucléolo se debe. en nart i-
cu la r , a l con ten ido de ác ido r ibonuc le ico
(RNA). Por el contrario, la denominación
también incluye las zonas nucleares que
aparecen claras o vacías en los cortes his-
tológicos, aunque se t iñen suavemente o
nada con los colorantes histológicos o el
método de Feulgen. La ausencia de color
de Ia cromatina en estas zonas se debe a
que aparece en forma dispersa (véase más
adelante), mientras que se encuentra en
forma condensddo en los cúmulos y ma-
sas fuertemente teñidos (f igs. a-1 y 4-2).
Se ha demostrado que los componentes
de cromatina muy teñidos están com-
puestos por cromosomas enteros o seg-
mentados, que permanecen condensados
en Ia interfase mientras la mavor oarte de
los sesmentos de c romosomas ió Io r "
Nú.tT;:
- ,. rv,
; ' * j
tt
Ani l lo
citoplasmático externo
Transportador
central
Ani l lo ci toplasmático
¡nterno
C A P I T U L O NUCLEO CELULAR 105
condensan en Ia mitosis y se desconden-
san o se extienden (del lat. extendere) en
la interfase. donde aDarecen corlo croma-
t ina d ispersa . Para es tas reg iones c ronro-
sómicas se emolea la denominación hete-
rocromatina (gr. heteros, Io otro) y per-
manecen condensadas durante todo el ci-
clo celular. es decir. tanto en la mitosis
como en la interfase, mientras que eucro-
matina (gr. eu, lo verdadero) designa las
porciones cromosómicas que se extiende
a cromatina dispersa (f ig. -2). Los nom-
bres se refieren a que la heterocromatina
es, en su mayor parte, inactiva desde el
punto de vista genético, mientras que Ia
eucromatina es activa.
En la mayoría de las células, las zonas
de cromatina condensadas o heterocromá-
ticas del núcleo en interfase tienen tres lo-
cal izaciones característ icas (f ig. a-1). Dis-
persas por el nucleoplasma se distinguen,
como se dijo antes, cúmulos de tamaño y
forma variables, a menudo unidos me-
diante delgadas hebras para formar un pa-
trón reticulado. Además se distinsue Ia
denominada cromatina periférica, como
cúmulos densos de tamaño variable en
contacto estrecho con la membrana nu-
clear. Por último, la cromatina asociada
con el nucléolo rodea esta organela como
un anillo y envía prolongaciones hacia su
interior.
Como se vio antes, en su mayor parte
las zonas cromosómicas heterocromáticas
son inactivas desde el punto de vista ge-
nético. mientras oue las zonas eucromáti-
cas o de cromatina dispersa contienen
DNA metabólicamente aci ivo donde t iene
lugar la síntesis extranucleolar de RNA.
De este modo. el oatrón de cromatina da
una medida someia de Ia actividad sinté-
t ica de una célula. Las células crue sintet i-
zan gran cant idad de pro te í r ras d iversas
sólo contienen escasa cantidad de croma-
t ina que se t iñe en el nircleo, dado qr-re im-
portantes extensiones de los cromosornas
en su mavor oarte se encuentran en esta-
do extendido. Por el contrario. las células
con escasa actividad de síntesis de proteí-
nas contienen numerosos cúmulos srue-
sos de c lomat ina , dado que Bran par ie de
la masa de cromosomas se enuuenrra en
forma condensada. Como el patrón de cro-
matina es muv característ ico de cada t ipo
celular representa un irnportante cri tei io
de identi f icación de los t ioos celulares.
F ig .4 -6 . D ib r
mático del as
croscopio el,
de una f ibra
cromatina dc
F ig .4 -7 . D ib r
mático que m
probable est
la cromatina
1 0 n m
Fibra de
cromatina
2 n m
Histona
_-.}
30 nm
Fibra de
cromatina
300 nm
Lazos de
cromatina
700 nm
Brazo de cromosoma en
metafase
Solenoide
+ +
106 NUCLEO CELULAR C A P I T
Fig. 4-8. lmagen de un
cromosoma en metafa-
se en montaje entero
("whole mount") captada
con microscopio electrón¡-
co Se dist ingue que el
cromosoma está com-
ouesto por fibras de cro-
matina de 30 nm (Según
DuPraw.)
Así, en las céh,rlas nerviosas los núcleos
son muy grandes y casi no se dist ingue
cromatina en ellos, mientras que, por
ejemplo, los l infbcitos poseen núcleos pe-
queños e intensamente teñidos, dado que
cas i toda la c romat ina se encuent ra en fo r -
ma condensada.
Con la microscopia electrónica es sen-
ci l lo reconocer la distr ibución de cromati-
na recién descri ta mediante aumentos
moderados, sobre Ia base de las diferen-
cias de electrondensidad (f ig. 4-3). Un
gran aumento de las zonas electrondensas
que representan heterocromatina muestra
unidades muy agnipadas, que posible-
mente reDresenten cortes transversales de
fibras de-cromatina muy plegadas (véase
con más detalle más adelantel. Si se aíslan
núcleos celulares y se hacen explotar en
una solución hipotónica, para luego fijar-
los y colorearlos con una técnica poco
agresiva, con el microscopio electrónico
se distingue la cromatina como un reticu-
lado formado por fibras de 30 nm de diá-
metro que, ante un tratamiento posterior,
se pueden extender hasta obtener un cor-
dón similar a un collar de perlas. Este cor-
dón está compuesto por partículas deno-
minadas nucleosomas, de un diámetro de
Llnos 10 nm, que aparecen en hilera a es-
pacios bastante regulares, unidos por un
filamento delgado de unos 2 nm de diá-
metro (fig. 4-6). Se ha demostrado que el
filamento delgado está compuesto por
una molécula bicatenaria de DNA (cuya
estuctura se vio en el cap. 1), mientras que
el nucleosoma se compone de histoproteí-
na rodeada por DNA. Como se vio antes,
en la cromatina hay proteínas clasificadas
en histonas y no histonas. Las proteínas
no histonas comprenden, entre otras, las
polimerasas de DNA y de RNA y proteí-
nas reguladoras de genes. Las proteínas
histonas representan Ia mayor parte de Ias
proteínas de la cromatina y son las princi-
pales responsables del empaquetamiento
del DNA, dado que se fijan a éste. Las his-
tonas son pequeñas proteínas básicas con
fuerte cargapositiva. Se clasifican en 5 ti-
pos principales (H1, HzA,HzB, H3 y Ha).
EI nucleosoma se compone de un octáme-
ro de B moléculas de histona (2 de cada t i-
po, excepto H1) que forma un núcleo de
nucleosoma compacto alrededor del cual
la esoiral dobie d-e DNA se enrolla dos ve-
ces antes de continuar como delgado fila-
mento hasta el próximo nucleosoma. De
esta manera, se forma la fibra de cromati-
na de 10 nm similar a un col lar de perlas;
a cada nucleosoma se Ie adosan 146 pares
de bases, mientras que el f i lamento entre
los nucieosomas varía en longitud, si
bien suele medir unos 50 pares de bases
(fig. a-z). Se cree que la eucromatina eslá
constituida por esta forma totalmente ex-
tendida de iromatina, donde el DNA es
accesible para Ia transcripción. La fibra
de 10 nm es capaz de enrol larse y empa-
quetar aun más el DNA, dado que los nu-
cleosomas se agrupan en cúmulos más
densos y toda la estructura se denomina
solenoide (fig. +-z). Se cree que Ia proteí-
na histona de t ipo H1 favorece este empa-
quetamiento de los nucleosomas para for-
mar la fibra solenoide de 30 nm de espe-
sor. Se supone que este tipo de fibra de
cromatina de 30 nm corresponde al que se
observa en el reticulado de fibras de 30 nm
en las imágenes al microscopio electróni-
co de cromatina obtenida de núcleos aisla-
dos explotados, y que dan origen al aspec-
to granulado en las imágenes al microsco-
nio electrónico de las zonas heterocromá-
iicas de los núcleos celulares intactos.
Durante la mitosis se produce una ulte-
r io r condensac ión de la c romat ina , dado
oue las zonas filamentosas eucromáticas
de 10 nm se transforman en solenoides,
como fibras de 30 nm, y se condensan así
nara formar una estructura similar a Ia de
la heterocromatina. Mediante la observa-
ción al microscopio electrónico de cromo-
somas entero s (ing. whole mounús, es de-
cAP i ru to NUCLEO CELULAB 107
cir, cromosomas aislados sin realizar cor-
tes) se distinguen los cromomosomas co-
mo constituidos por fibras de cromatina
de 30 nm (fig. 4-B). Las fibras de solenoi-
de de 30 nm han sufrido empaquetamien-
lo u l te r io r en e l c romosoma, o r imero co-
mo apre tadas asas de unos 300 nm de d iá -
metro mantenidas unidas mediante una
estructura o esqueleto axial de proteína de
otro tipo, distinto de la histona. En estas
asas el DNA no es accesible para la trans-
cripción. Las asas de 300 nm sufren enro-
liamiento ulterior para formar una espiral
de 700 nm de diámetro. que se condensa
para formar un típico croinosoma de me-
tafase relacionado con la mitosis fvéase
con más detal le más adelante). El empa-
quetamiento comple to de l DNA, desde la
formación de los nucleosomas hasta la su-
perespiral que forma el cromosoma de
metafase, da un orden de aumento de
unas 10.000 veces. En consecuencia, se
cree que cada cromosoma está compuesto
por una única molécula muy larga de
DNA, que en el cromosoma humano más
grande (el No 1) contiene alrededor de 2,b
x 108 pares de nucleótidos; la molécula de
DNA mide aquí varios cm de longitud,
mientras que después del empaqueta-
miento ocupa el lugar de un cromosoma,
de apenas unos pm de largo.
Transcripción de genes. Como se vio en
el capítulo 1, un gen es una parte de una
molécula de DNA que codifica una molé-
cula funcional de RNA. La molécula de
RNA puede codif icar la síntesis de un
polipéptido determinado (mRNA) o ser
tRNA, rRNA, snRNA o scRNA [que inte-
gra pequeñas par t ícu las r ibonuc le icas nu-
cleares, como se verá más adelante). Tam-
bién se vio que las moléculas de RNA se
sintet izan ef el núcleo celular por ¿rons-
cripción de una hebra de DNA patrón, se-
gún e) principio de apareamiento de ba-
ses complementarias. Ahora se verán con
mayor detal le las relaciones moleculares
del proceso de transcripción.
En las células eucariotas. Ia transcrio-
c ión de genes es ca ta l i zada por enz imas
denominadas fiNá polimerasas. Existen
una RNA polimerasa I, que cataliza la
transcripción de IRNA (se localiza en el
nucléolo, véase más adelante), una RNA
polimerasa II, que transcribe mRNA y al-
gunos pocos RNA pequeños (se iocal iza
en la cromatina), y una RNA polimerasa
III, que transcribe IRNA, rRNA (5S) y al-
gunos RNA pequeños (también localizada
en la cromatina). El proceso de transcrip-
ción comienza cuando la RNA polimerasa
se une a una secuenc ia de DNA denomi -
nada promotor, localizada cerca de la re-
gión a transcribir. Como consecuencia, Ias
dos hebras de la espiral doble de DNA se
separan frente al promotor. De esta mane-
108 NUCLEO CELULAR
Pre mRNA
Recorte q)fE)tEl
\:-/ | \:,
aí+¡t
mRNA maduro
ra la RNA polimerasa gana acceso a la he-
bra patrón que da lugar al inicio de la sÍn-
tesis de una hebra de RNA complementa-
r ia (cabe recordar que es ta ú l t ima será
idéntica a la otra hebla de DNA, salvo oor
el uraci lo en lugar de la t iamina. es dei ir .
la hebra codif icadora de DNA, también
complementaria con la hebra patrón. La
hebra de RNA transcripta y la hebra codi-
f icadora de DNA poseen asÍ la misma
orientación direccional 5+'3'. véase can.
1). La molécula de RNA transcripta se sin-
tet iza en dirección 5+'3'. Con-las deno-
minaciones arciba y abajo se entiende Ia
dirección hacia el extremo 5' de la molé-
cula de RNA (o hebra codificadora) o ha-
cia el extremo 3', respectivamente; en
otras palabras, contra la dirección de sín-
tesis o hacia la dirección de síntesis. La
unión entre Ia RNA polimerasa y el pro-
motor es mediada por varias proteínas,
denominadas factores de transcripción,
que encuentran el promotor y después se
fi jan a la RNA pol imerasa. La secuencia
de nucleótidos del promotor para la RNA
polimerasa II (que catal iza la transcrip-
ción de mRNA y, en consecuencia de los
genes codificadores de proteínas) suele
se¡ TATAAA, la denominada caja TATA,
local izada unas 30 bases antes del si t io de
inicio de Ia trancripción de la molécula de
RNA. Uno de los factores de transcripción
fosforila la RNA polimerasa y comienza la
transcripción (y en consecuencia la sínte-
sis de Ia molécula de RNA). Mientras t ie-
ne lugar este proceso, las hebras de DNA
sólo se separan por una extensión corres-
pondiente a alrededor de 15-20 pares de
bases, para dar acceso a la RNA polimera-
sa; durante la transcripción la RNA poli-
merasa se desplaza a lo largo de la hebra
patrón en dirección 5-+'3' de la hebra co-
dificadora y continúa forzando la separa-
c ión de la dob le esp j ra l . M ien t ras tan to , Ia
porción ya sintetizada de la molécula de
RNA se separa con rapidez de la hebra pa-
trón y las dos hebras de DNA de la doble
espiral se vuelven a unir. De esta manera,
DNA Fig .4-9 . D ib r
mático del rer
mRNATranscripción
C A P I T I
la oorción de la molécula de DNA en la
qué las hebras están separadas mantiene
la corta extensión de 15-20 pares de bases.
La transcripción continúa hasta que la
RNA oolimerasa abandona la hebra com-
pleme.ntaria de DNA. Para algunos genes
puede haber varios complejos de RNA po-
limerasas actuando en la transcripción si-
m u l t á n e a d e l m i s m o B e n . p o r l o q u e I a v e -
locidad de oroducción de la molécula res-
pectiva de RNa aumenta (del mismo mo-
do que varios r ibosomas pueden traducir
la misma hebra de mRNA simultánea-
mente durante la síntesis de proteínas).
Como se vio al anal izar la estructura de
la cromatina, la transcripción só1o t iene
lugar en la eucromatina bajo la forma de
fibras de cromatina de 10 nm de espesor.
Se ha demostrado oue los nucleosomas
esfrÍn presentes en lás zonas transcriptas,
Dero no se t iene la certeza de cómo las
RNA polimerasas logran que las hebras de
DNA se separen para poder transcribir la
hebra oatrón del DNA enrollado alrede-
dor de los nucleosomas. Es posible que
ocurra una fragmentación transitoria del
nucleosoma durante el proceso de trans-
crinción.
Tratamiento del RNA mensaiero (mRNA).
Las moiéculas transcriptas de RNA prima-
rio representan moléculas precursoras
más largas, que después de la transcrip-
ción sufren notables modif icaciones.Se
verá ahora el tratamiento de las moléculas
de mRNA. dado oue se analizará el rRNA
relacionado con él nucléolo. Las molécu-
las de mRNA se modif ican por el imina-
ción o por agregado de secuencias de ba-
ses antes de ser exportadas al ci toplasma
como moléculas de mRNA maduras. En
consecuencia, las moléculas transcriptas
de mRNA primario y aún no modif icadas
se denominan ahora pre mRNA.
Las moléculas pre mRNA se unen pri-
mero a proteínas. Después la molécula de
RNA sufre un recorte, que consiste en Ia
Tratamiento de RNA de transporte (IRNA) y de pequeñas moléculas de RNA
(snRNA y scRNA)
Tratamiento de RNA de transporte
(rRNA). Al igual que con el rRNA (véase
más adelante), Ios genes que codifican
IRNA en organismos eucariotas aparecen
duplicados varias veces como DNA repe-
tido. Cada gen de IRNA está separado del
siguiente por secuencias espaciadoras no
transcriptoras. La transcripción de IRNA
es catalizada por la RNA polimerasa III y
Ia molécula de tRNA, al igual que el
mRNA, es sintetizado bajo la forma de
pre IRNA, molécula algo más larga que Ia
de IRNA maduro, dado que presenta una
prolongación en cada extremo y además
ouede contener un único intrón. Las por-
iiones e.t exceso de los extremos se elimi-
nan mediante RNA endonucleasas. En el
extremo 5' la endonucleasa contiene un
snurp (partícula snRNP) y la actividad ca-
talítica se encuentra en la porción RNA.
Después de la eliminación de los extremos
en exceso la enzima IRNA nucleotidil-
transferasa cataliza el agregado al extremo
3' (como se vio al estudiar la síntesis pro-
teica en el capítulo 3, Ia adenina del extre-
mo de esta secuencia actúa como sitio de
unión del aminoácido a ser transportado).
A continuación se elimina el eventual in-
trón por recorte, dado que primero el in-
trón se "corta", por un proceso catalizado
por RNA endonucleasa, y después los dos
exuernos se unen r¡c¡r la acción de una
RNA ligasa y tiene lugar la formación de la
molécula de IRNA madura.
Tratamiento de moléculas de RNA pe-
queñas (snRNA y scRNA). Como se vio
antes los snRNP o snurp (partículas de
ribunucleoproteÍnas nucleares peque-
ñas) intervienen en el tratamiento de
mRNA y IRNA, y uno de los scRNP (par-
tÍculas de ribonucleoproteínas citoplas-
máticas pequeñas) interviene en el SRP
(partÍcula de reconocimiento de señal,
que contribuye a relacionar los riboso-
mas con la cara externa de RER durante
Ia síntesis de proteínas. véase también el
cap. 3, pág. Oe). Algunos de los genes co-
dificadores de Ios RNA pequeños forman
parte de los intrones de distintos genes
de mRNA y se transcriben con ellos. Du-
rante el oosterior recorte de la molécula
de pre mRNA se liberan las moléculas de
RNA pequeñas, a medida que los intro-
nes de los que forman parte son "recorta-
dos" de Ia molécula de pre mRNA. La
transcripción de los RNA pequeños es
catalizada por la RNA polimerasa II o la
RNA polimerasa IIL Después de la
transcripción y del eventual recorte, las
moléculas de RNA se adosan a Ia proteí-
ffiJ# 
forman los snRNP y scRNP termi-
Cabe destacar que la molécula de
scRNA que constituye parte del SRP es-
tá relacionada con la secuencia AIu del
DNA repetido, que nunca se transcribe
(véase con mayor detalle en la próxima
sección) .
C A P I T U L O NUCLEO CELULAR 109
tas) que codifican las moléculas de nRNA
y, en consecuencia, Ias proteínas, contie-
neÍt secuencias no codificadoras. denomi-
nadas intrones, que separan las secuen-
cias codificadoras o exones y sólo estas
últimas pasan a formar parte de la molé-
cula de nRNA madura que es exoortada
F ig .4 -10 . D ib
mático de la rr
de la expresir
gen, que mue
de niveles suc
célula donde t
la regulación.
NÚCLEO
CITOPLASMA
Proteína inmadura
Transcripción
RNA maduro
RNA maduro
Traducción
t
J '*"u"
Modificaciones
postraduccionales
Proteína madura
el iminación o "corte" de las secuencias de
nucleótidos "no deseados", por lo que Ia
longitud de la molécula de mRNA se re-
duce notablernente, en algunos casos has-
ta alcanzar el 10% de la molécula de pre
mRNA. El proceso de recorte tiene iugar
porque los genes (de las células eucario-
110 NUCLEO CELL]LAR
Degradación de
proteína
C A P I T L
a l c i top lasma ( f ig . 4 -9) . La molécu la
transcripta de pre mRNA primario con-
t i e n e a s Í u n a s e c u e n c i a c o n t i n u a d e n u -
cleótidos que coincide con el gen trans-
cripto, es decir, con intrones y exones;
pero durante el recorte se el iminan los
trozos de intrones mediante un complejo
de recorte, denominado espl iceosoma,
compuesto por varias partículas peque-
ñas de r ibonucleoproteína nuclear
(snRNP) o "snurps" (ing. snurp, arrugar),
Los dist intos "snurps" del espl iceosoma
son capaces (por apareamiento de bases)
de hal lar los sit ios 3' y 5' correctos para la
escisi.ón v la oosterior unión de los extre-
mos, despuéJ de haber el iminado los in-
trones. Las porciones extirpadas son de-
gradadas después. De esta manera se de-
grada gran parte del nRNA primario
transcripto durante el tratamiento del pre
mRNA para obtener mRNA maduro, la
molécula recortada de mRNA que final-
mente es expor tada a l c i top lasmá.
Regulación de genes. Se verá ahora la
regulación de los genes de las células eu-
cariotas, dado que se considera que es 1a
regulación celular de la expresión del
gen. Cuando son genes codif icadores de
proteínas indican la cantidad de proteína
funcional sintet izada correspondiente al
gen cod i f i cado. La regu lac ión de la expre-
s ión de l gen puede tener lugar en vor ios
niveles sucesivos dentro de la célula. por
a c c i ó n s o b r e l a t r a n s c r i p c i ó n d e l g e n . - s o -
bre el tratamiento del RNA, sobre el
transDorte de RNA desde el núcleo hasta
el ci foplasma. sobre las modif icaciones
postraducción de Ia estructura y la act ivi-
dad de la proteína y por últ imo sobre la
degradación de las proteínas (f ig. 4-10).
Los pasos que t ienen lugar en el ci toplas-
ma, desde la traducción en adelante se
vieron en el capítulo 3 al anal izar la sÍn-
tesis de proteínas (pág. 66), pero aquí se
verán con mayor detal le los primeros pa-
sos oue ocurren en el núcleo celular. Pri-
meró se analizarán alsunas condiciones
referidas a la organización de la cromati-
na del DNA, relacionadas con la regula-
ción de los senes de las céLulas eucariotas
v oue las diferencia de las condiciones en
óefutas procariotas.
En las células eucariotas se habla del
valor C, que determina Ia cantidad total
de DNA en un par de cromosomas haploi-
de completo (más adelante en este capítu-
1o se verá la haploidia). El genoma es el
total de genes de un juego haploide de
cromosomas de un individuo determina-
do. Se considera que un ser humano con-
t iene 50.000-100.000 genes y la investiga-
ción de la cantidad de genes, respecto a la
cantidad de DNA de un individuo euca-
riota, por ejemplo el hombre, y una célula
procariota demuestra que las células eu-
cariotas contienen una cantidad de DNA
mucho mayor de la necesaria para incluir
las secuencias codif icadoras genéticas.
Una oarte imoortante de esta cantidad
"e*cei i ,ra" ¿e DNR se expl ica por la apa-
rición de las denominadas secuencias re-
petidas de DNA, es decir, la aparición de
gran cantidad de copias de la misma se-
cuencia de DNA. La mayor parte de los ge-
nes codif icadores de proteínas son del t i -
po secuencia única de DNA, es decir, con
sólo una cooia de la ser;uencia de DNA
del gen en cáda juego de cromosomas ha-
ploides, pero olgunos de los genes codif i-
cadores de pro te ínas , por e jemplo , los co-
dif icadores de histonas. se encuentran en
cientos o miles de copias en cada célula.
Esto también es así para ios (pocos) genes
codif icadores de las dist intas moléculas
de RNA ribosomal. Gran parte del DNA
repetido no aparece en la transcripción
del RNA y suele estar local izado en la he-
terocromatina, dado que permanece con-
densado en la interfase.
Es posible qr-re algunas de las secuen-
cias repetidas de DNA sean importantes
para la regulación de los genes, y su loca-
lización enla heterocromatina podría ser
un eslabón en la regulación por inactiva-
Secuencia Alu
La secuencia Alu es un ejemplo de
DNA repetido; representa más del 5%
del total de DNA de las células huma-
nas. La secuencia se repite alrededor de
medio mi l lón de vecei , pero se desco-
noce su función. Como se vio en la sec-
ción anterior, existe cierta relación en-
tre la molécula de scRNA que forma
parte del SRP (partícula de reconoci-
miento de señal, que relaciona los ribo-
somas con la cara externa del RER) y la
secuencia Alu, dado que parte de la se-
cuencia de nucleótidos de scRNA cons-
tituye parte de la secuencia Alu. Una
propuesta sugiere que las secuencias
Alu repetidas son seudogenes de la co-
rrespondiente molécula scRNA, es de-
cir copias, defectuosas no funcionales
del gen scRNA. Se piensa que estos úl-
timos se forman por duplicación y lue-
go permanecen en el genoma sin tener
función definida.
C A P I T U L O NÚCLEOCELULAB 111
ción. Así se habla de heterocromatina
constitutiva fdonde se localizan con ma-
yor frecuencia las secuencias repetidas de
DNA) que contiene DNA permanentemen-
te inactivado, y de heterocromatina facul-
tativa, que contiene DNA cuyos genes han
sido inactivados durante el desarrollo
normal de determinados t ipos celulares,
pero que en potencia pueden ser trans-
criptos. Así, la formación de la heterocro-
matina representa un modo general de re-
gulación de la transcripción de los genes,
con inactivación de grandes bloques de
genes a Ia vez. A continuación se verán
los mecanismos más selectivos oara la re-
gu lac ión de Ia t ranscr ipc ión dé de termi -
naoos genes.
En la secuencia de transcripción del
gen en cuestión se encuentran dist intas
zonas de secuencias de bases oue t ienen
impor tanc ia en la regu lac iOn dé l p roceso
de t ranscr ipc ión ( f ig , 4 -11) . S in duda, la
secuencia promotora es indispensable pa-
ra que el gen se pueda transcribir, pero en
muchos casos también aparecen estimu-
lan tes que pueden es tar Ioca l i zados an tes
o después del promotor. Los estimulantes
no poseen en sí el poder del promotor, pe-
ro pueden estimular la transcripción me-
diante el aumento de moléculas de RNA
polimerasa que transcriben el gen al mis-
mo t iempo, o intervienen en la regulación
de cuáles genes se expresan en los dist in-
tos t ipos celulares. Otras secuencias de
DNA reguiadoras de genes similares se
denominan represores, dado que actúan
inhibiendo la transcripción, hasta even-
tualmente detenerla.
Las actividades de los estimulantes V
los represores dependen de las denominá-
das proteínas reguladoras de genes, a las
que se f i jan. Otro t ipo de secuencia regu-
ladora de DNA son los denominados ele-
mentos de respuesta, al igual que los re-
presores local izados antes del promotor,
que activan la transcripción de determi-
Estimulador
Proteína reguladora del
gen
Proteína
reguladora
del gen
RNA polimerasa
Factor de transcripción
Receptor de hormona
esteroide
nados genes como respuesta a una señal
del medio celular. Un ejemplo de ellas
son las hormonas esteroides que ingresan
a la célula y se unen a un receptor especí-
f ico local izado en el núcleo celular y des-
pués de f i ja a un elemento de respuesta
para estimular la transcripción. Varios ge-
nes iocal izados a gran distancia entre sí a
menudo poseen el mismo elemento de
respuesta y son activados por igual recep-
tor esteroide, por lo que la hormona pue-
de estimular la transcripción de varios ge-
nes al mismo t iempo y así sintet izar un
grupo determinado de proteínas. Se han
demostrado elementos de resouesta de
hormonas esteroides para estrógenos y
glucocorticoides.
Como se vio en la introducción, la regu-
lación de la expresión de los genes en las
células eucariotas también ouede tener lu-
Bar por occión del proceso de recorte del
nRNA. En algunos casos es posible que la
célula recorte la misma molécula de ore
mRNA para [ormar dist intas mRNA madu-
ras. Esto se ha demostrado para la molécu-
la de pre mRNA que cod i f i ca un pro te Ína
en el cr istal ino del ojo, que sufre recorte
de dos formas diferentes, denominadas
recorte alternativo. Esto puede causar la
formación de dos moléculas dist intas de
mRNA maduras, codif icadoras de dos
Represor
Elemento
respuesta
Promotor
Fig . 4 -11 . D
mático de ur
mecantsmo
res relacion
C A P I T
Estimu-
lador
Genes homeóticos
Los genes homeóticos (gr. homoios, si-
milar) representan un tipo especial de
genes hoy detectados en numerosas es-
pecies animales, entre ellos, el hombre;
se ha demostrado que tienen importan-
cia en la regulación de genes durante el
desarrollo embrionario. Los genes ho-
meóticos presentan la caracterÍstica co-
mún de contener una secuencia de 180
pares de bases, denominada homeocaja,
similar a la secuencia correspondiente
de otros genes homeóticos en todo eI rei-
112 NUCLEOCELULAR
no animal. La homeocaia codifica el ho-
meodominio, que contiene una secuen-
cia de 60 aminoácidos v represenra una
parte de Ia proteína qu-e codifica el co-
rrespondiente gen homeótico.
Los genes homeóticos codifican las
proteínas que son factores de trunscrip-
ción, es decir, que se fijan a secuencias
de DNA específicas. De este modo esti-
mulan o inhiben la transcripción de
otros genes de importancia para el desa-
rrollo embrionario.
Patrones de unión de DNA
Las proteínas que componen las dis-
tintas proteínas reguladoras de genes y
factores de transcripción, entre ellos los
receptores de esteroides, se fijan todas a
la secuencia específica mediante zonas
especiales de la proteína denominadas
patrones de unión de DNA. El homeodo-
minio de los genes homeóticos contiene
así un patrón hélice-giro-hélice, mien-
tras que ciertos factores de transcrip-
ción, por ejemplo Ia TFIIIA contiene el
Datrón denominado dedo de cisteína-
Listidina-cinc. La cadena polipeptídica
de la proteína genera una protrusión en
U o dedo, en la cual los moléculas de
cisteína de una de las partes rectas del
asa se ubican frente a dos moléculas de
histidina de Ia otra parte recta; entre am-
bas partes fijan un átomo de cinc ubica-
do en el centro de las cuatro moléculas.
En TFIIIA se repite el dedo de cinc nue-
ve veces sucesivas y se cree que cada de-
do se une a un giro de la espiral de DNA.
Los receptores de hormonas esteroides
presentan un patrón de unión de DNA
similar, denominado dedo cisteína-cis-
teína-cinc. donde las dos moléculas de
histidina son reemplazadas por cisteína.
Un tercer patrón de unión-de DNA se
denomina cierre de leucina (íng. zipper,
cierre relámpago), capaz de unir dos ca-
denas polipeptídicas diferentes. Uno de
los péptidos adopta la forma de una hé-
lice alfa, donde el aminoácido leucina
aparece cada giro por medio sobre la
misma cara de la hélice. Las dos hileras
de leucina de una y otra hélice alfa, res-
pectivamente, se unen como en un cie-
rre relámpago, por lo que se adosan los
dos péptidos. Otra hélice alfa Iocalizada
sobre la zona del cierre de leucina de ca-
da péptido representa un dominio bósi-
co (con elevado contenido de aminoáci-
dos básicos) que es el que une al pépti-
do a una secuencia específica del DNA,
pero sólo cuando los dos dominios bási-
cos se ubican en la posición conecta en-
tre sí, como consecuencia de que el cie-
rre de leucina ha ligado las dos cadenas
polipeptídicas. Los dos polipéptidos
fun y Fos representan ejemplos del pa-
trón de cierre de leucina, que al unirse
forman el factor de transcripción APl.
Éste se activa cuando se expone la célu-
Ia a moléculas señal extracelulares que
estimulan la división celular. Después
de la activación, el factor de transcrip-
ción AP1 se une a las secuencias de
DNA específicas, denominadas elemen-
tos de respuesta AP1, relacionadas con
genes que codifican factores de impor-
tancia para el crecimiento y Ia división
de Ia célula. Se genera un factor de
transcripción AP1 anormal cuando los
genes 7un o /os sufren mutación, lo cual
puede causar trastornos del control nor-
mal del crecimiento y contribuir así al
desarrollo de células tumorales.proteínas del cristalino ligeramente dife-
rentes, de las cuales una es 22 aminoáci-
dos más larga que la otra. Esta secuencia
de aminoácidos adicional se encuentra en
un exón que es seccionado por recorte pa-
ra formar la molécula de mRNA codifica-
dora de Ia forma más corta.
La exoortación de las moléculas de
zRNA áI citoplasmo también puede in-
fluir en la expresión de los genes. Se co-
noce muy poco sobre los factores que re-
gulan esta exportación, pero en un caso se
ha demostrado con seguridad que es regu-
lada. En el SIDA (ing. ocquired immuno-
deficiency syndrome, síndrome de inmu-
nodeficiencia adquirida) ciertas células
son infectadas por el virus HIV (ing. hu-
man immunodeficiency v irus) que ingresa
al núcleo y favorece Ia síntesis de una mo-
lécula de RNA viral que permanece en el
núcleo hasta oue la célula sintetiza una
proteÍna también perteneciente al virus.
Recién entonces las moléculas de RNA vi-
rales son exportadas al citoplasma.
Nucléolo
En las células vivas el cuerpo nuclear
se distingue como una organela redondea-
da u ovalada muy refringente. En los cor-
tes para el microscopio óptico el nucléolo
suele teñirse intensamente con los colo-
rantes básicos (f ig. a-1), pero la basofi l ia
varía en ios dist intos t ipos celulares; se
debe al contenido de ribonucleooroteína
(RNP) . E l nuc léo lo a menudo es tá rodeado
por un anillo basófilo que da resultado
positivo con la reacción de Feulgen, Ia de-
nominada cromatina asociada al nucléo-
lo, que se puede extender hacia el interior
de la sustancia del nucléolo.
El tamaño del nucléolo es variable se-
gún los dist intos t ipos celulares, puede al-
canzar hasta alrededor de 1 pm. Se obser-
van nucléolos especialmente grandes en
las células con gran síntesis de proteína,
por ejemplo, en las células embrionarias y
las células glandulares sintetizadoras de
proteínas (fig. 2-18). Por eI contrario, el
C A P I T U L O NUCLEOCELULAR 113
Nucléolo Célulanervtosa
'a
Fig.4-12. Fotomicrografía de una célula ner-
viosa de la médula espinal. Se dist ingue un
gran nucléolo central en el núcleo eucromá-
t ico claro. Corte coloreado con t ionina. x660.
nucléolo Duede estar ausente en las célu-
las que nó sintetizan proteínas, por ejem-
plo, Ios espermatozoides.
La cantidad de nucléolos también es
variable. Se forman sobre determinados
cromosomas. corresoondientes a zonas
denominadas regionós organizadoras de
nucléolos (RON), que contienen las se-
cuencias repetidas de DNA codificadoras
de rRNA. A menudo se pueden identificar
en los respec t ivos c romosomas como es-
trechamieñtos designados constricciones
secundarias (también existen otros tipos
de constr icciones secundarias], a diferen-
cia de la constr icción primaria (el centró-
mero, véase con más detal le al estudiar
mitosisl. El número total de RON determi-
na la cantidad teórica de nucléolos que se
pueden encontrar en determinada especie
animal. En los cromosomas humanos hav
10. pero en la mayorÍa de Ias células s-e
encuentran 1-4 nucléolos. oue se deben a
Ia inac t ivac ión de los genes por c ie r tos
RON o por fusión de algunos de el los, que
interactúan Dara la formación de un único
nucléolo. Cuando Ia célula entra en mito-
sis desaparecen los nucléolos para reapa-
recer recién en los núcleos de las células
hijas. Los nucléolos reaparecen en los
RON. con los oue se relacionan.
Los nucléolós se pueden localizar en
distintas regiones nuóleares, entre ellas en
las adyacencias al interior dei nucleole-
ma. A menudo se detecta un único nu-
114 NUCLEOCELULAR
cléolo de gran tamaño en el centro del nú-
cleo, que se distingue típicamente en el
núcleo eucromático claro de las células
que sintetizan gran cantidad de proteínas
distintas, por ejemplo las células nervio-
sas grandes (fíg. a-1,2). Las células con es-
casa síntesis proteica o de un solo t ipo po-
seen núcleos pequeños con cromatina en
su mayor parte condensada y nucléolos
poco prominentes, a veces ocultos por las
masas de cromatina, por ejemplo en los
l infocitos.
El aspecto al microscopio electrónico
dei nucléolo es variabie, pero en las célu-
las metabóLicamente activas los elementos
principales están consti tuidos por un
componente granular, centros fibrilares y
Lrn componente fibrilar denso (figs. 4-2 y
4-13). Estos elementos principales están
incluidos en un reticulado estructural de
filamentos Droteicos denominado matriz
v al nucléolb se fiia la cromatina asociada
ál nucléolo (que'sin embargo no forma
parte del nucléolo).
El componente granular por lo general
representa Ia mayor parte de la r ibonu-
cleoproteína y está formada por gránulos
electrondensos, con un diámetro de alre-
dedor de 15 nm (es decir, más pequeño
que los ribosomas). Los centros fibrilares
se distinguen en la masa granular como
una o varias zonas redondeadas poco
electrondensas y con una estructu.a f ibr i-
Iar. El componente fibrilar denso rodea
Ios centros fibrilares como una caoa elec-
trondensa de material f ibroso. La croma-
t ina asociada al nucléolo rodea al nucléo-
Io como una cubierta de la cual oarten
pro longac iones que penet ran hac ia e l in -
terior del nucléolo y establecen contacto
directo con los centros f ibr i lares, dado
que atraviesan la capa del componente f i-
bri lar denso. La cromatina asociada al nu-
cléolo se comDone de masas heterocro-
máticas condensadas que, con gran au-
t
I
Fig .4-13 . lm
nucléolo de
glandular exo
páncreas, cal
microscopio r
x25.500. (Cer
Bohman.)
C A P í T
Centrosfibri lares Componenlegranular
mento, contienen fibras de cromatina de
30 nm. Se cree oue en los sit ios donde es-
tablecen contacio con los centros fibrila-
res se emiten los delgados filamentos ex-
tendidos de cromatina que forman la ma-
sa principal del centro Tibrilar y que su-
fren transcripción para dar lugar a la for-
mación de rRNA (véase con mayor deta-
lle a continuación).
Fig.4-14. lmagen de los genes de DNA intra-
nucleolar en proceso de transcribir pre RNA,
captada con microscopio electrónico. Se aisló el
DNA del interior fibrilar de nucléolos de oocitos
(de anfibios) y se lo extendió al m¿íximo. Se dis-
tingue entonces el DNA como una hebra delgada
(1) a la que se Ie adjunta periódicamente material
filamentoso que le confiere un aspecto similar a
plumas. La porción de DNA frente a cada "pluma"
corresponde a un gen (2) y mide alrededor de
2,5 pm de largo. Los aproximadamente 100 fila-
mentos relacionados son moléculas de pre RNA
transcriptas al mismo tiempo. Se observa que las
moléculas de RNA crecen en longitud a lo largo
de la hebra de DNA, dado que están cada vez
más completas. x7.000. (Según Miller y Beatty.)
Se ha demostrado que el nucléolo es
el asiento de Ia síntesis de las dos subu-
nidades ribosomales, por medio de ex-
perimentos en los que se destruyó el nu-
cléolo mediante rayos láser y se observó
que se interrumpe Ia inclusión de 3H
uracilo radiactivo en los ribosomas. In-
vestigaciones posteriores, con hibrida-
ción ¡n si/u, han clarif icado notablemen-
NUCLEO
Fig. 4-15. D¡bujo esque-
mático que muestra la
formación de las dos
subunidades r¡bosoma-
les en el núcleo celular.
C A P I T U L O NUCLEOCELULAR 115
te la relación de los distintos componen-
tes nucleolares con la producción de ri-
bosomas. Así, los centros fibri lares son
el asiento de la transcrioción de las mo-
léculas de pre rRNA, dado que contie-
nen las fibras extendidas de cromatina
con actividad genética, donde se locali-
zan los genes codificadores de rRNA.
Miller y Beaty demostraron mediante
microscopia electrónica directa la trans-
cripción de pre rRNA a lo largo de las se-
cuencias de genes de DNA correspon-
dientes, al aislar nucléolos de cuyo nú-
cleo fibrilar interior pudieron aislar las
hebras de DNA (fig. a-1a). La síntesis de
rRNA en los centros fibrilares es catali-
zada por la RNA polimerasa I que, junto
con una serie de factores de trasncrip-
ción, se fi ja a una secuencia promotora
por encima de la secuencia codificadora
del gen. Esta cont iene t res genes local i -
zados uno a continuación delotro, que
codi f ican ¡RNA de 1BS,5,BS y 2BS t rans-
criptos bajo Ia forma de una única molé-
cula de pre rRNA, que durante el trata-
miento posterior es escindida en los tres
componentes de rRNA (fig. -15). La
unidad de transcripción que codifica las
tres moléculas de rRNA se reitera varias
veces como DNA repetido, separado de
las secuencias espaciadoras no trans-
criptas que contienen el promotor, entre
otras secuencias. Ya durante Ia trans-
cripción Ia molécula de pre rRNA se aso-
cif a proteína ribosomal -sintetizada en
el citoplasma e importada al núcleo- pa-
ra formar moléculas de ribonucleooro-
teína. Mediante hibridación in si¿u só ha
demostrado que el componente 5S rRNA
de los ribosomas es sintetizado por el
núcleo celular por fueru del nucléolo y
catalizado por la RNA polimerasa III;
después ingresa al centro fibrilar donde,
bajo la forma de ribonucleoproteína y
junto con pre RNA ribonucleoproteína,
forma parte de la denominada partícula
BOS. Esta sufre eI primer tratamiento en
el componente fibrilar denso y continúa
como partícula de ribonucleoproteÍna
hacia el componente granular, donde tie-
ne lugar el tratamiento ulterior y la ma-
duración. con transformación a las subu-
nidades ribosomales terminadas, que se
exportan al citoplasma. Como se vio en
la síntesis proteica en el capítulo 3, la
unión final de las dos subunidades ribo-
somales tiene lugar recién en el citoplas-
ma, cuando comienza la síntesis de oro-
teÍnas.
Ciclo vital.celular
Todas las células se originan por divi-
sión de las células ya existentes (omnis
116 NUCLEOCELULAR
cellula e cellula). Para los microorganis-
mos unicelulares la división celular es Ia
base directa para la formación de un nue-
vo individuo-. En los organismos multice-
lulares con formación sexual, entre ellos
el ser humano, existen dos tipos funda-
mentales de células, las gonadales y las
somáticas. Las células gonadales (gr. go-
ne, esperma) o células sexuales (oocitos y
espermatozoides) tienen como objetivo
exclusivo dar origen a la próxima genera-
ción, dado que durante la fecundación se
unen con las células sexuales del sexo
opuesto y dan origen a un nuevo indivi-
duo. Las células gonadales se originan
mediante una forma esDecial de división
celular, denominada meiosis, que produ-
ce la reducción de Ia cantidad de cromo-
somas a la mitad. respecto de las células
somáticas. Las célulai somáticas [gr. so-
mo, cuerpo) comprenden todos los demás
tipos celulares de los tejidos y órganos del
organismo. Las células somáticas se for-
man por división mitótica y todas las cé-
Iulas del organismo se han formado por
mitosis a partir de la célula huevo fecun-
dada.
AsÍ, la división celular es una propie-
dad fundamental de los organismos vi-
vos, en cierto modo es Ia fórmula de la vi-
da. A partir de ahora se analizarán sólo
las células "comunes" (somáticas) y su
división (mitosis), dado que se considera
a las células gonadales y a la meiosis co-
mo un caso especial, que se estudiará más
adelante.
Antes de la división celular por mitosis
las células somáticas sufren ciecimiento
por el que duplican la masa y todas las or-
ganelas. Además se sintetiza DNA con re-
plicación exacta de todas las moléculas de
DNA, por lo que las dos células hijas que
se forman por mitosis son genéticamente
idénticas a la célula madre.
Una excepción a Ia regla del creci-
miento del material celular antes de la
división mitótica se observa en la divi-
sión del cigoto (la célula huevo fecunda-
da), que sufre una serie de mitosis muy
rápidas sin crecimiento celular simultá-
neo. Este proceso se denomina escisión.
dado que Tundamentalmente se produce
una división de la sustancia del cigoto de
gran tamaño para formar células nuevas
cada vez más pequeñas. La escisión se
transforma pronto en crccimienfo verda-
dero cuando se forman células nuevas
por mitosis "común", con crecimiento
celular antes de Ia división. El creci-
miento normal de los tejidos y órganos se
produce así por proliferación (lat. pro-
1es, descendencia; /e¡¡e, cargar), es decir,
por aumento de la masa del tejido u órga-
no al formarse mayor número de células
(como se verá al estudiar el tejido conec-
C A P í T
tivo, la cantidad total de la masa de teji-
do también se incrementa mediante sus-
tancias extracelulares). También en eI or-
ganismo totalmente crecido se requiere
la producción de células nuevas por mi-
tosis, en parte porque muchos tejidos su-
fren renovación permanente en distinto
grado y en parte relacionado con la rege-
neración de telido dañado. En ambos ca-
sos la regeneración del tejido ocurre
cuando las células muertas son reempla-
zadas por células nuevas producidas por
división mitótica. La regeneración nor-
mal y el mantenimiento del teiido presu-
pone, en la mayoría de los casos, un pro-
ceso regulado con formación, diferencia-
ción y pérdida de células. Sobre Ia base
de Ia frecuencia de Ia división celular,
los distintos tejidos o poblaciones celula-
res se pueden clasificar en poblaciones
estóticas, poblaciones estables y pobla-
ciones renovables.
Las poblaciones estáticas se compo-
nen de células que sólo sufren división
durante el desarrollo embrionario. Des-
pués de su culminación Ias células no
se vuelven a dividir y se dice que han
sufrido diferenciación terminal. Se en-
cuentran entonces en la denominada fa-
se Go del ciclo celular (véase con más
detalle más adelante) y ya no retroceden
al ciclo celular por causa de estimula-
ción. Un ejempló de población estática
son las neuronas del sistema nervioso
central.
Las poblaciones estables se componen
de células que r¿Ira vez se dividen y que
también se encuentran en el estadio Go del
ciclo celular. No presentan diferenciación
terminal dado que se pueden activar en
respuesta a estímulos externos, por ejem-
plo, distintas formas de lesión celular, tras
lo cual retornan a la fase G, del ciclo celu-
Iar y sufren división normal. Son eiem-
plos de poblaciones estables los fibroblas-
tos y las células endoteliales, que se pue-
den estimular para la división por proce-
sos de cicatrización. También las células
hepáticas pertenecen a esta categoría, da-
do que el deterioro o la extirpación de te-
jido hepático causa Ia rápida regeneración
de las células hepáticas perdidas por pro-
liferación de los hepatocitos restantes.
Gran parte de las células de la mayoría de
Ios tejidos normales del organismo perte-
necen a este tipo de células que, al igual
que los hepatocitos pueden estar bastante
diferenciadas, pero no con diferenciación
terminal, por Io que aún tienen la capaci-
dad de retornar al ciclo celular y sufrir di-
visión.
Las poblaciones celulares renovables
representan tejidos en los que se produce
renovación constante y actividad mitóti-
ca regular. Se basa sobre la aparición de
células madre u originarias, que se ca-
racterizan por dor origen por división a
células hiias idénticas a la célula madrc
que son, en consecuencia, también célu-
las madre, por dar origen a células enlas
que und permanece como célula madrc
mientras que la otra comienza una línea
de diferenciación a céIt;Jas más maduras
v va no retorna al estadio celular de célu-
ia-madre. De este modo se mantiene la
población de células madre y se produ-
cen células por diferenciación a tipos ce-
lulares más especializados de la pobla-
ción tisular respectiva. Un eiemplo típi-
co de población celular renovable lo
constituye la epidermis (véase cap. 17)
donde algunas de las células del estrato
basal son células madre que se mantie-
nen en número y dan origen a células
epidérmicas queratinizadas, con diferen-
ciación terminal. Una situación similar
se observa en el epitelio del intestino,
cuyas células se renuevan cada tres días.
Otro ejemplo son las espermatogonias A
del testículo (véase cap. 22), qlue se man-
tienen en número y además dan origen a
los espermatozoides. En este caso se pro-
ducen divisiones suplementarias de las
primeras células en la línea de diferen-
ciación, con aumento de la cantidad, de-
nominada división de refuerzo. Las célu-
las madre de este tipo sólodan origen a
un tipo de célula diferenciada, denomi-
nada unipotencial, mientras que las cé-
lulas madre que dan origen a varios tipos
de células diferenciadas se denominan
pluripotenciales. Un ejemplo de estas úl-
timas lo constituye la célula madre he-
mopoyética común, que da origen a los
distintos tipos de células sanguíneas. Por
su naturaleza, las células madre son rela-
tivamente indiferenciadas, por lo que su
aspecto es poco característico y son difí-
ciles de identificar. Sin embargo, ya han
sufrido una diferenciación primaria, da-
do que, como se vio antes, precisamente
existen determinados tipos de células
madre para las distintas poblaciones ti-
sulares, como por ejemplo, una célula
madre epidérmica y una célula madre
hemopoyética.
Si bien se puede creer lo contrario, las
células madre se caracterizan por sufrir
divisiones con poca frecuencia. Esto se
debe a que algunas de ellas se encuentran
en el estadio Go, del cual sólo se activan
por necesidad especial, y en parte a que
una parte importante de la producción ce-
Iular de las poblaciones renovables tiene
lugar en el transcurso de la línea de dife-
renciación. En consecuencia. las células
madre por Io general sólo representan una
pequeña porción de la cantidad total de
células de las poblaciones celulares reno-
vables. No obstante, tienen vitallsugnifi-
cAP í ru to NUCLEOCELULAR 117
cado para la supervivencia del tejido en
cuestión, por lo que tiene especial impor-
tancia tener en consideración oue las cé-
lu las madre son muy sens ib les a la i r ra -
diación ionizante.
Muerte celular. La muerte celular se
puede deber a un acción lesiva o ser un
eslabón controlado y regulado del ciclo
vital celular.
La necrosis (gr. nekros, cadáver) desig-
na la muerte celular de células aisladas o,
más a menudo, de grupos celulares que
aún forman parte del organismo vivo. La
necrosis se debe siemore a una acción le-
siva, que puede ser un simple traumatis-
mo físico o químico (p. ej. , aplastamiento,
quemadura) o también por carencia de
oxígeno o acción de toxinas bacterianas.
La acción lesiva desencadena la libera-
ción de enzimas lisosómicas y la autólisis
de la célula. Por Io general el citoplasma
adquiere basofilia homogénea, pero las
modificaciones más características se ven
en el núcleo. Más a menudo se produce
cariopicnosis (gr. pyknos, densidad) y el
núcleo se retrae hasta formar un grumo
denso, intensamente basófi lo (f ig. a-16).
Se observa cariorrexis (gr. rhexis, destruc-
ción) cuando el núcleo se rompe en varios
trozos. Por últ imo, en algunos casos se
produce la disolución de la cromatina o
iariolisis. La célula se disuelve gradual-
mente y por lo general es eliminada por
acción de los fagocitos.
La apoptosis (gr. apoptosis, decaer) se
denomina también muerte celular pro-
Bamada. Es un proceso que requiere
energía y está controlado genéticamente;
se desencadena en determinadas circuns-
tancias y conduce a la muerte celular. En
consecuencia, la apoptosis es un eslabón
importante del desarrol lo embrionario
normal, dado que muchas células sufren
muerte celular programada cuando deter-
minadas acciones (o, con mayor frecuen-
cia, la interrupción de ellas) inducen el
comienzo del programa de autodestruc-
ción codificado. De este modo, por ejem-
plo, se extirpa la membrana de crecimien-
to continuo entre los dedos de las manos
y de los pies durante su desarrollo en el
feto humano. La muerte celular programa-
da tiene especial importancia en el desa-
rrollo del aparato inmume, en especial en
relación con la eliminación de las células
T dirigidas hacia el propio organismo, que
podrían Benerar autoinmunidad (véase
con mayor detalle en el cap. 16). También
es resultado de la apoptosis la muerte ce-
lular regulada de las poblaciones celula-
res renovables.
A diferenqia de la necrosis, la apoptosis
a menudo es un Daso en Ia eliminación de
células aisladas. El aspecto morfológico
de la apoptosis también es distinto de la
118 NUCLEOCELULAR
Fig.4-16. Dibujo esquemát¡co de los dist intos
tipos de modificaciones nucleares relaciona-
dos con la muerte celular. (Según Bucher.)
necrosis y se presenta mediante (fig. a-17)
condensación y, a menudo, fragmentación
de Ia cromatina nuclear y retracción celu-
lar. A diferencia de la autólisis oasiva de
la muerte celular por necrosis, lá apopto-
sis es un proceso que requiere energía y la
degradación de la cromatina por cariolisis
se produce por la acción de endonuclea-
sas. Las enzimas citoplasmáticas transfor-
man la célula en una envoltura rígida, in-
tensamente eosinófila, que se rompe en
fragmentos. Un rasgo caracterÍstico de Ia
apoptosis es que las membranas celulares
y Ias organelas, entre ellas las mitocon-
drias, se mantienen intactas durante todo
el proceso, que finaliza cuando los frag-
mentos limitados por membrana son fago-
citados por las células vecinas y sólo en
menor grado por macrófagos. Que la
apoptosis es un proceso natural regulado
y no el resultado de un daño queda desta-
cado por el hecho de que el citoplasma no
entra en contacto con el espacio extrace-
Iular, por lo que no aparece inf lamación
simultánea, como en el caso de Ia necrosis
(véanse más detalles sobre inflamación en
el cap. B).
El enveiecimiento celular (ing. ce11-se-
nescence; lat. senecere, envejecer) tam-
bién es un fenómeno programado que se
expresa porque las células normales, que
también tienen la capacidad de dividir-
se, presentan una cantidad limitada de
mitosis posibles. Por ejemplo, los f ibro-
blastos de fetos humanos se pueden divi-
dir unas 50 veces en un cultivo celular,
tras lo cual pierden Ia capacidad de divi-
sión y pasan a fase Go irreversible perma-
nente. Los fibroblastos de una persona de
40 años de ja de d iv id i rse después de 40
divisiones, y los de una persona de Z0
años, después de 20-30. De este modo, el
Cariol isis
Picnosis
::¡ Cariorrexis
C A P I T
J VVUUUU vv ¡v q r \/viJUrJ VVU U¿
I
Fig. 4-17. Dibujo esque-
mático del aspecto mor-
fológico del transcurso
de la apoptosis
envejecimiento celular está relacionado
con el envejecimiento del organismo en
su total idad. Dero se desconoce el meca-
nismo que encadena los envejecimientos
Fig.4-18. Dibujo esquemático de un ciclo ce-
lular (véase el texto para los detal les)
celular y cronológico. Es posible que
exista una relación entre el deterioro de
la capacidad de mantener la longitud de
Ios telónteros (secuencias especiales de
DNA en los extremos de los cromosomas,
véase con mayor cletal le al estudiar mito-
sis) o de mantener la cantidad de genes
cod i f i cadores de RNA r ibosomal y as í
mantener lu r n ive l ce lu la r su f ic ien te de
r ibosomas.
Ciclo celular
Como se v io en la in t rodncc ión de es-
te capí iu lo , 1¿r cé lu la puede es tar en in -
terfase, es decir, en estadio de no divi-
s ión , o en es tad io de d iv is ión o mi tos is
(dado que por el momento se habla de
células somáticas, sin tener en cuenta la
meios is ) . E l c ic lo v i ta l ce lu la r o c ic lo ce-
lular se subdivide en dos fases: interfase
y mitosis, entre los que la célula alterna
en forma cícl ica. En la interfase la céh-r-
la sufre crecimiento y rcpl icación de to-
do el DNA cromosómico. Esta fase se
subdivide luego en relación con el perío-
do de s ín tes is de DNA en secc iones . oor
l o q u e e l c i c l o c e l u l a r e n g e n e r a l s e d i v i -
de en 4 per íodos carac ter ís t i cos : G, , S ,
G , y M ( f i g . a - 1 8 ) .
G, es el período ( ing. gop, espacio) que
sigr.re a la mitosis y la separa de la fase S.
En la fase G,, especialmente al principio,
ocurre una activa síntesis de RNA v oro-
t e í n a s . a d e m á s d e o l r o s . o r n p o n " n i " i . " -
lulares, por lo que la célula crece.
S es un período que transcurre con sín-
tesis de DNA, que se duplica, dado que se
forma una cooia exacta de todo el DNA
cromosómico. La ¡eol icación de DNA no
modif ica el aspectó del núcleo celular,
pero se puede determinar mediante ra-
dioautografía con timidinaradiactiva que
se incluve esnecÍficamente en el DNA.
@ @
C A P I T U L O NUCLEOCELULAR 119
G, es el período que sigue a la fase S y
la seoara de la mitosis. En este estadio tie-
ne lugar un crecimiento ulterior, pero ade-
más actúa como período de seguridad, du-
rante el cual la célula alcanza a controlar
que todo el DNA se ha duplicado en for-
ma correcta antes de comenzar la mitosis.
M es la fase que sigue a G, y designa a
la mitosis. oue se divide en una serie de
estadios oarliales. como se verá más ade-
lante en éste caoítulo.
El, ciclo celulár de la célula de un orga-
nismo adulto en una población celular
que sufre renovación bastante rápida duro
unas 24 ftoros, pero es muy variable. La
variación se debe casi exclusivamente al
estadio G, que dura entre algunos minu-
tos para las células de división rópida y e}
tiempo de vida del resto del organismo
para las células con diferenciación termi-
nal en Las ooblaciones de células estóticas
(p. ej., las'neuronas). Se dice que estas cé-
lu]as delenidas en G, y, en consecuencia
extraídas de esa fase y del ciclo celular, se
encuentran en fase Go (fig. 4-18). Como se
vio antes, las células pueden pasar a la fa-
se Go sin tener diferenciación terminal y
más tarde ser estimuladas (p. ej., por un
factor de crecimiento) para incorporarse
nuevamente a G, y al ciclo celular. En
cuanto una célula abandona G. v se incor-
pora a Ia fase S, por Io g"n".ui ósta fase y
la M transcurren con velocidad constante,
sin presentar retrasos. Los mecanismos re-
guladores que inducen a la célula a pasar
de G, hacia el inicio de Ia fase S parecen
desencadenar el curso siguiente por G, y
M. En los tel idos de renovación rápida S
dura unas 7 horas. En promedio, G, dura
4 horas, mientras que, por lo general, M
dura 1-2 horas.
Regulación del ciclo celular
La regulación o el control del ciclo ce-
llrlar incluye los procesos que conducen a
una célula de una fase del ciclo a la si-
guiente. En Ia regulación intervienen nu-
merosos factores genéticos y bioquímicos;
intensas investigaciones, en especial con
levaduras (es decir, células eucariotas
unicelulares), pero también en células de
mamíferos, han aclarado muchos detalles
referidos a los mecanismos reguladores.
Estas investigaciones han sido inspiradas
en el hecho de que trastornos de la regula-
ción del ciclo celular pueden conducir al
crecimiento incontrolado, por ejemplo del
cáncer. Sin embargo, aún existen muchas
relaciones desconocidas e incluso proble-
mas con la nomenclatura, dado que la ma-
yoría de los descubrimientos se Iograrort
primero en levaduras, con denominacio-
nes de genes y productos genéticos, que
después se traspolaron a células de mamí-
feros. A continuación se tendrán en cuen-
ta los problemas de terminología siempre
que se considere conveniente, y se con-
centrarán los esfuerzos en la comprensión
de los mecanismos básicos.
Para la regulación del ciclo celular es
fundamental la existencia de un sisfemo
controlador del ciclo celular (ciclinas y
proteinquinasas dependientes de cicli-
nas) que ejerce la regulación central o pri-
maria del ciclo celular al permitir el pasa-
je por dos puntos de control, que llevan a
la célula a las fases de síntesis (punto de
control Gr) y de mitosis (punto de control
Gr). En los puntos de control se detiene el
ciclo celular. dado oue allí el sistema de
control del ciclo celülar se encuentra ba-
jo Ia influencia de información, que in-
gresa por un mecanismo de retroalimen-
tación. referida a los procesos de división
del ciclo celular, pof ejemplo si se com-
pletó Ia replicación de DNA. Por su parte,
la célula también controla que sólo ocu-
rra una replicación completá de DNA en
la fase S, mediante un proceso de blo-
queo de replicación. De esta manera se
modifica la cromatina, aunque se desco-
nocen las características del mecanismo.
Además, el sistema de control del ciclo
celular se puede regular en los puntos de
control por las acciones de señales prove-
nientes del exterior (p. ej., factores de cre-
cimiento).
El sistema de control del ciclo celular,
que también regula drrecf amente el pasa-
je por el ciclo celular, se compone de dos
tipos de proteínas designados ciclinas y
proteinquinasas dependientes de ciclinas
(CDK) (ing. cicline dependent kinoses).
Denominaciortes de genes
Por convención general se estableció
que los genes siempre se escriben con le-
fuá cursiva, y que se utilizan exclusiva-
Inente letrus maylsculos cuandó son -hu-
manos, perc sólo con letras minúsculas
cüando no son humanos.
120 NUCLEO CELULAR C A P í T
El producto del gen por lo general se
escribe con letra redonda, con mayús-
cula inicial y a continuación con mi-
nrlsctrla.
Significado de Wee1, Mikl y Cdc25 para
La formación del complejo de ciclina-
CDK es necesaria, pero a veces no sufi-
ciente para activar a CDK como protein-
quinasa. Otras tres enzimas, dos protein-
ouinasas v una fosfatasa actúan directa-
mente soÉre la activación de CDK en el
complejo ciclina-CDK. Mientras se forma
el complejo, debido a la concentración
creciente de ciclina se produce la fosfo-
rilación de CDK en dos sitios de la molé-
cula. Una de las fosforilaciones bloquea
la actividad de CDK y es llevada a cabo
pof una proteinquinasa denominada
Wee1, codificada por el gen weel.. La
la activación de CDK
otra fosforilación es realizada por otra
proteinquinasa, denominada Mik1, codi-
ficada por el gen mikl; esta fosforilación
activa CDK, pero la activación sólo tiene
efecto cuando cesa la fosforilación inac-
tivadora efectuada por Wee1. Esto ocurre
oor eliminación de fosfato debido a Ia
ácción de una oroteinfosfatasa denómi-
nada Cdc25, codificada por el gen cdc25.
En consecuencia, que eI complejo cicli-
na-CDK esté activo o inactivo como prc-
teinquinasa en momentos críticos del ci-
clo celular depende del equilibrio entue
la actividad de Wee1, Mikl y Cdc25.
Las ciclinas son proteínas que confro-
lan Ia actividad de \as CDK, que sólo se
activan por unión con las ciclinas para
format un complejo ciclina-CDK. La con-
centración de ciclinas varía en forma cí-
cl ica, es decir, que aumenta y disminuye
durante el transcurso del ciclo celular. Es-
to se debe a variaciones de la velocidad de
degradación de la cicl ina, dado que la ve-
locidad de síntesis es casi constante du-
rante todo el ciclo celular, En mamÍferos
existen 6 cicl inas, como mínimo, denomi-
nadas ,4 a F, pero es más importante su
clasif icación en cicl inas G, y cicl inas mi-
tóticas. Las ciclinas G. se unen a CDK dr-r-
rante G, y son necesa.ias para que el ciclo
supere el punto de control G, y pase a la
fase S. Las ciclinas mitóticas se fijan a
CDK durante G, y son necesarias para que
el ciclo supere el punto de control G, y
pase a Ia mitosis. Las cicl inas y CDK son
codificadas por genes denominados genes
cdc (ing. cell division cycle) y las ciclinas
son codificadas por los genes cdc13.
Las proteinquinasas dependientes de
ciclinas (CDK) son enzimas qlue mediante
la fosforilación de determinadas proteÍ-
nas desencadenan Los procesos específi-
cos del ciclo celular. En los mamíferos
existen 5 CDK, numeradas CDKL a CDKí.
Los genes que codifican las moléculas de
CDK se denominan genes cdc2 y, junto
con los genes de las ciclinas, constituyen
los genes centrales para el control prima-
rio del ciclo en sí. A diferencia de la con-
centración de ciclinas, Ia concentración
de CDK es constante durante todo el ciclo
celular, dado que permanecen constantes
la velocidad de síntesis, al igual que para
las ciclinas, y también la degradación.
Como se vio antes, las CDK se activan
sólo cuando se unen con ciclinas para for-
mar complejos, por lo que requieren un
nivel umbral oara desencadenar la transi-
ción a la próxima fase del ciclo celular.
Así, 1o formación cíclica de los complejos
CDK-ciclina representa el sistema contol
del ciclo celular, que dirige a Ia célula.
Se seguirá ahora el sistema de control
del ciclo celular a través del transcurso de
un ciclo. Durante la fase G, se produce un
incremento s radua l de la can i idad de c i -
cl inasG,, que se f i jan a CDK. Hacia el f i -
nal de la fase G,, es decir, cerca del punto
de control de G, t iene especial importan-
cia el complejo ciclina E-CDK2, dado que
la activación de este complejo permite su-
perar el pr-rnto de control G, y pasar así
desde la fase G, a la fase S. Este complejo
se denomina también quinasa de inicio
(en las levaduras el punto de control G, se
denomina inicio). Con la activación total
de la quinasa de inicio se supera el punto
de control G, y la célula pasa a la fase de
sÍntesis. La quinasa de inicio actúa por
fosforilación, y consecuente activación,
de importantes factores de transcripción
de los genes que codifican las proteínas
que intervienen en la replicación de DNA.
Como se vio antes, en los mamíferos el
punto de control G, es determinante para
el pasaje a la mitosis, dado que en apa-
riencia superar este punto implica forzar a
la célula a seguir todo el resto del ciclo.
En las cé lu las eucar io tas super io res . como
las de mamí Ieros . la ac l i vaó ión de la qu i -
nasa de inicio no está condicionada por
sustancias nutrientes en ei medio, que por
lo general son abundantes, sino por la ac-
ción de moléculas señal externas (entre
ellas factores de crecimiento, como se ve-
rá más adelante) que, al unirse con recep-
tores de suoerficie desencadenan reaccio-
nes en cascáda dentro de la célula. oue in-
cl inan la balanza a favor de Ia activación
de la quinasa de inicio. En consecuencia,
C A P I T U L O NUCLEO CELULAR 121
Genes oncogénicos y genes supresores de tumores
Se ha demostrado Ia existencia de
gran número de genes con acción sobre
la proliferación celuiar. Estos genes re-
guladores de la proliferación incluyen
genes proliferantes y genes antiprolife-
rantes. En la actualidad. de los nrimeros
se conocen más de 20 y se los denomina
también protooncogenes (gr. protos pri-
mero; onkos, masa, quiste).Ios protoon-
cogenes son Senes normales que, por
mutación. se pueden transformar en on-
cogenes, es decir, genes oncogénicos. Es-
tos oncogenes se descubrieron cuando
se investigaban distintos tumores y se
hallaron las evidencias que permitieron
el estudio de los protooncogenes norma-
les. Se demostró que una mutación de
tan sólo una de las copias de un pro-
tooncogén (en una célula diploide nor-
mal que posee dos copias de cada uno
de los genes) produce un control defi-
ciente del crecimiento, con formación
de una célula cancerosa que se divide
incont ro ladamente (por lo ian to , la mu-
tante es dominante en su fenotipo). Por
convención, los oncogenes se denomi-
nan mediante palabras de tres letras, por
ejempio /os, mientras que el producto
correspondiente del gen se designa Fos.
La denominación del gen, por ejemplo
fbs se usa tanto para el protooncogén co-
mo para el oncogén. De los genes anti-
prol i ferantes en la actual idad se cono-
cen más de 10 y se denominan también
antioncogenes o genes supresores tumo-
rales. A diferencia de los oncogenes, pa-
ra el gen supresor tumoral (un gen anti-
proliferante) se requiere que sufran mu-
tación ambas copias del gen de la célula
para que ésta se transforme en una célu-
la tumoral (en este caso la mutante es re-
cesiva en su fenotipr¡).
el punto de control (), es el sitio del ciclo
en el que los Jactores externos aJ'ectan pri-
tnariatnente su desanollo al actuar sol'¡re
el sisteno de control del ciclo ce.lu1ar'. Sin
estas ar;r; iones externas se detiene la pro-
gresión del ciclo celular en G,, tras lo cual
la célula pasa a la fase G,,, Si sc trata de
una céltr la con difercnr; iación terminal,
como por ejemplo las células nerviosas, la
célula permanece en G,, hasta su mLrerte,
mientras qlre una célula sin dif 'erencia-
ción terminal, por ejemplo un hepatocito,
puede retornar a G, y seguir el ciclo celu-
lar por acción de factores de crecimiento
externos.
Durante e l t ranscurso de la fase S se
increnenta gradr-ralmente la cantidad de
c ic l inas mi tó t l cas has ta a lcanzar un má-
x i m o l s e c r c e q u e l a s c i c l i n a s C , s e d e -
gradan del mismo modo que las r; icl inas
mi tó t i cas , véase más ade lan te) , dado
que fbrman complejos con CDK. Tiene
especial importancia el r ;omplejo cicl i-
na B-CDK2, dado que su activación per-
mite superar el punto de control G, y pa-
sar a la fase de mitosis. En consecuencia,
este complejo se denomina también fac-
tor promotor de mitosis (FPM). Entre
otras causas, la act ivación del FPM está
cond ic ionada por ia in fo rmac ión por re -
troal imentación de la repl icación com-
pleta de DNA.
La actividad de proteinquinasa de FPM
comprende una serie de fosforilaciones
que desencadenan la mitosis. Por ejemplo
se agregan grupos fosfato a la histona H1
122 NUCLEOCELULAR
qrlc se sl lpone indncc la condensación de
la r;romatina. Además favorer;e la fosfori-
lac ión de laminas para la dcgradac ión nu-
ciear de laminas en el nur; leolem¿r. La fbs-
fori lación de las Jlrotcínas asociadas a nt i-
crotúbulos también indtrce mocli t icacio-
ners del sistema dt: mir;rotúbulos en la r; í :-
Iu la , con la consecuente fonnac ión dc l
huso mitót ico (véase con nrayor delal le en
mi tos is ) .
Hac ia e l f ina l de la mi tos is , en la t ran-
sición cntrc la nrctafasc y la anafase, el
CDK del complejo FPM activa una enzi-
rr la que degrada la cicl ina B, en conse-
cuenc ia la concent rac ión d isminuye re -
pentinamente hasta un nivel bajo, por lo
que CDK se inactiva. Esto t iene por efec-
l o q u e s e d c s f o s l o r i l e n l a s l a m i r r a s y s e
vuelvan a formar la lámina nuclear y el
nucleolema (ar,rnque sólo se hace visible
en la telofase). Así, la destrucción de la
cicl ina separa a la célula de la mitosis y
la transición a la fase G,, por lo que tam-
bién se habla de un punto de control de
metafase. Mediante retroal imentación al
complejo FPM, en este sit io se controla
que los cromosomas estén bien ubicados
en la placa de la metafase y relacionados
con el huso mitót ico. De esta manera, el
punto de control de metafase representa
además un sit io de reducción de ia velo-
c idad, donde la cé lu la rea l i za un "con-
trol de seguridad" antes de iniciar la si-
guiente fase del ciclo.
Ya se vio que la occion de J'actores ex-
ternos, por ejemplo, los de crecimiento, es
C A P i T
Gen del retinot¡lastoma (RB1)
Un efemplo de un gen supresor de tu-
mor es el gen denominado de retinoblas-
toma o .RBl, que codifica la proteína
pRB, un factor de transcripción que inhi-
be la expresión de un grupo de genes (ge-
nes de respuesta temprana, véase más
adelante) que codifican productos esti-
mulantes de la proliferación. La patolo-
gía retinoblastoma es una rara forma he-
reditaria de cáncer de retina que se ma-
nifiesta en niños pequeños que heredan
una mutación en una de las copias del
gen, por lo que todas las célu las-son de-
fectuosas. Sin embargo, sólo se desarro-
lla cáncer como retinoblastoma si se pro-
duce una mutación ulterior en la otra co-
pia del gen en algunas de las células de
la retina que, en consecuencia. carecen
totalmente de la proteína pRB y han per-
dido Ia inhibición de la división celular.
En las células normales siempre hay
suficiente pRB presente; es posible lo-
grar una fosforilación en cascada por
unión de un factor de crecimiento con
un receDtor celular, esto favorece Ia fos-
forilacién de pRB y la consiguiente pér-
dida de la capacidad de supresión de los
genes de. respuesta temprana ya nom-
brados. Estos incluyen, entre otros, los
protooncogenes myc, fos y iun y su acti-
vidad es inducida al cabo de escasos mi-
nutos después de la acción del factor de
crecimienio. Los productos de estos ge-
nes de respuesta temprana son a su vez
factores de transcripción que al cabo de
aoroximadamente una hora de iniciada
Iá acción del factor de crecimiento indu-
cen la actividad de Ios denominados ge-
nes de respuesta retardada. Los produc-
tos de estos últimos incluyen, por ejem-
plo, varias ciclinas y CDK, es decir, los
dos componentes principales del siste-