

El punto de control del huso , también conocido como transición de metafase a anafase , punto de control del ensamblaje del huso ( SAC ), punto de control de la metafase o punto de control mitótico , es un punto de control del ciclo celular durante la metafase de la mitosis o la meiosis que impide la separación de los cromosomas duplicados ( anafase ) hasta que cada cromosoma se une correctamente al huso . Para lograr una segregación adecuada, los dos cinetocoros de las cromátidas hermanas deben unirse a polos opuestos del huso (orientación bipolar). [ 1 ] Solo este patrón de unión asegurará que cada célula hija reciba una copia del cromosoma. La característica bioquímica que define este punto de control es la estimulación del complejo promotor de la anafase por los complejos ciclina-CDK de la fase M , lo que a su vez provoca la destrucción proteolítica de las ciclinas y las proteínas que mantienen unidas las cromátidas hermanas . [ 2 ]
Descripción general e importancia
El inicio de la metafase se caracteriza por la conexión de los microtúbulos a los cinetocoros de los cromosomas, así como por la alineación de estos en el centro de la célula. Cada cromátida posee su propio cinetocoro, y todos los microtúbulos que se unen a los cinetocoros de las cromátidas hermanas irradian desde polos opuestos de la célula. Estos microtúbulos ejercen una fuerza de tracción sobre los cromosomas hacia los extremos opuestos de la célula, mientras que la cohesión entre las cromátidas hermanas contrarresta esta fuerza.
En la transición de metafase a anafase, la cohesión entre las cromátidas hermanas se disuelve, y los microtúbulos del huso las desplazan hacia lados opuestos de la célula. El movimiento físico de los polos del huso contribuye a su separación. La disociación prematura de las cromátidas puede provocar una segregación cromosómica errónea y aneuploidía en las células hijas. Por lo tanto, la función del punto de control del huso es impedir esta transición a la anafase hasta que los cromosomas estén correctamente unidos, antes de que las cromátidas hermanas se separen.
Para preservar la identidad y la función adecuada de la célula, es necesario mantener el número apropiado de cromosomas después de cada división celular . Un error en la generación de células hijas con un número de cromosomas menor o mayor al esperado (una situación denominada aneuploidía ) puede conducir, en el mejor de los casos, a la muerte celular, o bien, generar resultados fenotípicos catastróficos. [ 3 ] [ 4 ] Algunos ejemplos incluyen:
- En las células cancerosas, la aneuploidía es un fenómeno frecuente, lo que indica que estas células presentan un defecto en la maquinaria implicada en la segregación cromosómica , así como en el mecanismo que garantiza que la segregación se realice correctamente.
- En los seres humanos, el síndrome de Down se manifiesta en niños que portan en sus células una copia adicional del cromosoma 21 , como resultado de un defecto en la segregación cromosómica durante la meiosis en uno de los progenitores. Este defecto genera un gameto (espermatozoide u ovocito) con un cromosoma 21 extra. Tras la fecundación , este gameto dará lugar a un embrión con tres copias del cromosoma 21.
Detección del punto de control del ensamblaje del husillo (SAC)

Zirkle (en 1970) fue uno de los primeros investigadores en observar que, cuando un solo cromosoma se retrasa en llegar a la placa metafásica, el inicio de la anafase se pospone hasta varios minutos después de su llegada. [ 5 ] Esta observación, junto con otras similares, sugirió la existencia de un mecanismo de control en la transición de metafase a anafase. Mediante fármacos como el nocodazol y la colchicina , el huso mitótico se desensambla y el ciclo celular se bloquea en la transición de metafase a anafase. Utilizando estos fármacos (véase la revisión de Rieder y Palazzo en 1992 [ 6 ] ), el supuesto mecanismo de control se denominó Punto de Control del Ensamblaje del Huso (SAC). Este mecanismo regulador se ha estudiado intensamente desde entonces. [ 7 ]
Utilizando diferentes tipos de estudios genéticos, se ha establecido que diversos tipos de defectos pueden activar el SAC: despolimerización del huso, [ 8 ] [ 9 ] la presencia de cromosomas dicéntricos (con dos centrómeros), [ 10 ] centrómeros que se segregan de forma aberrante, [ 11 ] defectos en los cuerpos polares del huso en S. cerevisiae , [ 12 ] defectos en las proteínas del cinetocoro, [ 13 ] mutaciones en el ADN centromérico [ 14 ] o defectos en los motores moleculares activos durante la mitosis. [ 8 ] Un resumen de estas observaciones se puede encontrar en el artículo de Hardwick y colaboradores en 1999. [ 15 ]
Utilizando sus propias observaciones, Zirkle [ 5 ] fue el primero en proponer que "alguna sustancia (…), necesaria para que la célula proceda a la anafase, aparece algunos minutos después de C (momento de la llegada del último cromosoma a la placa metafásica), o después de un cambio drástico en la condición citoplasmática , justo en C o inmediatamente después de C", sugiriendo que esta función se encuentra en los cinetocoros no unidos al huso mitótico. McIntosh extendió esta propuesta, sugiriendo que una enzima sensible a la tensión ubicada en los centrómeros produce un inhibidor del inicio de la anafase cuando los dos cinetocoros hermanos no están bajo tensión bipolar. [ 16 ] De hecho, los datos disponibles sugirieron que la señal "esperar para entrar en anafase" se produce principalmente en o cerca de los cinetocoros no unidos. [ 17 ] Sin embargo, el evento primario asociado a la unión del cinetocoro al huso, que es capaz de inactivar la señal inhibitoria y liberar la detención de la metafase, podría ser la adquisición de microtúbulos por el cinetocoro (como propusieron Rieder y colaboradores en 1995 [ 17 ] ), o la tensión que estabiliza el anclaje de los microtúbulos a los cinetocoros (como sugirieron los experimentos realizados en el laboratorio de Nicklas [ 18 ] ). Estudios posteriores en células que contienen dos husos mitóticos independientes en un solo citoplasma mostraron que el inhibidor de la transición de metafase a anafase es generado por cinetocoros no unidos y no es libremente difusible en el citoplasma. [ 19 ] Sin embargo, en el mismo estudio se demostró que, una vez que se inicia la transición de metafase a anafase en una parte de la célula, esta información se extiende a lo largo de todo el citoplasma y puede superar la señal "esperar para entrar en anafase" asociada a un segundo huso que contiene cinetocoros no unidos.
Información general sobre la duplicación, cohesión y segregación de las cromátidas hermanas.
División celular: duplicación del material y distribución a las células hijas.

Cuando las células están listas para dividirse, porque su tamaño es suficientemente grande o porque reciben el estímulo adecuado, [ 20 ] activan el mecanismo para entrar en el ciclo celular y duplican la mayoría de los orgánulos durante la fase S (síntesis), incluido su centrosoma . Por lo tanto, cuando el proceso de división celular termine, cada célula hija recibirá un conjunto completo de orgánulos. Al mismo tiempo, durante la fase S todas las células deben duplicar su ADN con mucha precisión, un proceso denominado replicación del ADN . Una vez que la replicación del ADN ha terminado, en los eucariotas la molécula de ADN se compacta y condensa para formar los cromosomas mitóticos, cada uno constituido por dos cromátidas hermanas , que permanecen unidas por el establecimiento de cohesina entre ellas; cada cromátida es una molécula de ADN completa, unida mediante microtúbulos a uno de los dos centrosomas de la célula en división, ubicados en polos opuestos de la célula. La estructura formada por los centrosomas y los microtúbulos se denomina huso mitótico , debido a su forma característica, que mantiene los cromosomas entre los dos centrosomas. Las cromátidas hermanas permanecen juntas hasta la anafase , cuando cada una se desplaza hacia el centrosoma al que está unida. De esta manera, cuando las dos células hijas se separan al final del proceso de división, cada una contendrá un conjunto completo de cromátidas. El mecanismo responsable de la correcta distribución de las cromátidas hermanas durante la división celular se denomina segregación cromosómica .
Para asegurar que la segregación cromosómica se produzca correctamente, las células han desarrollado un mecanismo preciso y complejo. En primer lugar, las células deben coordinar la duplicación del centrosoma con la replicación del ADN, y un fallo en esta coordinación generará husos mitóticos monopolares o multipolares, lo que generalmente producirá una segregación cromosómica anormal, [ 21 ] porque en este caso, la distribución cromosómica no se producirá de forma equilibrada.
Mitosis: anclaje de los cromosomas al huso y segregación cromosómica.

Durante la fase S, el centrosoma comienza a duplicarse. Justo al comienzo de la mitosis, ambos centriolos alcanzan su longitud máxima, reclutan material adicional y su capacidad para nuclear microtúbulos aumenta. A medida que la mitosis progresa, ambos centrosomas se separan para generar el huso mitótico. [ 22 ] De esta manera, el huso mitótico tiene dos polos que emanan microtúbulos. Los microtúbulos (MT) son filamentos proteicos largos, con extremos asimétricos: un extremo denominado extremo "menos" (-), relativamente estable y cercano al centrosoma, y un extremo denominado extremo "más" (+), con fases alternas de crecimiento y retracción, explorando el centro de la célula en busca de los cromosomas. Cada cromátida tiene una región especial, llamada centrómero , sobre la cual se ensambla una estructura proteica denominada cinetocoro , que es capaz de estabilizar el extremo más del microtúbulo. Por lo tanto, si por casualidad un microtúbulo que explora el centro de la célula encuentra un cinetocoro, puede suceder que el cinetocoro lo capture, de modo que el cromosoma se una al huso a través del cinetocoro de una de sus cromátidas hermanas. El cromosoma juega un papel activo en la unión de los cinetocoros al huso. Unido a la cromatina se encuentra un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) Ran que estimula a Ran citosólico cerca del cromosoma para unirse a GTP en lugar de GDP. La forma activada de Ran unida a GTP libera proteínas estabilizadoras de microtúbulos, como TPX2, de complejos proteicos en el citosol, lo que induce la nucleación y polimerización de microtúbulos alrededor de los cromosomas. [ 23 ] Estos microtúbulos derivados del cinetocoro, junto con las proteínas motoras kinesina en el cinetocoro externo, facilitan las interacciones con la superficie lateral de un microtúbulo derivado del polo del huso. Estas uniones laterales son inestables, sin embargo, y deben convertirse en una unión de extremo a extremo. La conversión de uniones laterales a uniones de extremo a extremo permite que el crecimiento y la contracción de los extremos positivos de los microtúbulos se conviertan en fuerzas que empujan y tiran de los cromosomas para lograr una biorientación adecuada. Como sucede que las cromátidas hermanas están unidas entre sí y ambos cinetocoros se encuentran espalda con espalda en ambas cromátidas, cuando un cinetocoro se une a un centrosoma, el cinetocoro hermano queda expuesto al centrosoma ubicado en el polo opuesto; por esta razón, en la mayoría de los casos el segundo cinetocoro se asocia al centrosoma en el polo opuesto, a través de sus microtúbulos, [ 24 ] de modo que los cromosomas se vuelven "biorientados", una configuración fundamental (también llamada anfitélica ) para asegurar que la segregación cromosómica se lleve a cabo correctamente cuando la célula se divida .[25 ] [ 26 ] Ocasionalmente, uno de los dos cinetocoros hermanos puede unirse simultáneamente a los MT generados por ambos polos, una configuración denominadamerotélica, que no es detectada por el punto de control del huso, pero que puede generar cromosomas rezagados durante la anafase y, en consecuencia, aneuploidía. La orientación merotélica (caracterizada por la ausencia de tensión entre los cinetocoros hermanos) es frecuente al comienzo de la mitosis, pero la proteína Aurora B (una quinasa conservada desde levaduras hasta vertebrados) detecta y elimina este tipo de anclaje. [ 27 ] (Aurora B se sobreexpresa frecuentemente en varios tipos de tumores y actualmente es un objetivo para el desarrollo de fármacos anticancerígenos. [ 28 ] )
Cohesión de las cromátidas hermanas durante la mitosis
Cohesina: Proteínas SMC
Las cromátidas hermanas permanecen asociadas desde la fase S (cuando el ADN se replica para generar dos copias idénticas, las dos cromátidas) hasta la anafase. En este punto, las dos cromátidas hermanas se separan y viajan a polos opuestos en la célula en división. Estudios genéticos y bioquímicos en levaduras y en extractos de huevos en Xenopus laevis identificaron un complejo de poliproteínas como un actor esencial en la cohesión de las cromátidas hermanas (ver la revisión de Hirano en 2000 [ 29 ] ). Este complejo se conoce como complejo de cohesina y en Saccharomyces cerevisiae está compuesto por al menos cuatro subunidades: Smc1p, Smc3p, Scc1p (o Mcd1p) y Scc3p. Tanto Smc1p como Smc3p pertenecen a la familia de proteínas para el mantenimiento estructural de los cromosomas (SMC), que constituyen un grupo de ATPasas cromosómicas altamente conservadas y forman un heterodímero (Smc1p/Smc3p). Smc1p es el homólogo en S. cerevisiae de Rad21, identificada inicialmente como una proteína implicada en la reparación del ADN en S. pombe . Estas cuatro proteínas son esenciales en la levadura, y una mutación en cualquiera de ellas producirá una separación prematura de las cromátidas hermanas. En la levadura, la cohesina se une a sitios preferenciales a lo largo de los brazos cromosómicos y es muy abundante cerca de los centrómeros, como se demostró en un estudio mediante inmunoprecipitación de cromatina . [ 30 ]
El papel de la heterocromatina
Las observaciones citológicas clásicas sugirieron que las cromátidas hermanas están más fuertemente unidas en las regiones heterocromáticas , [ 31 ] y esto sugirió que la estructura o composición especial de la heterocromatina podría favorecer el reclutamiento de cohesina. [ 32 ] De hecho, se ha demostrado que Swi6 (el homólogo de HP-1 en S. pombe ) se une a la lisina 9 metilada de la histona H3 y promueve la unión de la cohesina a las repeticiones centroméricas en S. pombe . [ 33 ] [ 34 ] Estudios más recientes indican que la maquinaria de ARN de interferencia regula el establecimiento de la heterocromatina, que a su vez recluta cohesina a esta región, tanto en S. pombe [ 35 ] como en células de vertebrados. [ 36 ] Sin embargo, debe haber otros mecanismos además de la heterocromatina para asegurar una mayor cohesión en los centrómeros, porque S. cerevisiae carece de heterocromatina junto a los centrómeros, pero la presencia de un centrómero funcional induce un aumento de la asociación de cohesina en una región contigua, que abarca de 20 a 50 kb. [ 37 ]
En esta dirección, Orc2 (una proteína incluida en el complejo de reconocimiento del origen , ORC, implicada en la iniciación de la replicación del ADN durante la fase S ) también se encuentra en los cinetocoros durante la mitosis en células humanas; [ 38 ] de acuerdo con esta localización, algunas observaciones indican que Orc2 en levaduras está implicada en la cohesión de las cromátidas hermanas, y su eliminación induce la activación del SAC. [ 39 ] También se ha observado que otros componentes del complejo ORC (como orc5 en S. pombe ) están implicados en la cohesión. [ 40 ] Sin embargo, la vía molecular que involucra a las proteínas ORC parece ser aditiva a la vía de las cohesinas, y es en gran parte desconocida.
Función de la cohesión y su disolución

La cohesión centromérica resiste las fuerzas ejercidas por los microtúbulos del huso hacia los polos, que generan tensión entre los cinetocoros hermanos. A su vez, esta tensión estabiliza la unión microtúbulo-cinetocoro, a través de un mecanismo que implica a la proteína Aurora B (una revisión sobre este tema : Hauf y Watanabe 2004 [ 41 ] ).
De hecho, una disminución en los niveles celulares de cohesina genera la separación prematura de las cromátidas hermanas, así como defectos en la congregación cromosómica en la placa metafásica y la deslocalización de las proteínas en el complejo pasajero cromosómico , que contiene la proteína Aurora B. [ 42 ] [ 43 ] La estructura propuesta para el complejo de cohesina sugiere que este complejo conecta directamente ambas cromátidas hermanas. [ 44 ] En esta estructura propuesta, los componentes SMC de la cohesina desempeñan un papel estructural, de modo que el heterodímero SMC puede funcionar como una proteína de unión al ADN, cuya conformación está regulada por ATP . [ 45 ] Sin embargo, Scc1p y Scc3p desempeñarían un papel regulador. [ 29 ]
En S. cerevisiae , Pds1p (también conocida como securina ) regula la cohesión de las cromátidas hermanas, ya que se une a la proteasa Esp1p ( separina o separasa ) y la inhibe. Cuando se desencadena el inicio de la anafase, el complejo promotor de la anafase ( APC/C o ciclosoma) degrada la securina. APC/C es una ubiquitina ligasa E3 de anillo que recluta una enzima conjugadora de ubiquitina E2 cargada con ubiquitina. La securina solo se reconoce si Cdc20, la subunidad activadora, está unida al núcleo de APC/C. Cuando la securina, Cdc20 y E2 están unidas a APC/C, E2 ubiquitina la securina y la degrada selectivamente. La degradación de la securina libera la proteasa Esp1p/separasa, que degrada los anillos de cohesina que unen las dos cromátidas hermanas, promoviendo así su separación. [ 46 ] También se ha demostrado que la quinasa Polo/Cdc5 fosforila residuos de serina adyacentes al sitio de corte de Scc1, y esta fosforilación facilitaría la actividad de corte. [ 47 ]
Aunque esta maquinaria se conserva a través de la evolución, [ 48 ] [ 49 ] en vertebrados la mayoría de las moléculas de cohesina se liberan en profase, independientemente de la presencia del APC/C, en un proceso dependiente de Polo-like 1 ( PLK1 ) y Aurora B. [ 50 ] Sin embargo, se ha demostrado que una pequeña cantidad de Scc1 permanece asociada a los centrómeros en células humanas hasta la metafase, y una cantidad similar se corta en anafase, cuando desaparece de los centrómeros. [ 51 ] Por otro lado, algunos experimentos muestran que la cohesión de las cromátidas hermanas en los brazos se pierde gradualmente después de que los centrómeros hermanos se han separado, y las cromátidas hermanas se mueven hacia los polos opuestos de la célula. [ 52 ] [ 53 ]
Según algunas observaciones, una fracción de las cohesinas en los brazos cromosómicos y las cohesinas centroméricas están protegidas por la proteína Shugoshin (Sgo1), evitando su liberación durante la profase. [ 54 ] [ 55 ] Para poder funcionar como protector de la cohesión centromérica, Sgo1 debe inactivarse al comienzo de la anafase, al igual que Pds1p. De hecho, tanto Pds1p como Sgo1 son sustratos de APC/C en vertebrados. [ 56 ]
Mitosis
En los ovocitos de ratón , el daño en el ADN induce una detención en la profase I meiótica mediada por el punto de control del ensamblaje del huso. [ 57 ] Los ovocitos detenidos no entran en la etapa subsiguiente, la anafase I. Las roturas de doble cadena del ADN, el daño en el ADN inducido por la radiación UVB e ionizante causan un bloqueo efectivo de la actividad del complejo promotor de la anafase. [ 57 ] Este punto de control puede ayudar a evitar que los ovocitos con ADN dañado progresen hasta convertirse en óvulos maduros fertilizables. [ 57 ] Durante la detención en profase, los ovocitos de ratón parecen utilizar tanto la reparación por recombinación homóloga como la unión de extremos no homólogos para reparar las roturas de doble cadena del ADN. [ 58 ]
Descripción general del punto de control del ensamblaje del husillo
El punto de control del ensamblaje del huso (SAC) es una señal activa producida por cinetocoros unidos incorrectamente , conservada en todos los eucariotas . El SAC detiene el ciclo celular regulando negativamente CDC20, impidiendo así la activación de las actividades de poliubiquitinación del complejo promotor de la anafase (APC). Las proteínas responsables de la señal del SAC componen el complejo del punto de control mitótico (MCC), que incluye las proteínas del SAC, MAD2 / MAD3 (deficiente en arresto mitótico), BUB3 (geminación no inhibida por benzimidazol) y CDC20 . [ 59 ] Otras proteínas implicadas en el SAC incluyen MAD1 , BUB1 , MPS1 y Aurora B. En eucariotas superiores, los reguladores adicionales del SAC incluyen componentes del complejo ROD-ZW10 , p31 comet , MAPK , CDK1-ciclina B , NEK2 y PLK1 . [ 60 ]

Activación del punto de control
El SAC monitorea la interacción entre los cinetocoros conectados incorrectamente y los microtúbulos del huso , y se mantiene hasta que los cinetocoros se unen correctamente al huso. Durante la prometafase , CDC20 y las proteínas del SAC se concentran en los cinetocoros antes de la unión al conjunto del huso. Estas proteínas mantienen el SAC activado hasta que se eliminan y se realiza la unión correcta entre el cinetocoro y el microtúbulo. Incluso un solo cinetocoro no unido puede mantener el punto de control del huso. [ 59 ] Después de la unión de los extremos positivos de los microtúbulos y la formación de los microtúbulos del cinetocoro, MAD1 y MAD2 se agotan del conjunto del cinetocoro. Otro regulador de la activación del punto de control es la tensión del cinetocoro. Cuando los cinetocoros hermanos se unen correctamente a los polos opuestos del huso, las fuerzas en el huso mitótico generan tensión en los cinetocoros. Los cinetocoros hermanos biorientados estabilizan el conjunto cinetocoro-microtúbulo, mientras que una tensión débil tiene un efecto desestabilizador. En respuesta a uniones incorrectas del cinetocoro, como la unión sintélica , donde ambos cinetocoros se unen a un polo del huso, la débil tensión generada desestabiliza la unión incorrecta y permite que el cinetocoro se vuelva a unir correctamente al cuerpo del huso. Durante este proceso, los cinetocoros que están unidos al huso mitótico pero que no están bajo tensión activan el punto de control del huso. La quinasa Aurora-B/Ipl1 del complejo pasajero cromosómico funciona como sensor de tensión en uniones incorrectas del cinetocoro. Detecta y desestabiliza las uniones incorrectas mediante el control de la kinesina KINI MCAK que corta los microtúbulos, el complejo DASH y el complejo Ndc80/Hec1 [ 61 ] en la interfaz microtúbulo-cinetocoro. [ 60 ] La quinasa Aurora-B/Ipl1 también es fundamental para corregir las uniones merotélicas , donde un cinetocoro se une simultáneamente a ambos polos del huso. Las uniones merotélicas generan suficiente tensión y no son detectadas por el SAC, y sin corrección, pueden provocar una segregación cromosómica errónea debido a la baja velocidad de migración de las cromátidas. Si bien la unión de los microtúbulos es necesaria de forma independiente para la activación del SAC, no está claro si la tensión es un regulador independiente del SAC, aunque sí es evidente que la tensión genera distintos comportamientos reguladores.
Una vez activado, el punto de control del huso bloquea la entrada en la anafase al inhibir el complejo promotor de la anafase mediante la regulación de la actividad del complejo del punto de control mitótico. El mecanismo de inhibición del APC por el complejo del punto de control mitótico no se comprende del todo, aunque se hipotetiza que el MCC se une al APC como un pseudosustrato utilizando el motivo KEN-box en BUBR1 . Al mismo tiempo que se activa el complejo del punto de control mitótico, la proteína del centrómero CENP-E activa BUBR1, que también bloquea la anafase. [ 60 ]
Formación del complejo del punto de control mitótico
El complejo del punto de control mitótico está compuesto por BUB3 junto con MAD2 y MAD3 unidos a Cdc20 . MAD2 y MAD3 tienen sitios de unión distintos en CDC20 y actúan sinérgicamente para inhibir APC/C. El complejo MAD3 está compuesto por BUB3, que se une a Mad3 y BUB1B a través del motivo lineal corto conocido como motivo GLEBS. El orden exacto de las uniones que deben tener lugar para formar el MCC sigue siendo desconocido. Es posible que Mad2-Cdc20 forme un complejo al mismo tiempo que BUBR1-BUB3-Cdc20 forma otro complejo, y que estos dos subcomplejos se combinen posteriormente para formar el complejo del punto de control mitótico. [ 59 ] En células humanas, la unión de BUBR1 a CDC20 requiere la unión previa de MAD2 a CDC20, por lo que es posible que el subcomplejo MAD2-CDC20 actúe como iniciador para la formación del MCC. La disminución de BUBR1 solo produce una leve reducción en los niveles de Mad2-Cdc20, mientras que Mad2 es necesario para la unión de BubR1-Bub3 a Cdc20. Sin embargo, BUBR1 sigue siendo necesario para la activación del punto de control. [ 60 ]
El mecanismo de formación del MCC no está claro y existen teorías contrapuestas sobre su formación, tanto dependiente como independiente del cinetocoro. En apoyo de la teoría independiente del cinetocoro, el MCC es detectable en células de S. cerevisiae con mutaciones en las proteínas centrales de ensamblaje del cinetocoro y en células con el SAC desactivado, lo que sugiere que el MCC podría ensamblarse durante la mitosis sin localización en el cinetocoro. En un modelo, los cinetocoros no unidos en prometafase pueden "sensibilizar" al APC a la inhibición del MCC mediante su reclutamiento hacia los cinetocoros a través de un SAC funcional. Además, la depleción de diversas proteínas del SAC ha revelado que la depleción de MAD2 y BUBR1 afecta la cronología de la mitosis independientemente de los cinetocoros, mientras que la depleción de otras proteínas del SAC resulta en un SAC disfuncional sin alterar la duración de la mitosis. Por lo tanto, es posible que el SAC funcione a través de un temporizador de dos etapas donde MAD2 y BUBR1 controlan la duración de la mitosis en la primera etapa, que puede extenderse en la segunda etapa si hay cinetocoros no unidos así como otras proteínas del SAC. [ 60 ] Sin embargo, hay líneas de evidencia que están en contra del ensamblaje independiente del cinetocoro. MCC aún no se ha encontrado durante la interfase , mientras que MCC no se forma a partir de sus constituyentes en extractos de meiosis II de X. laevis sin la adición de espermatozoides de núcleos y nocodazol para prevenir el ensamblaje del huso.
El modelo principal de formación de MCC es el "modelo de plantilla MAD2", que depende de la dinámica del cinetocoro de MAD2 para crear el MCC. MAD1 se localiza en cinetocoros no unidos mientras se une fuertemente a MAD2. La localización de MAD2 y BubR1 en el cinetocoro también puede depender de la quinasa Aurora B. [ 62 ] Las células que carecen de Aurora B no logran detenerse en metafase incluso cuando los cromosomas carecen de unión a microtúbulos. [ 63 ] Los cinetocoros no unidos se unen primero a un complejo cometa MAD1-C-MAD2-p31 y liberan el cometa p31 a través de mecanismos desconocidos. El complejo MAD1-C-MAD2 resultante recluta el conformero abierto de Mad2 (O-Mad2) a los cinetocoros. Este O-Mad2 cambia su conformación a Mad2 cerrado (C-Mad2) y se une a Mad1. Este complejo Mad1/C-Mad2 es responsable del reclutamiento de más O-Mad2 a los cinetocoros, que cambia su conformación a C-Mad2 y se une a Cdc20 en una reacción de autoamplificación. Dado que tanto MAD1 como CDC20 contienen un motivo de unión a MAD2 similar, la conformación vacía de O-MAD2 cambia a C-MAD2 al unirse a CDC20. Este bucle de retroalimentación positiva está regulado negativamente por p31 comet , que se une competitivamente a C-MAD2 unido a MAD1 o CDC20 y reduce la unión adicional de O-MAD2 a C-MAD2. También pueden existir otros mecanismos de control, considerando que p31 comet no está presente en eucariotas inferiores. La nomenclatura de "modelo de plantilla" se deriva, por lo tanto, del proceso en el que MAD1-C-MAD2 actúa como plantilla para la formación de copias de C-MAD2-CDC20. Este secuestro de Cdc20 es esencial para mantener el punto de control del huso. [ 59 ]
Desactivación del punto de control
Existen varios mecanismos para desactivar el SAC después de la correcta biorientación de las cromátidas hermanas . Tras la unión del microtúbulo al cinetocoro, un mecanismo de desprendimiento a través de un complejo motor de dineína-dineína transporta las proteínas del punto de control del huso lejos de los cinetocoros. [ 60 ] Las proteínas desprendidas, que incluyen MAD1, MAD2, MPS1 y CENP-F , se redistribuyen a los polos del huso . El proceso de desprendimiento depende en gran medida de la estructura intacta del microtúbulo, así como de la motilidad de la dineína a lo largo de los microtúbulos. Además de funcionar como un regulador del bucle de retroalimentación positiva C-MAD2, p31 comet también puede actuar como un desactivador del SAC. Los cinetocoros no unidos inactivan temporalmente p31 comet , pero la unión reactiva la proteína e inhibe la activación de MAD2, posiblemente por fosforilación inhibitoria. Otro posible mecanismo de inactivación del SAC resulta de la disociación dependiente de energía del complejo MAD2-CDC20 a través de la ubiquitinación no degradativa de CDC20. Por el contrario, la enzima desubiquitinante protectina es necesaria para mantener el SAC. Por lo tanto, los cinetocoros no unidos mantienen el punto de control recreando continuamente el subcomplejo MAD2-CDC20 a partir de sus componentes. El SAC también puede ser desactivado por la proteólisis inducida por la activación del APC . Dado que el SAC no se reactiva por la pérdida de la cohesión de las cromátidas hermanas durante la anafase, la proteólisis de la ciclina B y la inactivación de la quinasa CDK1-ciclina B también inhiben la actividad del SAC. La degradación de MPS1 durante la anafase impide la reactivación del SAC después de la eliminación de la cohesión de las cromátidas hermanas. Después de la desactivación del punto de control y durante la anafase normal del ciclo celular, el complejo promotor de la anafase se activa a través de la disminución de la actividad del MCC. Cuando esto ocurre, el complejo enzimático poliubiquitina la securina , un inhibidor de la anafase . La ubiquitinación y destrucción de la securina al final de la metafase libera la proteasa activa llamada separasa. La separasa escinde las moléculas de cohesión que mantienen unidas las cromátidas hermanas para activar la anafase. [ 23 ]
Nuevo modelo para la desactivación del SAC en S. cerevisiae : el interruptor mecánico.
Se ha propuesto un nuevo mecanismo para explicar cómo la unión de microtúbulos de extremo a extremo en el cinetocoro puede interrumpir pasos específicos en la señalización del SAC. En un cinetocoro no unido, el primer paso en la formación del MCC es la fosforilación de Spc105 por la quinasa Mps1. Spc105 fosforilado puede entonces reclutar las proteínas de señalización posteriores Bub1 y 3; Mad 1, 2 y 3; y Cdc20. La asociación con Mad1 en cinetocoros no unidos provoca que Mad2 experimente un cambio conformacional que la convierte de una forma abierta (O-Mad2) a una forma cerrada (C-Mad2). El C-Mad2 unido a Mad1 se dimeriza con un segundo O-Mad2 y cataliza su cierre alrededor de Cdc20. Este complejo C-Mad2 y Cdc20, el MCC, deja a Mad1 y C-Mad2 en el cinetocoro para formar otro MCC. Los MCC secuestran cada uno dos moléculas de Cdc20 para evitar su interacción con el APC/C, manteniendo así el SAC. [ 23 ] La fosforilación de Spc105 por Mps1 es necesaria y suficiente para iniciar la vía de señalización del SAC, pero este paso solo puede ocurrir en ausencia de la unión del microtúbulo al cinetocoro. Se ha demostrado que Mps1 endógeno se asocia con el dominio de homología de calponina (CH) de Ndc80, que se encuentra en la región externa del cinetocoro que está alejada del cromosoma. Aunque Mps1 está anclado en el cinetocoro externo, aún puede localizarse dentro del cinetocoro interno y fosforilar Spc105 debido a las regiones de bisagra flexibles en Ndc80. Sin embargo, el modelo de interruptor mecánico propone que la unión de un microtúbulo al cinetocoro desactiva el SAC a través de dos mecanismos. La presencia de un microtúbulo unido aumenta la distancia entre el dominio CH de Ndc80 y Spc105. Además, Dam1/DASH, un gran complejo compuesto por 160 proteínas que forma un anillo alrededor del microtúbulo unido, actúa como barrera entre ambas proteínas. Esta separación impide las interacciones entre Mps1 y Spc105, inhibiendo así la vía de señalización del SAC. [ 64 ]
Este modelo no es aplicable a la regulación del SAC en organismos de orden superior, incluidos los animales. Un aspecto principal del mecanismo de interruptor mecánico es que en S. cerevisiae la estructura del cinetocoro solo permite la unión de un microtúbulo. Los cinetocoros en animales, por otro lado, son redes mucho más complejas que contienen sitios de unión para multitud de microtúbulos. [ 65 ] La unión de microtúbulos en todos los sitios de unión del cinetocoro no es necesaria para la desactivación del SAC y la progresión a la anafase. Por lo tanto, los estados con microtúbulos unidos y sin microtúbulos coexisten en el cinetocoro animal mientras el SAC está inhibido. Este modelo no incluye una barrera que impida que Mps1 asociado a un cinetocoro unido fosforile Spc105 en un cinetocoro adyacente sin unir. Además, el complejo Dam1/DASH de levadura no está presente en las células animales.
Defectos en los puntos de control del huso mitótico y cáncer
Cuando el punto de control del huso funciona mal, esto puede conducir a la segregación incorrecta de los cromosomas, aneuploidía e incluso tumorigénesis . [ 60 ] La transformación ocurre y se acelera cuando se rompe el mantenimiento de la integridad genómica, especialmente a nivel macroscópico de cromosomas completos o grandes porciones de ellos. De hecho, la aneuploidía es la característica más común de los tumores sólidos humanos y, por lo tanto, el punto de control del ensamblaje del huso podría considerarse un posible objetivo para la terapia antitumoral. [ 66 ] Este es un hecho muy subestimado ya que se cree que las mutaciones en genes específicos conocidos como oncogenes o supresores de tumores están principalmente detrás de la inestabilidad genética y la tumorigénesis. Por lo general, los diversos puntos de control en el ciclo celular cuidan la integridad genómica a través de mecanismos redundantes altamente conservados que son importantes para mantener la homeostasis celular y prevenir la tumorigénesis. Varias proteínas del punto de control del ensamblaje del huso actúan como reguladores tanto positivos como negativos para asegurar la segregación cromosómica adecuada en cada ciclo celular, previniendo la inestabilidad cromosómica (CIN) también conocida como inestabilidad genómica .
La integridad genómica ahora se aprecia en varios niveles donde algunos tumores muestran inestabilidad manifestada como sustituciones de bases, inserciones y deleciones, mientras que la mayoría muestra ganancias o pérdidas de cromosomas completos. [ 67 ]
Debido a que las alteraciones en las proteínas reguladoras mitóticas pueden conducir a la aneuploidía y este es un evento frecuente en el cáncer , [ 68 ] inicialmente se pensó que estos genes podrían estar mutados en los tejidos cancerosos. [ 69 ]
Genes mutados en el cáncer
En algunos cánceres, los genes que subyacen a los defectos que dan lugar a la transformación están bien caracterizados. En los cánceres hematológicos, como el mieloma múltiple, las anomalías citogenéticas son muy comunes debido a la naturaleza inherente de las roturas del ADN necesarias para el reordenamiento del gen de la inmunoglobulina. Sin embargo, también se han caracterizado defectos en proteínas como MAD2 que funcionan predominantemente en el SAC en el mieloma múltiple. [ 70 ] La mayoría de los tumores sólidos también son predominantemente aneuploides. Para el cáncer colorrectal, BUB1 y BUBR1 y la amplificación de STK15 son reguladores clave que se han implicado en la inestabilidad genómica que da lugar al cáncer. [ 71 ] En el cáncer de mama, la forma genética caracterizada por el gen BRCA-1 exhibe mayores niveles de inestabilidad genómica que las formas esporádicas. Los experimentos mostraron que los ratones nulos para BRCA-1 tienen una expresión reducida de la proteína clave del punto de control del huso MAD2. [ 72 ] Para otros cánceres, se justifica más trabajo para identificar las causas de la aneuploidía.
Otros genes no tradicionalmente asociados con el SAC en el cáncer
Claramente, las variaciones en los niveles fisiológicos de estas proteínas (como Mad2 o BubR1) están asociadas con la aneuploidía y la tumorigénesis, y esto se ha demostrado utilizando modelos animales . [ 73 ] [ 74 ] Sin embargo, estudios recientes indican que lo que parece ocurrir es un escenario más complicado: la aneuploidía impulsaría una alta incidencia de tumorigénesis solo cuando las alteraciones en los niveles de componentes específicos del punto de control mitótico (ya sea reducción o sobreexpresión) en los tejidos también inducen otros defectos capaces de predisponerlos a tumores. [ 75 ] Es decir, defectos tales como un aumento en el daño del ADN, reordenamientos cromosómicos y/o una menor incidencia de muerte celular. Para algunos componentes del punto de control mitótico, se sabe que están implicados en funciones fuera de la mitosis: importación nuclear (Mad1), represión transcripcional (Bub3) y muerte celular, respuesta al daño del ADN, envejecimiento y megacariopoyesis para BubR1. Todo esto respalda la conclusión de que el aumento de la tumorigénesis está asociado con defectos distintos a la aneuploidía sola. [ 75 ]
Las mutaciones asociadas al cáncer que afectan a genes de puntos de control conocidos como BUB1 o BUBR1 son en realidad raras. Sin embargo, varias proteínas implicadas en el cáncer tienen intersecciones con las redes de ensamblaje del huso. Los supresores tumorales clave como p53 también juegan un papel en el punto de control del huso. La ausencia de p53, el gen mutado más comúnmente en el cáncer humano, tiene un efecto importante en los reguladores del punto de control del ciclo celular y se ha demostrado que actúa en el punto de control G1 en el pasado, pero ahora parece ser importante en la regulación del punto de control del huso también. [ 76 ] Otro aspecto clave del cáncer es la inhibición de la muerte celular o apoptosis . Survivina , un miembro de la familia de inhibidores de la apoptosis (IAP), se localiza en grupos en los microtúbulos del huso mitótico cerca de los centrosomas y en los cinetocoros de los cromosomas metafásicos. La survivina no solo inhibe la apoptosis para promover la tumorigénesis, sino que también se la ha implicado (a través de ratones knockout experimentales) como un importante regulador de la segregación cromosómica y de la mitosis en etapa tardía, similar a su función en organismos más primitivos. [ 77 ]
Otros aspectos del punto de control del ensamblaje del huso, como la unión del cinetocoro, la función de los microtúbulos y la cohesión de las cromátidas hermanas, también pueden presentar defectos que causen aneuploidía. Se ha observado que las células cancerosas se dividen en múltiples direcciones al evadir el punto de control del ensamblaje del huso, lo que da lugar a mitosis multipolares. [ 78 ] La transición multipolar metafase-anafase se produce a través de un ciclo de separasa incompleto que genera frecuentes eventos de no disyunción que amplifican la aneuploidía en las células cancerosas.
Terapias contra el cáncer SAC

Los avances en este campo han llevado a la introducción del desarrollo de algunas terapias dirigidas a defectos en el ensamblaje del huso. Los tratamientos más antiguos, como los alcaloides de la vinca y los taxanos, actúan sobre los microtúbulos que acompañan la formación del huso mitótico mediante la interrupción de la dinámica de los microtúbulos, lo que activa el SAC deteniendo la célula y, finalmente, provocando su muerte. [ 79 ] El taxol y el docetaxel , que pueden inducir catástrofe mitótica , todavía se utilizan en el tratamiento del cáncer de mama, el cáncer de ovario y otros tipos de cáncer epitelial. [ 80 ] Sin embargo, estos tratamientos suelen caracterizarse por altas tasas de efectos secundarios y resistencia a los fármacos.
También se están investigando otros objetivos dentro de la red de reguladores que influyen en el SAC; el interés se ha desplazado hacia las proteínas de la quinasa Aurora . [ 81 ] El gen de la quinasa Aurora A, cuando se amplifica, actúa como un oncogén que anula el SAC, lo que conduce a una iniciación anormal de la anafase y a la posterior aneuploidía y también a la resistencia a TAXOL. [ 82 ] Es prometedor que un inhibidor de molécula pequeña de Aurora A haya mostrado efectos antitumorales en un modelo in vivo, lo que sugiere que podría ser un buen objetivo para un mayor desarrollo clínico. [ 83 ] Los inhibidores de Aurora B , que también están en desarrollo clínico, conducen a una unión anormal del cinetocoro al microtúbulo y también anulan el punto de control mitótico. [ 81 ] La survivina también es un objetivo molecular atractivo para el desarrollo terapéutico clínico, ya que actúa como un nodo principal en multitud de vías, una de las cuales es la formación del huso y el control del punto de control. [ 84 ] Otros enfoques han incluido la investigación de la inhibición de proteínas motoras mitóticas como KSP. Estos inhibidores, que recientemente han entrado en ensayos clínicos, provocan la detención de la mitosis y, al activar el punto de control del ensamblaje del huso, inducen la apoptosis. [ 85 ] [ 3 ]
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Lecturas adicionales
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Enlaces externos
- El laboratorio de Ted Salmon: vídeos sobre la división celular.
- Laboratorio de Andrea Musacchio: esquemas de puntos de control del huso mitótico.
- http://www.uniprot.org/uniprot/O60566
- ciclo celular