Capítulo 14: Reproducción celular

De acuerdo con el tercer postulado de la teoría celular, las células nuevas se originan sólo de otras células vivas. El proceso por el que esto ocurre se llama división celular. Para un organismo pluricelular, como un ser humano o un roble, innumerables divisiones de un cigoto unicelular producen un organismo de complejidad y organización celular impresionantes. La división celular no se detiene con la formación del organismo maduro, sino que en ciertos tejidos continúa durante toda la vida. Millones de células que se encuentran dentro de la médula ósea o en el recubrimiento del tubo digestivo de cualquier ser humano están dividiéndose en este mismo momento. Esta enorme producción celular es indispensable para reponer las células viejas o muertas.

Aunque la división celular ocurre en todos los organismos, se lleva a cabo de manera muy diferente en las procariotas y en las eucariotas. La descripción se limitará a la versión eucariota y se abordarán dos tipos distintos de división celular eucariota en este capítulo. La mitosis conduce a la producción de células con características genéticas idénticas a las de su antecesora, en tanto que en la meiosis se producen células con la mitad del contenido genético de la célula madre. La mitosis sirve de base para producir células nuevas; la meiosis es la base para producir nuevos organismos con reproducción sexual. Estos dos tipos de división celular juntos forman los eslabones de la cadena entre los padres y sus descendientes y, en un sentido más amplio, entre las especies vivas y las primeras formas de vida eucariota en la Tierra.

En una población de células en división, ya sea en el interior del cuerpo o en una placa de cultivo, cada célula pasa por una serie de etapas definidas que constituyen el ciclo celular (fig. 14.1). El ciclo celular puede dividirse en dos fases principales con base en las actividades celulares visibles con un microscopio óptico: la fase M y la interfase. La fase M incluye: (1) el proceso de mitosis, durante el cual los cromosomas duplicados se separan en dos núcleos y (2) la citocinesis, en la que toda la célula se divide en dos células hijas. La interfase, el periodo entre las divisiones celulares, es un intervalo donde la célula crece y efectúa diversas actividades metabólicas. Mientras que la fase M suele durar sólo alrededor de 1 h en las células de mamíferos, la interfase puede extenderse por días, semanas o más tiempo, según el tipo celular y las condiciones imperantes.

Si bien la fase M es el periodo en el que el contenido de la célula se divide en realidad, durante la interfase ocurren muchos preparativos para la mitosis próxima, inclusive la replicación del DNA (ácido desoxirribonucleico) celular. Podría suponerse que la célula realiza la replicación durante la interfase, pero estudios efectuados en la década de 1950 respecto de cultivos asincrónicos (es decir, cultivos cuyas células están distribuidas al azar en distintos momentos del ciclo celular) mostraron que no es así. Como se describe en el capítulo 13, la replicación del DNA puede seguirse mediante la incorporación de [³H]timidina al DNA recién sintetizado. Si se aplica [³H]timidina a un cultivo celular durante un periodo corto (p. ej., 30 min) y una muestra de la población celular se fija, se seca en un portaobjetos y se examina mediante autorradiografía, se observa que sólo una fracción de las células tiene núcleos radiactivos. Entre las células que realizaban la mitosis al momento de la fijación (como se demuestra por sus cromosomas compactos) no se encontró ninguna con radiactividad nuclear. Estas células mitóticas tienen cromosomas sin marca porque no experimentaban la replicación del DNA durante el periodo de marcado.

Tampoco se encuentran células con cromosomas mitóticos marcados si se permite que el proceso de marcado continúe durante una o varias horas antes de tomar la muestra de las células (fig. 14.2). Con estos resultados se puede concluir que hay un periodo preciso entre el final de la síntesis de DNA y el principio de la fase M. Este periodo se denomina G₂ (por segunda brecha [gap en inglés]). La duración de G₂ se descubre al continuar el muestreo celular del cultivo hasta encontrar los cromosomas mitóticos marcados. Las primeras células con cromosomas mitóticos marcados debieron estar en las últimas etapas de la síntesis del DNA al principio de la incubación con [³H]timidina. La duración del intervalo entre el comienzo del periodo de marcado y la aparición de células con figuras mitóticas marcadas corresponde a la duración de G₂.

La replicación del DNA ocurre durante un periodo del ciclo celular llamado fase S, que también es el periodo en el que la célula sintetiza las histonas adicionales que se necesitarán cuando la célula duplique el número de nucleosomas en sus cromosomas (fig. 13.23). La duración de la fase S puede determinarse en forma directa. En un cultivo asincrónico, el porcentaje de células que realiza una actividad particular es una medida aproximada del porcentaje de tiempo que esta actividad ocupa en la vida de las células. Por lo tanto, si se conoce la duración del ciclo celular completo, puede calcularse la duración de la fase S a partir del porcentaje de células cuyos núcleos adquieren marcas radiactivas durante un breve pulso con [³H]timidina. De igual manera, la duración de la fase M puede calcularse a partir del porcentaje de células de la población que realizan mitosis o citocinesis. Cuando los periodos G₂ + S + M se suman, es evidente que hay un periodo adicional en el ciclo celular que aún debe explicarse. Esta otra fase, llamada G₁ (por primera brecha [gap]) es el periodo siguiente a la mitosis y previo a la síntesis del DNA.

Ciclos celulares in vivo

Una de las propiedades que distingue los diversos tipos de células dentro de una planta o animal es su capacidad para crecer y dividirse. Se reconocen tres categorías celulares generales:

1. Células, como las nerviosas, musculares o eritrocitos, que son muy especializadas y carecen de la capacidad para dividirse. Una vez que estas células se diferencian, permanecen en ese estado hasta que mueren.

2. Células que no se dividen en condiciones normales, pero que pueden inducirse para iniciar la síntesis de DNA y dividirse cuando reciben el estímulo apropiado. A este grupo pertenecen las células hepáticas, que pueden estimularse para que proliferen mediante la extirpación quirúrgica de una parte del hígado, y los linfocitos, cuya proliferación puede inducirse por interacción con algún antígeno apropiado.

3. En condiciones normales, las células tienen un nivel relativamente alto de actividad mitótica. En esta categoría se incluyen células germinales de varios tejidos adultos, como las células hematopoyéticas que dan lugar a los leucocitos (fig. 17.6) y las células madre en la base de muchos epitelios que recubren las cavidades corporales y la superficie del cuerpo (fig. 7.1). Las células relativamente no especializadas de los meristemos apicales situados cerca de las puntas de las raíces y tallos vegetales también presentan división rápida y continua. Las células madre tienen una propiedad importante que no comparte la mayor parte de las células, son capaces de dividirse en forma asimétrica. Una división celular asimétrica es aquella en la que las dos células hijas tienen propiedades o destinos diferentes. La división asimétrica de una célula madre produce una célula hija que se conserva como una célula madre no comprometida, como la progenitora, y otra célula hija que avanzó un paso para convertirse en una célula diferenciada de ese tejido. En otras palabras, las divisiones asimétricas permiten que las células madre participen tanto en la renovación como en la formación de células diferenciadas. Algunos tipos de células que no son células madre también pueden participar en divisiones celulares asimétricas (desiguales), como se ilustra con la formación de ovocitos y cuerpos polares en la figura 14.41b y en la división del linfocito T en la fotografía inicial del capítulo 17.

La duración de los ciclos celulares varía desde 30 min en un embrión de rana que se divide y cuyas células carecen de fases G₁ y G₂, hasta varios meses en los tejidos de crecimiento lento, como el hígado de los mamíferos. Se califica de latencia al estado de muchas células corporales que se encuentran en una situación que no anticipa una próxima división, pero que conservan la capacidad de dividirse en caso de que se modifiquen las condiciones existentes. Con algunas excepciones importantes, las células que han dejado de dividirse quedan en una etapa que antecede al comienzo de la síntesis de DNA. A menudo se dice que las células en estado de latencia están en el estado G₀, para diferenciarlas de las típicas células en fase G₁ que pronto entrarán en la fase S. Una célula debe recibir una señal promotora de crecimiento para proceder de la fase G₀ a la G₁ y así reingresar al ciclo celular.

Control del ciclo celular

El estudio del ciclo celular no sólo es importante para la biología celular, también tiene enormes repercusiones prácticas en el combate del cáncer, una enfermedad ocasionada por la pérdida de la capacidad de una célula de regular su propia división. Una serie de experimentos de fusión celular realizados por Potu Rao y Robert Johnson, de la Colorado University, en 1970 abrió el camino para comprender cómo se regula el ciclo celular.

Rao y Johnson querían saber si el citoplasma de las células contenía factores reguladores que afectaran las actividades del ciclo celular. Para abordar esta pregunta fusionaron células de mamíferos que estaban en diferentes etapas del ciclo celular. La célula mitótica siempre indujo la compactación de la cromatina en el núcleo de la célula no mitótica (fig. 14.3). Si se fusionaran una célula en fase G₁ con una en fase M, la cromatina del núcleo en fase G₁ experimentaría compactación cromosómica prematura para formar un conjunto de cromosomas compactos alargados (fig. 14.3a). Si se fusionaran una célula en fase G₂ y otra en fase M, los cromosomas de la fase G₂ también experimentarían compactación prematura de cromosomas, pero a diferencia de los de un núcleo G₁, se vería que los cromosomas G₂ compactados estarían duplicados, lo que reflejaría el hecho de que ya había ocurrido la replicación (fig. 14.3c). Si una célula mitótica se fusionara con una en fase S, la cromatina en fase S también se compactaría (fig. 14.3b). Sin embargo, el DNA en replicación es muy sensible al daño, por lo que la compactación en el núcleo en fase S conduciría a la formación de fragmentos cromosómicos “pulverizados” en lugar de cromosomas compactados intactos. Los resultados de estos experimentos sugirieron que el citoplasma de una célula mitótica contiene factores difusibles que podían inducir la mitosis en una célula no mitótica (o sea, en interfase). Este hallazgo sugirió que la transición de G₂ a M estaba bajo el control positivo, o sea, que la transición se indujo por la presencia de algún agente estimulante.

La función de las proteínas cinasas

Aunque los experimentos de fusión celular revelaron la existencia de factores que regulan el ciclo celular, éstos no brindaron información respecto de las propiedades bioquímicas de esos factores. Los primeros indicios acerca de la naturaleza de los agentes que inician la replicación del DNA y facilitan el ingreso de la célula a la mitosis (o meiosis) se obtuvieron en una serie de experimentos con ovocitos y embriones jóvenes de ranas e invertebrados. Estos experimentos se describen en la sección “Vías experimentales” al final del capítulo. En resumen, se demostró que la entrada de una célula a la fase M se inicia por una proteína llamada factor promotor de maduración (MPF, maturation-promoting factor). El MPF tiene dos subunidades: (1) una subunidad con actividad de cinasa que transfiere grupos fosfato del ATP a residuos específicos de serina y treonina de sustratos proteínicos específicos y (2) una subunidad reguladora llamada ciclina. El término “ciclina” se acuñó porque la concentración de esta proteína reguladora aumenta y disminuye con un patrón predecible en cada ciclo celular (fig. 14.4). Cuando la concentración de ciclina es baja, la cinasa carece de la subunidad ciclina y en consecuencia permanece inactiva. Si la concentración de ciclina se incrementa, la cinasa se activa, lo que hace que la célula ingrese en la fase M. Estos resultados sugirieron que: (1) la progresión de las células a la mitosis depende de una enzima cuya única actividad es fosforilar otras proteínas y (2) que la actividad de esta enzima está controlada por una subunidad cuya concentración varía de una etapa a otra del ciclo celular.

En los últimos 20 años muchos laboratorios se centraron en las enzimas similares a MPF llamadas cinasas dependientes de ciclina (Cdk, cyclin-dependent kinases). Se descubrió que las Cdk no sólo participan en la fase M, sino que son agentes clave que dirigen las actividades durante todo el ciclo celular. Para desempeñar esta función, las Cdk fosforilan un grupo heterogéneo de proteínas. Cada episodio de fosforilación tiene lugar en un sitio apropiado durante el ciclo celular, con lo que se estimula o inhibe un proceso celular particular de la división celular. Las células de levaduras son muy útiles en los estudios del ciclo celular, cuando menos en parte por la disponibilidad de mutantes sensibles a la temperatura cuyas proteínas anormales afectan varios procesos del ciclo celular. Como se explica en la página 549, las mutantes sensibles a la temperatura pueden crecer de manera más o menos normal en una temperatura menor (permisiva) y luego cambiarse a una temperatura más alta (restrictiva) para estudiar el efecto del producto del gen mutante.

Los investigadores que estudian el control genético del ciclo celular se han centrado en dos especies de levaduras con una relación lejana, la levadura con gemación Saccharomyces cerevisiae, que se reproduce mediante gemación en un extremo de la célula (fig. 1.18b), y una levadura que se reproduce por fisión, Schizosaccharomyces pombe, que para reproducirse se alarga y luego se divide en dos células de igual tamaño (fig. 14.6). La base molecular de la regulación del ciclo celular se conservó en forma notable durante la evolución de las eucariotas. Una vez que un gen participante en el control del ciclo celular se identifica en una de las dos especies de levaduras, se buscan homólogos (y casi siempre se encuentran) en los genomas de las eucariotas superiores, inclusive los seres humanos. La combinación de los análisis genéticos, bioquímicos y estructurales, facilita a los investigadores la comprensión de las principales actividades que permiten a una célula crecer y reproducirse en una placa de cultivo en un laboratorio.

La investigación del control genético del ciclo celular en las levaduras comenzó en la década de 1970 en dos laboratorios: primero en el de Leland Hartwell, en la Washington University, que trabajaba con levaduras con gemación, y luego en el de Paul Nurse, de la Oxford University, que trabajaba en levaduras con fisión. Ambos laboratorios identificaron un gen que, al mutar, causaba que el crecimiento de las células en una temperatura alta se detuviera en ciertas partes del ciclo celular. Al final se observó que el producto de este gen, que se llamó cdc2 en las levaduras con fisión (y CDC28 en las levaduras con gemación), era homólogo a la subunidad catalítica de MPF, en otras palabras, era una cinasa dependiente de ciclina. La investigación posterior con levaduras y muchas células de vertebrados diferentes apoyó el concepto de que la progresión de una célula eucariota por el ciclo celular está regulada en distintas etapas. Una de las primeras etapas de regulación ocurre cerca del final de G₁, y otra, cerca del final de G₂. Estas etapas representan partes del ciclo celular en los que la célula se compromete a comenzar un episodio crucial, el inicio de la replicación o el ingreso en la mitosis.

Se comenzará la revisión de este capítulo con las levaduras con fisión. En esta especie el mismo Cdk (cdc2) es la molécula que se encarga del paso por ambos puntos de compromiso, aunque en conjunto con diferentes ciclinas. La figura 14.5 muestra una representación simplificada de la regulación del ciclo celular en la levadura con fisión. El primer punto de transición, llamado START, ocurre antes del final de G₁. Una vez que la célula pasó START, está destinada en forma irrevocable a replicar su DNA y, al final, a completar el ciclo celular.¹ El paso por START exige la activación de cdc2 por una o más ciclinas G₁, cuyos niveles aumentan durante el final de G₁ (fig. 14.5).

El paso de G₂ a la mitosis requiere la activación de cdc2 por un grupo diferente de ciclinas, las ciclinas mitóticas. Las Cdk que contienen una ciclina mitótica (p. ej., MPF descrita en la página 611) fosforilan los sustratos necesarios para que la célula inicie la mitosis. Entre los sustratos se incluyen las proteínas indispensables para los cambios dinámicos en la organización de los cromosomas y el citoesqueleto que caracterizan el paso de la interfase a la mitosis. Las células establecen un tercer compromiso durante la parte media de la mitosis que determina si completan la división celular y reingresan a G₁ del siguiente ciclo. La salida de la mitosis y el ingreso a G₁ depende de un descenso rápido de la actividad de Cdk, que es consecuencia de una caída en la concentración de las ciclinas mitóticas (fig. 14.5), un fenómeno que se explica en la página 592 junto con otras actividades mitóticas.

A menudo las cinasas dependientes de ciclinas se describen como los “motores” que impulsan el ciclo celular por sus diversas etapas. Las actividades de estas enzimas están reguladas por diversos “frenos” y “aceleradores” que operan en combinación. Éstos comprenden:

Unión de ciclina Como se indica en la figura 14.5, las concentraciones de algunas ciclinas particulares aumentan con el tiempo y cuando alcanzan un nivel suficiente dentro de la célula se unen a la subunidad catalítica de Cdk, lo cual origina un cambio importante en la conformación del sitio activo de la enzima. Las estructuras cristalográficas por rayos X de varios complejos ciclina-Cdk indican que la unión con la ciclina produce el movimiento de un asa flexible de la cadena polipeptídica de Cdk para alejarse de la abertura que conduce al sitio activo de la enzima, lo que permite que Cdk fosforile sus sustratos proteínicos.

Estado de fosforilación de Cdk En otros capítulos se explicó que la adición y la eliminación de grupos fosfatos de las proteínas regulan muchos fenómenos que tienen lugar en la célula. Lo mismo sucede con los eventos que inician la mitosis. En la figura 14.5 puede verse que el nivel de ciclinas mitóticas aumenta durante las fases S y G₂. Las ciclinas mitóticas presentes en la levadura durante este periodo se unen a Cdk para formar un complejo ciclina-Cdk, pero el complejo muestra poca evidencia de actividad de cinasa. Más adelante, en una etapa tardía de G₂, el complejo ciclina-Cdk se activa y se desencadena la mitosis. Para comprender este cambio en la actividad de Cdk debe revisarse la actividad de las otras tres enzimas reguladoras: dos cinasas y una fosfatasa. Se abordarán en forma somera los episodios que tienen lugar en la fisión de la levadura (fig. 14.6a). La función de estas enzimas en el ciclo de la levadura con fisión, que se ilustra en la figura 14.6b, se reveló mediante una combinación de análisis genéticos y bioquímicos. En el paso 1, una de las cinasas, llamada CAK (cinasa activadora de Cdk [Cdk-activating kinase]), fosforila un residuo crítico de treonina (Tre 161 de cdc2 en la fig. 14.6b). La fosforilación de este residuo es necesaria, pero no suficiente, para que Cdk se active. Una segunda proteína cinasa que se muestra en el paso 1 y se denomina Wee1, fosforila un residuo clave de tirosina en la bolsa de unión a ATP de la enzima (Tir 15, fig. 14.6b). Si este residuo se fosforila, la enzima permanece inactiva sin importar el estado de fosforilación de cualquier otro residuo. En otras palabras, el efecto de Wee1 rebasa el efecto de CAK, lo que mantiene Cdk en un estado inactivo. La línea 2 de la figura 14.6c muestra el fenotipo de las células con un gen wee1 mutante. Estos mutantes no pueden mantener Cdk en estado inactivo y se dividen en etapas tempranas del ciclo celular, lo que produce células más pequeñas, de ahí el nombre “wee” (diminutivo en inglés). En las células normales (tipo nativo), Wee1 mantiene Cdk inactiva hasta el final de G₂. Entonces, al final de G₂, el fosfato inhibidor de Tir 15 se retira por acción de la tercera enzima, una fosfatasa llamada Cdc25 (paso 2, fig. 14.6b). La eliminación de este fosfato cambia las moléculas ciclina-Cdk almacenadas a su estado activo, lo que le permite fosforilar los sustratos clave e impulsar la célula de levadura a la mitosis. La línea 3 de la figura 14.6c muestra el fenotipo de las células con un gen cdc25 mutante. Estos mutantes no pueden retirar el fosfato inhibidor de Cdk y no pueden iniciar la mitosis. El equilibrio entre las actividades de la cinasa Wee1 y la fosfatasa Cdc25, que en condiciones normales determina si la célula permanece en G₂ o avanza a la mitosis, está regulado por otras cinasas y fosfatasas adicionales. Como se explica un poco más adelante, estas vías pueden detener a la célula para que no inicie la mitosis bajo condiciones que conducirían a una división celular anormal.

Inhibidores de Cdk Diversos inhibidores pueden bloquear la actividad de Cdk. Por ejemplo, en las levaduras con gemación, una proteína llamada Sic1 actúa como inhibidor de Cdk durante G₁. La degradación de Sic1 permite que los complejos ciclina-Cdk presentes en la célula inicien la replicación de DNA. En la página 581 se describe la importancia de los inhibidores de Cdk en las células de mamíferos.

Proteólisis controlada En las figuras 14.4 y 14.5 resulta evidente que las concentraciones de ciclina oscilan durante cada ciclo celular, lo que produce cambios en la actividad de las Cdk. Las células regulan la concentración de ciclinas y otras proteínas clave del ciclo celular mediante el ajuste tanto de la síntesis como de la velocidad de destrucción de la molécula en diferentes partes del ciclo celular. La degradación se logra por la vía de la ubicuitina-proteasoma descrita en la página 541. A diferencia de otros mecanismos que controlan la actividad de Cdk, la degradación es un proceso irreversible que ayuda a impulsar el ciclo celular en un solo sentido. La regulación del ciclo celular requiere dos clases de complejos con múltiples subunidades (complejos SCF y APC) que funcionan como ligasas de ubicuitina. Estos complejos reconocen las proteínas que se van a degradar y las unen a una cadena de poliubicuitina, lo que asegura su destrucción en un proteasoma. El complejo SCF se encuentra activo desde el final de G₁ hasta la parte temprana de la mitosis (fig. 14.26a) y media la destrucción de las ciclinas G₁, los inhibidores de Cdk y otras proteínas del ciclo celular. Estas proteínas se convierten en blancos para un SCF después de que se fosforilan por acción de las proteínas cinasas (esto es, Cdk) que regulan el ciclo celular. Las mutaciones que inhiben la mediación de los complejos SCF en la proteólisis de las proteínas clave, como las ciclinas G₁ o el inhibidor Sic1 ya mencionado, pueden impedir que las células repliquen su DNA. El complejo APC actúa en la mitosis y degrada varias proteínas clave de la mitosis, entre ellas las ciclinas mitóticas; la destrucción de estas últimas permite a la célula salir de la mitosis e iniciar un nuevo ciclo celular (pág. 592).

Localización subcelular La célula contiene varios compartimientos distintos en los que las moléculas reguladoras pueden unirse o separarse de las proteínas con las que interactúan. La localización subcelular es un fenómeno dinámico en el que los reguladores del ciclo celular se mueven a distintos compartimientos en diferentes etapas. Por ejemplo, una de las principales ciclinas mitóticas de las células animales (ciclina B1) se desplaza entre el núcleo y el citoplasma hasta G₂, cuando se acumula en el núcleo justo antes del inicio de la mitosis (fig. 14.7). Hay una teoría según la cual, la acumulación nuclear de ciclina B1 se facilita con la fosforilación de uno o más residuos serínicos que están en su señal de exportación nuclear (NES, pág. 492, nuclear export signal). En este modelo, la fosforilación bloquea la exportación subsecuente de ciclina de regreso al citoplasma. Según otra teoría, para estimular su propia translocación al interior del núcleo, el complejo de ciclina B1-Cdk1 fosforila y activa componentes del aparato de importación nuclear. Sea cual sea el mecanismo, si se bloquea la acumulación nuclear de la ciclina, las células no inician su división.

Como ya se mencionó, las proteínas y los procesos que controlan el ciclo celular están muy bien conservados entre las eucariotas. Como en las levaduras, las oleadas sucesivas de síntesis y degradación de las distintas ciclinas desempeñan una función esencial en la conducción de las células de los mamíferos de una etapa a la siguiente. A diferencia de las células de levaduras, que tienen una sola Cdk, las células de mamíferos producen varias versiones distintas de esta proteína cinasa. Diferentes complejos ciclina-Cdk actúan sobre diferentes grupos de sustratos en diferentes partes del ciclo celular. El emparejamiento entre ciclinas individuales y las Cdk es muy específico, y sólo se encuentran ciertas combinaciones (fig. 14.8a). Por ejemplo, en las células de los mamíferos la actividad de un complejo ciclina E-Cdk2 impulsa la célula hacia la fase S, mientras que la actividad del complejo ciclina B1-Cdk1 la conduce a la mitosis. Las Cdk no siempre estimulan actividades, también inhiben episodios inapropiados. Por ejemplo, la actividad del complejo ciclina B1-Cdk1 durante G₂ impide que la célula replique de nuevo el DNA que ya se replicó antes en ese ciclo celular (p. 560). Esto ayuda a asegurar que cada región del genoma se replique una vez y sólo una vez en cada ciclo.

Las funciones de los diversos complejos ciclina-Cdk mostrados en la figura 14.8a se comprobaron en una amplia variedad de estudios biológicos realizados en células de mamíferos desde hace más de 20 años. En los últimos años se examinaron de nuevo las funciones de estas proteínas en ratones con bloqueo génico, con algunos resultados sorprendentes (fig. 14.8b). Como se esperaba, el fenotipo de un ratón con bloqueo génico particular depende del gen que se elimine. Los ratones que son incapaces de sintetizar Cdk1, ciclina B1, E1, E2 o ciclina A2, mueren en etapa embrionaria, lo que sugiere que las proteínas codificadas por estos genes son esenciales para el ciclo celular normal. En cambio, un embrión de ratón que carece de los genes que codifican todas las cuatro Cdk del ciclo celular (o sea, Cdk 2, 4 y 6) es capaz de desarrollarse hasta una etapa con órganos bien formados, aunque el animal no sobrevive al nacimiento (fig. 14.8b). Las células tomadas de embriones son capaces de proliferar en cultivo, aunque más lento que las células normales. Este hallazgo indica que, como en las levaduras, Cdk1 es la única Cdk indispensable para impulsar a la célula de mamífero por todas las etapas del ciclo celular. En otras palabras, aunque la otras Cdk se expresen de manera normal en momentos específicos durante el ciclo celular del mamífero, CDk1 es capaz de “cubrir” su ausencia, lo que asegura la fosforilación de todos los sustratos necesarios en cada etapa del ciclo celular. Este es el caso típico de redundancia, en el que una proteína puede realizar funciones que no llevaría a cabo en condiciones normales. Aún así, la ausencia de una de estas ciclinas o Cdk “no esenciales” causa anomalías evidentes en el ciclo celular, al menos en ciertos tipos de células. Por ejemplo, los ratones que carecen de un gen para ciclina D1 son más pequeños que los animales de control, lo cual se debe a una disminución en la magnitud de división celular en todo el cuerpo. Además, los animales con deficiencia de ciclina D1 muestran una falta particular de proliferación celular durante el desarrollo de la retina. Los ratones que carecen de Cdk4 se desarrollan, pero sin células productoras de insulina en el páncreas. Aunque parece que los ratones que carecen de Cdk2 se desarrollan de manera normal, tienen defectos específicos durante la meiosis (fig. 14.8b), lo que refuerza las importantes diferencias en la regulación de las divisiones mitóticas y meióticas.

Puntos de verificación, inhibidores de Cdk y respuestas celulares

La ataxia-telangiectasia es un trastorno recesivo hereditario que se caracteriza por una multitud de síntomas diversos, inclusive un riesgo muy alto para ciertos tipos de cáncer.² Durante el final de la década de 1960 (tras la muerte de varios individuos que se sometieron a radioterapia), se descubrió que los pacientes con ataxia-telangiectasia son en extremo sensibles a la radiación ionizante (pág. 567). También lo son las células de estos pacientes, que carecen de una respuesta protectora crucial que se observa en las células normales. Cuando las células normales se someten a tratamientos que dañan el DNA, como radiación ionizante o fármacos que alteran el DNA, su avance en el ciclo celular se detiene mientras el daño se repara. Por ejemplo, si una célula normal recibe radiación durante la fase G₁ del ciclo celular, la progresión a la fase S se retrasa. De igual manera, las células radiadas en la fase S posponen la síntesis adicional de DNA, en tanto que las células afectadas durante G₂ retrasan su ingreso a la mitosis.

Los estudios de este tipo realizados en levaduras dieron origen al concepto, formulado por Leland Hartwell y Ted Weinert en 1998, de que las células tienen puntos de verificación como parte de su ciclo celular. Los puntos de verificación son mecanismos que detienen el progreso del ciclo celular si: (1) cualquier DNA cromosómico se daña, o (2) si ciertos procesos críticos no se completaron en forma correcta, como la replicación del DNA durante la fase S o la alineación cromosómica durante la fase M. Los puntos de verificación aseguran que cada uno de los diversos episodios que constituyen el ciclo celular, ocurran en forma exacta y en el orden apropiado. Muchas de las proteínas de la maquinaria de los puntos de verificación no tienen ninguna función en los sucesos del ciclo celular normal y sólo actúan cuando aparece alguna anomalía. De hecho, los genes que codifican varias proteínas de puntos de verificación se identificaron por primera vez en células mutantes de levaduras que continuaban su avance en el ciclo celular a pesar de sufrir daño en el DNA u otras anomalías que causaban defectos graves.

Los puntos de verificación se activan durante todo el ciclo celular mediante un sistema de sensores que reconoce el daño del DNA o las anomalías celulares. Si un sensor detecta la presencia de un defecto, desencadena una respuesta que detiene en forma transitoria el progreso del ciclo celular. Entonces la célula puede utilizar ese retraso para reparar el daño o corregir el defecto en lugar de continuar a la etapa siguiente. Esto tiene una importancia especial porque las células de los mamíferos que se dividen con daños genéticos corren el riesgo de transformarse en una célula cancerosa. Si el DNA se daña más allá de la reparación posible, el mecanismo del punto de verificación puede transmitir una señal que conduce a (1) la muerte de la célula o (2) su conversión a un estado de paro permanente del ciclo celular (conocido como senescencia).

En muchas partes de este libro ya se mencionó que el estudio de enfermedades poco comunes en los seres humanos condujo a un descubrimiento primordial de la biología celular y molecular. La respuesta al daño del DNA celular es otro ejemplo de este trayecto al descubrimiento. El gen causante de la ataxia-telangiectasia (el gen ATM) codifica una proteína cinasa que se activa con ciertas lesiones del DNA, sobre todo en roturas de doble cadena (pág. 567). Un hecho notable es que la presencia de una sola rotura en una de las moléculas del DNA de la célula, es suficiente para hacer que el ciclo celular se detenga. Otros tipos de lesiones, como las causadas por la replicación incompleta del DNA o la radiación UV, también activan una proteína cinasa relacionada llamada ATR. Tanto ATM como ATR son parte de complejos multiproteínicos capaces de unirse con el DNA dañado. Una vez unidas, ATM y ATR pueden fosforilar una gran variedad de proteínas que participan en los puntos de verificación del ciclo celular y en la reparación del DNA.

¿De qué manera una célula detiene su progreso de una etapa del ciclo celular a la siguiente? A continuación se presenta un breve examen de dos vías bien estudiadas que están disponibles para que las células de los mamíferos detengan el ciclo celular en respuesta al daño en el DNA.

1. Si una célula que se prepara para la mitosis se somete a radiación UV, la proteína cinasa ATR se activa y fosforila y la célula detiene el ciclo celular en G₂. Se piensa que las moléculas de proteína cinasa de ATR son reclutadas en sitios de DNA monocatenario cubiertos con una proteína (paso 1, fig. 14.9), como los que se observan cuando se repara el DNA dañado por UV (fig. 13.25). ATR fosforila y activa una cinasa de punto de verificación denominada Chk1 (paso 2), que a su vez fosforila Cdc25 en un residuo serina específico (paso 3), lo que convierte la molécula Cdc25 en un blanco para una proteína adaptadora especial que se une a esta fosfatasa en el citoplasma (pasos 4, 5). Esta interacción inhibe la actividad de fosfatasa de Cdc25 e impide que se importe de nuevo al núcleo. Como se expone en la página 577, Cdc25 suele desempeñar una función clave en la transición G₂/M al eliminar de Cdk1 fosfatos inhibidores. Así, la ausencia de Cdc25 del núcleo deja Cdk en un estado inactivo (paso 6) y la célula se detiene en G₂.

2. El daño en el DNA también induce la síntesis de proteínas que inhiben en forma directa el complejo ciclina-Cdk que impulsa el ciclo celular. Por ejemplo, las células expuestas a radiación ionizante en G₁ sintetizan una proteína llamada p21 (masa molecular de 21 kDa) que inhibe la actividad de cinasa de la Cdk de G₁. Esto impide a las células el fosforilado del sustrato clave y de que ingresen en la fase S. ATM participa en este mecanismo de punto de verificación. En esta respuesta particular al daño en el DNA, las roturas del DNA causadas por radiación ionizante sirven como sitios para el reclutamiento de un complejo proteínico llamado MRN (paso a, fig. 14.9). MRN puede considerarse un sensor de roturas en el DNA. el MRN atrae a ATM, que fosforila y activa a otra cinasa para punto de verificación llamada Chk2 (paso b). A su vez, Chk2 fosforila un factor de transcripción (p53) (paso c), lo que conduce a la transcripción y traducción del gen p21 (pasos d y e) con la subsiguiente inhibición de Cdk (paso f). Alrededor del 50% de todos los tumores humanos muestra indicios de mutaciones en el gen que codifica p53, lo que refleja su importancia en el control del crecimiento celular. La función de p53 se expone con detalle en el capítulo 16.

La molécula p21 es uno de los por lo menos siete inhibidores conocidos de Cdk. La interacción entre un inhibidor de Cdk diferente (p27) y uno de los complejos ciclina-Cdk se muestra en la figura 14.10a. En este modelo la molécula p27 se cuelga sobre ambas subunidades del complejo ciclina A-Cdk2, lo que cambia la conformación de la subunidad catalítica e inhibe la actividad de proteína cinasa. En muchas células, p27 debe fosforilarse y luego degradarse antes de que pueda avanzarse a la fase S.

Los inhibidores de Cdk, como p21 y p27, también participan en la diferenciación celular. Justo antes que las células comiencen a diferenciarse (ya sea en células musculares, hepáticas, sanguíneas o de algún otro tipo), por lo general se retiran del ciclo celular y dejan de dividirse. Se cree que los inhibidores de Cdk permiten o inducen en forma directa el retiro del ciclo celular. Tal como las funciones de las Cdk y las ciclinas específicas se han estudiado en ratones con bloqueo génico, así también a sus inhibidores. Los ratones que carecen del gen p27 tienen un fenotipo distintivo: son más grandes de lo normal (fig. 14.10b), y ciertos órganos, como el timo y el bazo, contienen una cantidad mucho mayor de células que los de animales normales (fig. 14.10c). En los ratones normales las células de estos órganos particulares sintetizan niveles relativamente altos de p27 y se supone que la ausencia de esta proteína en los animales con deficiencia de p27 permite que las células se dividan varias veces más antes de diferenciarse.

Mientras que la regulación del ciclo celular se ha podido conocer gracias, en gran medida, a los estudios genéticos en levaduras, el conocimiento de la fase M se basa en más de un siglo de investigación microscópica y bioquímica en animales y plantas. El término “mitosis” proviene de la palabra griega mitos, que significa “hebra”. Lo acuñó en 1882 el biólogo alemán Walther Flemming para describir los cromosomas filiformes que aparecían en forma misteriosa en las células animales justo antes de dividirse en dos. La belleza y la precisión de la división celular se aprecia mejor si se observa un video acelerado del proceso (p. ej., www.bio.unc.edu/faculty/salmon/lab/mitosis/mitosismovies.html), que si se lee al respecto en un libro de texto.

La mitosis es un proceso de división nuclear en el que las moléculas replicadas de DNA de cada cromosoma se reparten con exactitud en dos núcleos. La mitosis suele acompañarse de la citocinesis, un proceso por el que una célula en división se separa en dos, con lo que el citoplasma se divide en dos paquetes celulares. Las dos células hijas resultantes de la mitosis y la citocinesis tienen un contenido genético idéntico entre sí y al de la célula madre de la que provienen. Por lo tanto, la mitosis mantiene el número de cromosomas y genera nuevas células para el crecimiento y el mantenimiento de un organismo. La mitosis puede ocurrir en células haploides o diploides. Las células mitóticas haploides se encuentran en hongos, gametofitos de las plantas y en unos cuantos animales (inclusive abejas macho, conocidas como zánganos). La mitosis es una etapa del ciclo celular en la que la célula dedica toda su energía a una sola actividad: la separación cromosómica. Como resultado, la mayor parte de las actividades metabólicas de la célula, entre ellas la transcripción y la traducción, se detienen durante la mitosis y la célula entra en una falta relativa de respuesta a los estímulos externos.

En los capítulos previos se revisó cuánto puede aprenderse respecto de los factores encargados de un proceso particular mediante el estudio de ese proceso fuera de una célula viva (pág. 276). El uso de extractos preparados a partir de huevos de rana ayudó mucho a comprender la bioquímica de la mitosis. Tales extractos contienen reservas de todos los materiales (histonas, tubulina, etc.) necesarios para sostener la mitosis. Cuando se agregan cromatina o núcleos completos al extracto de huevos, la cromatina se convierte en cromosomas mitóticos, los cuales se dividen en un huso mitótico que se ensambla de manera espontánea dentro de la mezcla libre de células. Muchos experimentos estudian la función de una proteína particular mediante la eliminación de esa proteína del extracto de huevos con la adición de un anticuerpo (agotamiento inmunitario) y la verificación de si el proceso puede continuar en ausencia de esa sustancia (véase un ejemplo en la fig. 14.21).

Por lo general, la mitosis se divide en cinco etapas (fig. 14.11): profase, prometafase, metafase, anafase y telofase, cada una caracterizada por una serie particular de sucesos. Hay que tener presente que estas etapas representan un segmento de un proceso continuo; la división de la mitosis en fases arbitrarias se hace sólo para facilitar la descripción y la experimentación.

Profase

En la profase, la primera etapa de la mitosis, los cromosomas duplicados se preparan para la separación y la maquinaria mitótica se ensambla.

Formación del cromosoma mitótico

El núcleo de una célula en interfase contiene longitudes enormes de fibras de cromatina. El estado extendido de la cromatina en interfase es ideal para la separación en dos células hijas. Antes de separar sus cromosomas, una célula los convierte en estructuras mucho más cortas y gruesas por un proceso notable de compactación de cromosomas (o condensación cromosómica), que ocurre en etapas iniciales de la profase (figs. 14.11 y 14.12).

Como se describe en la página 496, la cromatina de una célula en interfase se organiza en fibras de unos 30 nm de diámetro. Los cromosomas mitóticos están compuestos por tipos similares de fibras, como se observa al examinar con el microscopio electrónico los cromosomas completos aislados de las células mitóticas (fig. 14.13a). Parece que la compactación cromosómica no altera la naturaleza de la fibra de cromatina, sino la manera en que la fibra de cromatina se empaca. El tratamiento de los cromosomas mitóticos con soluciones que disuelven las histonas y la mayor parte de las proteínas no histonas revela una estructura que conserva la forma básica del cromosoma intacto (fig. 14.13b). Las asas de DNA se unen por su base con las proteínas no histonas que conforman el andamiaje cromosómico (que se muestra con mayor aumento en la fig. 12.15).

La investigación de la compactación cromosómica se ha centrado en un complejo abundante de múltiples proteínas llamado condensina. Las proteínas de la condensina se descubrieron cuando se incubaron núcleos en extractos de huevos de rana y se identificaron las proteínas asociadas a los cromosomas durante la compactación. La eliminación de la condensina de los extractos impidió la compactación de los cromosomas. ¿Cómo es que la condensina es capaz de inducir cambios tan drásticos en la arquitectura de la cromatina? Hay muy pocos datos de estudios in vivo para responder esta pregunta, pero se especula mucho al respecto.

El DNA superenrollado ocupa un volumen mucho menor que el DNA relajado (fig. 10.12) y los estudios sugieren que el superenrollamiento del DNA tiene una participación clave en la compactación de una fibra de cromatina en el diminuto volumen que un cromosoma mitótico ocupa. En presencia de una topoisomerasa y ATP, la condensina es capaz de unirse con el DNA in vitro y enrollar el DNA en rizos súper plegados en sentido positivo. Este descubrimiento coincide muy bien con la observación de que la compactación de cromosomas en la profase in vivo requiere topoisomerasa II, que junto con la condensina está presente como parte del andamiaje mitótico del cromosoma (fig. 14.13b). En la figura 14.14 se muestra un modelo especulativo de la acción de la condensina. Ésta es activada al inicio de la mitosis mediante la fosforilación de varias de sus subunidades por la ciclina-Cdk que se encarga de impulsar las células de G₂ hacia la mitosis. Por lo tanto, se supone que la condensina es uno de los blancos a través de los cuales las Cdk pueden iniciar las actividades del ciclo celular. La estructura subunitaria de una molécula de condensina en forma de V se muestra en el recuadro inferior de la figura 14.14.

Como resultado de la compactación, los cromosomas de una célula mitótica se ven como estructuras cilíndricas distintivas. El examen cuidadoso de los cromosomas mitóticos revela que cada uno de ellos se compone de dos cromátides “hermanas”, imagen en espejo (fig. 14.13a). Éstas son producto de la replicación en la interfase previa.

Antes de la replicación, el DNA de cada cromosoma en interfase se asocia en algunos sitios de toda su longitud con un complejo de proteínas múltiples llamado cohesina (fig. 14.14). Después de la replicación, la cohesina sostiene las dos cromátides hermanas juntas en forma continua durante G₂ y hacia la mitosis, en la que al final se separan. Como se indica en la figura 14.14, la condensina y la cohesina tienen una organización estructural similar. Varios experimentos apoyan la hipótesis de que el anillo de cohesina rodea dos moléculas hermanas de DNA como se muestra en las partes izquierda y derecha de la figura 14.14.

En los vertebrados la cohesina se libera de los cromosomas en dos etapas distintas. La mayor parte de la cohesina se separa de los brazos de los cromosomas conforme se compactan durante la profase. La disociación es inducida por la fosforilación de subunidades de cohesina a cargo de dos importantes enzimas mitóticas llamadas cinasa tipo Polo y cinasa Aurora B. A consecuencia de este fenómeno, las cromátides de cada cromosoma mitótico se mantienen relativamente holgadas a lo largo de sus brazos extendidos, pero mucho más apretadas en sus centrómeros (figs. 14.13a y 14.15). La cohesina permanece en los centrómeros debido a la presencia ahí de una fosfatasa que elimina cualquier grupo fosfato agregado a la proteína por las cinasas. La liberación de la cohesina desde los centrómeros normalmente se retrasa hasta la anafase, como se describe en la página 592. Si la fosfatasa se desactiva de manera experimental, las cromátides hermanas se separan entre sí de manera prematura antes de la anafase.

Centrómeros y cinetocoros La marca distintiva más notable de un cromosoma mitótico es una indentación o constricción primaria, que marca la posición del centrómero (fig. 14.13a). El centrómero es la residencia de secuencias de DNA muy repetidas (fig. 10.19) que sirven como sitios de unión para proteínas específicas. El examen de los cortes a través de un cromosoma mitótico revela la presencia de una estructura proteinácea similar a un botón, el cinetocoro, en la superficie externa del centrómero de cada cromátide (fig. 14.16a,b). Casi todas las proteínas que componen el cinetocoro se ensamblan en el centrómero al comienzo de la profase. Se cree que las proteínas del cinetocoro son reclutadas al centrómero por la presencia, ahí, de nuevos nucleosomas que contienen la variante histónica CENP-A (pág. 509). Como se evidencia un poco más adelante, el cinetocoro funciona como: (1) sitio de unión del cromosoma a los microtúbulos dinámicos del huso mitótico (como en la fig. 14.30), (2) residencia de varias proteínas motoras participantes en la motilidad de los cromosomas (fig. 14.16c) y (3) componente clave en la vía de señalización de un punto de verificación mitótico importante (fig. 14.31).

Una interrogante de gran interés para los científicos que estudian los cinetocoros es cómo estas estructuras pueden mantener su unión con los microtúbulos que crecen y se encogen en forma constante en su extremo (+). Para mantener este tipo de “sujeción flotante”, el acoplador tendría que moverse con el extremo del microtúbulo mientras las subunidades se agregan o retiran. La figura 14.16c presenta dos tipos de proteínas implicadas como posibles vinculadores de un cinetocoro a los microtúbulos dinámicos, es decir, proteínas motoras y una proteínas cilíndrica llamada Ndc80. Ésta es una proteína esencial del cinetocoro formadora de fibrillas que parecen alcanzar y unirse con la superficie del microtúbulo adyacente. Las células que carecen de cualquiera de las cuatro proteínas que integran el complejo Ndc80 presentan defectos importantes de unión del huso.

Formación del huso mitótico

En el capítulo 9 se describió cómo una estructura especial organizadora de microtúbulos, el centrosoma, inicia el ensamble de los microtúbulos en las células animales (pág. 339). Conforme la célula pasa por G₂ hacia la mitosis, los microtúbulos del citoesqueleto se desensamblan con rapidez en preparación para su reensamble como componentes de una máquina compleja con microtúbulos llamada huso mitótico. Se cree que el desensamble rápido del citoesqueleto de la interfase se produce por la desactivación de las proteínas que estabilizan los microtúbulos (p. ej., proteínas asociadas a microtúbulos, o MAP [microtubule-associated proteins]) y por la activación de proteínas que disminuyen la estabilidad de estos polímeros.

Para comprender la formación del huso mitótico es necesario examinar primero el ciclo del centrosoma a medida que avanza en forma conjunta con el ciclo celular (fig. 14.17a). Cuando una célula animal sale de la mitosis, el citoplasma contiene un solo centrosoma que posee dos centríolos situados en ángulo recto uno respecto del otro. Incluso antes de completar la citocinesis, los dos centríolos de cada célula hija pierden la estrecha relación entre ellos (se dice que se “desacoplan”). Este fenómeno se inicia por efecto de la enzima separasa, la cual se activa en una fase tardía de la mitosis (pág. 592) y rompe un vínculo proteináceo que mantiene los centríolos juntos. Después, cuando comienza la replicación del DNA en el núcleo, al principio de la fase S, cada centríolo del centrosoma inicia su “replicación” en el citoplasma. El proceso comienza con la aparición de un pequeño procentríolo junto a cada centríolo preexistente (materno) y orientado en ángulo recto con éste (fig. 14.17b). La elongación subsiguiente del microtúbulo convierte el centríolo hijo en un centríolo de tamaño completo. Al principio de la mitosis, el centrosoma se separa en dos centrosomas adyacentes, cada uno con un par de centríolos padre e hijo. El inicio de la duplicación del centrosoma en la transición G₁-S se desencadena mediante la fosforilación de una proteína centrosómica por efecto de la ciclina E-Cdk2, el mismo agente que se encarga del inicio de la replicación del DNA (fig. 14.8). La duplicación del centrosoma es un proceso bien controlado, de manera que cada centríolo materno produce sólo un centríolo hijo durante cada ciclo celular. La formación de centríolos adicionales puede producir una división celular anormal y contribuir al desarrollo de cáncer (fig. 14.17c).

La primera etapa en la formación del huso mitótico en una célula animal típica es la aparición de microtúbulos dispuestos en una “corona solar”, o astro (fig. 14.18), alrededor de cada centrosoma durante la profase inicial. Como se expuso en el capítulo 9, los microtúbulos crecen por la adición de subunidades en sus extremos (+), en tanto que los extremos (−) dependen del material pericentriolar (PCM, pericentriolar material) del centrosoma (pág. 339). Se cree que la fosforilación de proteínas del PCM por la cinasa tipo Polo es importante para estimular la nucleación de los microtúbulos del huso durante la profase. Después de la formación del astro, los centrosomas se separan uno del otro y se mueven alrededor del núcleo hacia los extremos contrarios de la célula. La separación de los centrosomas está impulsada por proteínas motoras relacionadas con los microtúbulos adyacentes. Conforme los centrosomas se separan, los microtúbulos que se estiran entre ellos aumentan en cantidad y longitud (fig. 14.18). Al final, los dos centrosomas llegan a puntos opuestos uno del otro, lo que establece los dos polos de un huso mitótico bipolar (como en la fig. 14.17a). Después de la mitosis, un centrosoma se destina a cada célula hija.

Varios tipos distintos de células animales (incluyendo las de embriones jóvenes de ratón) carecen de centrosomas, lo mismo que las células de plantas superiores, aunque todas estas células construyen un huso mitótico bipolar y pasan por una mitosis hasta cierto punto típica. Los husos mitóticos funcionales pueden formarse aun en células mutantes de Drosophila que carecen de centrosomas o en células de mamíferos a las que se quitaron los centrosomas por medios experimentales. En todos estos casos, los microtúbulos del huso mitótico se concentran cerca de los cromosomas y no en los polos, que es donde normalmente se encontrarían los centrosomas. Entonces, una vez que se polimerizan, los extremos (−) de los microtúbulos se unen (es decir, se enfocan) en cada polo del huso mediante la actividad de proteínas motoras (fig. 14.19). La fotografía inicial del capítulo que se presenta en la página 572 muestra un huso bipolar que se formó en un extracto de huevos de rana mediante la actividad de las moléculas motoras de microtúbulos. Estas clases de experimentos sugerían que las células poseen dos mecanismos fundamentalmente distintos (uno dependiente y otro independiente del centrosoma), para alcanzar el mismo resultado final. Estudios recientes indican que ambas vías para la formación del huso operan de manera simultánea en la misma célula, y que incluso células con centrosomas funcionales concentran una fracción significativa de sus microtúbulos del huso en los centrosomas.

Disolución de la envoltura nuclear y la partición de los organelos citoplásmicos

En la mayor parte de las células eucariotas, el huso mitótico se ensambla en el citoplasma y los cromosomas se compactan en el nucleoplasma. La rotura de la envoltura nuclear al final de la profase posibilita la interacción entre el huso y los cromosomas. Los tres componentes principales de la envoltura nuclear (los complejos del poro nuclear, la lámina nuclear y las membranas nucleares) se desensamblan en procesos distintos. Se cree que todos estos procesos se inician con la fosforilación de sustratos clave por acción de cinasas mitóticas, sobre todo ciclina B-Cdk1. Los complejos del poro nuclear se desensamblan cuando se alteran las interacciones entre los complejos de nucleoporina y las proteínas se disocian en el medio circundante. La lámina nuclear se desensambla por despolimerización de los filamentos de lámina. La integridad de las membranas nucleares se altera primero en forma mecánica, ya que se forman agujeros en la envoltura nuclear por las moléculas citoplásmicas de dineína vinculadas con la membrana nuclear externa. El destino ulterior de la porción membranosa de la envoltura nuclear es tema de controversia. Según una idea clásica, las membranas nucleares se fragmentan en una población de pequeñas vesículas que se dispersan en la célula mitótica. Una alternativa es que las membranas de la envoltura nuclear se absorban en las membranas del retículo endoplásmico.

Algunos de los organelos membranosos del citoplasma permanecen más o menos intactos durante la mitosis; éstos incluyen las mitocondrias, los lisosomas y los peroxisomas, así como los cloroplastos de una célula vegetal. En años recientes se generó un debate importante respecto del mecanismo por el que el aparato de Golgi (GC) y el retículo endoplásmico se parten durante la mitosis. De acuerdo con uno de los puntos de vista, el contenido del aparato de Golgi se incorpora al retículo endoplásmico durante la profase y el GC deja de existir por un breve periodo como organelo distintivo. Según otra opinión, las membranas de Golgi se fragmentan para formar una población distinta de pequeñas vesículas que se reparten entre las células hijas. Una tercera hipótesis, basada sobre todo en estudios con algas y protistas, indica que todo el aparato de Golgi se divide en dos y cada célula hija recibe la mitad de la estructura original. Al final, es posible que los diferentes tipos de células u organismos utilicen distintos mecanismos de herencia del aparato de Golgi. Las ideas de los autores acerca del destino del retículo endoplásmico también cambiaron. Estudios recientes con células vivas cultivadas de mamíferos sugieren que la red de retículo endoplásmico permanece hasta cierto punto intacta durante la mitosis. Este punto de vista pone en duda los estudios iniciales realizados principalmente con huevos y embriones que sugieren que el retículo endoplásmico se fragmenta durante la profase.

Prometafase

La disolución de la envoltura nuclear marca el inicio de la segunda fase de la mitosis, la prometafase, durante la cual el ensamble del huso mitótico se completa y los cromosomas se mueven a su posición en el centro de la célula. La explicación siguiente presenta un panorama general de los pasos de la prometafase; se han informado muchas variaciones en estos fenómenos.

Al principio de la prometafase, los cromosomas compactados se diseminan por el espacio que era la región nuclear (fig. 14.20a). Conforme los microtúbulos del huso penetran a la región central de la célula, los extremos libres (+) de los microtúbulos crecen y se encogen en forma muy dinámica, como si “buscaran” un cromosoma. No existe certeza acerca de si esta búsqueda es del todo aleatoria, ya que las pruebas sugieren que los microtúbulos pueden crecer de modo preferencial hacia un sitio que contiene cromatina. Los microtúbulos que hacen contacto con un cinetocoro son “capturados” y se estabilizan.

Por lo general, un cinetocoro establece contacto inicial con la pared lateral de un microtúbulo y no con su extremo (paso 1, fig. 14.20b). Una vez que se hace este contacto, algunos cromosomas se mueven de modo más activo a lo largo de la pared del microtúbulo, impulsados por las proteínas motoras que se localizan en el cinetocoro. Sin embargo, poco después el cinetocoro tiende a relacionarse de manera estable con el extremo (+) de uno o más microtúbulos del huso de uno de los polos de éste (paso 2). Un cromosoma que está unido a los microtúbulos de sólo un polo del huso representa una fase intermedia inestable en el curso de la prometafase. Al final, el cinetocoro no unido de la cromátide hermana captura sus propios microtúbulos del polo contrario del huso (paso 3). También hay informes de que los cinetocoros no unidos podrían servir como sitios de nucleación para el ensamble de microtúbulos. Estos microtúbulos crecen del cromosoma con la incorporación de subunidades de tubulina en el cinetocoro y, una vez ensamblados, se incorporan en el huso mitótico. Sin importar cómo ocurra, las dos cromátides hermanas de cada cromosoma mitótico al final se conectan por sus cinetocoros con los microtúbulos que se extienden desde los polos opuestos.

Observaciones en células vivas indican que los cromosomas de la prometafase relacionados con los microtúbulos del huso no se mueven en forma directa al centro del huso, sino que oscilan adelante y atrás, hacia el polo y en sentido contrario. Por último, los cromosomas de una célula en prometafase se mueven mediante un proceso llamado congresión hacia el centro del huso mitótico, a la mitad entre ambos polos (paso 4, fig. 14.20b). Las fuerzas necesarias para los movimientos cromosómicos durante la prometafase provienen de proteínas motoras relacionadas tanto con los cinetocoros como con los brazos de los cromosomas (que se muestra y explica en la fig. 14.33a y se analiza en el pie). La figura 14.21 ilustra las consecuencias de una deficiencia de una proteína motora cromosómica cuya actividad aleja los cromosomas de los polos.

La dinámica del microtúbulo también participa para facilitar los movimientos del cromosoma durante la prometafase. A medida que los cromosomas se congregan hacia el centro del huso mitótico, los microtúbulos más largos unidos con un cinetocoro se acortan, en tanto que los microtúbulos más cortos unidos con el cinetocoro hermano se alargan. Se piensa que estos cambios de longitud de los microtúbulos se rigen por diferencias en la fuerza de tracción (tensión) en los dos cinetocoros hermanos. El acortamiento y la elongación de los microtúbulos se deben, sobre todo, a pérdida o ganancia de subunidades en el extremo (+) del microtúbulo (fig. 14.22). Un hecho notable es que esta actividad dinámica tiene lugar mientras el extremo (+) de cada microtúbulo permanece unido con un cinetocoro.

A la larga, cada cromosoma se coloca en posición sobre un plano en el centro del huso, de manera que los microtúbulos de cada polo tienen una longitud equivalente. La serie de fotografías de la figura 14.23 muestra el movimiento caprichoso de un cromosoma de un sitio periférico hacia el centro del huso mitótico durante la prometafase.

Metafase

La célula llega a la etapa de metafase cuando todos los cromosomas se alinean en el ecuador del huso, con una cromátide en cada cromosoma conectada por su cinetocoro con los microtúbulos de un polo y su cromátide hermana conectada por su cinetocoro con los microtúbulos del polo contrario (fig. 14.24). El plano de alineación de los cromosomas en metafase se conoce como placa de metafase. El huso mitótico de la célula en metafase contiene un conjunto muy ordenado de microtúbulos que es ideal para la tarea de separar las cromátides duplicadas situadas en el centro de la célula. En términos de función y espacio, los microtúbulos del huso de la metafase de una célula animal pueden dividirse en tres grupos (fig. 14.24).

1. Microtúbulos astrales que irradian hacia fuera desde el centrosoma, para la región exterior del cuerpo del huso. Ayudan a colocar el aparato del huso en la célula y es probable que contribuyan a establecer el plano de citocinesis.

2. Microtúbulos cromosómicos (del cinetocoro) que van desde el centrosoma a los cinetocoros de los cromosomas. En las células de los mamíferos, cada cinetocoro está unido con un haz de 20 a 30 microtúbulos, lo que forma una fibra del huso. Durante la metafase, los microtúbulos cromosómicos ejercen una fuerza de tracción sobre los cinetocoros. En consecuencia, los cromosomas se mantienen en el plano ecuatorial por “una competencia de tirar la cuerda” entre las fuerzas de tracción equilibradas que ejercen las fibras del huso cromosómico de los polos opuestos. Estas fuerzas de tracción deforman el interior del cinetocoro y ocasionan oscilaciones de los cromosomas situados en la placa de metafase. Los microtúbulos cromosómicos son indispensables para el movimiento de los cromosomas hacia los polos durante la anafase.

3. Microtúbulos polares (o interpolares) que se extienden desde el centrosoma y rebasan los cromosomas. Los microtúbulos polares de un centrosoma se superponen con sus contrapartes del centrosoma opuesto. Los microtúbulos polares forman una canasta estructural que mantiene la integridad mecánica del huso.

Cuando se ven imágenes o videos de la mitosis, parece que la metafase es una etapa durante la cual la célula hace una breve pausa, como si todas las actividades mitóticas se detuvieran. No obstante, el análisis experimental revela que la metafase es un periodo en el que ocurren sucesos importantes.

Flujo de microtúbulos en el huso de la metafase

Aunque no se observe un cambio evidente en la longitud de los microtúbulos cromosómicos cuando se alinean en la placa de la metafase, los estudios en tubulina con marca fluorescente indican que los microtúbulos se encuentran en un estado muy dinámico. Las subunidades se pierden y agregan con rapidez en los extremos (+) de los microtúbulos cromosómicos, aunque se supone que estos extremos están unidos al cinetocoro. Por lo tanto, el cinetocoro no actúa como una tapa al final del microtúbulo que bloquea la entrada o salida de las subunidades terminales, sino que es un sitio de actividad dinámica. Puesto que se agregan más subunidades al extremo (+) de las que se pierden, existe una adición neta de subunidades en el cinetocoro. Mientras tanto los extremos (−) de los microtúbulos experimentan una pérdida neta, por lo que se cree que las subunidades se mueven a lo largo de los microtúbulos cromosómicos del cinetocoro hacia el polo. Este flujo hacia el polo de las subunidades de tubulina en un huso mitótico se muestra en el experimento ilustrado en la figura 14.25. Es probable que a la pérdida de subunidades de tubulina en los polos contribuya un miembro de la familia cinesina 13 de proteínas motoras cuya función es facilitar la despolarización de los microtúbulos más que el movimiento (pág. 336).

Anafase

La anafase inicia cuando las cromátides hermanas de cada cromosoma se separan e inician su movimiento hacia los polos opuestos.

Función de la proteólisis en el avance por la mitosis

Se ha señalado la importancia de que determinadas actividades específicas tengan lugar en el orden apropiado durante todo el ciclo celular. Dicho orden depende en gran medida de la destrucción selectiva de proteínas reguladoras del ciclo celular en momentos precisos del ciclo. Antes se señaló que dos complejos proteínicos distintos, SCF y APC, agregan ubicuitina a las proteínas en diferentes etapas del ciclo celular, lo que las destina a la destrucción por efecto de un proteasoma. La figura 14.26a muestra los periodos del ciclo celular durante los que los complejos SCF y APC están activos. Como se ilustra en la figura 14.26a, SCF actúa sobre todo durante la interfase. En cambio, el complejo promotor de la anafase, o APC, desempeña una función clave en la regulación de los eventos que ocurren durante la mitosis. El complejo APC contiene cerca de una docena de subunidades centrales, además de una “proteína adaptadora” que ejerce una función muy importante para determinar cuáles proteínas sirven como sustrato para APC. Otras dos versiones de esta proteína adaptadora, Cdc20 y Cdh1, determinan la selección del sustrato durante la mitosis. Los complejos APC que contienen uno u otro de estos adaptadores se conocen como APC^Cdc20 o APC^Cdh1 (fig. 14.26a).

El APC^Cdc20 se activa antes de la metafase (fig. 14.26a) y ubicuitina a un inhibidor principal de la anafase llamado securina (que recibe ese nombre porque asegura la unión entre cromátides hermanas). La ubicuitinación y destrucción de la securina al final de la metafase libera una proteasa activa que se conoce como separasa. Luego la separasa fragmenta la subunidad Scc1 de la molécula de cohesina que mantiene unidas las cromátides hermanas (fig. 14.26b). La fragmentación de la cohesina desencadena la separación de éstas para marcar el comienzo de la anafase. Los datos experimentales que respaldan la participación de la cohesina para conservar la unión de la cromátides hermanas se obtuvieron de estudios en que se inyectaron enzimas proteolíticas a células que estaban detenidas en metafase. La fragmentación de la cohesina por tales enzimas condujo muy rápido a la separación de las cromátides y su movimiento similar al de la anafase hacia los polos.

Cerca del final de la mitosis, Cdc20 se desactiva y el adaptador alternativo, Cdh1, toma el control de la selección del sustrato de APC (fig. 14.26a). Cuando Cdh1 se asocia con APC, la enzima completa la ubicuitinación de la ciclina B que comenzó APC^Cdc20. La destrucción de la ciclina conduce a un descenso precipitado de la actividad de la Cdk mitótica (ciclina B-Cdk1) y la progresión de la célula para que salga de la mitosis y entre a la fase G₁ del siguiente ciclo celular. La importancia de la degradación proteínica en la regulación de fenómenos de la mitosis y la reentrada de células a G₁ se revela mejor con el uso de inhibidores (fig. 14.27). Si se impide la destrucción de la ciclina B con un inhibidor del proteasoma, las células permanecen detenidas en la etapa tardía de la mitosis. Si estas células detenidas en la mitosis luego se tratan con un compuesto que inhiba la actividad cinasa de Cdk1, la célula regresa a sus actividades normales y continúa en la mitosis y citocinesis. Está claro que para completar la mitosis es necesario suspender la actividad de Cdk1 (ya sea por destrucción normal de su ciclina activadora o por inhibición experimental). Tal vez el hallazgo más impresionante de todos se obtiene cuando las células con proteasoma inhibido y Cdk1 inhibida que ya terminaron la mitosis se lavan para eliminar el inhibidor de Cdk1 (fig. 14.27). Estas células, que ahora contienen tanto ciclina B como Cdk1 activa, en realidad progresan en dirección inversa y regresan a la mitosis. Dicha inversión se caracteriza por la compactación de los cromosomas, degradación de la envoltura nuclear, ensamble de un huso mitótico y movimiento de los cromosomas de nuevo a la placa de metafase, como se muestra en la figura 14.27. Todos estos episodios se desencadenaron por la reactivación inapropiada de la actividad de Cdk1 al retirar al inhibidor. Este hallazgo ilustra en forma radical la importancia de la proteólisis para que el ciclo celular avance en un solo sentido irreversible.

Eventos de la anafase

Todos los cromosomas de la placa de la metafase se dividen en sincronía al principio de la anafase y las cromátides (ahora denominadas cromosomas porque ya no están unidas a sus hermanas) comienzan su migración hacia el polo (fig. 14.11). A medida que cada cromosoma se mueve durante la anafase, su centrómero luce como su borde delantero con los brazos del cromosoma hacia atrás (fig. 14.28a). El movimiento de los cromosomas hacia el polo contrario es muy lento en relación con otros tipos de movimientos celulares: avanzan cerca de 1 μm por minuto, un valor calculado por un investigador de la mitosis como el equivalente a un viaje de Carolina del Norte a Italia que tomara cerca de 14 millones de años. La poca velocidad del movimiento cromosómico asegura que los cromosomas se separen con exactitud y sin enredos. En la siguiente sección se describen las fuerzas que al parecer impulsan el movimiento de los cromosomas durante la anafase.

El movimiento de los cromosomas hacia el polo se acompaña de acortamiento evidente en los microtúbulos cromosómicos. Desde hace mucho tiempo se apreció que las subunidades de tubulina se pierden del extremo (+) (con base en el cinetocoro) de los microtúbulos cromosómicos durante la anafase (fig. 14.28b). También se pierden subunidades de los extremos (−) de estos microtúbulos como resultado del flujo continuo hacia el polo de las subunidades de tubulina que ocurre durante la prometafase y la metafase (figs. 14.22 y 14.25). La principal diferencia en la dinámica de los microtúbulos entre la metafase y la anafase es que las subunidades se agregan al extremo (+) de los microtúbulos durante la metafase, lo que mantiene constante la longitud de las fibras cromosómicas (fig. 14.25), mientras que se pierden subunidades de los extremos (+) durante la anafase, lo que produce acortamiento de las fibras cromosómicas (fig. 14.28b). Se piensa que este cambio de comportamiento en los extremos (+) de los microtúbulos es inducido por un cambio en la tensión de los cinetocoros después de la separación de las cromátides hermanas.

El movimiento de los cromosomas hacia los polos se conoce como anafase A para distinguirlo de un movimiento distinto, pero simultáneo, la anafase B, en la que los dos polos del huso se separan más. La elongación del huso mitótico durante la anafase B se acompaña de la adición neta de subunidades de tubulina a los extremos (+) de los microtúbulos polares. Por lo tanto, las subunidades pueden agregarse de manera preferente a los microtúbulos polares y retirarse de los microtúbulos cromosómicos al mismo tiempo en distintas regiones del mismo huso mitótico (fig. 14.28b).

Fuerzas necesarias para los movimientos cromosómicos en la anafase

A principios de la década de 1960, Shinya Inoué, del Laboratorio Biológico Marino de Woods Hole propuso que la despolimerización de los microtúbulos cromosómicos durante la anafase no era una mera consecuencia del movimiento de los cromosomas, sino la causa de éste. Inoué sugirió que la despolimerización de los microtúbulos que comprenden una fibra del huso podría generar suficiente fuerza mecánica para tirar de un cromosoma hacia delante.

El primer sustento experimental para el modelo de desensamble provino de estudios en los que los cromosomas unidos con microtúbulos se mueven como resultado de la despolimerización de los mismos. La figura 14.29 muestra un ejemplo de uno de estos experimentos. En este caso, el movimiento de un cromosoma unido a un microtúbulo (flecha) ocurre in vitro después de la dilución del medio. La dilución reduce la concentración de tubulina soluble, lo que a su vez favorece la despolimerización de los microtúbulos. Estos tipos de experimentos, así como los estudios que miden la fuerza directa, indican que dicha despolimerización por sí sola es capaz de generar la fuerza suficiente para tirar de los cromosomas a través de una célula.

En la figura 14.30a se ilustra un modelo de la hipótesis sobre los procesos que ocurren durante el movimiento cromosómico en la anafase en una célula de un vertebrado. Como se indica en la figura 14.28b, los microtúbulos que constituyen las fibras del huso cromosómico sufren despolimerización tanto en los extremos (+) como en los extremos (−) durante la anafase. Tales actividades combinadas causan el movimiento de los cromosomas hacia el polo. La despolimerización en los extremos (−) de los microtúbulos sirve para transportar los cromosomas hacia los polos debido al flujo en este sentido, que hace pensar en una persona que viaja en una banda sinfín en un aeropuerto. En cambio, las despolimerización en los extremos (−) de los microtúbulos sirve para “masticar” la fibra que tira de los cromosomas. Algunas células dependen en mayor medida del flujo hacia los polos, y otras, de la despolimerización de los extremos (+). Los estudios con células animales en anafase han revelado que tanto el extremo (+) como el extremo (−) de las fibras cromosómicas son sitios en que se localizan cinesinas despolimerizadoras (miembros de la familia de la cinesina 13, pág. 336). Estas despolimerasas están indicadas en los extremos opuestos del microtúbulo en la figura 14.30a. Si alguna de estas “despolimerasas” de los microtúbulos se inhibe específicamente, la segregación cromosómica durante la anafase se interrumpe al menos en parte. Tales observaciones sugieren que la despolimerización mediada por cinesina dependiente de ATP constituye la base de la segregación cromosómica durante la mitosis.

En la página 585 se mencionó que una de las interrogantes de mayor interés en el campo de la mitosis es el mecanismo por el cual los cinetocoros son capaces de sujetar los extremos (+) de los microtúbulos que pierden subunidades de tubulina. Los complejos Ndc80 del cinetocoro están presentes en la forma de fibrillas moleculares que salen para formar uniones más bien débiles con un microtúbulo unido exactamente por detrás de su extremo (+). Se calcula que cada microtúbulo tiene contacto en toda su circunferencia con seis a nueve de estos conjuntos Ndc80. Datos de diversos estudios sugieren que, como se indica en la figura 14.30, las cabezas terminales de los complejos Ndc80 pueden desplazarse por el microtúbulo hacia su extremo (−), empujados por los protofilamentos rizadores de la punta desensambladora. Como consecuencia, el cromosoma unido se desplaza hacia el polo del huso, a medida que es arrastrado por la fibra cromosómica en contracción.

Punto de verificación del ensamble del huso

Como se explica en la página 579, las células poseen mecanismos de puntos de verificación que vigilan el estado de los eventos durante el ciclo celular. Uno de estos puntos opera en la transición entre la metafase y la anafase. El punto de verificación del ensamble del huso, como se denomina, se revela mejor cuando un cromosoma no se alinea en forma apropiada en la placa de metafase. Cuando esto sucede, el mecanismo del punto de verificación retrasa el inicio de la anafase hasta que el cromosoma mal colocado asuma su posición apropiada en el ecuador del huso. El riesgo de que las células hijas reciban un número anormal de cromosomas (aneuploidia) aumenta mucho si una célula no es capaz de posponer la separación cromosómica. Tal expectativa se confirmó por la identificación de algunos niños con deficiencias hereditarias en una de las proteínas de punto de verificación del huso; estos individuos presentan un trastorno (llamado MVA), que se caracteriza por un alto porcentaje de células aneuploides y un riesgo muy alto de sufrir cáncer.

¿Cómo es que la célula determina si uno o más cromosomas no están bien alineados en la placa de metafase? Considérese un cromosoma que sólo está unido a los microtúbulos por uno de los polos del huso, la que quizá sea la circunstancia del cromosoma no alineado indicado por la flecha en la figura 14.23a. Los cinetocoros no unidos contienen un complejo de proteínas, de las cuales la mejor estudiada es Mad2, que media el punto de verificación del ensamble del huso. La presencia de estas proteínas en un cinetocoro no unido envía una señal de “espera” a la maquinaria del ciclo celular que impide que la célula continúe hasta la anafase. Una vez que el cromosoma irregular se une a las fibras del huso de ambos polos y se alinea bien en la placa de metafase, el complejo de señalización sale del centrómero, lo que apaga la señal de “espera” y permite que la célula avance hacia la anafase.

La figura 14.31 muestra el huso mitótico de una célula que se detiene antes de la metafase a causa de un solo cromosoma mal alineado. A diferencia de los demás cinetocoros de esta célula, se observa que sólo el cromosoma mal alineado contiene la proteína Mad2. Las moléculas Mad2 pueden inhibir el avance del ciclo celular en tanto la célula contenga cromosomas mal alineados. La inhibición se logra mediante la interacción directa entre Mad2 y el activador de APC Cdc20. Durante el periodo que Cdc20 permanece unido con Mad2, los complejos APC son incapaces de unir con ubicuitina al inhibidor de la anafase securina, lo que mantiene todas las cromátides hermanas unidas una a la otra con el “pegamento” cohesina.

Está bien establecido que el punto de verificación para el ensamble del huso se activa por la presencia de un cinetocoro no unido, pero hay otras anomalías cromosómicas que surgen durante el avance a la metafase que también necesitan medidas correctivas. Por ejemplo, en ocasiones los dos cinetocoros de las cromátides hermanas se unen con los microtúbulos del mismo polo del huso, un trastorno que se conoce como adherencia sintélica (paso 3a, fig. 14.20b). Si no se corrige, es muy probable que una adherencia sintélica produzca el movimiento de las dos cromátides hermanas a una de las células hijas, lo que deja a la otra carente de este cromosoma. Es posible que la célula sea alertada por la presencia de un cromosoma con adherencia sintélica, por la falta de tensión sobre los cinetocoros del cromosoma. Normalmente surge tensión cuando los microtúbulos tiran de las cromátides hermanas desde polos del huso opuestos (pasos 3-4, fig. 14.20b).

Las células pueden corregir las adherencias sintélicas (y otros tipos de conexiones anormales con los microtúbulos) mediante la acción de una enzima llamada cinasa Aurora B, que es parte de un complejo proteínico móvil que reside en los cinetocoros durante la prometafase y la metafase. Entre los sustratos de la cinasa Aurora B están varias de las proteínas que se consideran implicadas en la unión cinetocoro-microtúbulo, incluidos miembros del complejo Ndc80, así como la cinesina despolimerasa de la figura 14.30. Los estudios sugieren que las moléculas de cinasa Aurora B de un cromosoma unido en forma incorrecta fosforila estos sustratos proteínicos, lo que desestabiliza la unión de los microtúbulos con ambos cinetocoros. Una vez liberados de esta unión, los cinetocoros de cada cromátide hermana tienen una nueva oportunidad de unirse con los microtúbulos de los polos opuestos del huso. La inhibición de la cinasa Aurora B en las células o extractos produce mala alineación y separación defectuosa de los cromosomas (fig. 18-51).

Telofase

A medida que los cromosomas se aproximan a sus polos respectivos, tienden a reunirse en una masa, lo que marca el principio de la etapa final de la mitosis, o telofase (figs. 14.11 y 14.32). Aquí las células hijas regresan a la condición de interfase: el huso mitótico se desensambla, la envoltura nuclear se reforma y los cromosomas se dispersan cada vez más hasta que desaparecen de la vista en el microscopio. La división real del citoplasma en dos células hijas tiene lugar por un proceso que se describe más adelante. Sin embargo, primero hay que regresar y considerar las proteínas motoras que participan en varios de los movimientos principales de los cromosomas que tienen lugar durante la mitosis.

Proteínas motoras necesarias para los movimientos mitóticos

La mitosis se caracteriza por extensos movimientos de las estructuras celulares. La profase se acompaña de movimiento de los polos del huso a los extremos opuestos de la célula: prometafase, por el movimiento de los cromosomas al ecuador del huso; anafase A, por el movimiento de los cromosomas desde el ecuador del huso hacia sus polos, y la anafase B, por la elongación del huso. En los últimos 10 años se identificaron diversos motores moleculares en lugares diferentes en las células mitóticas de especies muy diversas. Todos los motores que se consideraban vinculados con los movimientos mitóticos son principalmente motores de microtúbulos, inclusive varias proteínas distintas relacionadas con la cinesina y la dineína citoplásmica. Algunos de los motores se mueven hacia el extremo (+) del microtúbulo, otros hacia el extremo (−). Como se expuso antes, un grupo de cinesinas no se mueve a ninguna parte, sino que facilita la despolimerización de los microtúbulos. Las proteínas motoras se localizan en los polos del huso, junto con las fibras del huso, y dentro de los centrómeros y los brazos de los cromosomas. Aunque aún no pueden obtenerse conclusiones firmes acerca de las funciones de las proteínas motoras específicas, se sugiere un cuadro general de las funciones de estas moléculas (fig. 14.33).

• Es probable que las proteínas motoras situadas a lo largo de los microtúbulos polares contribuyan a mantener separados los polos (fig. 14.33a,b).

• Es probable que las proteínas motoras que residen en los cromosomas sean importantes para los movimientos de los cromosomas durante la prometafase (fig. 14.33a), para mantener los cromosomas en la placa de metafase (fig. 14.33b) y para separar los cromosomas durante la anafase (fig. 14.33c).

• Es probable que las proteínas motoras situadas a lo largo de los microtúbulos polares superpuestos en la región del ecuador del huso sean las causantes del deslizamiento de unos microtúbulos sobre otros, lo que alarga el huso durante la anafase B (fig. 14.33c).

Citocinesis

Durante la mitosis se realiza la separación de los cromosomas duplicados en los núcleos de las células hijas, pero la célula se divide en dos células hijas por un proceso distinto denominado citocinesis. El primer indicio de citocinesis en la mayor parte de las células animales aparece durante la anafase como una indentación en la superficie celular en una banda angosta alrededor de la célula. Conforme pasa el tiempo, la indentación se profundiza para formar una hendidura que rodea por completo la célula. El plano del surco está en el mismo que antes ocupaban los cromosomas de la placa de metafase, por lo que los dos conjuntos de cromosomas al final se reparten entre dos células diferentes (como en la fig. 14.32). A medida que una célula se divide en dos, se libera membrana plasmática adicional a la superficie celular mediante vesículas citoplásmicas que se fusionan con el surco divisorio que avanza. El surco continúa profundizándose al pasar por los remanentes densamente empacados de la porción central del huso mitótico, lo que forma un puente citoplásmico entre las células hijas llamado cuerpo central (fig. 14.34a). La etapa final de la citocinesis recibe el nombre de abscisión cuando las superficies del surco divisorio se fusionan entre sí y separan en dos a la célula (fig. 14.34b). Para que se produzca la abscisión se necesita la intervención de complejos ESCRT que son las mismas proteínas encargadas de seccionar las vesículas intraluminales que se forman en el interior de los endosomas (pág. 312).

El concepto actual del mecanismo encargado de la citocinesis deriva de una propuesta hecha por Douglas Marsland en la década de 1950 y que se conoce como la teoría del anillo contráctil (fig. 14.35a). Marsland propuso que la fuerza necesaria para dividir la célula se genera en una banda delgada de citoplasma contráctil localizado en la corteza, debajo de la membrana plasmática del surco. El examen microscópico de la corteza bajo el surco de una célula en división revela la presencia de grandes cantidades de filamentos de actina (figs. 14.35b y 14.36a). Dichos filamentos de actina no ramificados son ensamblados en la corteza celular por la acción de una proteína formina (pág. 372), que también puede anclar los filamentos a la membrana plasmática suprayacente.

Entre los filamentos de actina se intercala una menor cantidad de filamentos bipolares cortos de miosina formados por miosina II, como lo evidencia la unión de anticuerpos contra miosina II (fig. 14.36b). La importancia de la miosina II en la citocinesis se manifiesta por: (1) los anticuerpos contra miosina producen un cese rápido de la citocinesis cuando se inyectan en una célula en proceso de división (fig. 14.36c) y (2) las células que carecen de un gen funcional para miosina II realizan la división celular por mitosis, pero no pueden dividirse de manera normal en células hijas. El ensamblaje de la maquinaria contráctil de actina y miosina en el plano del futuro surco divisorio es dirigido por una proteína G llamada RhoA. En su estado unido a GTP, la RhoA desencadena una cascada de sucesos que llevan tanto al ensamblaje de filamentos de actina como al inicio de la actividad motora de la miosina II. Si se elimina o desactiva RhoA en las células, no se forma un surco divisorio.

Se cree que el mecanismo generador de la fuerza que opera durante la citocinesis es similar a la contracción basada en la actina-miosina de las células musculares. De hecho, el surco de citocinesis de una eucariota primitiva unicelular es el probable ancestro evolutivo de la maquinaria contráctil de los miocitos de animales. En tanto el deslizamiento de los filamentos de actina de una célula muscular causa el acortamiento de la fibra muscular, el deslizamiento de los filamentos del anillo contráctil tira de la corteza y la membrana plasmática unida hacia el centro de la célula. En consecuencia, el anillo contráctil constriñe la región ecuatorial de la célula, de modo muy similar a lo que sucede cuando se tira del cordón para cerrar la abertura de una bolsa.

En general, se acepta que la posición del surco divisorio está determinada por el huso mitótico en anafase, lo que conduce a la activación de RhoA en un anillo estrecho dentro de la corteza. Sin embargo, existe un debate sobre la forma en que se elige esta zona particular en la corteza. Los estudios pioneros realizados con ovocitos de invertebrados marinos por Ray Rappaport, del Union College, en Nueva York, demostraron que el anillo contráctil se forma en un plano a la mitad de la distancia entre los polos del huso, incluso si uno de los polos era desplazado por medio de una microaguja insertada en la célula. En las micrografías de la figura 14.37 se muestra un ejemplo de la relación entre la posición de los polos del huso y el plano divisorio. Estos estudios sugieren que el sitio de ensamblaje de los filamentos de actina, y por lo tanto, del plano de citocinesis, se determina por una señal que emana de los polos del huso. Se piensa que esta señal viaja desde estos polos hasta la corteza celular y a lo largo de los microtúbulos astrales. Cuando la distancia entre los polos y la corteza se modifican por medios experimentales, el momento de la citocinesis cambia en grado notable (fig. 14.37). En cambio, los investigadores que realizan estudios con células de mamífero más pequeñas han encontrado indicios de que el sitio de formación del surco se define por un estímulo que se origina en la parte central del huso mitótico, no en los polos. Los científicos se han esforzado por reconciliar estas observaciones contradictorias. La situación se complica todavía más por el hecho de que, a diferencia de la mitosis, no se ha podido reconstituir la citocinesis en extractos de huevos, en que sería más fácil su estudio. Las explicaciones más sencillas son que (a) diferentes tipos celulares utilizan diferentes mecanismos o (b) ambos mecanismos operan en la misma célula. Éstudios recientes apoyan esta última.

Citocinesis en las células vegetales: formación de la placa celular

Las células vegetales, que están encerradas en una pared celular relativamente rígida, pasan por la citocinesis mediante un mecanismo muy distinto. A diferencia de las células animales que se constriñen por un surco que avanza desde la superficie celular hacia dentro, las células vegetales deben construir una pared celular dentro de una célula viva. La formación de la pared comienza en el centro de la célula y crece hacia fuera para encontrarse con las paredes laterales existentes. La formación de una nueva pared celular inicia con la construcción de un precursor más sencillo que se conoce como placa celular.

El plano en el que la placa celular se forma es perpendicular al eje del huso mitótico pero, a diferencia de las células animales, el plano no está determinado por la posición del huso ni se determina al final de la mitosis. Más bien, la orientación del huso mitótico y la placa celular dependen de un cinturón de microtúbulos corticales, la banda precursora, que se forma al final de G₂ (fig. 9.21). Aunque la banda de la preprofase ya se desarmó para la profase, deja una huella invisible que establece el futuro sitio de división. El primer signo de la formación de la placa celular se observa en la etapa final de la anafase con la aparición del fragmoplasto en el centro de la célula en división. El fragmoplasto consiste en cúmulos de microtúbulos que se intercalan con orientación perpendicular a la futura placa (fig. 9.21), junto con filamentos de actina, vesículas membranosas y material electrodenso. Los microtúbulos del fragmoplasto, que surgen de remanentes del huso mitótico, sirven como pistas para el movimiento de pequeñas vesículas secretorias derivadas del aparato de Golgi en la región. Las vesículas se alinean en un plano entre los núcleos hijos (fig. 14.38a). Las micrografías electrónicas de células de tabaco congeladas con rapidez revelaron los pasos por los que las vesículas derivadas de Golgi se reorganizan en la placa celular. Para comenzar el proceso (paso 1, fig. 14.38b), las vesículas emiten túbulos digitiformes que tocan y se fusionan con las vesículas vecinas para formar una red tubular entretejida en el centro de la célula (paso 2). Luego más vesículas se dirigen sobre los microtúbulos a los bordes laterales de la red. Las vesículas recién llegadas continúan el proceso de formación de túbulos y fusión, lo que extiende la red hacia fuera (paso 2). Al final, el borde líder de la red creciente toca la membrana plasmática y el límite de la célula madre (paso 3). Por último, la red tubular pierde sus grietas citoplásmicas y madura hasta convertirse en una división aplanada y continua. Las membranas de la red tubular se convierten en la membrana plasmática de las dos células hijas adyacentes, en tanto que los productos secretores que se transportaron dentro de las vesículas contribuyen a la placa celular intermedia. Una vez que la placa celular se completa, se agregan celulosa y otros materiales para producir una pared celular madura.

La producción de descendientes por reproducción sexual comprende la unión de dos células, cada una con un conjunto haploide de cromosomas. Como se explica en el capítulo 10, la duplicación del número de cromosomas en la fertilización se compensa con la reducción equivalente en el número de cromosomas en una etapa previa a la formación de los gametos. Esto se logra mediante la meiosis, un término acuñado en 1905 a partir de la palabra griega que significa “reducción”. La meiosis asegura la producción de una fase haploide en el ciclo de la vida, y la fertilización, una fase diploide. Sin la meiosis, el número de cromosomas se duplicaría con cada generación y la reproducción sexual sería imposible.

Para comparar los sucesos de la mitosis y la meiosis es necesario revisar el destino de las cromátides. Antes de la mitosis y la meiosis las células diploides en G₂ contienen pares de cromosomas homólogos, cada cromosoma formado por dos cromátides. Durante la mitosis, las cromátides de cada cromosoma se dividen y separan en dos núcleos hijos por una sola división celular. En consecuencia, las células producidas por mitosis contienen pares de cromosomas homólogos y tienen características genéticas idénticas a la célula madre. En cambio, durante la meiosis las cuatro cromátides de un par de cromosomas homólogos replicados se distribuyen en cuatro núcleos hijos. En la meiosis esto se logra mediante dos divisiones en secuencia sin una ronda intermedia de replicación de DNA (fig. 14.39). En la primera división meiótica, cada cromosoma (formado por dos cromátides) se separa de su homólogo. En consecuencia, cada célula hija tiene sólo un miembro de cada par de cromosomas homólogos. Para que esto ocurra, los cromosomas homólogos se emparejan durante la profase de la primera división meiótica (profase I, fig. 14.39) mediante un proceso elaborado que no tiene contraparte en la mitosis. Conforme se emparejan, los cromosomas homólogos participan en un proceso de recombinación genética que produce cromosomas con nuevas combinaciones de alelos maternos y paternos (metafase I, fig. 14.39). En la segunda división meiótica, las dos cromátides de cada cromosoma se separan (anafase II, fig. 14.39).

Un estudio de varias eucariotas revela diferencias marcadas con respecto a la etapa del ciclo vital en la que ocurre la meiosis y la duración de la fase haploide. Con estas bases pueden identificarse los tres grupos siguientes (fig. 14.40):

1. Meiosis gamética o terminal. Este grupo, en el que se incluyen todos los animales y muchos protistas, las divisiones meióticas están muy vinculadas con la formación de los gametos (fig. 14.40, izquierda). Por ejemplo, en los vertebrados machos (fig. 14.41a) la meiosis ocurre justo antes de la diferenciación de los espermatozoides. Las espermatogonias que están destinadas a pasar por la meiosis se convierten en espermatocitos primarios, que luego pasan por las dos divisiones de la meiosis para producir cuatro espermátides hasta cierto punto indiferenciados. Cada espermátide pasa por una diferenciación compleja para convertirse en una célula espermática muy especializada (espermatozoide). En los vertebrados hembra (fig. 14.41b) las oogonias se convierten en ovocitos primarios, que luego entran en una profase meiótica muy prolongada. Durante esta profase, el ovocito primario crece y se llena de vitelo y otros materiales. La división meiótica ocurre sólo hasta después que la diferenciación del ovocito se completa (o sea, el ovocito alcanzó el mismo estado que cuando es fertilizado). Los huevos de los vertebrados casi siempre se fertilizan en una etapa previa a la terminación de la meiosis (por lo general en la metafase II). La meiosis se completa después de la fertilización, mientras el espermatozoide se encuentra en el citoplasma del huevo.

2. Meiosis cigótica o inicial. En este grupo, que comprende sólo protistas y hongos, las divisiones meióticas ocurren justo después de la fertilización (fig. 14.40, derecha) para producir esporas haploides. Las esporas se dividen por mitosis para producir una generación adulta haploide. Por consiguiente, la etapa diploide del ciclo vital se limita a un periodo corto después de la fertilización, cuando el individuo aún es un cigoto.

3. Meiosis en esporas o intermedia. En este grupo, que abarca plantas y algunas algas, las divisiones meióticas tienen lugar en una etapa no relacionada con la formación de gametos ni con la fertilización (fig. 14.40, centro). Si se comienza el ciclo vital con la unión de un gameto masculino (el grano de polen) con un gameto femenino (el huevo), el cigoto diploide pasa por la mitosis y se desarrolla en un esporofito diploide. La esporogénesis (que incluye la meiosis) ocurre en alguna etapa del desarrollo del esporofito, con lo que se producen esporas que germinan de manera directa en un gametofito haploide. El gametofito puede ser una etapa independiente o, como en el caso de las plantas de vivero, una estructura diminuta retenida dentro de los óvulos. En cualquier caso, los gametos se producen a partir del gametofito haploide por mitosis.

Las etapas de la meiosis

Como en la mitosis, el preludio de la meiosis incluye replicación del DNA. La fase S premeiótica tarda varias veces más que la fase S premitótica. La profase de la primera división meiótica (la profase I) suele prolongarse en forma extraordinaria en comparación con la profase mitótica. Por ejemplo, en las mujeres, los ovocitos inician la profase I de la meiosis antes del nacimiento y luego entran en un periodo de paro prolongado. Los ovocitos reanudan la meiosis justo antes del momento de la ovulación, que ocurre aproximadamente cada 28 días después que la mujer llega a la pubertad. Por consiguiente, muchos ovocitos humanos permanecen detenidos en la misma etapa aproximada de la profase durante varias décadas. La primera profase meiótica también es muy compleja y suele dividirse en varias etapas similares en todas las eucariotas con reproducción sexual (fig. 14.42).

La primera etapa de la profase I es el leptoteno, durante el cual los cromosomas se tornan visibles con el microscopio óptico. Aunque los cromosomas se replicaron en una etapa más temprana, no hay indicación de que cada cromosoma en realidad esté compuesto por un par de cromátides idénticas. Sin embargo, bajo el microscopio electrónico se observa que los cromosomas se componen de cromátides pares.

La segunda fase de la profase I, que se llama cigoteno, está marcada por una asociación visible de los homólogos. Este proceso de emparejamiento de cromosomas se denomina sinapsis y es un fenómeno intrigante con importantes preguntas sin responder: ¿Cómo se reconocen los cromosomas homólogos entre sí? ¿Cómo es que el par se alinea de manera perfecta? ¿Cuándo ocurre por primera vez el reconocimiento entre éstos? Estudios recientes arrojaron bastante información para poder responder a estas preguntas. Durante años se asumió que la interacción entre los cromosomas homólogos comienza cuando los cromosomas inician la sinapsis. Sin embargo, los estudios con células de levaduras realizados por Nancy Kleckner y col., en la Harvard University, demostraron que las regiones homólogas de DNA de los cromosomas homólogos ya están en contacto durante el leptoteno. La compactación cromosómica y la sinapsis durante el cigoteno tan sólo vuelven visible esta disposición con el microscopio. Como se explica más adelante, el primer paso en la recombinación genética es la rotura de la cadena doble en las moléculas alineadas de DNA. Los estudios con levaduras y ratones sugieren que las roturas en el DNA ocurren en el leptoteno, mucho antes que los cromosomas se emparejen en forma visible.

Estos hallazgos se sustentan en estudios destinados a localizar secuencias particulares de DNA dentro de los núcleos de células premeióticas y meióticas. En la página 510 se revisó que los cromosomas individuales ocupan regiones aisladas dentro de los núcleos en lugar de dispersarse de manera aleatoria por todo el espacio nuclear. El examen de las células de levaduras que están a punto de entrar en la profase meiótica, revela que cada par de cromosomas homólogos comparte un territorio conjunto distinto de los territorios que otros pares de homólogos comparten. Este hallazgo sugiere que los cromosomas homólogos se aparean en cierta medida antes que la profase meiótica comience. Los telómeros (segmentos terminales) de los cromosomas del leptoteno se distribuyen por todo el núcleo. Luego, cerca del final del leptoteno, hay una reorganización drástica de los cromosomas en muchas especies, de manera que los telómeros se localizan en la superficie interna de la envoltura nuclear a un lado del núcleo. La aglomeración de telómeros en un extremo de la envoltura nuclear se observa en una gran variedad de células eucariotas y ocasiona que los cromosomas se parezcan a un ramo de flores (fig. 14.43). Los ratones con mutaciones que impiden la asociación de los cromosomas con la envoltura nuclear presentan defectos en la sinapsis, la recombinación genética y la formación de gametos. Tales resultados experimentales sugieren que la envoltura nuclear desempeña una función importante en la interacción entre cromosomas homólogos durante la meiosis.

Las micrografías electrónicas indican que la sinapsis cromosómica se acompaña de la formación de una estructura compleja llamada complejo sinaptonémico. El complejo sinaptonémico (SC) es una estructura similar a una escalera con filamentos de proteína transversales que conectan los dos elementos laterales (fig. 14.44). La cromatina de cada cromosoma homólogo se organiza en asas que se extienden desde uno de los elementos laterales del SC (fig. 14.44b). Los elementos laterales se componen principalmente de cohesina (pág. 584), que al parecer une la cromatina de las cromátides hermanas. Durante muchos años se pensó que el SC sujetaba cada par de cromosomas homólogos en la posición correcta para iniciar la recombinación genética entre las cepas de DNA homólogo. Ahora resulta evidente que el SC no es necesario para la recombinación genética. El SC no sólo se forma después del inicio de la recombinación genética, sino que las células de levadura mutantes incapaces de ensamblar el SC pueden participar en el intercambio de información genética entre homólogos. En la actualidad se piensa que el SC funciona sobre todo como un marco que permite la interacción de las cromátides para que completen sus actividades de entrecruzamiento, como se describe más adelante.

El complejo formado por un par de cromosomas homólogos unidos se denomina bivalente o tétrada. El primer término refleja el hecho de que el complejo contiene dos homólogos, mientras que el último llama la atención por la presencia de cuatro cromátides. El final de la sinapsis marca el final del cigoteno y el principio de la siguiente etapa de la profase I, llamada paquiteno, que se caracteriza por un complejo sinaptonémico completamente formado. Durante el paquiteno, los homólogos se mantienen juntos a lo largo del SC. El DNA de las cromátides hermanas se extiende en rizos paralelos (fig. 14.44b). Bajo el microscopio electrónico se observan varios cuerpos electrodensos de unos 100 nm de diámetro al interior del centro del SC. Estas estructuras se denominaron nódulos de recombinación porque corresponden a los sitios en los que se produce el entrecruzamiento, como se demuestra con la síntesis asociada de DNA que ocurre durante los pasos intermedios de la recombinación (pág. 610). Los nódulos de recombinación contienen la maquinaria enzimática que facilita la recombinación genética, que se completa al final del paquiteno.

El principio del diploteno, la siguiente etapa de la profase I meiótica (fig. 14.42), se reconoce por la disolución del SC, que deja los cromosomas unidos entre sí en puntos específicos por estructuras con forma de X, llamadas quiasmas (fig. 14.45). Los quiasmas se localizan en sitios de los cromosomas en los que antes ocurrió el entrecruzamiento entre moléculas de DNA de los dos cromosomas. Los quiasmas se forman por las uniones covalentes entre una cromátide de un homólogo y una cromátide no hermana del otro homólogo. Estos puntos de unión brindan una interpretación visual sorprendente de la extensión de la recombinación genética. Los quiasmas se tornan más visibles por una tendencia de los homólogos a separarse uno del otro en la etapa diploteno.

En los vertebrados, el diploteno puede ser una fase muy prolongada de la ovogénesis durante la cual ocurre la mayor parte del crecimiento del ovocito. Por lo tanto, el diploteno puede ser un periodo de actividad metabólica intensa. La transcripción durante el diploteno en el ovocito aporta el RNA utilizado para la síntesis de proteínas durante la oogénesis y en el desarrollo embrionario temprano después de la fertilización.

Durante la etapa final de la profase I meiótica, llamada diacinesis, el huso meiótico se ensambla y los cromosomas se preparan para su separación. Los cromosomas se compactan de nuevo durante la diacinesis en aquellas especies en que los cromosomas se dispersan mucho durante el diploteno. La diacinesis termina con la desaparición del nucléolo, la rotura de la envoltura nuclear y el movimiento de las tétradas a la placa de la metafase. En los ovocitos de vertebrados estos fenómenos se desencadenan por un aumento del nivel de actividad de la proteína cinasa del factor promotor de maduración (MPF, maturation-promoting factor). Como se explica en la sección “Vías experimentales”, el MPF se identificó por primera vez por su capacidad para iniciar estos fenómenos que representan la maduración del ovocito (pág. 611).

En la mayor parte de las especies eucariotas, los quiasmas aún pueden verse en los cromosomas homólogos alineados en la placa de la metafase de la meiosis I. De hecho, los quiasmas mantienen juntos los homólogos como un elemento bivalente durante esta etapa. En los seres humanos y otros vertebrados, cada par de éstos suele contener por lo menos un quiasma, y los cromosomas más largos tienden a poseer dos o tres. Se cree que algún mecanismo asegura que inclusive los cromosomas más pequeños formen un quiasma. Si no se forma un quiasma entre un par de cromosomas homólogos, los cromosomas de ese bivalente tienden a separarse después de la disolución del SC. A menudo esta separación prematura de los homólogos conduce a la formación de núcleos con una cantidad anormal de cromosomas. La consecuencia de este fenómeno se trata en la sección Perspectiva humana.

En la metafase I, los dos cromosomas homólogos de cada bivalente se conectan con las fibras del huso de los polos opuestos (fig. 14.46a). En cambio, las cromátides hermanas están conectadas a los microtúbulos del mismo polo del huso, lo cual es posible gracias a la disposición lado a lado de sus cinetocoros, como se observa en el recuadro de la figura 14.46a. La orientación de los cromosomas maternos y paternos en cada bivalente de la placa de metafase I es aleatoria; el miembro materno de un bivalente particular tiene la misma probabilidad de estar dirigido a cualquier polo. En consecuencia, cuando los cromosomas homólogos se separan durante la anafase I, cada polo recibe una colección aleatoria de cromosomas maternos y paternos (fig. 14.39). Por lo tanto, la anafase I es el evento citológico que corresponde a la ley de Mendel de la distribución independiente (pág. 388). Los organismos son capaces de generar una variedad de gametos casi ilimitada como resultado de la distribución independiente.

Para la separación de los cromosomas homólogos en la anafase I, es necesario que los quiasmas que mantienen unido el bivalente se disuelvan. Los quiasmas se mantienen por la cohesión entre las cromátides hermanas en regiones que flanquean estos sitios de recombinación (fig. 14.46a). Los quiasmas desaparecen en la transición metafase I-anafase I, cuando los brazos de las cromátides de cada bivalente pierden cohesión (fig. 14.46b). La pérdida de cohesión entre los brazos se debe a la rotura proteolítica de las moléculas de cohesina en esas regiones del cromosoma. En cambio, la cohesión entre los centrómeros unidos de las cromátides hermanas se mantiene fuerte porque la cohesina ahí situada está protegida contra el ataque proteolítico (fig. 14.46b). El resultado es que las cromátides hermanas permanecen unidas con firmeza mientras se mueven juntas hacia un polo del huso durante la anafase I.

La telofase I de la meiosis I produce cambios menos drásticos que la telofase de la mitosis. Aunque los cromosomas a menudo experimentan cierta dispersión, no llegan a un estado tan extendido del núcleo en interfase. La envoltura nuclear puede o no reformarse durante la telofase I. La etapa entre las dos divisiones meióticas se llama intercinesis y, por lo general, es corta. En los animales, las células que se encuentran en este estado fugaz se conocen como espermatocitos secundarios u ovocitos secundarios. Tales células se caracterizan por ser haploides porque contienen sólo un miembro de cada par de cromosomas homólogos. Aunque son haploides, tienen dos veces más DNA que un gameto haploide porque cada cromosoma aún está representado por un par de cromátides adosadas. Se dice que los espermatocitos secundarios tienen una cantidad 2C de DNA, la mitad que un espermatocito primario, que tiene un contenido 4C de DNA, y dos veces más que una célula espermática, cuyo contenido de DNA es 1C.

A la intercinesis le sigue la profase II, una profase mucho más sencilla que su predecesora. Si la envoltura nuclear se reformó en la telofase I, se rompe de nuevo. Los cromosomas se compactan otra vez y se alinean en la placa de metafase. A diferencia de la metafase I, los cinetocoros de las cromátides hermanas de la metafase II se dirigen a polos contrarios y se unen con grupos opuestos de fibras cromosómicas del huso (fig. 14.46c). La progresión de la meiosis en los ovocitos de vertebrados se detiene en la metafase II. La detención de la meiosis en la metafase II se debe a factores que inhiben la activación de APC^Cdc20, lo cual impide la degradación de la ciclina B. Siempre que los niveles de ciclina B permanezcan altos dentro del ovocito, la actividad Cdk se mantiene y las células no pueden avanzar a la siguiente etapa de la meiosis. El paro de la metafase II sólo se libera cuando el ovocito (ahora llamado huevo) se fertiliza. La fertilización conduce a una entrada rápida de iones de Ca²+, la activación de APC^Cdc20 (pág. 592) y la destrucción de la ciclina B. El huevo fertilizado responde a estos cambios con la terminación de la segunda división meiótica. La anafase II comienza con la separación sincrónica de los centrómeros, que mantuvieron juntas a las cromátides hermanas, lo que les permite moverse hacia los polos contrarios de la célula (fig. 14.46d). La meiosis II concluye con la telofase II, en la que los cromosomas de nuevo están encerrados por una envoltura nuclear. Los productos de la meiosis son células haploides con una cantidad 1C de DNA nuclear.

Recombinación genética durante la meiosis

Además de reducir el número de cromosomas como lo requiere la reproducción sexual, la meiosis incrementa la variabilidad genética en una población de organismos de una generación a la siguiente. La distribución independiente permite que los cromosomas maternos y paternos se revuelvan durante la formación de los gametos, y la recombinación genética (entrecruzamiento) posibilita que los alelos maternos y paternos en un cromosoma determinado se entremezclen también (fig. 14.39). Sin esta recombinación, los alelos de un cromosoma particular permanecerían juntos generación tras generación. Al mezclar los alelos maternos y los paternos entre cromosomas homólogos, la meiosis genera organismos con genotipos y fenotipos nuevos en los que puede actuar la selección natural (fig. 10.7; ejemplo de la mosca de la fruta).

La recombinación comprende la rotura física de moléculas individuales de DNA y la ligadura de los extremos dobles cortados de un DNA con los extremos dobles cortados del cromosoma homólogo. La recombinación es un proceso muy preciso que ocurre sin la adición ni la pérdida de un solo par de bases. Para mantener tal exactitud, la recombinación depende de secuencias de bases complementarias que existen entre una cadena sencilla de un cromosoma y la cadena homóloga de otro cromosoma, como se explica más adelante. La precisión de la recombinación se asegura mejor con la participación de las enzimas para reparación del DNA que llenan los huecos que se forman durante el proceso de intercambio.

La figura 14.47 muestra un modelo simplificado de los pasos propuestos que ocurren durante la recombinación en las células eucariotas. En este modelo, dos DNA dobles que están a punto de recombinarse se alinean uno junto al otro como resultado de algún tipo de búsqueda de homología en el que las moléculas homólogas de DNA se relacionan entre sí en preparación para la recombinación. Una vez que se alinean, una enzima (Spo11) genera una rotura en la cadena doble en una de las dobles hélices de DNA (paso 1, fig. 14.47). Luego, la brecha se ensancha (reseca) como se indica en el paso 2. La resección puede ocurrir mediante la acción de una exonucleasa 5′ → 3′ o por otro mecanismo. Sin que esto importe, las cadenas rotas tienen colas de una sola cadena expuestas, cada una con una terminación 3′ OH. En el modelo que se muestra en la figura 14.47, una de las colas de una sola cadena deja su propia molécula de doble hélice e invade la molécula de DNA de una cromátide no hermana y forma enlaces de hidrógeno con la cadena complementaria en la molécula de doble hélice vecina (paso 3). En E. coli, este proceso en el que una sola cadena invade una molécula doble homóloga y desplaza la cadena correspondiente en esa cadena doble es catalizado por una proteína recombinasa llamada proteína RecA. La RecA recombinasa se polimeriza en un tramo del DNA monocatenario para formar un filamento nucleoproteínico. La RecA permite que el DNA de cadena sencilla busque e invada una doble hélice homóloga. Las células eucariotas tienen homólogos de RecA (p. ej., Rad51) y se cree que catalizan la invasión de cadenas. La invasión de cadenas impulsa la actividad de reparación del DNA (sección 13.3) que llena los huecos, como se muestra en el paso 4.

Como resultado del intercambio recíproco de las cadenas de DNA, las dos cadenas dobles establecen enlaces covalentes entre sí para formar una molécula conjunta (o heterodoble) que contiene un par de entrecruzamientos de DNA, o uniones de Holliday, que flanquean la región de intercambio de cadenas (pasos 4 y 5, fig. 14.47). Estas uniones reciben su nombre de Robin Holliday, el investigador que propuso su existencia en 1964. No es necesario que este intermediario de la recombinación sea una estructura estática porque el punto de unión puede moverse en una u otra dirección (fenómeno conocido como migración de rama) mediante el rompimiento de los enlaces hidrógeno que sujetan los pares originales de cadenas y reforman los enlaces hidrógeno entre cadenas de los dobles recién unidos (paso 5). La formación de uniones de Holliday y la migración de rama tienen lugar durante el paquiteno (fig. 14.42).

Para resolver las moléculas de DNA interconectadas de las uniones de Holliday y restaurar el DNA a dos cadenas de dobles hélices, debe ocurrir otra ronda de corte del DNA. Dos productos alternativos pueden generarse según las cadenas particulares de DNA que se corten y liguen. En un caso, las dos dobles contienen sólo fragmentos cortos de intercambio genético, lo que representa una falta de entrecruzamiento (paso 6, fig. 14.47). En la vía alternativa de rotura y ligadura, la doble hélice de una molécula de DNA se une por enlace covalente con la doble de la molécula homóloga, lo que crea un sitio de recombinación genética (es decir, un entrecruzamiento) (paso 7). Se cree que la decisión de que una interacción de recombinación resulte en un entrecruzamiento o una falta de entrecruzamiento se toma antes de la etapa en la que la unión de Holliday doble se resuelva. Los entrecruzamientos, que representan la fusión de un cromosoma materno y uno paterno (paso 7), se desarrollan en el quiasma necesario para mantener unidos los homólogos durante la meiosis I (pág. 606). En los mamíferos, el número de sitios sin entrecruzamiento rebasa con mucho el número de sitios con entrecruzamiento. Además, como se señaló en la página 419, los entrecruzamientos tienen lugar en algunas regiones del genoma (“puntos activos” de la recombinación) con una frecuencia mucho mayor de la observada en otras regiones. Los puntos activos de recombinación tienen, en promedio, una longitud de 200 pares de bases, pero no se sabe con certeza lo que diferencia tales sitios del resto del genoma. Los datos sugieren que es probable que las diferencias en la secuencia de DNA y la estructura de cromatina (p. ej., densidad del nucleosoma, modificaciones histónicas y proteínas unidas a DNA) intervengan de manera importante en los sitios determinantes en que se introducen las roturas de doble cadena.

Las etapas por las que una célula pasa de una división celular a la siguiente constituyen el ciclo celular. El ciclo celular se divide en dos fases principales: fase M, que incluye el proceso de mitosis, en el que los cromosomas duplicados se separan en dos núcleos, y la citocinesis, en la que toda la célula se divide en dos células hijas; la segunda fase del ciclo celular es la interfase. Por lo general, esta es mucho más larga que la fase M y se subdivide en tres fases distintas según el momento de la replicación, que se limita a un periodo definido dentro del ciclo celular. G₁ es el periodo que sigue a la mitosis y precede a la replicación; S es el periodo durante el que ocurre la síntesis de DNA, y G₂ es el periodo siguiente a la replicación y previo al inicio de la mitosis. La duración del ciclo celular, y las fases que lo constituyen, varían mucho de un tipo celular a otro. Determinados tipos de células diferenciadas de manera terminal, como las fibras de músculo esquelético y las células nerviosas de los vertebrados, han perdido su capacidad de dividirse (pág. 573).

Los estudios iniciales indicaron que la entrada de una célula en la fase M se desencadena con la activación de una proteína cinasa denominada MPF. El MPF (factor promotor de la maduración) consiste en dos subunidades: una subunidad catalítica que transfiere grupos fosfato a residuos específicos de serina y treonina de sustratos proteínicos específicos, y una subunidad reguladora que consiste en un miembro de una familia de proteínas denominadas ciclinas. La subunidad catalítica se llama proteína cinasa dependiente de ciclina (Cdk). Cuando la concentración de ciclina es baja, esta enzima carece de la subunidad ciclina y permanece inactiva. Cuando la concentración de ciclina alcanza el nivel suficiente, la proteína cinasa se activa, lo que desencadena el ingreso de la célula a la fase M (pág. 575).

Las actividades que controlan el ciclo celular se centran sobre todo en dos puntos: la transición entre G₁ y S, y la transición entre G₂ y la entrada en la mitosis. El paso por cada uno de estos puntos requiere la activación transitoria de una Cdk por una ciclina específica. En las levaduras, la misma Cdk se activa tanto en G₁-S como en G₂-M, pero se estimula con diferentes ciclinas. Las concentraciones de las diversas ciclinas aumentan y disminuyen durante el ciclo celular como resultado de cambios en la rapidez de síntesis y destrucción de las moléculas proteínicas. Además de la regulación con las ciclinas, la actividad de la Cdk también se controla por el estado de fosforilación de la subunidad catalítica, que en las levaduras está controlado a su vez por al menos dos cinasas (CAK y Wee1) y una fosfatasa (Cdc25). En las células de mamíferos hay por lo menos ocho ciclinas distintas y media docena de Cdk diferentes que participan en la regulación del ciclo celular (pág. 576).

La célula posee controles de retroalimentación que vigilan el estado de los fenómenos del ciclo celular, como la replicación y la compactación de cromosomas, y determinan si el ciclo celular continúa o no. Si una célula se somete a tratamientos que dañan el DNA, el avance del ciclo celular se retrasa hasta que el daño se repara. El paro de la célula en uno de los puntos de verificación del ciclo celular se efectúa por la acción de inhibidores cuya síntesis es estimulada por sucesos como el daño del DNA. Una vez que la célula ha sido estimulada por agentes externos para pasar por el punto de verificación G₁-S e iniciar la replicación, la célula por lo general continúa a través del resto de la mitosis sin mayor estimulación externa (pág. 579).

La mitosis asegura que los dos núcleos hijos reciban un complemento íntegro y equivalente de material genético. La mitosis se divide en profase, prometafase, metafase, anafase y telofase. La profase se caracteriza por la preparación de los cromosomas para la separación y el ensamble de la maquinaria necesaria para el movimiento de los cromosomas. Los cromosomas mitóticos son estructuras cilíndricas muy compactadas. Puede verse cómo cada cromosoma mitótico se divide en sentido longitudinal en dos cromátides, que son duplicadas, y se forman mediante la replicación durante la fase S previa. La constricción primaria del cromosoma mitótico marca el centrómero, que aloja una estructura plana, el cinetocoro, al cual se unen los microtúbulos del huso. Durante la formación del huso, los centrosomas se alejan entre sí hacia los polos. Mientras esto ocurre, los microtúbulos que se extienden entre ellos aumentan en número y longitud. Por último, los dos centrosomas llegan a puntos opuestos en la célula y los dos polos se establecen. Varios tipos de células, entre ellas las vegetales, ensamblan un huso mitótico en ausencia de centrosomas. El final de la profase está marcado por la rotura de la envoltura nuclear (pág. 581).

Durante la prometafase y la metafase, los cromosomas individuales se unen primero con los microtúbulos del huso que surgen de ambos polos y luego se mueven hacia un plano en el centro del huso. Al principio de la prometafase, los microtúbulos del huso en formación penetran en la región donde estuvo el núcleo y establecen uniones con los cinetocoros de los cromosomas condensados. Poco después, los cinetocoros forman relaciones estables con los extremos (+) de los microtúbulos cromosómicos en ambos polos del huso. Al final cada cromosoma se pone en posición en el plano al centro del huso, un proceso que se acompaña de acortamiento de algunos microtúbulos por la pérdida de subunidades de tubulina y la elongación de otros a causa de la adición de subunidades. Una vez que los cromosomas se alinean de manera estable, la célula llegó a la metafase. El huso mitótico de una célula animal típica en metafase consiste en microtúbulos astrales, que irradian a partir del centrosoma; microtúbulos cromosómicos, que se unen con los cinetocoros, y microtúbulos polares que se extienden desde el centrosoma hasta más allá de los cromosomas y forman una canasta estructural que mantiene la integridad del huso. Los microtúbulos del huso de la metafase tienen una actividad dinámica, como lo demuestra el movimiento dirigido de las subunidades con marca fluorescente (pág. 588).

Durante la anafase y la telofase, las cromátides hermanas se separan una de la otra para dirigirse a regiones distintas de la célula en división; los cromosomas regresan a su condición de interfase. La anafase comienza cuando las cromátides hermanas se separan de manera repentina, proceso desencadenado por la ubicuitinación y destrucción de la cohesina, la cual es un complejo proteínico que mantiene unidas a las cromátides hermanas. Los cromosomas separados se mueven luego hacia sus polos respectivos y al mismo tiempo se observa acortamiento de los microtúbulos cromosómicos unidos, lo que se debe a la pérdida neta de subunidades tanto en los polos como en el cinetocoro. El movimiento de los cromosomas, que se denomina anafase A, suele acompañarse del alargamiento del huso mitótico y luego la separación de los polos, a lo que se da el nombre de anafase B. La telofase se caracteriza por el restablecimiento de la envoltura nuclear, la dispersión de los cromosomas y la reformación de las redes citoplásmicas membranosas (pág. 592).

La citocinesis, que es la división del citoplasma en dos células hijas, ocurre por constricción en las células animales y por construcción en las células vegetales. Las células animales se constriñen en dos mediante una indentación o surco que se forma en la superficie de la célula y luego se profundiza. El surco creciente contiene una banda de filamentos de actina que al parecer se deslizan uno sobre otro impulsados por pequeños filamentos de miosina II que generan la fuerza necesaria. Se piensa que el sitio de la citocinesis se selecciona por una señal que se difunde a partir del huso mitótico. Las células vegetales realizan la citocinesis mediante la construcción de una membrana celular y una pared celular en un plano que se encuentra entre los dos polos. El primer signo de la formación de la placa celular es la aparición de grupos de microtúbulos que se entrelazan y de material electrodenso intercalado. Después, vesículas pequeñas se desplazan a la región y se alinean en un plano. Las vesículas se fusionan entre sí para formar una red membranosa que se transforma en una placa celular (pág. 597).

La meiosis es un proceso que incluye dos divisiones nucleares en secuencia, con lo que se obtienen núcleos hijos haploides que contienen sólo un miembro de cada par de cromosomas homólogos, por lo que el número de cromosomas se reduce a la mitad. La meiosis puede ocurrir en distintas etapas del ciclo vital, según el tipo de organismo. Un proceso elaborado de apareamiento de cromosomas que no tiene contraparte en la mitosis ocurre durante la profase I para asegurar que cada núcleo hijo tenga sólo un conjunto de homólogos. El apareamiento de los cromosomas se acompaña de la formación de una estructura proteinácea similar a una escalera que se denomina complejo sinaptonémico (SC). La cromatina de cada homólogo establece una relación íntima con una de las barras laterales del SC. Durante la profase I los cromosomas homólogos participan en la recombinación genética que produce cromosomas con nuevas combinaciones de alelos maternos y paternos. Tras la recombinación, los homólogos permanecen unidos entre sí en puntos específicos llamados quiasmas, que representan sitios de recombinación. Los homólogos apareados (llamados bivalentes o tétradas) se orientan en la placa de la metafase de manera que ambas cromátides de un cromosoma se dirigen hacia el mismo polo. Durante la anafase I los cromosomas homólogos se separan uno del otro, y los cromosomas maternos y paternos de cada tétrada se separan en forma independiente. Las células, que ahora tienen un contenido cromosómico haploide, continúan dirigiéndose hacia la segunda división meiótica, durante la cual las cromátides hermanas de cada cromosoma se separan en los distintos núcleos hijos (pág. 602).

La recombinación genética durante la meiosis es resultado de la rotura y la reunión de cadenas de DNA de diferentes homólogos de una tétrada. Durante la recombinación las regiones homólogas de diferentes cadenas de DNA se intercambian sin adición o pérdida de un solo par de bases. En un paso inicial, dos dobles hélices se alinean una junto a la otra. Una vez alineadas, se producen las roturas en ambas cadenas de una de las dobles hélices. En los pasos siguientes, la cadena de DNA de una doble hélice invade la otra doble hélice, con lo que se forma una estructura interconectada. Los pasos siguientes pueden incluir la actividad de nucleasas y polimerasas para crear y llenar todos los huecos en las cadenas, de manera similar a la reparación del DNA (pág. 610).

1. ¿De qué manera la división celular constituye un vínculo entre los seres humanos y las células eucariotas más primitivas?

2. ¿Qué tipo de fenómenos sintéticos se esperaría que ocurriera en G₁ que no ocurren en G₂?

3. Supóngase que se marca una población de células que crecen en forma asincrónica con [³H]timidina. G₁ dura 6 h, S dura 6 h, G₂ dura 5 h y M, 1 h. ¿Qué porcentaje de células estaría marcado después de un pulso de 15 min? ¿Qué porcentaje de células mitóticas estaría marcado después de un pulso así? ¿Cuánto tiempo tendrían que vigilarse estas células antes de ver algún cromosoma mitótico marcado? ¿Qué porcentaje de las células tendrían cromosomas mitóticos marcados si las células se siguieran durante 18 h?

4. Supóngase que se toma un cultivo de las mismas células usadas en la pregunta previa, pero en lugar de marcarlas con [³H]timidina en pulsos, se marcan de manera continua durante 20 h. Trace una gráfica que muestre la cantidad de DNA radiactivo que se encontraría en el cultivo en el periodo de 20 h. ¿Cuál sería el tiempo mínimo necesario para asegurar que todas las células tengan alguna marca incorporada en este experimento? ¿Cómo podría conocerse la duración del ciclo celular en este cultivo sin usar la marca radiactiva?

5. La fusión de células en G₁ con células en la fase S produce resultados diferentes a la fusión de una célula en fase G₂ con una en fase S. ¿Cuál se esperaría que fuera la diferencia y cómo puede explicarse? (Pista: obsérvese la fig. 13.20, en la que se muestra que la iniciación de la replicación requiere la formación de un complejo previo a la replicación, que sólo puede formarse en G₁.)

6. La figura 14.6 muestra el efecto de las mutaciones que tienen los genes que codifican Wee1 y Cdc25 en el ciclo celular. La cinasa CAK se identificó por medios bioquímicos y no genéticos (o sea, por aislamiento de células mutantes). ¿Qué fenotipo se esperaría en una célula de levadura portadora de una mutación en CAK sensible a la temperatura después de aumentar la temperatura del medio de cultivo en la etapa inicial de G₁?, ¿y en la parte tardía de G₂? ¿Por qué sería diferente según la etapa en la que la temperatura se elevara?

7. Mencione cuatro mecanismos distintos por los que una Cdk puede desactivarse.

8. Un sincitio es una “célula” que contiene más de un núcleo; los ejemplos incluyen la fibra muscular esquelética y una blástula del embrión de mosca. Estos dos tipos de sincitio se originan de maneras muy distintas. ¿Cuáles son los mecanismos que podrían conducir a la formación de tales sincitios? ¿Qué dice esto respecto a la relación entre la mitosis y la citocinesis?

9. ¿Cómo podría averiguarse de manera experimental si los microtúbulos polares se encuentran en un estado de flujo dinámico durante la anafase? Al conocer los fenómenos que ocurren durante esta etapa, ¿qué se esperaría encontrar?

10. Si se agregara [³H]timidina a una célula que está en replicación (fase S) antes de iniciar la meiosis, ¿qué porcentaje de los cromosomas de los gametos producidos estaría marcado? Si uno de estos gametos (un espermatozoide) fertilizara un huevo no marcado, ¿qué porcentaje de los cromosomas de la etapa de dos células estaría marcado?

11. Si el número haploide de cromosomas en seres humanos es 23 y la cantidad de DNA nuclear en un espermatozoide es 1C, ¿cuántos cromosomas tiene una célula humana en las siguientes etapas?: metafase de la mitosis, profase I de la meiosis, anafase I de la meiosis, profase II de la meiosis, anafase II de la meiosis. ¿Cuántas cromátides tiene la célula en cada una de estas etapas? ¿Cuánto DNA (en términos de números de C) tiene la célula en cada una de estas etapas?

12. Trazar una gráfica de la cantidad de DNA en el núcleo de una espermatogonia desde la etapa G₁ antes de la primera división meiótica hasta que la meiosis se completa. Marcar en la gráfica cada una de las etapas principales del ciclo celular y de la meiosis.

13. ¿Cuántos centríolos tiene una célula en la metafase de la mitosis?

14. Supóngase que se informa que la mayor parte de los casos de trisomía se debe al envejecimiento del huevo en el oviducto mientras espera la fertilización, ¿qué tipo de evidencia podría obtenerse del examen de fetos abortados en forma espontánea que confirmaran esta sugerencia? ¿Cómo se ajustaría esto a los datos ya obtenidos?

15. Supóngase que se incuba una célula meiótica en [³H] timidina entre las etapas leptoteno y cigoteno, luego se fija la célula durante el paquiteno y se prepara una autorradiografía. Se encuentra que los quiasmas son sitios con concentración de granos de plata. ¿Qué dice respecto al mecanismo de recombinación?

16. ¿Qué tipo de fenotipo se esperaría de una célula cuyo polipéptido Cdc20 tiene una mutación, de tal forma que: (1) es incapaz de unirse con Mad2, o (2) es incapaz de unirse con las otras subunidades del APC, o (3) no se separó del APC al final de la anafase?

17. Asúmase por un momento que el entrecruzamiento no ocurre. ¿Habría acuerdo en que se recibió la mitad de sus cromosomas de cada uno de los padres? ¿Habría acuerdo en que se recibió un cuarto de los cromosomas de cada uno de los abuelos? ¿Cambiarían las respuestas a estas preguntas si se considerara que hubo entrecruzamiento?

18. Los fetos cuyas células son triploides (es decir, contienen tres juegos completos de cromosomas) se desarrollan a término y mueren en la lactancia, mientras que los fetos con trisomías cromosómicas individuales suelen correr peor suerte. ¿Cómo se explica esta observación?

19. ¿Qué tipo de fenotipo se esperaría de una célula de levadura con fisión cuya subunidad Cdk careciera de cada uno de los residuos siguientes como resultado de una mutación: Tir 15, Tre 161?

20. En la página 586 se explicó que la duplicación del centrosoma y la síntesis de DNA se inician por efecto de la ciclina E-Cdk2, que se activa al final de G₁. En un estudio reciente se observó que la ciclina E-Cdk2 se activa en una etapa más temprana, como al principio de G₁, que la duplicación del centrosoma comienza en ese punto del ciclo celular, pero que la replicación del DNA no se inicia sino hasta la fase S. Elabórese una hipótesis para explicar por qué la síntesis de DNA no comienza también. Puede regresarse a la figura 13-20 para obtener más información.