crecimiento de poblaciones celulares y su perturbación

crecimiento de poblaciones celulares y su perturbación

03/05/2011
PROLIFERACIÓN CELULAR:
CRECIMIENTO DE
POBLACIONES CELULARES
Y SU PERTURBACIÓN
• ¿Qué es una población celular?
• ¿Condiciones óptimas de crecimiento?
• Las divisiones celulares sucesivas son eventos claves
para la continuidad de la vida.
• Regulación y control del ciclo (genéticos, fisicoquímicos,
bioquímicos y ambientales).
• Cada división comprende:
interfase y mitosis.
mitosis
Depto. Biofísica
Facultad de Medicina
ESFUNO ESCUELAS, UTI BCyT 2011
• Cada población celular presentará una duración del ciclo
celular diferente:
bacterias ≈ 30 min
levaduras ≈ 1.5 h
fibroblastos ≈ 24 h
• Para el estudio de la cinética de
crecimiento se puede emplear la
citometría de flujo.
• Utilizando colorantes de ADN que incrementan la
fluorescencia tras su unión al ácido nucleico.
• La cantidad de colorante unido es proporcional a la
cantidad de ADN, y por tanto la luz recogida en el
citómetro es proporcional a la cantidad de ADN de cada
célula.
• Donde la cuantificación del
contenido de ADN permite
determinar la distribución de una
población celular a lo largo de las
distintas fases del ciclo.
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• Las poblaciones celulares pueden ser:
a. homogéneas: donde todas las fases se encuentran
representadas, ó sincronizadas: todas las células se
encuentran en la misma fase.
• Son genes que controlan la inducción y activación de
complejos ciclina-proteinquinasas dependiente de
ciclinas (cdk).
b. ideales: todas las fases duran lo mismo, ó reales: no
todas las fases duran lo mismo.
• Las transiciones entre fases están reguladas por puntos
de restricción o control.
• En estos puntos la célula sensa las condiciones externas
como internas de forma de asegurar su futura
supervivencia.
• Ej.: si se produjo daño en el ADN, se abre una ventana
temporal que posibilita la reparación.
•
El gen p53 controla la transición G1-S. Poblaciones
con el gen p53 mutado luego de irradiadas no detienen
su progresión en el ciclo.
• Los mecanismos se han estudiado en levaduras y
ovocitos de rana como modelos eucariotas,
encontrándose importantes homologías con las células
de mamíferos, demostrando una conservación de
mecanismos de control en la evolución.
evolución
Supresores tumorales:
• Frenan la progresión del ciclo en forma reversible o
irreversible, a través de la inhibición directa o
indirecta de complejos ciclina-cdk.
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• En células humanas la supresión tumoral se vincula a
la capacidad de freno en el ciclo con:
9 aumento de la probabilidad de reparación sin error
9 disminución significativa de modificaciones genómicas
que llevan al cáncer.
Cáncer:
• Acumulación de mutaciones en protoncogenes y
supresores tumorales.
CRECIMIENTO DE POBLACIONES CELULARES:
• Una población celular se define como un conjunto
de células con ciertas características:
9 genéticas
9 bioquímicas
9 morfológicas
9 funcionales
• El crecimiento se caracteriza por un aumento del
número de individuos (N) bajo ciertas condiciones
fisicoquímicas del medio.
• La apoptosis inducida por agentes que dañan el ADN
se produce en parte por la expresión de supresores
tumorales.
Dinámica de una población aislada:
• A veces se recurre a aislar la especie celular en
estudio y se la mantiene viva en medios artificiales,
en cultivos de células.
• Si se coloca 1 célula en un medio nutritivo adecuado
y condiciones óptimas de temperatura, pH, ppO2 y
ppCO2, al cabo de cierto tiempo se habrá dividido.
dividido
n =
•
•
0
0
TGC
1
•
2
3
4
t
TGC
• Previo a la 1ra división celular ocurre un retardo en el
crecimiento propio de la “adaptación al medio”.
• Pasada la fase lag o de retardo, el crecimiento se
produce de acuerdo al modelo exponencial, entonces,
partiendo de un número inicial de células y al cabo de n
generaciones, se llega a la ecuación: N = No . 2n.
• En un cultivo de células en medio líquido llega un
momento en que el número N de individuos se
estabiliza. Un número igual de células se dividen y
mueren, alcanzando la fase estacionaria.
N = 2n
t
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Parámetros de la curva de crecimiento:
Fases de la curva de crecimiento:
100
90
80
70
60
40
ESTACIONARIA
50
20
Nº. de individuo
os x 106
ESTACIONARIA
30
Nº. de individ
iduos
Nmax40
EXPONENCIAL
10
30
20
N17.5
1/2
10
9
8
7
6
5
EXPONENCIAL
4
3
LAG
N0 2
TLAG
0
0
5
10
15
20
25
30
35
1
0
Tiempo (hs).
5
10 T1/2
TGC
• El crecimiento exponencial se ajusta a un modelo tipo
exponencial:
N = No . ekt
donde k = ln 2 / TGC
• Existen distintos modelos para explicar el crecimiento de
poblaciones. El modelo logístico permite el estudio de
las fases exponencial
p
y estacionaria de crecimiento,,
considerando variaciones en la velocidad de crecimiento
debido a la competencia.
N=
N
1 +e
max
− a ( t −t 1 / 2 )
a = ln 2
TGC
15
20
25
30
35
Tiempo (hs).
PERTURBACIÓN DE LA PROLIFERACIÓN:
• Diversos agentes físicos y químicos pueden alterar la
proliferación celular, por sus efectos sobre el ADN,
enzimas y membranas.
• Agentes físicos:
radiaciones ionizantes (RX y Rγ)
no ionizantes (UV)
temperatura
•Agentes químicos:
radiomiméticas
•Agentes biológicos:
drogas
virus
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La etapa física de la acción biológica de las radiaciones
ionizantes consta de una:
• Las lesiones más frecuentes
radiaciones ionizantes son:
producidas
por
9 Acción directa: consecuencia de
ionizaciones que se producen en
los átomos que forman la
molécula del ADN.
9 Acción indirecta: interacción del
haz de radiación con otros
átomos y moléculas de la célula
como el agua, produciéndose
radicales libres que al difundir
hasta la molécula de ADN, la
dañan de manera indirecta.
• Radicales libres: son átomos o moléculas con uno o más
electrones no apareados. Pueden generarse por:
9 Absorción de radiación a nivel celular
9 Efecto de drogas (radiomiméticas)
9 Procesos
metabólicos
de
óxido-reducción
espontáneos
• Debido a que las células están constituidas por un alto
porcentaje de agua, muchas acciones nocivas de las RI
involucran especies reactivas de la molécula agua (OH⋅,
radical hidroxilo).
• La bleomicina es un antibiótico tumoral que se intercala
en el ADN. Por reacciones de óxido-reducción con iones
metálicos se activa y genera radicales libres.
• Los radicales libre producen reacciones de óxidoreducción en cadena llevando a la formación de
productos tóxicos (por ejemplo: H2O2).
• Se ha demostrado una correlación entre la
concentración de H2O2 y la producción de aberraciones
cromosómicas y recombinaciones intergénicas.
g
• La acumulación de lesiones por radicales libres lleva a:
9
9
envejecimiento celular
otras patologías incluido el cáncer
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• Las células contienen ciertas enzimas capaces de
procesar los radicales libres.
• Las superóxido dismutasas (SOD), procesan el radical
superóxido (
), dando lugar a la formación de H2O2 y
O2.
• Otras enzimas como las peroxidasas y catalasas son
capaces de procesar el H2O2.
• Las vitaminas C y E, los fenoles y el glutatión son
capaces de interrumpir las reacciones en cadena de los
radicales libres.
• La fuente más importante de radiación ultravioleta es
la luz solar. Se la clasifica en 3 clases: UVA, UVB y
UVC, de acuerdo a la longitud de onda.
• UVC se absorbe específicamente en el ADN
produciendo dímeros particularmente de timina. Estas
lesiones son potencialmente letales,
letales mutagénicas y
cancerígenas.
• El benzopireno, producto de combustión del
combustible y cigarrillos, al metabolizarse se fija en
forma de diolepóxido al ADN. Agente cancerígeno muy
poderoso.
Curva de crecimiento en distintas condiciones:
a
b
c
d
Tiempo
a) Crecimiento exponencial
b) Se sustraen células o se interrumpe el crecimiento
c) Remoción continua y constante de células o TGC
mayor debido a tratamiento
d) Remoción continua que incrementa con el tiempo
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• Las lesiones producidas en el ADN por distintos
agentes pueden repararse con cierta probabilidad,
dependiendo de factores:
9 genéticos
9 metabólicos
9 ambientales
Preguntas
1. ¿Qué factores son los determinantes en la progresión
del ciclo celular?
2. ¿Cómo se define y genera una población celular?
• Involucran sistemas enzimáticos y se encuentran
presentes desde virus hasta mamíferos,
mamíferos incluso en
células tumorales.
• Importancia de la reparación:
9 estabilidad del genoma
9 mutagénesis – biodiversidad
9 envejecimiento (acumulación de errores)
9 transformación maligna
9 muerte celular
3. ¿Qué parámetros caracterizan cuantitativamente el
crecimiento de una población celular?
4. Describa qué agentes perturbadores de la proliferación
celular conoce y explique brevemente las lesiones que
producen.
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