Centro Andaluz de Biología Molecular y Medicina Regenerativa

Control de la división celular

Líneas de Investigación:

La investigación desarrollada en nuestro grupo tiene como objetivo descifrar los mecanismos moleculares que controlan la división de las células y que garantizan la correcta distribución del genoma durante dicho proceso. Errores en el reparto del material genético durante la división celular pueden dar lugar a condiciones como la aneuploidía, una alteración del número normal de cromosomas en la célula que es una característica del cáncer y de otras enfermedades genéticas. El avance en nuestro conocimiento sobre los mecanismos que regulan este proceso es, por tanto, de una importancia fundamental para lograr explicar cómo pueden originarse estas enfermedades. Con este objetivo general, las principales líneas de investigación de nuestro laboratorio son:

1- Estudio de la regulación del ciclo celular y análisis de los mecanismos de vigilancia que garantizan la fidelidad en la distribución del genoma durante este proceso:

Localización asimétrica de Bfa1 durante anafase. Imagen de inmunofluorescencia en la que se muestra la localización de una versión marcada con 3HA de Bfa1, un inhibidor de MEN, en el cuerpo polar del huso que entra en la célula hija durante anafase (3HA-Bfa1, en rojo). Como referencia, se muestran también el huso mitótico (tubulina, en verde) y el núcleo (DAPI, en azul), así como una imagen combinada (merged).

Las células han desarrollado distintos mecanismos de vigilancia que verifican la integridad del material genético y su correcta distribución durante la división celular, tales como el punto de control de daños al ADN (DDC), que detecta lesiones en el ADN y promueve su reparación, o el punto de control de ensamblaje del huso (SAC), que garantiza que cada cromosoma se ha unido al huso mitótico. En divisiones celulares asimétricas, mecanismos de vigilancia adicionales controlan también la orientación del huso. Este fenómeno se encontró originalmente en la levadura Saccharomyces cerevisiae. En este organismo, debido a su particular patrón de división por gemación, el huso debe alinearse de forma perpendicular respecto al eje de división, asegurando de este modo un reparto equitativo de los cromosomas entre la célula original y la nueva célula hija generada. El punto de control de posicionamiento del huso (SPOC) evita que las células de levadura de gemación con el huso incorrectamente alineado salgan de mitosis. Nuestro grupo está extremadamente interesado en comprender los mecanismos moleculares que controlan la actividad del DDC, el SAC y el SPOC, manteniendo de este modo una ploidía correcta durante la división celular.

Remarcablemente, en células de S. cerevisiae, y a pesar de que el DDC, el SAC y el SPOC son activados por distintas señales y en distintas etapas del ciclo celular, todos estos mecanismos de vigilancia promueven la inhibición de la salida de mitosis, lo que resalta la importancia de la regulación de esta transición del ciclo celular. La salida de mitosis implica el desensamblaje del huso mitótico, la descondensación de los cromosomas y la citocinesis, concluyendo de este modo finalmente el proceso de duplicación de la célula. En S. cerevisiae, la salida de mitosis es promovida por la Ruta de Salida de Mitosis (MEN), una cascada de señalización iniciada por la GTPasa Tem1. La señalización de la ruta MEN es bloqueada por el DDC, el SAC y el SPOC mediante la activación de Bfa1/Bub2, dos proteínas que conjuntamente inhiben a Tem1. El estudio de la regulación de la salida de mitosis, tanto durante un ciclo celular normal como tras la activación de los puntos de control mitóticos, es otra de las principales líneas de investigación desarrolladas en nuestro laboratorio.

2- Control de la segregación cromosómica por la quinasa Aurora B:

El incremento de actividad Aurora B genera defectos de segregación cromosómica. La imagen muestra el cromosoma IV marcado con GFP (CrIV, en verde), que en esta célula es dejado atrás durante la segregación cromosómica como consecuencia de un incremento en la expresión del homólogo de Aurora B en la levadura de gemación (Ipl1). Como referencia, se muestran también un componente integral del cuerpo polar del huso (Spc42, en rojo) y el núcleo (DAPI, en azul), así como una imagen combinada con DIC (Merged+DIC).

La elucidación de los mecanismos que facilitan la correcta segregación de los cromosomas es enormemente importante para entender cómo las células consiguen mantener la ploidía durante la división celular. Uno de los principales focos de interés de nuestro grupo es evaluar el papel de la quinasa Aurora B en el control de este proceso. Aurora B es una proteína esencial que repara uniones erróneas de los cromosomas que no conducen a la bi-orientación de las cromátidas hermanas. El control preciso de la actividad de esta quinasa es crucial para las células. La falta de Aurora B origina severos defectos de segregación cromosómica, aneuploidía, y letalidad celular. De forma interesante, un incremento en la expresión de esta quinasa también conduce a aneuploidía, y se ha relacionado con distintos tipos de cáncer. En nuestro laboratorio, estamos estudiando cómo la actividad de Aurora B es controlada a lo largo del ciclo celular, y cómo esta quinasa colabora con el SAC para asegurar una correcta unión de los cromosomas al huso. Finalmente, las investigaciones de nuestro grupo también tratan de proporcionar nuevas claves sobre cómo los cambios en los niveles de actividad de Aurora B pueden determinar problemas durante la división celular.

3- Generación de asimetría durante la división celular:

Nuestro grupo está finalmente interesado también en el análisis de los mecanismos por los que la célula genera asimetría durante la división celular. S. cerevisiae es un organismo modelo ideal para el estudio de las divisiones celulares asimétricas. Debido a su particular modo de división por gemación, cada división celular en este organismo es intrínsecamente asimétrica, y la célula hija nuevamente generada difiere de su madre en tamaño, composición celular, y tiempo de vida replicativo. Las divisiones asimétricas requieren la polarización de la célula a lo largo de un eje predeterminado, y la posterior orientación del huso mitótico a lo largo de este eje de polaridad y de forma perpendicular al plano de división, asegurando de este modo la distribución asimétrica de factores de polarización entre la célula original y la nuevamente generada. El huso mitótico es, de hecho, y de forma interesante, una estructura asimétrica por naturaleza, especialmente al nivel de los centros organizadores de microtúbulos, desde los que emanan los microtúbulos que constituyen el huso. En nuestro laboratorio, estamos intentando evaluar el papel de asimetrías asociadas al huso en la regulación de la progresión del ciclo celular, así como las consecuencias que los problemas con el establecimiento de estas asimetrías determinan sobre la división, la diferenciación o el envejecimiento celular. En eucariotas superiores, el ejemplo paradigmático de división celular asimétrica es el de las células madre. La asimetría en la división de las células madre es un mecanismo clave para mantener el número correcto de estas células en los distintos tejidos. Una reducción en la población de células madre causa la desorganización, degeneración y envejecimiento de los tejidos. Por el contrario, un número excesivo de células madre determina la hiperplasia tisular y puede contribuir al desarrollo de tumores. Los avances en el estudio de los mecanismos que regulan las divisiones celulares asimétricas son extremadamente importantes para lograr entender el origen de los problemas anteriores.

1- Artículos:

– “Late rDNA condensation ensures timely Cdc14 release and coordination of mitotic exit signaling with nucleolar segregation”.

de los Santos-Velázquez AI, de Oya IG, Manzano-López J, Monje-Casas F.

Current Biology (2017). 27(21):3248-3263.e5. doi: 10.1016/j.cub.2017.09.028.

– “Dispensability of the SAC depends on the time window required by Aurora B to ensure chromosome biorientation”.

Muñoz-Barrera M, Aguilar I, Monje-Casas F.

PLoS One (2015). 10(12): e0144972. doi: 10.1371/journal.pone.0144972.

– “Increased Aurora B activity causes continuous disruption of kinetochore-microtubule attachments and spindle instability”.

Muñoz-Barrera M, Monje-Casas F.

Proc Natl Acad Sci USA (2014). 111(38): E3996-E4005. doi:10.1073/pnas.1408017111.

– “Inhibition of the Mitotic Exit Network in response to damaged telomeres”.

Valerio-Santiago M, de los Santos-Velázquez AI, Monje-Casas F.

PLoS Genetics (2013). 9(10): e1003859. doi: 10.1371/journal.pgen.1003859.

– “Tem1 localization to the spindle pole bodies is essential for mitotic exit and impairs spindle checkpoint function”.

Valerio-Santiago M, Monje-Casas F.

The Journal of Cell Biology (2011). 192 (4): 599-614.

 

2- Libros:

– “The Mitotic Exit Network: Methods and Protocols” (2017). Queralt E and Monje-Casas F (Editors). Book series: Methods in Molecular Biology. Volume: 1505. Publisher: Springer (New York). ISBN: 978-1-4939-6500-7 (printed version); 978-1-4939-6502-1 (online version).

Jefe de grupo:
  • Fernando Monje Casas
Investigadores Postdoctorales:
  • Javier Manzano López
  • Ana María Rincón Romero
Investigadores Predoctorales:
  • Alejandra Álvarez Llamas
  • Inés García De Oya
  • Laura Matellán Fernández
Estudiantes de máster:
  • Javier Jose Martinez Ruano