Regulación del ciclo celular

La progresión de las células a través del ciclo de división celular se regula por señales extracelulares del medio, así como por señales internas que supervisan y coordinan los diversos procesos que tienen lugar durante las diferentes fases del ciclo celular. Además, diversos procesos celulares como el crecimiento celular, la replicación del ADN y la mitosis, han de coordinarse durante el transcurso del ciclo celular. Esto se consigue mediante una serie de puntos de control que regulan la progresión a través de las diferentes fases del ciclo celular.

Uno de los puntos de regulación principales del ciclo celular, en muchos tipos celulares, se encuentra avanzada la fase G1, y controla el paso de G1 a S. Este punto de regulación se definió por primera vez en estudios de la levadura de gemación (Saccharomyces cerevisiae), donde se le conoce como START. Una vez que las células han rebasado el START, quedan determinadas a entrar en la fase S y a sufrir un ciclo de división celular. Sin embargo, rebasar el punto START es un proceso que está finamente regulado en el ciclo celular de la levadura, siendo controlado a través de señales externas, como la disponibilidad de nutrientes, y por el tamaño celular. Así, START supone un punto de decisión en el que la célula determina si hay suficientes nutrientes disponibles para avanzar a través del resto del ciclo celular.

Además, START es el punto en el que se coordina el crecimiento de la célula con la replicación del ADN y con la división celular. La importancia de esta regulación se muestra de manera evidente en las levaduras de gemación, en las que la división celular da lugar a una progenie de células de distintos tamaños: una célula madre grande y una célula hija pequeña. Para que las células de la levadura mantengan un tamaño constante, la célula hija pequeña debe crecer hasta alcanzar un tamaño mayor al de la célula madre, antes de volver a dividirse. Por lo tanto, se ha de controlar el tamaño de la célula para poder coordinar el crecimiento celular con los otros procesos del ciclo celular. Esta regulación se realiza mediante un mecanismo de control que requiere que la célula alcance un tamaño mínimo para poder rebasar el START. Por lo tanto, la célula hija pequeña pasa más tiempo en G1 y crece más que la célula madre.

La proliferación de la mayoría de las células animales también se regula en la fase G1 del ciclo celular. Concretamente, un punto de decisión de la G1 avanzada, denominado punto de restricción en las células animales, funciona de manera análoga a como lo hace START en las levaduras. Sin embargo, a diferencia de las levaduras, el paso de las células animales a través del ciclo celular se regula, principalmente, por factores de crecimiento extracelulares que son señales de proliferación celular, en vez de por la disponibilidad de nutrientes. En presencia de factores de crecimiento apropiados, las células atraviesan el punto de restricción y entran en la fase S. Una vez que la célula ha rebasado el punto de restricción, queda determinada a proseguir a través de la fase S y del resto del ciclo celular, incluso en ausencia de la estimulación por los factores de crecimiento. Por otro lado, si los factores de crecimiento adecuados no están disponibles en G1, la progresión a través del ciclo celular se para en el punto de restricción y la célula entra en estado G0, en el que permanece metabólicamente activa pero cesando su crecimiento y manteniendo un ritmo menor de síntesis de proteínas. 

Aunque la proliferación de la mayoría de las células se regula en G1, algunos ciclos celulares se controlan, en cambio, en G2. Un ejemplo de esto es el ciclo celular de la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe. A diferencia de Saccharomyces cerevisiae, el ciclo celular de S. pombe se regula básicamente a través del control del paso de G2 a M, que es el punto principal en el que se supervisa el tamaño celular y la disponibilidad de nutrientes. En los animales, el ejemplo más característico de control del ciclo celular en G3 lo proporcionan los oocitos de los vertebrados, los cuales pueden permanecer detenidos en G2 durante largos periodos de tiempo (varias décadas en el ser humano) hasta que se activa su paso a la fase M por la estimulación hormonal. De esta manera, las señales extracelulares pueden controlar la proliferación celular regulando el paso de las fases G2 a M, así como de G1 a S del ciclo celular.