Mecanismul diziunii celulare este foarte asemanator in toate celulele care se did si a fost pastrat in tot cursul evolutiei. Procesul asigura duplicarea precisa a continutului celulei, mai ales a cromozomilor. Ciclul celular este impartit in patru faze. in cursul fazei M, cromozomii replicati se separa si se aduna in doua nuclee noi, prin fenomenul de mitoza, iar citoplasma se imparte intre cele doua celule fiice prin citokineza. Celelalte trei faze ale ciclului celular se numesc interfaza: Gl(gap 1), o perioada de crestere in cursul careia celula isi sileste pregatirea pentru sinteza DNA; S (sinteza DNA), in cursul careia este replicat materialul genetic, nefiind permisa repetarea replicarii; si G2 (gap 2), in care se determina fidelitatea replicarii DNA si se corecteaza erorile.
In faza S, sinteza DNA incepe cu desfasurarea cromatinei din DNA si adaugarea DNA-helicazei si a proteinelor de legare a helixului simplu, care ajuta la desfacerea dublului helix. Punctele de origine ale replicarii sunt spatiate la o distanta de aproximativ 100.000 de perechi de nucleotide in tot cuprinsul genomului. DNA-polimeraza si DNA-primaza se ataseaza de aceste puncte si catalizeaza polimerizarea DNA, cu o teza de aproximativ 50 de nucleotide pe secunda. Topoizomerazele rup si resigileaza filamentele de DNA, pentru a preveni incurcarea lor. Desi sistemul de replicare este eficient si precis, se produc uneori erori, iar acestea sunt reparate in secventele replicate printr-o varietate de mecanisme. in unele cancere, mecanismele de reparare a erorilor sunt defecte si erorile sunt transferate celulelor-fiice, crescand dezvoltarea de noi mutatii. Odata ce un segment de DNA a fost replicat si unitatea de replicare este reasamblata, cromatina se leaga de lantul DNA care ia nastere, asigurand in acest fel o singura replicare a fiecarei regiuni. DNA-polimeraza nu este capabila sa asigure replicarea completa a portiunii finale a lantului de DNA. Aceasta problema a fost rezolvata prin adaugarea unui tandem de secvente care contin sase nucleotide (GGGTTA) la capatul fiecarui cromozom. Aceste secvente repetate se numesc telomeri si sunt replicate cu ajutorul unei DNA-polimeraze dependenta de RNA, numita telomeraza. Celulele somatice normale nu exprima telomeraza, probabil datorita faptului ca nu se replica sau au o capacitate finita de replicare. Celulele bacteriene nu exprima telomeraza. Exprimarea telomerazei in celulele canceroase este considerata a fi o componenta a procesului neoplazic, asigurand capacitatea celulei de a se diza de multe ori, fara a pierde informatia codificata in apropierea portiunilor finale ale cromozomilor sai. Inhibarea actitatii telomerazei din celulele canceroase ar putea avea un efect anticanceros.
Etapele de tranzitie intre Gl si S si intre G2 si M sunt strict reglate pentru a reduce la minimum erorile din procesul de replicare. Punctele de verificare din Gl si G2, care determina daca se poate trece la fazele S si, respectiv, M, sunt reglate de protein-kinaze (kinaze ciclin-dependente sau cdk - cyclin-dependent kinases) si de proteine asociate cu kinazele, denumite cicline. Actitatea enzimatica a cdk este determinata de asocierea lor cu o ciclina si cu starea de fosforilare. Exista cel putin sapte membri ai familiei cdk, fiecare dintre acestia fiind asociat cu o molecula distincta de ciclina. Complexele care iau
nastere au specificitati de substrat caracteristice si sunt exprimate in diferite faze ale ciclului. Exprimarea ciclinei variaza cu ciclul celular si sinteza acestor complexe este reglata prin transcriptie, degradarea lor fiind mediata prin ubiquitin-conjugare si distrugere in proteazomi.
Complexul ciclina B/cdc2 (care se mai numeste factor de promovare a mitozei sau MPF) este principalul agent de reglare a tranzitiei de la faza G2 la faza M. El este activat de o kinaza cdk (CAK) si de o fosfataza (cdc25) care indeparteaza fosfatii inhibitori. Unele din substratele complexului ciclina B/cdc2 sunt definite; fosforilarea histonei HI, lamininele nucleare si proteinele asociate microtubulilor faciliteaza condensarea cromozomilor, fragmentarea membranei nucleare si, respectiv, formarea fusului nuclear.
Punctul de control care regleaza tranzitia de la Gl la S este adesea deteriorat in boala canceroasa. Mecanismul reglarii este complex. Doua complexe ciclina/cdk, ciclinaD/cdk4 sau -6, si ciclinaE/cdk2 fosforileaza produsul genic al retinoblas-tomului, Rb, in 10 locuri diferite si altereaza capacitatea Rb de a se asocia cu proteinele celulare. Una din aceste proteine este E2F, un factor de transcriptie care heterodimerizeaza cu alti factori de transcriptie, cum ar fi DPI, si activeaza cateva gene necesare pentru progresul fazei S, inclusiv dihidro-folat-reductaza, timidin-kinaza, DNA-polimeraza alfa, c-myc, c-myb si cdc2 ( ura 83-l). in afara de rolul de promovare a cresterii, Rb promoveaza diferentierea prin asociere cu factori de transcriptie, cum ar fi MyoD si factorul de transcriptie activat (ATF)/AMP ciclic, elementul de reactie care leaga intre ei membrii familiei de proteine. Rb este tinta unui numar de rusuri cu capacitate de transformare, inclusiv antigenul de dimensiuni mari T al SV40, adenorusul El A si papilo-marusul uman E7.
De asemenea, actitatea cdk este reglata de inhibitorii cdk (cdki). Aceste proteine cu greutate moleculara mica fie inhiba larg actitatea cdk (p21Cipl/Wafl, p27Kipl, p57Kip2), sau inhiba selectiv complexele ciclina D/cdk4, sau -6 (pl6INK4a, pl5INK4b, pl8). Primul membru al acestei familii care a fost identificat a fost p21, care inhiba atat cdk, cat si antigenul nuclear din celula proliferanta, o subunitate a DNA-polimerazei d. Proteina p21 este indusa prin deteriorarea DNA ca urmare a activarii transcriptionale de catre p53 ( mai jos) si inhiba progresul ciclului celular in mai multe puncte, inclusiv fazele Gl si S, permitand repararea DNA. Daca deteriorarea DNA este prea mare, este indusa o cale de sinucidere a celulei, pentru a permite eliminarea celulelor potential disfunctionale ( mai jos).
Cdki poate fi indus prin inhibitorii de crestere, cum este factorul de transformare a cresterii (TGF) beta, si poate fi inhibat de factorii de crestere poziti, cum este interleukina (IL) 2. Alterarea genetica a cdki, in special a pl6 si pl5, este foarte frecventa in unele tumori. Alterari la locusul pl6 de pe cromozomul 9p21 au fost detectate in 75% din cancerele pancreatice, in 40-70% din glioblastome, in 50% din cancerele esofagiene si in aproximativ 20% din cancerele pulmonare fara celule mici, precum si in sarcoamele de tesuturi moi si cancerele de ca. Mutatii ale cdki insotesc adesea hiperexpri-marea ciclinei Dl, cu translocatie t(ll;14), din limfomul cu celule in manta. Unele
tumori nu exprima cdki, deoarece genele sunt metilate, un mecanism epigenetic de blocare a transcriptiei. in elul 83-l sunt prezentate unele din schimbarile ce apar in factorii de reglare ai ciclului celular, detectate in cancerele umane.In timp ce Rb, ciclina D, cdk4 si pl6 sunt alterate in mod obisnuit in cancer, hiperexprimarea E2F sau mutatiile p21 nu au fost inca observate. Studii suplimentare ar putea revela motivele pentru care unele componente ale sistemului sunt susceptibile la alterare, in timp ce alte componente nu.
Proteina p53 este cunoscuta ca "paznicul genomului\" si "paznic al punctului de control Gl\". in mod obisnuit, nu este solicitata sa actioneze in cursul unei replicari normale. Cu toate acestea, odata cu deteriorarea DNA, p53 influenteaza transcriptia fie pentru a opri progresul ciclului celular (prin inducerea exprimarii p21 pentru a inhiba actitatea cdk-kinazei) in vederea efectuarii reparatiilor DNA, sau, daca deteriorarea este prea mare, pentru a initia sinuciderea celulei (apoptoza). p53 este tinta multor rusuri care determina cancer: proteina papilomarusului uman E6 scurteaza semi-ata p53, iar proteinele adenorusului E1B si antigenul T de dimensiuni mari al SV40 afecteaza functiile p53. Mutatiile la nivelul p53 sunt cele mai comune alterari genetice observate in cancerele umane (peste 50%). in mod obisnuit, o alela p53 de pe cromozomul 17 este stearsa, iar cealalta sufera o mutatie. Mutatiile afecteaza frecvent regiunea dintre codonii 120 si 290, portiunea genei care specifica site-ul p53 implicat in transcriptie. Unii agenti din mediu determina mutatii in locuri specifice. In 81% din cazurile de hepatom observate in tarile in curs de dezvoltare, codonul 249 sufera mutatii din cauza expunerii la un agent cancerigen, aflatoxina. Mutatiile codonului 249 surn in numai 11% din hepatoamele observate in tarile industrializate, unde expunerea la aflatoxina este redusa.
Indiferent de patogenia tumorii, majoritatea au unul sau mai multe mecanisme care le permit sa ocoleasca punctul de control Gl, sa ete activarea cailor de sinucidere celulara si sa proe celule cu DNA deteriorat. O prire generala asupra reglarii ciclului celular este prezentata in ura 83-2.
