Ciclo celular240pxInterfaseFase G1 / Fase S / Fase G2División celular Mitosis (Preprofase Profase Prometafase Metafase Anafase Telofase) CitocinesisPuntos de control Punto de restricción Punto de control de la mitosis Punto de control de postreplicaciónOtras fases celulares Apoptosis Fase G0 MeiosisCiclina A ( A1, A2) B ( B1, B2, B3) D ( D1, D2, D3) E ( E1, E2) CDK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Quinasa activadora de CDK Inhibidor de CDK INK4a / ARF (p14arf / p16, p15, p18, p19) cip / kip (p21, p27, p57)Otras proteínas del ciclo celular Familia P53 p63 p73: p53 / p63 / p73 Cdc2 Cdc25 Cdc42 Proteína de susceptibilidad de la apoptosis celular E2F Factor promotor de la maduración Wee Cullin (CUL7) El punto de control de la mitosis o punto de control del ensamblaje del huso (SAC), asegura que la segregación cromosómica tenga lugar de forma correcta. La comprensión de cómo las células mantienen constante el número apropiado de cromosomas después de cada división celular es una cuestión central en un sinnúmero de procesos biológicos. Un único error que dé lugar a células con más o menos cromosomas de los que deber tener (una situación denominada aneuploidía), puede conducir en el mejor de los casos a la muerte celular, o bien producir resultados fenotípicos problemáticos: En humanos, el síndrome de Down aparece en niños que portan en sus células un cromosoma 21 en exceso, como resultado de un fallo en la segregación cromosómica durante la meiosis en uno de sus progenitores. Ese fallo dará lugar a un gameto (espermatozoide u óvulo) con un cromosoma 21 extra, que tras la fecundación generará un embrión que consecuentemente recibirá el cromosoma excedente. En las células cancerosas, la aneuploidía es relativamente frecuente, lo que indica que estas células presentan algún defecto en la maquinaria implicada en la segregación cromosómica y en el mecanismo que asegura que dicha segregación ocurre de forma correcta. Los mecanismos que verifican que se cumplen los requisitos necesarios para pasar a la fase siguiente del ciclo celular se denominan puntos de control (checkpoints). A través del ciclo celular, existen diferentes puntos de control. El punto de control que asegura que la segregación cromosómica tiene lugar de forma correcta se denomina punto de control de la mitosis, de anafase o también punto de control del ensamblaje del huso, abreviado SAC por sus siglas en inglés (Spindle Assembly Checkpoint).

Segregación cromosómica División celular: duplicación de material y distribución a las células hijas thumb|350px|Tres tipos de división celular: la fisión binaria (que tiene lugar en procariotas), la mitosis y la meiosis (que ocurren en eucariotas). Cuando las células están preparadas para dividirse, bien porque el tamaño celular es lo bastante grande o porque reciben el estímulo apropiado, activan los mecanismos de entrada en el ciclo celular y duplican la mayoría de sus orgánulos durante la fase S (de síntesis), incluido su centrosoma, de manera que cuando finalice el proceso de división cada célula hija recibirá un juego completo de orgánulos. Asimismo, durante la fase S todos los organismos deben duplicar su ADN con precisión, un proceso conocido como replicación de ADN. Una vez terminada la replicación, en los organismos eucariotas el ADN se compacta y se condensa, formando los cromosomas mitóticos, que constan cada uno de dos cromátidas hermanas; cada cromátida es una molécula de ADN completa, unida mediante microtúbulos a uno de los dos centrosomas de la célula en división, localizados en los polos opuestos de la célula. La estructura que forman los centrosomas y los microtúbulos se conoce como huso mitótico, debido a su forma característica, con los cromosomas unidos entre los dos centrosomas. Ambas cromátidas hermanas permanecen unidas hasta anafase, momento en el que se separan y se agrupan alrededor de su centrosoma, de forma que al final de la división celular, cada célula hija recibirá un juego completo de cromátidas. El mecanismo por el cual se produce la correcta distribución de cromátidas durante la división celular se denomina segregación cromosómica.

Para asegurar que la segregación cromosómica tiene lugar correctamente, las células han desarrollado un mecanismo preciso y complejo. En primer lugar, las células deben coordinar la duplicación del centrosoma con la replicación del ADN, y un fallo en esta coordinación producirá inevitablemente la formación de husos monopolares o multipolares, que generalmente provocarán una segregación cromosómica anormal, dado que en este caso, los cromosomas no se distribuirán de forma equilibrada entre las células hijas.

Mitosis: anclaje de los cromosomas al huso y segregación

thumb|300px|Imagen de una célula humana en mitosis, en la que los microtúbulos se muestran en verde (formando el huso mitótico), los cromosomas en azul en el ecuador del huso y los cinetocoros en rojo. Durante la fase de síntesis (fase S) del ciclo celular, el centrosoma comienza a duplicarse. Justo al inicio de mitosis, ambos centriolos de cada centrosoma alcanzan su longitud máxima, los centrosomas reclutan material adicional y su capacidad de nucleación de microtúbulos aumenta. A medida que progresa la mitosis, ambos centrosomas se separan para establecer el huso mitótico. De esta forma, el huso de una célula mitótica tiene dos polos que emanan microtúbulos. Los microtúbulos son largos filamentos proteicos con dos extremos asimétricos, un extremo "menos" (-) relativamente estable cercano al centrosoma, y un extremo "más" (+) que sufre fases alternadas de crecimiento-retroceso y que explora el centro celular. Cada cromátida presenta una región especial, el centrómero, sobre la que se ensambla una estructura proteica denominada cinetocoro, capaz de estabilizar microtúbulos. Por tanto, si por azar un microtúbulo encuentra un cinetocoro cuando explora el centro celular, puede ocurrir que el cinetocoro lo capture, de forma que el cromosoma queda enganchado al huso mitótico a través del cinetocoro de una de sus cromátidas hermanas. Como los cromosomas presentan dos cinetocoros asociados espalda-con-espalda (uno en cada cromátida hermana), cuando uno de ellos se engancha a los microtúbulos generado por uno de los polos celulares, el cinetocoro de la cromátida hermana queda expuesto hacia el otro polo celular, por lo que en la mayor parte de los casos el segundo cinetocoro se asocia a los microtúbulos del polo opuesto, de manera que los cromosomas quedan « bi-orientados », una configuración fundamental (también denominada anfitélica) para asegurar que la segregación tendrá lugar de manera correcta cuando la célula se divida. En ocasiones, uno de los dos cinetocoros hermanos puede anclarse simultáneamente a MTs generados por ambos polos, una configuración denominada merotélica, que no se detecta por el punto de control de la mitosis, pero puede generar cromosomas retrasados en anafase y consecuentemente aneuploidía. La orientación merotélica (que se caracteriza por no presentar tensión entre cinetocoros hermanos) es frecuente al inicio de mitosis, pero la proteína Aurora B (una kinasa conservada desde levaduras hasta vertebrados) detecta y elimina este tipo de anclaje. (Nota: Aurora B se encuentra sobreexpresada frecuentemente en varios tipos de tumores y es en la actualidad una diana para el desarrollo de drogas anticancerosas ).

right| Esquema de la progresión del ciclo celular entre prometafase y anafase. Los cromosomas enganchados a los microtúbulos a través de los cinetocoros son bastante móviles durante la primera parte de la metafase (la ‘prometafase’), oscilando de forma alternada entre ambos polos. El movimiento está estrechamente acoplado con las reacciones de ensamblaje y disociación de los extremos “más” de los microtúbulos, enganchados a los cinetocoros. En un momento dado, todos los cromosomas se alinean en el medio de la zona central del huso (un proceso denominado congregación cromosómica), formando la denominada placa metafásica. La maquinaria celular que provoca la degradación de las proteínas que mantienen unidas las cromátidas hermanas (las cohesinas; ver la sección Cohesión de cromátidas hermanas durante mitosis) se activa sólo cuando todos los cromosomas se encuentran alineados en la placa metafásica, disparando la entrada en anafase. De esta manera se asegura que ningún cromosoma se queda completo en una de las células hijas, lo que daría lugar a una célula aneuploide. Dado que cada cromátida hermana está enganchada a uno de los polos, cuando las dos células hijas se reorganicen alrededor de su centrosoma, cada una de ellas recibirá un juego completo de información genética.

Imágenes de microscopía de fluorescencia: en azul se muestra el ADN, en verde los microtúbulos y en rojo los cinetocoros.

El mecanismo que detecta que se ha formado correctamente un huso mitótico, que todos los cromosomas están asociados a dicho huso de manera bipolar, y que todos ellos se encuentran alineados en la placa metafásica es el denominado punto de control de la mitosis o también punto de control del ensamblaje del huso, abreviado SAC por sus siglas en inglés (Spindle Assembly Checkpoint). Cuando alguno de los cromosomas, por alguna razón, se retrasa durante el proceso de alineamiento, esta maquinaria produce una parada temporal de la progresión en el ciclo celular: la célula se detiene, lo que da tiempo a los mecanismos de reparación para resolver el problema detectado. Si pasado cierto tiempo el problema no se ha corregido, la célula será abocada a un proceso de muerte celular, un mecanismo de seguridad para evitar que se produzca una situación de aneuploidía, generalmente con consecuencias graves para el organismo.

Descubrimiento del punto de control de la mitosis thumb|350px|Imagen de microscopía que muestra los cromosomas teñidos con DAPI de dos células en mitosis, una en anafase (izq.) y una en metafase (derecha), con la mayoría de los cromosomas en la placa metafásica y algunos cromosomas aún no alineados. Uno de los primeros en observar que cuando un cromosoma se retrasa en alcanzar la placa metafásica, el inicio de la anafase se postpone hasta algunos minutos después de su llegada a la placa, fue Zirkle en 1970. Esta observación y otras similares sugerían que existe un mecanismo de control en la transición metafase-anafase. Basándose en el hecho de que utilizando drogas como nocodazol y colchicina se produce un desensamblaje del huso que ocasiona un bloqueo del ciclo celular en metafase (véase la revisión de Rieder y Palazzo en 1992 ), el mecanismo de control se denominó punto de control del ensamblaje del huso (Spindle Assembly Checkpoint o SAC). Este mecanismo de regulación ha sido el objeto de un intenso estudio desde entonces (véase la revisión de Burke y Stukenberg en 2008 ).

Diversos estudios genéticos han permitido determinar qué tipo de defectos activan el punto de control de la mitosis: la despolimerización del huso, la presencia de cromosomas dicéntricos (con dos centrómeros), [3857-3864] centrómeros que segregan de forma aberrante, defectos en los cuerpos de los polos del huso en S. cerevisiae, defectos en las proteínas del cinetocoro, mutaciones en el ADN centromérico o defectos en los motores moleculares activos en mitosis. Un resumen de estas observaciones puede encontrarse en el artículo de Hardwick y colaboradores en 1999.