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LUCES Y SOMBRAS EN EL USO DE QUINASAS DEPENDIENTES DE CICLINAS COMO DIANAS TERAPÉUTICAS EN CÁNCER

Authors:
  • Colegio Hispano Inglés, Tenerife

Abstract and Figures

Las quinasas dependientes de ciclina (CDKs) son una familia de serina/treonina quinasas que desempeñan labores fundamentales tanto en el desarrollo del ciclo celular como en la regulación de la transcripción. La desregulación de la actividad CDK en cáncer ha hecho de ésta una de las principales dianas para el desarrollo de inhibidores tanto de CDKs como de otras moléculas implicadas en el ciclo celular, muchos de las cuales se encuentran actualmente en diferentes etapas de ensayo clínico
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Biocáncer 3, 2006
LUCES Y SOMBRAS EN EL USO DE QUINASAS
DEPENDIENTES DE CICLINAS COMO DIANAS
TERAPÉUTICAS EN CÁNCER
Zulma Aragón Mamani1, Celia Xiomara Bonkanka Tabares2, Juan Antonio Gallardo
Naranjo3, Daniel García Velázquez1 y Mª Cristina Medina Campos4
1Instituto Universitario de Bio-Orgánica “Antonio González”
2Departamento de Medicina Física y Farmacología de la Facultad de Farmacia
Universidad de La Laguna
3Instituto de Productos Naturales y Agrobiología
Consejo Superior de Investigaciones Científicas
La Laguna, Tenerife
ÍNDICE:
1. RESUMEN
2. INTRODUCCIÓN
3. CICLO CELULAR
4. REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR:
4.1 Regulación positiva:
- Ciclinas
- Quinasas dependientes de ciclina (CDKs)
4.2 Regulación negativa:
- Inhibidores de las quinasas dependientes de ciclinas (CDKs)
- Puntos de control
5. QUINASAS DEPENDIENTES DE CICLINA Y CÁNCER:
5.1 Influencia de la actividad CDK en la inestabilidad genómica
5.2 Influencia de la actividad CDK en la regulación de la transcripción
6. DESARROLLO DE INHIBIDORES DE CDKs:
6.1 Inhibidores de CDKs
6.2 Inhibidores de
checkpoints
6.3 Resistencia a fármacos mediada por el ciclo celular
6.4 Terapia combinada con citostáticos
7. CONCLUSIONES
8. BIBLIOGRAFÍA
-2-
1. RESUMEN
Las quinasas dependientes de ciclina (CDKs) son una familia de serina/treonina quinasas que
desempeñan labores fundamentales tanto en el desarrollo del ciclo celular como en la regulación de la
transcripción. La desregulación de la actividad CDK en cáncer ha hecho de ésta una de las principales
dianas para el desarrollo de inhibidores tanto de CDKs como de otras moléculas implicadas en el ciclo
celular, muchos de las cuales se encuentran actualmente en diferentes etapas de ensayo clínico.
ABSTRACT
The cyclin-dependent kinases family of serine/threonine kinases plays an important role in the
control of the cell cycle and transcription regulation. Deregulation of CDK activity is common in several
human cancer diseases. For these reasons, CDK and others molecules implicated in the cell cycle are
major targets in the development of new inhibitors for cancer therapy. Many of these inhibitors are
currently being tested in different clinical trials.
2. INTRODUCCIÓN
Todos los organismos eucariotas se componen de células especializadas y bien diferenciadas, de
modo que el crecimiento y desarrollo de un organismo vivo dependerá del crecimiento y multiplicación
de sus células así como de la relación entre ellas. Cuando una célula se divide en dos células hijas, ésta
replica su material genético con el fin de transferir a cada una de ellas la misma información genética
(1,2,3).
Para garantizar que el ciclo celular progrese con total normalidad, la célula dispone de un
complejo sistema de regulación que consta de una amplia gama de moléculas, entre los que se
encuentran diferentes tipos de CDKs y ciclinas, que actúan regulando positivamente el ciclo (4). Por otro
lado, las moléculas inhibidoras de CDKs (CDKIs) participan regulando negativamente el ciclo. Sin
embargo, cuando se produce cualquier error, la célula dispone de puntos de verificación (
checkpoints
)
mediante los cuales, al detectar ese error, detienen el ciclo celular y ponen en marcha el sistema de
reparación. En el caso de no producirse dicha reparación la célula induce su propia muerte programada
mediante un mecanismo denominado apoptosis (5).
Cuando los mecanismos de control del ciclo celular fallan se produce el cáncer (6), el cual
consiste básicamente en una proliferación celular anárquica debida a mutaciones intrínsecas o extrínsecas
en los genes responsables de codificar proteínas, tales como CDKs, ciclinas u otras moléculas implicadas
en la regulación del ciclo celular. Debido a que las CDKs se encuentran sobreexpresadas en un 25-30 %
de los cánceres humanos (7), numerosos autores apuntan a las CDKs como potenciales dianas
antitumorales por el indudable papel que cumplen en la regulación del ciclo celular (Fig. 1).
En los últimos años, se ha llevado a cabo una intensa búsqueda de nuevos agentes
quimioterápicos basados en el desarrollo de fármacos inhibidores de CDKs.
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-3-
3. CICLO CELULAR
La célula puede encontrarse en dos estados claramente diferenciados: el estado de división o
mitosis y el estado de no división o interfase. Cuando la célula se divide (8) entra en el llamado ciclo
celular, proceso ordenado y repetitivo en el tiempo en el que la célula proliferante crece y se divide en
dos células hijas. Puede considerarse como una sucesión continua de estados que se diferencian entre
sí en la cantidad de material genético existente en el núcleo de la célula (1).
Los acontecimientos más importantes dentro del ciclo celular son aquellos que tienen que ver con
la replicación del genoma y la segregación de los genomas replicados en las dos células hijas formadas
en la división, las cuales reciben idéntica información cromosómica (2). Estos mecanismos fundamentales
se han conservado invariables a través de la evolución y ocurren de la misma forma en todos los
organismos eucarióticos (9).
El ciclo celular consta de cuatro fases bien diferenciadas (Fig. 2): fase G1, fase S, fase G2 y fase
M, y su duración varía entre los diferentes tipos de células eucariotas. Después de la división, las células
vuelven a la fase G1, completando así el ciclo celular. Una vez en G1, las células pueden salir de este
estadío y entrar en otro de descanso (G0) o bien proseguir el ciclo celular. Se puede afirmar que la
>90% en cabeza y cuello
>90% en linfomas
>20% en melanomas
>70% en próstata
>90% en hígado
>70% en testículo y ovario
>80% en hueso (osteosarcoma)
>90% en otros sarcomas
>80% en hipófisis
>80% en gliomas y blastomas
>80% en mama
>90% en pulmó n
>80% en páncreas
>90% en gastrointestinal
>70% e n ve jiga
>80% en endometrio
>90% en médula ósea (leucemia)
Rb, D1, D3, INK4A, KIP1*
p130, CDK4 , D1* , INK4 A , KIP1 *
Rb, CDK6, D1, INK4A, 4B, D2, D6, E1*, KIP1*
P130 *, D1, p16 * , E1
Rb, CD K4, D1, I NK4B , 4A , p1 5, CD K2, E 1*, KIP1 *
Rb, D1, INK4A, E1, KIP1*
Rb*, CDK4, D1, INK4A, D2, E1*, KIP1*
Rb, CDK4, INK4A*, E1
CDK6, D1, INK4A, E1, KIP1*
KIP1*, E1, INK4A, CDK6, CDK4, Rb
KIP1 *, E1* , IN K4A, D1, C DK4 , p13 0, Rb
KIP1*, E1*, INK4B y 4A, D1, CDK4, p130*, Rb*
KIP1*, D3*, INK4A, D1 *
KIP1 *, E1 *, D2, CD K2, I NK4 A, D1 , CD K4
KIP1, E1, INK4B, INK4A D1, CDK4, Rb*
KIP1, E1, INK4A, D1*, CDK4, p130*, Rb*
KIP1* , E1* , IN K4A, D1, Rb *
CDK: Quinasas Dependientes de Ciclinas
KIP y INK: Inhibidores de Quinasas
E y D: Ciclinas D y E
Rb: Retinobl astoma
P130: Proteína 130
* : Alteraciones relevantes para el pronóstico del tumor
>90% en cabeza y cuello
>90% en linfomas
>20% en melanomas
>70% en próstata
>90% en hígado
>70% en testículo y ovario
>80% en hueso (osteosarcoma)
>90% en otros sarcomas
>80% en hipófisis
>80% en gliomas y blastomas
>80% en mama
>90% en pulmó n
>80% en páncreas
>90% en gastrointestinal
>70% e n ve jiga
>80% en endometrio
>90% en médula ósea (leucemia)
Rb, D1, D3, INK4A, KIP1*
p130, CDK4 , D1* , INK4 A , KIP1 *
Rb, CDK6, D1, INK4A, 4B, D2, D6, E1*, KIP1*
P130 *, D1, p16 * , E1
Rb, CD K4, D1, I NK4B , 4A , p1 5, CD K2, E 1*, KIP1 *
Rb, D1, INK4A, E1, KIP1*
Rb*, CDK4, D1, INK4A, D2, E1*, KIP1*
Rb, CDK4, INK4A*, E1
CDK6, D1, INK4A, E1, KIP1*
KIP1*, E1, INK4A, CDK6, CDK4, Rb
KIP1 *, E1* , IN K4A, D1, C DK4 , p13 0, Rb
KIP1*, E1*, INK4B y 4A, D1, CDK4, p130*, Rb*
KIP1*, D3*, INK4A, D1 *
KIP1 *, E1 *, D2, CD K2, I NK4 A, D1 , CD K4
KIP1, E1, INK4B, INK4A D1, CDK4, Rb*
KIP1, E1, INK4A, D1*, CDK4, p130*, Rb*
KIP1* , E1* , IN K4A, D1, Rb *
CDK: Quinasas Dependientes de Ciclinas
KIP y INK: Inhibidores de Quinasas
E y D: Ciclinas D y E
>90% en cabeza y cuello
>90% en linfomas
>20% en melanomas
>70% en próstata
>90% en hígado
>70% en testículo y ovario
>80% en hueso (osteosarcoma)
>90% en otros sarcomas
>80% en hipófisis
>80% en gliomas y blastomas
>80% en mama
>90% en pulmó n
>80% en páncreas
>90% en gastrointestinal
>70% e n ve jiga
>80% en endometrio
>90% en médula ósea (leucemia)
Rb, D1, D3, INK4A, KIP1*
p130, CDK4 , D1* , INK4 A , KIP1 *
Rb, CDK6, D1, INK4A, 4B, D2, D6, E1*, KIP1*
P130 *, D1, p16 * , E1
Rb, CD K4, D1, I NK4B , 4A , p1 5, CD K2, E 1*, KIP1 *
Rb, D1, INK4A, E1, KIP1*
Rb*, CDK4, D1, INK4A, D2, E1*, KIP1*
Rb, CDK4, INK4A*, E1
CDK6, D1, INK4A, E1, KIP1*
KIP1*, E1, INK4A, CDK6, CDK4, Rb
KIP1 *, E1* , IN K4A, D1, C DK4 , p13 0, Rb
KIP1*, E1*, INK4B y 4A, D1, CDK4, p130*, Rb*
KIP1*, D3*, INK4A, D1 *
KIP1 *, E1 *, D2, CD K2, I NK4 A, D1 , CD K4
KIP1, E1, INK4B, INK4A D1, CDK4, Rb*
KIP1, E1, INK4A, D1*, CDK4, p130*, Rb*
KIP1* , E1* , IN K4A, D1, Rb *
Rb, D1, D3, INK4A, KIP1*
p130, CDK4 , D1* , INK4 A , KIP1 *
Rb, CDK6, D1, INK4A, 4B, D2, D6, E1*, KIP1*
P130 *, D1, p16 * , E1
Rb, CD K4, D1, I NK4B , 4A , p1 5, CD K2, E 1*, KIP1 *
Rb, D1, INK4A, E1, KIP1*
Rb*, CDK4, D1, INK4A, D2, E1*, KIP1*
Rb, CDK4, INK4A*, E1
CDK6, D1, INK4A, E1, KIP1*
KIP1*, E1, INK4A, CDK6, CDK4, Rb
KIP1 *, E1* , IN K4A, D1, C DK4 , p13 0, Rb
KIP1*, E1*, INK4B y 4A, D1, CDK4, p130*, Rb*
KIP1*, D3*, INK4A, D1 *
KIP1 *, E1 *, D2, CD K2, I NK4 A, D1 , CD K4
KIP1, E1, INK4B, INK4A D1, CDK4, Rb*
KIP1, E1, INK4A, D1*, CDK4, p130*, Rb*
KIP1* , E1* , IN K4A, D1, Rb *
CDK: Quinasas Dependientes de Ciclinas
KIP y INK: Inhibidores de Quinasas
E y D: Ciclinas D y E
Rb: Retinobl astoma
P130: Proteína 130
* : Alteraciones relevantes para el pronóstico del tumor
Figura 1. Principales alteraciones observadas en los tumores humanos más comunes relacionadas con moléculas implicadas en
el control y desarrollo del ciclo celular.
Zulma Aragón Mamani et al.
-4-
formación de los dos genomas durante el ciclo celular ocurre a nivel molecular durante la fase S y a nivel
celular durante la mitosis. Para asegurar el correcto desarrollo del ciclo (10), es decir, que cada nueva
célula hija reciba un genoma completo, tanto el inicio y progresión de la fase S como la mitosis se
controlan exhaustivamente.
A continuación, se describen brevemente las diferentes fases del ciclo celular (Fig. 3a-b):
-Interfase, es la fase más larga del ciclo, ocupando casi el 95% del mismo. Transcurre entre dos
mitosis y comprende tres etapas:
a) Fase G1 (
Gap 1
): Esta primera fase del ciclo celular es el periodo que transcurre entre
el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis del ADN. En ella tiene lugar el crecimiento
celular y la síntesis de proteínas y ARN, doblando la célula su tamaño.
b) Fase S: En esta segunda fase del ciclo se duplica el material genético (replicación del
ADN). Al finalizar la fase S, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN
que al principio.
c) Fase G2 (
Gap 2
): En ella continúa el crecimiento celular y la duplicación de proteínas
y ARN, observándose cambios en la estructura celular, que indican el principio de la
división. Esta fase termina cuando los cromosomas empiezan a condensarse al inicio de
G1
SG2
M
G0
CICLO
CELULAR
G1
SG2
M
G0
CICLO
CELULAR
Figura 2. El ciclo celular consta de cuatro fases bien
diferenciadas: fase G1, fase S, fase G2 y fase M, además de
una fase G0 donde la célula no se divide. Su duración varía
entre los diferentes tipos de células eucariotas.
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
1Estas imágenes se encuentran ampliadas en la presentación adjunta a este documento también en www.biocancer.com
-5-
la mitosis.
d) Mitosis, corresponde a la fase M del ciclo celular. En esta fase la célula progenitora se
divide en dos células hijas. Este proceso se subdivide a su vez en cuatro fases: profase,
metafase, anafase, telofase (Fig. 4).
(1)
Figuras 3a y 3b. La entrada de la célula en el ciclo celular se produce cuando ésta recibe señales mitóticas como son los factores de crecimiento
entre otras que la hace pasar de G0 a G1. En ese momento se activa la expresión de ciclina D que se une a las CDKs (quinasas dependientes
de ciclina) 4 y 6 y de ciclina E que se une a CDK2, activándolas y produciendo la hiperfosforilación de la proteína de retinoblastoma pRb. Ésta
a su vez, libera al factor de transcripción E2F y provoca la transición de la fase G1 a la S. En este punto se haya lo que se conoce como punto
de restricción (R) que es el punto a partir del cual la división celular progresa independientemente de las señales mitóticas o antimitóticas que
la célula reciba. En la fase S las ciclinas D y E se degradan por ubiquitinación y comienza la expresión de ciclina A que se une a CDK2. En
esta fase S, el factor E2F libre se une a otro factor de transcripción, DP1, activando la maquinaria trascripcional y empezando así la replicación
del ADN hasta lograr la duplicación del material genético en esta fase. Cuando esto ocurre el complejo CDK2/ciclina A inactiva a E2F y la
replicación se detiene. A medida que la fase S acaba y se pasa a G2, la célula se prepara para entran en mitosis y eleva la expresión de ciclina
A y B. La ciclina A se une en principio a CDK1 que se encuentra en el citoplasma pero cuando los niveles de ciclina B son lo suficientemente
elevados, desplaza a la ciclina A en su unión a CDK1 y el complejo CDK1/ciclina B entra en el núcleo, teniendo lugar el comienzo de la fase
M. La CDK1 se haya regulada por un lado por la fosfatasa cdc25 y por el otro por la quinasa Wee1 y por el complejo CDK7/ciclina H los cuales
fosforilan o desfosforilan a CDK1 controlando así la formación del complejo con la ciclina correspondiente. Durante esta fase se produce la
mitosis propiamente dicha con la separación de los cromosomas en las dos células hijas. Para que esto tenga lugar es fundamental la
degradación por ubiquitinación de la ciclina B sin la cual el ciclo no continúa.
Tanto la expresión de las ciclinas como la formación y función de los complejos CDK/ciclina se hallan regulados por dos grandes familias de
proteínas que son capaces de inhibir ya sea a las CDKs propiamente dichas (familia INK4) o a los complejos CDK/ciclina (familia CIP/KIP).
Además de estos inhibidores, en el ciclo celular existen puntos de control o checkpoints que se activan cuando se detecta daño en el ADN
(ATM/ATR) que a su vez activan las quinasas efectoras (CHK1 y CHK2) y detienen el ciclo celular hasta que el daño es reparado. Para ello,
activan a su vez a p53, que es la encargada de poner en marcha las rutas de reparación y, si ésta no es posible, la apoptosis.
4. REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR
La progresión del ciclo celular en los organismos eucariotas esta regulada por la formación
secuencial y la activación e inactivación de un conjunto de moléculas. Estas moléculas implican a dos
grandes familias de proteínas que son las quinasas dependientes de ciclina (CDKs) (11) y las ciclinas (12)
(Fig. 5). Las ciclinas (proteínas que sólo se expresan en el ciclo celular) activan a las CDKs uniéndose a
Zulma Aragón Mamani et al.
-6-
ellas. Las CDKs, una vez activadas, fosforilan a proteínas implicadas en procesos del ciclo celular tales
como la síntesis de ADN y la mitosis. En cada fase del ciclo se produce la aparición y activación de
complejos CDK/ciclina, que actúan sobre sustratos específicos (11) (Fig. 6).
Además de esta serie de reguladores positivos del ciclo celular (CDKs y ciclinas), existe una
familia de reguladores negativos denominados inhibidores de las CDKs (CDKIs) que bloquean la actividad
de uno o varios complejos CDK/ciclina, así como las CDKs propiamente dichas (13,14).
En el ciclo celular también existen puntos de control que aseguran la fidelidad de la replicación
y segregación del genoma (15,16).
4..1 Regulación positiva del ciclo celular:
- Ciclinas
Las ciclinas son proteínas sintetizadas durante la interfase y destruidas al final de la
mitosis de cada ciclo. Actúan como reguladoras de la actividad enzimática de las CDKs y su concentración
Ciclo Celular: Proceso de Transformación del Cromosoma
Figura 4. El ciclo celular consta de dos procesos principales. Uno de crecimiento, donde la célula aumenta de tamaño, que se
produce durante las fases G1 y G2 del ciclo, y otro de síntesis de ADN, donde la célula duplica su material genético. La duplicación
del material genético comienza en la fase S donde se replica el ADN, el cual, en G2, se condensa formando cromátidas. Estas
cromátidas se siguen condensando durante la fase M del ciclo para formar los cromosomas (profase y metafase). En anafase se
produce la segregación de los mismos entre las dos células hijas y en la telofase se vuelven a desenrollar para quedar de nuevo en
forma de cromatina.
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-7-
varía a lo largo de las diferentes fases del ciclo celular (17) (Fig. 7).
Se han descrito diversos tipos de ciclinas: A, B1-B3, C, D1-D3, E, F, G, H, I, K, L1-L2 y T1-T2.
Todas ellas contienen un dominio relativamente conservado responsable de su unión a las CDKs (18)
(Tabla 1).
Las ciclinas C, D y E
funcionan durante la fase G1 y en la
transición de G1-S. Las A y B son
ciclinas mitóticas que permanecen
estables durante la interfase, pero
son rápidamente proteolizadas
durante la mitosis (17,18).
Actualmente se dispone de poca
información sobre las recientemente
descritas ciclinas F y G. Parece ser
que la ciclina F actúa en la transición
G2/M mientras que la G actúa en
respuesta al daño del ADN (19,20).
La ciclina H se une a CDK7 y
este complejo activa a su vez a la
proteína quinasa activante
dependiente de ciclina (CAK) que
está implicada en la activación de
CDK218.
- Quinasas dependientes de ciclina (CDKs)
Las CDKs son moléculas heterodiméricas cuya función es fosforilar residuos de serina y
treonina de proteínas reguladoras específicas. Estos procesos se llevan a cabo cuando las CDKs están
activadas por las correspondientes ciclinas.
Hasta el momento hay descritas doce quinasas dependientes de ciclina: CDK1, CDK2, CDK3,
CDK4, CDK5, CDK6, CDK7, CDK8, CDK9, CDK10, CDK11 y CDK12 (Tabla 1) (18-21).
CDK4 y CDK6 forman complejos con las ciclinas D y funcionan durante la transición G0/G1,
fosforilando a la proteína del retinoblastoma (Rb) y activando así la expresión de genes necesarios para
la entrada en la fase S (22).
G1
SG2
M
G0
CDK4
CDK4
Cic.D
Cic.D
CDK6
CDK6
Cic.D
Cic.D
CDK2
CDK2
Cic.E
Cic.E
CDK2
CDK2
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.B
Cic.B
CICLO
CELULAR
B
B
Ci
Ci
CDK1
CDK1
G1
SG2
M
G0
CDK4
CDK4
Cic.D
Cic.D
CDK4
CDK4
CDK4
CDK4
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK6
CDK6
Cic.D
Cic.D
CDK6
CDK6
CDK6
CDK6
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK2
CDK2
Cic.E
Cic.E
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.E
Cic.E
Cic.E
Cic.E
CDK2
CDK2
Cic.A
Cic.A
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.B
Cic.B
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.B
Cic.B
Cic.B
Cic.B
CICLO
CELULAR
B
B
Ci
Ci
B
B
B
B
Ci
Ci
Ci
Ci
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
G1
SG2
M
G0
CDK4
CDK4
Cic.D
Cic.D
CDK4
CDK4
CDK4
CDK4
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK6
CDK6
Cic.D
Cic.D
CDK6
CDK6
CDK6
CDK6
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK2
CDK2
Cic.E
Cic.E
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.E
Cic.E
Cic.E
Cic.E
CDK2
CDK2
Cic.A
Cic.A
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
Cic.B
Cic.B
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.B
Cic.B
Cic.B
Cic.B
CICLO
CELULAR
B
B
Ci
Ci
B
B
B
B
Ci
Ci
Ci
Ci
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
G1
SG2
M
G0
CDK4
CDK4
CDK4
CDK4
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK4
CDK4
CDK4
CDK4
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK6
CDK6
CDK6
CDK6
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK6
CDK6
CDK6
CDK6
Cic.D
Cic.D
Cic.D
Cic.D
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.E
Cic.E
Cic.E
Cic.E
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.E
Cic.E
Cic.E
Cic.E
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK2
CDK2
CDK2
CDK2
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.A
Cic.A
Cic.A
Cic.A
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.B
Cic.B
Cic.B
Cic.B
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Cic.B
Cic.B
Cic.B
Cic.B
CICLO
CELULAR
B
B
B
B
Ci
Ci
Ci
Ci
B
B
B
B
Ci
Ci
Ci
Ci
CDK1
CDK1
CDK1
CDK1
Figura 5. La progresión del ciclo celular en los organismos eucariotas está regulada
por la formación secuencial y la activación e inactivación de un conjunto de
moléculas. Estas moléculas implican a dos grandes familias de proteínas que son las
quinasas dependientes de ciclina (CDKs) y las ciclinas. En cada fase del ciclo se
produce la aparición y activación de complejos CDK/ciclina, que actúan sobre
sustratos específicos, activándolos o inhibiéndolos y haciendo así que el ciclo
progrese a través de sus diferentes etapas.
Zulma Aragón Mamani et al.
-8-
CDK2 puede unirse también a las ciclinas D, pero más comúnmente se asocia con las ciclinas A
y E, interviniendo en el inicio de la fase S mediante el control de la síntesis de ADN (23).
CDK1 se une a las ciclinas mitóticas A y B, siendo los complejos CDK1/ciclina B los más
importantes. Son rápidamente activados durante la mitosis y se asocian al huso mitótico en la metafase.
La ciclina B se degrada en la transición de metafase a anafase causando la inactivación de CDK124. Sin
embargo, no todas las ciclinas y CDKs funcionan como reguladoras del ciclo celular. Entre otras funciones
descritas para ellas, se encuentran la regulación de la transcripción, la reparación del ADN, la
diferenciación y la apoptosis. Por ejemplo, se sabe que los complejos CDK7/ciclina H, CDK8/ciclina C,
CDK9/ciclina K y CDK9/ciclina T, son componentes de la maquinaria basal de transcripción (18).
4.2 Regulación negativa del ciclo celular:
-Inhibidores de las quinasas dependientes de ciclina (CDKIs)
Estas proteínas inhibidoras de las CDKs están implicadas en la parada del ciclo celular
en respuesta a varias señales antiproliferativas, como pueden ser la privación de factores de crecimiento,
citoquinas, daño en el ADN, etc. En células animales se dividen en dos familias: la CIP/KIP y la INK4, que
difieren en estructura, mecanismo de acción y especificidad (25).
La familia CIP/KIP incluye tres proteínas estructuralmente relacionadas entre sí: p21, p27 y p57,
y presenta una especificidad más amplia que la familia INK4, ya que sus miembros interactúan e inhiben
la actividad quinasa de los complejos CDK2/ciclina E, CDK4/ciclina D, CDK6/ciclina D, CDK2/ciclina A y
CDK1/ciclina B (25).
Ciclina E
Ciclina D
Ciclina A
Ciclina B
Ciclina A
G0
S
G1
G2 M
Ciclina E
Ciclina D
Ciclina A
Ciclina B
Ciclina A
G0
S
G1
G2 M
Figura 7. Las ciclinas son proteínas sintetizadas durante
la interfase y destruidas al final de la mitosis de cada
ciclo. Actúan como reguladoras de la actividad
enzimática de las CDKs (quinasas dependientes de
ciclinas) y su concentración varía a lo largo de las
diferentes fases del ciclo celular, siendo sintetizas y
destruidas según se desarrolla el ciclo.
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-9-
La p21 bloquea el ciclo celular en la transición G1/S, uniéndose a los complejos CDK4/ciclina D
y CDK2/ciclina E, responsables de dicha transición. Esta parada del ciclo celular permite a la célula reparar
el ADN dañado antes de replicarse. Cuando se daña el ADN, se provoca un incremento de la
concentración y de la actividad de la proteína p53. Cuando se activa p53 se estimula la traducción de p21
(25,26).
La p27 regula señales inhibidoras del crecimiento y la inhibición por contacto (26).
La p57, a diferencia de la expresión ubicua de las proteínas p21 y p27, tiene una ruta de
expresión tejido-específica, lo que sugiere un papel especializado en el control del ciclo celular (26).
La familia INK4 incluye cinco proteínas: p14, p15, p16, p18 y p19. A diferencia de las proteínas
Sím bolo
Principales
ciclinas
activadoras (otras
ciclinas)
Otras interacciones
proteicas Sustratos Función celular
CDK1
(Cdc2,
Cdc28)
A1, A2, B1, B2 (E,
B3) Cks
Actopaxina, Poliposis adenomatosa, Anfifisina 1, APC,
BARD1, BRCA2, Caldesmon, Cdc7, Cdc20, Cdc25A,
Cdc25C, Cdh1, Cdk7, C/EBPß, CKll, Dynein,
Dystrophin, EF-1, Eg5, EGFR, FANCG, Fos, GFAP,
GM130, GRASP65, Histona H1, hHR6A, HMG-I(Y),
IFAP300, KRC, Laminas A, B y C, Receptor de Lamina
B, Lats1, MAP1B, MAP4, Marcks, MCM2, MCM4,
MKLP1, Myb, NBP60, Neurofilamento H, NF-I, Nir2,
Npm, NPC, Nucleolina, Nucks, Numatrina, Orc1, p18,
p47, p53, p54NRB, PAP, Plectina, PP1-12, pRb, R2,
Rab4, Rap1GAP, RCC1, Rlla, S6K1, Sam68, Separasa,
Ski, Survivina, mSTI1, Tau, vicentina, quinasa timidina.
Ciclo celular (paso
de G2 a M)
CDK2 A1, A2, E1, E2
(D1, D2, B1, B3)
BARD1, B-Myb, BRCA1, BRCA2, CBP/p300, Cdc6,
Cdc7, Cdk7, Cdt1, C/EBPß, DP1, hHR6A, HIRA, Ku70,
Marcks, MCM2, MCM4, MyoD, NPAT, Npm, p107,
p21Cip1, p27Kip1, p53, pRb, R2, quinasa timidina. RPA,
Smad3.
Ciclo celular (paso
de G1 a S)
CDK3 E1, E2, A1, A2, C E2F/DP Cables1 Ciclo celular (pas o
de G0 a G1 a S)
CDK4
(PSK-J3) D1, D2, D3 MyoD Cdt1, Marcks, p107, p130, pRb, Smad3, Ciclo celular (paso
de G1 a S)
CDK5 p35, p39 (D, E, G) Anfifisina 1, Cables, Disabled1, Doublecortin, Munc18,
Nudel, p53, Pctaire1, inhibidor de la proteína fosfatasa1,
PSD-95, Stat3, mSd3, sinapsinil, tirosina hidroxilasa.
Senescencia,
neuronas
postmitóticas.
CDK6 D1, D2, D3 p107, p130, pRb Ciclo celular (paso
de G1 a S)
CDK7
(MO15,
CAK,
STK1)
H Cdk1-Cdk6, p53, RAR?, RNA polimerasa II Activación de la
CDK,
transcripción
CDK8
(K35) C(K?) RNA polimerasa II Transcripción
CDK9 T1,T2, K pRb, RNA polimerasa II Transcripción
CDK10 Desconocidos Ets2 Desconocidos Transcripción,
ciclo celular (paso
de G2 a M)
CDK11
(Cdc2L1,
Cdc2L2) L1, L2 (D)
14-3-3, 9G8, CK2,
elF3, RanBPM,
RNPS1, RNA
polimerasa II
9G8, Ciclina L Transcripción,
ciclo celular (M)
CDK12 L1, L2 Ciclina L Procesamiento del
ARN
Tabla 1. Familia de CDKs en mamíferos. En esta Tabla se muestra las CDKs que se conocen actualmente en
mamíferos, las ciclinas a las que se unen y los sustratos sobre los que actúan, así como los efectos que produce
la activación de dichos sustratos.
Zulma Aragón Mamani et al.
-10-
de la familia CIP/KIP, que se unen a complejos CDK/ciclina, la familia INK4 se une sólo a CDK en el sitio
de unión de las ciclinas e inhiben específicamente CDK4 y CDK6, implicadas en el control de la fase G1
(26) (Figs. 3a-b).
Aparte de los inhibidores de quinasas dependientes de ciclina, existen otros reguladores negativos
del ciclo celular que son los formados por los productos de los genes supresores de tumores p53 y Rb
que pueden interactuar y modular las actividades de los complejos CDK/ciclina (27).
-Puntos de Control
Existen tres puntos de control, o
checkpoints
, que verifican el correcto desarrollo del ciclo
celular en sus diferentes fases. Estos puntos de control se pueden englobar de la siguiente manera (Fig.
8):
- Punto de control de ADN no replicado, localizado en la entrada de fase M. Actúa inhibiendo a
Cdc25, que es un activador de la CDK1/Ciclina A-B (28).
- Punto de control de la separación de cromosomas al final de la mitosis, localizado en la metafase,
que comprueba el alineamiento correcto de los cromosomas en el huso mitótico antes de permitir
que tenga lugar la mitosis propiamente dicha. En el caso de que este alineamiento fuera
incorrecto, se impediría la degradación de la ciclina B por ubiquitinación (29).
- Puntos de control del daño del ADN, localizados en G1, S y G2. El daño celular activa a p53,
proteína implicada en la reparación del ADN, que detiene el ciclo promoviendo la transcripción
de p21, y, en caso de que todo falle, induce la apoptosis (30).
5. QUINASAS DEPENDIENTES DE CICLINA Y CÁNCER
Evidencias científicas como que estas quinasas se hallen frecuentemente alteradas en muchos
tipos de tumores humanos, así como que los genes que las codifican actúen como oncogenes, avalan el
gran interés de las CDKs y las ciclinas para el tratamiento del cáncer (27,31).
Como se ha visto, la regulación del ciclo celular resulta esencial tanto en los procesos de
proliferación y crecimiento celular como en la división posterior a los daños producidos en el ADN
(31,32,33). Las CDKs, por ser protagonistas de estos procesos, son consideradas primordiales en la
elaboración de estrategias terapéuticas antitumorales.
Sin embargo, el interés reciente por el papel que desempeñan las ciclinas y las CDKs en la
regulación de la transcripción ha llevado a los científicos a considerar estas moléculas no sólo como
dianas terapéuticas que influyen en el ciclo celular sino también en la propia expresión de los genes
(32,33).
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-11-
5.1 Influencia de la actividad CDK en la inestabilidad genómica
Mutaciones genéticas pueden permitir la sobreexpresión de ciclinas y CDKs. Asimismo,
los inhibidores de CDK se pueden encontrar a menudo mutados, eliminados o silenciados en tumores,
provocando la pérdida de funcionalidad de estos elementos en células cancerígenas, permitiendo su
desarrollo y proliferación descontrolada (34,35,36).
Por otra parte, durante la
tumorogénesis las células neoplásicas
adquieren una serie de mutaciones genéticas
que, al contrario de las células normales, les
permiten escapar de la inhibición del ciclo
celular y de la apoptosis, confiriéndoles una
ventaja proliferativa adicional31 además de
una capacidad invasiva que las células
normales no poseen. Esta capacidad
proliferativa puede deberse a la pérdida de
puntos de control (checkpoints) en el ciclo
celular, a la inactivación de los CDKIs, a la
sobreexpresión de ciclinas y CDKs o a una
combinación de todos estos factores (33).
Un claro ejemplo de esto es el gen
que codifica a p16, un inhibidor del tipo INK4
especialmente sensible al silenciamiento
epigenético, inducido por hipermetilación de
su región promotora. Esto da lugar a la
inhibición de la transcripción y pérdida de la
expresión del gen, dando como resultado una
proliferación descontrolada. Por consiguiente,
la pérdida de la función de p16 se ha asociado a multitud de malignizaciones incluyendo melanoma,
pulmón, pecho, y tumores colorrectales (33,37). Del mismo modo, la sobreexpresión de ciclina D1 se ha
asociado con el desarrollo y progreso de cáncer de mama (33,38).
A pesar de que la inestabilidad genómica es un rasgo común en tumores humanos, los
mecanismos por los que ésta se produce no son muy conocidos31. Sin embargo, evidencias recientes
sugieren que el daño al ADN podría estar extendido en estados pre-neoplásicos tempranos, siendo la
desregulación de la actividad CDK una de las causas que lo provocan (31).
Asimismo, una actividad CDK aumentada podría reducir los controles en la replicación del ADN,
conducir esta replicación, o mediar la sobreexpresión de las proteínas checkpoint, induciendo retrasos
G1
SG2
M
G0
CICLO
CELULAR
G1
SG2
M
G0
CICLO
CELULAR
G1
SG2
M
G0
CICLO
CELULAR
G1
SG2
M
G0
CICLO
CELULAR
Figura 8. En el ciclo celular existen diversos puntos de control (checkpoints)
que verifican el desarrollo del mismo en sus diferentes fases. Estos puntos
verifican la correcta finalización de cada etapa del ciclo antes de dejar que
comience la siguiente. Se pueden englobar en tres tipos diferentes según la
función reguladora que ejerzan: puntos de control de daño al ADN (naranja),
puntos de control de ADN no replicado (azul) y punto de control de la
separación cromosómica (violeta).
Zulma Aragón Mamani et al.
-12-
letales en el ciclo celular (31). A la inversa, la inhibición de la actividad CDK podría comprometer la
eficiencia de la replicación, la expresión de las proteínas checkpoint, o la activación de las proteínas
reparadoras de ADN31. Estas funciones vitales señalan el impacto de la actividad CDK en la estabilidad
del genoma (31).
La desregulación de la actividad CDK en cáncer ha hecho de ésta una diana para el desarrollo
de pequeñas moléculas inhibidoras de CDKs para el tratamiento de esta enfermedad. Sin embargo, esta
estrategia terapéutica se ha visto complicada por dos factores:
- la similitud estructural de las CDKs, que hace difícil conseguir inhibidores específicos
- el que algunas de ellas ejercen funciones que no están relacionados directamente con el ciclo
celular (CDK 5, 7, 8 y 9) (18,34) (Tabla 1).
Además, actualmente existen evidencias de que las CDKs, consideradas esenciales para el
desarrollo del ciclo celular, podrían no ser realmente imprescindibles. Un ejemplo de esto es CDK2
ARN
Pol II
M
M
M
HOOC-
HOOC-
HOOC-
ARN
Pol II
M
M
M
HOOC-
HOOC-
P
P
P
P
M
MM
Ciclina H
CDK7
P
Ciclina H
CDK7
Ciclina H
CDK7
P
Ciclina H
CDK7
Ciclina H
CDK7
Ciclina T
CDK9
P
Ciclina T
CDK9
Ciclina T
CDK9
P
CTD
MMaquinaria
transcripcional
CTD Dominio Carboxi-terminal
ARN Pol II ARN Polimerasa II
Comienzo de la transcripción
Figura 9. Una vez formada la maquinaria transcripcional, el complejo CDK7/ciclina H fosforila
parcialmente el dominio carboxi-terminal de la ARN Polimerasa II, y promueve el inicio de la
transcripción de la nueva molécula deA RN. Posteriormente, nuevas fosforilaciones llevadas a cabo por
el complejo CDK9/ciclina T producen la elongación de la misma.
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-13-
(16,34,39). Estudios con ratones
knock-out
sugieren que esta quinasa no es esencial para la división
mitótica de la célula (34,39). La inhibición de CDK2 demuestra que ésta no es indispensable para la
progresión celular en cáncer y que por tanto no es una diana terapéutica adecuada (34,39). Una
explicación de estos resultados es la existencia de una redundancia de CDKs en la célula, de manera que
cuando CDK2 no esta disponible, la ciclina E podría combinarse con otra CDK (31,34).
En vista de estos datos, los esfuerzos actuales se encaminan al diseño de pequeñas moléculas
que sean capaces de ejercer una inhibición altamente selectiva sobre una o unas CDKs específicas frente
a las otras.
5.2 Influencia de la actividad CDK en la regulación de la transcripción
Numerosos trabajos científicos indican que las células tumorales parecen ser
especialmente sensibles a la inhibición de ARN polimerasa II (ARN pol II) (33,40,41,42). a ARN pol II es
una de las tres ARN polimerasas encargadas de llevar a cabo la transcripción del ADN, y su función en
este proceso puede verse afectada por la fosforilación de su dominio C-terminal (CTD) realizada por las
CDK 1, 7, 8 ó 9 (33,40,41,43). En concreto, CDK7/ciclina H y CDK9/ciclina T fosforilan el CTD de la ARN
pol II para controlar de manera eficiente la elongación trascripcional (Fig. 9). Los complejos CDK1/ciclina
B y CDK8/ciclina C también fosforilan el CTD de ARN pol II, dando como resultado la supresión de la
producción de ARNm durante la mitosis e impidiendo el inicio de la transcripción (33,40,41).
A la luz de estos hechos, el desarrollo de inhibidores de CDK en la terapia antitumoral se ha
convertido en los últimos años en uno de los principales focos de atención para la búsqueda de nuevos
fármacos en el tratamiento del cáncer.
En vista de lo descrito anteriormente, numerosos investigadores están llevando a cabo un intenso
trabajo con el fin de desarrollar inhibidores de CDKs capaces de inhibir directamente la subunidad de CDK
o bien de actuar sobre las moléculas encargadas de regular la acción de las mismas.
Muchas de estas moléculas se encuentran en fase clínica.
6. DESARROLLO DE INHIBIDORES DE CDKs
La primera generación de inhibidores de CDKs eran moléculas que poseían una amplia actividad
anti-CDK pero no presentaban selectividad sobre ellas (ejemplos importantes son flavopiridol, roscovitina,
UCN-01) (44).
Posteriormente, una vez que se consiguió resolver la estructura cristalina de CDK2, los esfuerzos
se centraron en la obtención de inhibidores específicos de esta quinasa, lo cual tuvo un éxito moderado
ya que la similitud estructural que poseen las CDKs entre sí hizo que la selectividad de estos fármacos
fuera limitada. En los últimos años, y a la luz de recientes descubrimientos sobre el funcionamiento y la
regulación del ciclo celular, se ha visto que la inhibición de CDK2 realmente no es útil para lograr la acción
terapéutica buscada, es decir, detener la capacidad proliferativa de la célula tumoral y/o lograr su muerte.
Zulma Aragón Mamani et al.
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Debido a esto, los esfuerzos actuales se encaminan a lograr fármacos que inhiban específicamente a
CDKs que sean fundamentales para el avance del ciclo celular, como son CDK1, CDK4 y CDK6, sin las
cuales el ciclo celular se detiene. Asimismo, los propios
checkpoints
del ciclo (CHK1 y CHK2) son también
dianas apropiadas ya que su ausencia provoca una mitosis prematura de la célula que lleva a la
apoptosis.
A continuación se describen brevemente los inhibidores, tanto clásicos como más actuales, que
se hallan hoy en día en fase clínica, ya sea como fármaco único o en terapia combinada con citostáticos.
Debido al gran número de moléculas de este tipo que se han desarrollado, sólo se hablará aquí de las que
se han considerado más importantes atendiendo a su efectividad o selectividad, así como de los datos
disponibles en la bibliografía sobre sus efectos o mecanismos de acción (Tabla 2).
6.1 Inhibidores de CDKs
- Flavopiridol (45-48,50)
Uno de los primeros fármacos que se usaron para inhibir las CDKs fue el Flavopiridol
(FLAV), una flavona semisintética, que presenta una gran actividad como inhibidor de CDKs
aunque no presenta ninguna selectividad (de hecho se le ha llamado el inhibidor pan-CDK) ya
que el FLAV es capaz de inhibir a diferentes CDKs según el punto del ciclo celular en que se halle
la célula. Dependiendo de la CDK que inhiba, el FLAV produce diferentes efectos en la progresión
del ciclo y de la vida de la célula, los cuales se detallan a continuación:
1. Inhibición de CDK4/ciclina D y CDK6/ciclina D:
a. Inhibición de la fosforilación de proteínas del retinoblastoma como pRb, p107
y p130, lo que induce la unión a sus moléculas complementarias e inhibe su
actividad trascripcional.
b. Inhibición de la activación del factor de transcripción E2F.
c. Detención del ciclo celular en G1.
2. Inhibición de CDK2/ciclina E y CDK2/ciclina A:
a. Inhibición de posteriores fosforilaciones de pRb, p107 y p130.
b. Inhibición de la activación de E2F.
c. Retraso de la progresión del ciclo celular a través de la fase S y acumulación en
G1 y G2.
3. Inhibición de CDK1/ciclina A y CDK1/ciclina B:
a. Inhibición de la activación de los activadores de topoisomerasa, de los
proteoglicanos laminares de la proteína histona 1 y de la condensación de la
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-15-
cromatina.
b. Retraso del ciclo celular en la fase S y acumulación en la fase G2.
4. Inhibición de CDK7/ciclina H:
a. Reducida activación de otras CDKs (CDK4/ciclina D y CDK1/ciclina B).
b. Reducida activación de la ARN-polimerasa.
Además de la CDK7, otras CDKs como la CDK8 y la CDK9 se sabe que participan en el
control de la transcripción y activación de la ARN-polimerasa. La inhibición de estas CDKs por
FLAV puede alterar la expresión de la ciclinas D1 y D3.
FLAV también parece interferir en la desregulación que sufre el control del ciclo celular
ya sea debido a la pérdida de proteínas proapoptóticas o por la ganancia de función de proteínas
que inhiben la apoptosis mediante la inhibición de las CDKs, lo cual reduce o bloquea la función
antiapoptótica de las proteínas promotoras del ciclo celular. Esto permite que los antagonistas
de dichas proteínas (pRb, p107 y p130) inhiban la proliferación celular y/o induzcan la apoptosis.
FLAV actúa sobre estas proteínas inhibiendo la fosforilación de su sitio activo, lo que las
lleva a unirse (e inactivarse) a las ciclinas D, E y A, a factores de transcripción como E2F y a
proteínas nucleares. Esto inhibe a su vez moléculas supresoras de oncogenes como p53. La
inhibición de todas estas proteínas conduce a la apoptosis. Además, la inhibición de CDK2/ciclina
A por FLAV impide la fosforilación y consecuente activación de E2F en la fase S tardía lo que
puede conducir también a apoptosis.
En contraste con las células tumorales, las células normales muestran una sensibilidad
variable al FLAV, siendo los linfocitos los más sensibles a él.
Sin embargo, a pesar del efecto antiproliferativo del FLAV no hay evidencias de que éste
sea más selectivo para células transformadas que para las normales pero sí son más sensibles
las células con las ciclinas transformadas, especialmente aquellas que se encuentran en la fase
S de su ciclo celular ya que uno de los mecanismos de acción de FLAV que se proponen es la
inhibición de CDK2/ciclina A, impidiendo así que active a E2F.
- R-Roscovitina: CYC202 (16, 47, 48)
R-roscovitina (R-ROS) es una aminopurina análogo sintético de la olomoucina que fue
encontrada en un cribado de inhibidores de CDK1/ciclina B. R-ROS es un potente
inhibidor de CDK1/ ciclina B, CDK2 y CDK5. Es 7 veces más potente inhibiendo CDK2/
ciclina E, 2 veces más potente inhibiendo CDK2/ ciclina A y 4 veces menos potente
inhibiendo CDK1/ ciclina B1 que el racémico. R-ROS, al igual que FLAV, suprime la
transcripción de los genes que inhiben la apoptosis y se asocia con la pérdida de ciclina
Zulma Aragón Mamani et al.
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D1, inhibición de la fosforilación de pRb y activación de la ruta de la proteína quinasa
mitogénica-activada (MAP). Se encuentra en estudios de fase clínica I.
- UCN-01: 7-hidroxiestaurosporina (33, 34, 47, 48, 50)
Es un análogo de la estaurosporina que posee varios efectos sobre el ciclo celular. Se
asocia con la detención del ciclo celular en G1/S, inducción de p21CIP/WAF1,
desfosforilación de CDK2 y por tanto, desfosforilación de pRb. Cuando pRb está
hipofosforilada permanece unido a E2F-1 con lo que el ciclo no progresa de la fase S.
También causa degradación de E2F-1 por ubiquitinación y posterior degradación del
proteosoma. Además, inactiva el checkpoint de G2, inhibiendo Chk1, que está envuelta
en la regulación de las proteínas cdc25C y 14-3-3, implicadas en respuestas por daño al
ADN. 14-3-3 se une a cdc25C y hace que esta fosfatasa no pueda entrar en el núcleo y
desfosforilar a CDK1, activando así el complejo cdc2/ciclina B y permitiendo que el ciclo
celular progrese hacia la mitosis. También inhibe Chk2 que está implicada en la
regulación de la fosforilación de cdc25C.
- Briostatina 1 (33, 34)
La briostatina-1 (BRIO-1) es una macrolactona (1ª de 20) con un esqueleto poliacetilado
cuyo único mecanismo de acción es ser un potente activador de PKC (proteína quinasa
C). BRIO-1 afecta a ciertas proteínas reguladoras del ciclo celular aunque los efectos
resultantes de apoptosis no son consistentes. BRIO-1 produce inducción de p21, lo que
desfosforila a CDK2 y la inactiva. El grado de inactivación de CDK2 se correlaciona con
la inhibición del crecimiento del tumor. También reduce la expresión de ciclina B. El
efecto global de BRIO-1 es la detención del ciclo celular en G2.
- BMS-387032 (33, 47)
Es un análogo de N-acil-2-aminotiazol. Inhibe a CDK2/ciclina E y presenta una moderada
selectividad para CDK2 frente a CDK1 y CDK4. Ha demostrado ser capaz de detener el
ciclo celular e inducir la apoptosis en un amplio rango de líneas celulares tumorales.
- E7070 (33)
Es un derivado sintético de cloro-indolil-amida que presenta múltiples efectos sobre el
ciclo celular, incluyendo la inhibición de CDK2. Sus efectos son la detención del ciclo
celular en G1/S, la hipofosforilación de pRb y un descenso en la expresión de las ciclinas
A y B1.
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-17-
- PD 0332991 (33, 34)
Este compuesto ha sido el primero que ha dado pruebas evidentes de ser un inhibidor
altamente selectivo para CDK4/6 y presenta potencial suficiente para convertirse en un
agente terapéutico único. Su selectividad sobre CDK4/6 es más de 100 veces superior
que sobre las CDKs 1, 2 y 5 y más de 1000 veces superior que sobre otras quinasas. Su
efecto sobre células tumorales es la detención del ciclo celular de éstas exclusivamente
en G1, inhibiendo a un amplio rango de líneas celulares de tumores sólidos Rb-positivos.
- Pirazolopirimidonas (34, 49)
Este tipo de compuestos, representado aquí por el Compuesto 1 (Tabla 2), ha
demostrado poseer actividad contra CDK1, CDK2 y CDK4. Tienen efectos
antiproliferativos en líneas celulares independientemente del estado de su pRb o p53.
- Tiazolopirimidinas (34)
Estos compuestos (Compuesto 2, Tabla 2) presentan, al igual que el FLAV, un amplio
espectro de inhibición de CDKs ya que inactivan a CDK1, CDK2, CDK4, CDK7, CDK8 y
CDK9, lo que produce una hipofosforilación de la proteína Rb. Su efecto es, por tanto,
la detención del ciclo celular en G1/S temprano. Sin embargo, existe una pobre
correlación entre la actividad antiproliferativa de estas moléculas y su actividad
enzimática in vitro.
- Pirazolopiridinas (34)
Tanto SQ-67563 como BMS265246 (Tabla 2) son inhibidores selectivos de CDK1 y
CDK2. Son equipotentes con respecto a estas dos CDKs frente a CDK4 (de 22 a 250
veces menos potentes sobre ésta). SQ-67563 provoca la detención del ciclo celular en
G2/M (indicativo de que está inhibiendo CDK1) y también provoca apoptosis en ciertas
líneas celulares. Sobre BMS265246, a pesar de que parece ser más potente que
SQ-67563, todavía no se tienen datos farmacológicos concretos.
- BMI-1026 (34)
Esta bis(aminopirimidina) inhibe con igual efectividad a CDK1, CDK2 y CDK5 pero
presenta una alta selectividad (1000 veces superior) sobre otros reguladores mitóticos
(proteína quinasa C, aurora A, etc.). Sus efectos son detención del ciclo celular en G2/M
y apoptosis parcial de las células tumorales. Esto parece indicar que este compuesto
presenta una mayor inhibición sobre CDK1, lo que le confiere un buen potencial como
posible inhibidor selectivo de CDK1.
Zulma Aragón Mamani et al.
-18-
- SU9516 (34, 50)
Este compuesto es un miembro de los inhibidores de quinasas de la familia del oxindol
que ha dado lugar a varios compuestos que presentan inhibición selectiva de CDKs
(CDK1 y CDK2). En el caso concreto del Compuesto 3 (Tabla 2), aunque todavía no se
conocen datos sobre su selectividad, existen indicios que apuntan a que presenta una
potente inhibición sobre CDK2 ya que provoca la detención del ciclo celular en G1 y G2
en ciertas líneas tumorales.
- Aloisina A (34)
Las aloisinas son un conjunto de pirrolopirazinas sintéticas que se han identificado
recientemente mediante cribado como inhibidores de CDK1, CDK2 y CDK5. Las aloisinas
provocan una detención del ciclo celular tanto en G0/G1 como en G2/M. Sin embargo,
este efecto es reversible, por lo que deben ser considerados citostáticos y no citotóxicos.
En el caso concreto de la Aloisina A, ésta presenta una gran selectividad sobre CDK4
(más de 1000 veces) frente a otras quinasas.
- Indolocarbazoles (34)
Existe un grupo de compuestos, con una gran semejanza estructural con el aglicón de
UCN-01, que presentan inhibición sobre CDK4 pero de los que todavía no se conoce su
selectividad.
El Compuesto 4a (Tabla 2) presenta una potente actividad antiproliferativa que se
relaciona con la inhibición de CDK4 y provoca la detención del ciclo celular en G1. Sin
embargo, compuestos de esta serie que parecen presentar una menor selectividad hacia
CDK4 también poseen esta actividad antiproliferativa lo que es indicativo de que influyen
en otras dianas del ciclo, además de sobre CDK4.
El Compuesto 4b (Tabla 2), provoca un retraso en el crecimiento de xenotumores
humanos pero las causas de este efecto están sin determinar.
El indolocarbazol Compuesto 5 (Tabla 2) presenta inhibición tanto para CDK4 como para
CDK2 y una menor acción sobre CDK1. Esto hace que 5 cause detención del ciclo celular
en G1 y tenga un efecto antiproliferativo que provoca un retraso en el crecimiento de
xenotumores humanos.
Compuestos de la misma familia pero con un esqueleto menos rígido, como es el caso
de la bis(indolilmaleimida) 6 (Tabla 2) presentan un menor efecto sobre el crecimiento
tumoral que los anteriores aunque su actividad inhibitoria sobre CDK2 y CDK4 es similar
in vitro a éstos. También se observa que provoca detención del ciclo celular
preferentemente en G2/M en vez de en G1, lo que apunta a que otro tipo de mecanismo
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-19-
impera sobre la inhibición de CDK4 y CDK2.
Cuando se elimina una de las unidades indolocarbazol de la estructura de estos
compuestos, como en el Compuesto 7 (Tabla 2), se obtiene una mayor selectividad (200
veces superior) en la inhibición de CDK4 frente a CDK2. Esto le confiere al Compuesto
7 una acción antiproliferativa que se relaciona con la detención del ciclo celular en G1.
Sin embargo, cuando se trata de disolver este compuesto en agua, pierde su actividad.
- Xilocidina (34)
Este compuesto es una pirrolopirimidina relacionada estructuralmente con la
sangivamicina mostrando una baja selectividad (unas 40 veces) por CDK1 frente a CDK2
y una selectividad alta frente a otras quinasas (más de 500 veces). Este compuesto es
un ejemplo claro de por qué es necesario estudiar tanto la actividad enzimática como la
celular para evaluar la capacidad terapéutica de un fármaco. Se ha comprobado que la
actividad inhibitoria de la Xilocidina se pierde cuando ésta entra en la célula.
6.2 Inhibidores de
checkpoints
- Go6976 (34)
Este compuesto pertenece a la familia de los indolocarbazoles, de la que ya se ha
hablado anteriormente pero, a diferencia de los restantes miembros de esa familia, la
actividad que presenta se basa en su capacidad para ejercer una potente inhibición
sobre CHK1 y CHK2. Su efecto sobre el ciclo celular es la detención de éste en S y G2,
demostrando ser más potente que UCN-01. Actualmente se encuentra en fase clínica.
- Isogranulatimida (34)
Este es otro compuesto que pertenece a la familia de los indolocarbazoles y que también
ha demostrado tener actividad inhibitoria frente a CHK1 y CHK2, presentando cierta
selectividad hacia CHK1 (unas 40 veces más) y una selectividad significativa frente a
otras quinasas (de 100 a 500 veces menos). Su efecto consiste en detener el ciclo celular
en G2 pero no se tienen muchos datos sobre su mecanismo de acción.
-Compuesto 8 (34)
Este compuesto es un análogo de la himenialdisina y ha demostrado ser un potente
inhibidor de CHK2 con cierta selectividad con respecto a CHK1 (unas 30 veces más).
También inhibe a las CDKs 1 y 5. Su efecto es provocar la detención del ciclo celular en
G2/M aunque todavía no se tienen muchos datos sobre su mecanismo de acción y se
Zulma Aragón Mamani et al.
-20-
piensa que la gran polaridad de la molécula puede ser un problema para que entre en
la célula.
-Compuesto 9 (34)
Una búsqueda de inhibidores mediante el diseño basado en la estructura, usando un
modelo homólogo a CHK2, ha llevado a la identificación de una serie de
2-arilbencimidazoles que inhiben a CHK2 de una manera altamente selectiva (más de
600 veces) frente a CHK1. Su efecto es el de inducir apoptosis en células con daño en
el ADN provocado por radiación. Estudios actuales intentan demostrar si el Compuesto
9 puede proporcionar una radioprotección selectiva de los tejidos normales frente a los
tumorales.
6.3 Resistencia a fármacos mediada por el ciclo celular (34)
Este concepto ha surgido en los últimos años para definir un nuevo mecanismo celular
de resistencia a la acción de los fármacos y está basado en la función de los
checkpoints
en el ciclo. Este
fenómeno de resistencia se produce cuando un fármaco induce daños en el ciclo celular, activando los
checkpoints
, que interrumpen el mismo, para dar tiempo a la célula para reparar el daño y poder así
continuar su división normalmente (50).
6.4 Terapia combinada con citostáticos
Cuando se lleva a cabo una terapia combinada de CDKIs y citostáticos, se observa que
el porcentaje de células apoptóticas y el grado de citotoxicidad se incrementa significativamente,
produciéndose un efecto sinérgico.
Combinaciones más frecuentes
-FLAV 33
1) FLAV + Taxanos:
- Los taxanos actúan estabilizando microtúbulos y causan detención en
G2/M seguido de apoptosis. Uno de estos fármacos es el Paclitaxel®
(nombre comercial del taxol). La administración de Paclitaxel® seguida
de FLAV ha mostrado en estudios de fase clínica I un aumento del
grado de apoptosis en células tumorales.
2) FLAV + Camptotemicinas:
- Las camptotemicinas son alcaloides con una potente acción inhibitoria
de la enzima nuclear topoisomerasa I, implicada en la síntesis de ADN
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-21-
en la fase S del ciclo celular. Los miembros de esta familia que
presentan mayor actividad son irinotecan y topotecan. La combinación
de irinotecan y FLAV aumenta la inducción de apoptosis y provoca una
regresión en el tumor. Estos estudios se encuentran en fase clínica II.
3) FLAV + Gemcitabina:
- La gemcitabina o difluorodeoxicitidina (dFdC), actúa en la fase S del
ciclo inhibiendo la ribonucleótido reductasa e impidiendo la síntesis de
ADN. Esto provoca detención en G1/S. Este efecto se ve potenciado
cuando se combina con FLAV. Se encuentra en estudios de fase clínica
I.
4) FLAV + cis-Pt:
- El cis-Pt es un agente metilante del ADN que provoca la detención en
G1/S. La combinación de cis-Pt y FLAV provoca un aumento de este
efecto. Esta combinación se encuentra en fase clínica I.
- BRIOSTATINA 33
La combinación de briostatina con Paclitaxel® se encuentra en fase clínica II ya que ha
mostrado tener efectos positivos en el tratamiento de pacientes con cáncer de esófago
con resistencia a otras terapias.
- UCN-01 33
1) UCN-01 + 5-Fluorouracilo:
- 5-Fluorouracilo es un fármaco activo sólo en células que se encuentran en la
fase S del ciclo ya que interfiere en la síntesis de ADN y ARN. Por tanto, provoca
detención del ciclo celular en la fase S. Sin embargo, no presenta actividad
cuando la célula está en G0 o G1. La administración de 5-fluorouracilo seguida
de UCN-01 provoca un aumento en la apoptosis de células tumorales. Esta
combinación se encuentra en fase clínica II.
2) UCN-01 + cis-Pt:
- El cis-Pt provoca una detención de la célula en G2 lo que, unido a la acción de
UCN-01, inhibidor del punto de control en G2, da lugar a una mitosis prematura
con lo que el efecto global es un aumento en la toxicidad del cis-Pt.
Zulma Aragón Mamani et al.
-22-
COMPUESTO ESTRUCTURA DIANAS
IDENTIFICADAS
1 O
N
N
HN
N
N
O
Cl
Cl
Cl
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK4/Ciclina D
2 O2N N
HN
N
N
SNH2
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK4/Ciclina D1
CDK7/Ciclina H
CDK8
CDK9/Ciclina T1
X = Y = H (SQ-67563)
X = F, Y = Me
(BMS265246)
X
Y X
O
NN
H
N
O
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK4/Ciclina D
BMI-1026
N
N
N
N
H2N
OH
NH2
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina A
CDK5/p25
SU9516
N
H
O
N
H
N
MeO
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina A
CDK2/Ciclina E
3 F
HN
OH
N
H
O
HN
MeO
CDK2/Ciclina E
ALOISINA A
N
N
N
H
OH
CDK1
CDK2/Ciclina A
CDK2/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK5/p25
CDK5/p35
4a (X = CH, Y = N)
4b (X = N, Y = CH)
N
HX
Y
H
N
OO
CDK4/Ciclina D1
CDK4/Ciclina D1
5
N
H
H
N
O
O
N
F
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK4/Ciclina D1
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-23-
COMPUESTO ESTRUCTURA DIANAS
IDENTIFICADAS
FLAVOPI RIDO L O
N
OH
Cl
O
OH
HO
CDK1/Ciclina A
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK2/Ciclina A
CDK4/Ciclina D
CDK6/Ciclina D
CDK7/Ciclina H
R-ROSCOVITINA
N
NN
N
HN
N
H
HO
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina A
CDK2/Ciclina E
CDK5
UCN-01 N
N
H
N
O
H
HN
O
OHO
CDK2
CHK1
BRIOSTATINA-1 O
HO
O
O
O
O
O
HO
O
O
O
O
O
O
O
OH
CHK2
Ciclina B
BMS-387032
NH
H
N
O
N
S
S
O
N
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina E
CDK4/Ciclina D
E7070
SO2NH
HN
Cl
H2NO2S
CDK2
PD0332991
HN
NN
N
HN
N
NO
O
CDK4/Ciclina D1
CDK4/Ciclina D3
CDK6/Ciclina D2
Zulma Aragón Mamani et al.
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Tabla2.Esta Tabla muestra una selección de los inhibidores de CDKs y CHKs que se encuentran actualmente bajo
estudio, ya sea en la elucidación de su mecanismo de acción o en estudios clínicos. En la Tabla aparecen las
estructuras químicas de estos inhibidores, así como las dianas sobre las que actúan.
COMPUESTO ESTRUCTURA DIANAS
IDENTIFICADAS
6
N
H
H
N
O
O
N
F
CDK2/Ciclina E
CDK4/Ciclina D1
7 N
Br
H
N
OO
OH
CDK4/Ciclina D1
XILOCIDINA
N
NN
O
HO
HO OH
Br
CONH2
NH2
CDK1/Ciclina B
CDK2/Ciclina A
Go6979
N
H
N
O
N
CHK1
CHK2
ISOGRANULATIMIDA
N
H
H
N
O
O
NN
CHK1
CHK2
8
N
H
NH
H
N
N
O
H2N
O
CHK1
CHK2
CDK1/Ciclina B
CDK5/p25
9
N
H
H
N
O
Cl
H2NOC CHK2
Luces y sombras en el uso de quinasas dependientes de ciclinas como dianas terapéuticas en cáncer
-25-
7. CONCLUSIONES
En vista de que en cáncer es común encontrar cambios tanto en el ciclo celular como en las rutas
encargadas de regularlo, el estudio y la compresión de los mecanismos que lo rigen y controlan se hace
fundamental a la hora de desarrollar terapias efectivas.
El hecho de que las CDKs gobiernen en gran medida tanto el ciclo celular como la transcripción
del ADN, ha convertido a estas quinasas en una de las dianas terapéuticas más importantes contra el
cáncer. A pesar de que los inhibidores de CDKs han demostrado tener una limitada actividad en su uso
como agentes terapéuticos únicos, su combinación con citostáticos es una alternativa reciente muy
prometedora. Serán los estudios de fase clínica III los que dirán hasta donde llega realmente el alcance
de este tipo de terapias combinadas.
Se hace evidente que la clave para potenciar la actividad de estos inhibidores se basa en
conseguir una selectividad elevada de los mismos frente a una o unas CDKs determinadas, especialmente
sobre CDK1, 4 y 6. Además de lo anterior, es fundamental el desarrollo de nuevos inhibidores que actúen
sobre CHKs y otras dianas del ciclo celular. Ejemplo de estas nuevas dianas parecen ser la Polo-quinasa
1 y la Aurora 2 quinasa implicadas en la formación del huso mitótico, que han surgido muy recientemente
como posibles alternativas.
Todos estos hechos hacen que el trabajo que se está realizando, tanto en el estudio del ciclo
celular como en el desarrollo de inhibidores específicos, sea muy intenso y ofrezca unas esperanzadoras
perspectivas.
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Cyclin-dependent kinases (CDKs) are protein kinases characterized by needing a separate subunit - a cyclin - that provides domains essential for enzymatic activity. CDKs play important roles in the control of cell division and modulate transcription in response to several extra- and intracellular cues. The evolutionary expansion of the CDK family in mammals led to the division of CDKs into three cell-cycle-related subfamilies (Cdk1, Cdk4 and Cdk5) and five transcriptional subfamilies (Cdk7, Cdk8, Cdk9, Cdk11 and Cdk20). Unlike the prototypical Cdc28 kinase of budding yeast, most of these CDKs bind one or a few cyclins, consistent with functional specialization during evolution. This review summarizes how, although CDKs are traditionally separated into cell-cycle or transcriptional CDKs, these activities are frequently combined in many family members. Not surprisingly, deregulation of this family of proteins is a hallmark of several diseases, including cancer, and drug-targeted inhibition of specific members has generated very encouraging results in clinical trials.
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Studies have indicated that deregulated oncogene expression can result in either programmed cell death or proliferation, depending on the cellular microenvironment. However, little is known about whether oncogenic signals in themselves are able to activate a cellular apoptotic program. We have tested the hypothesis that oncogenic signals in the absence of gene expression are sufficient to induce cell death, which would indicate that constitutive expression of antiapoptotic genes is necessary for maintenance of the transformed state. Using two highly specific RNA polymerase (RNAP) II inhibitors, 5,6-dichloro-1-beta-D-ribofuranosylbenzimidazole (DRB) and alpha-amanitin, which inhibit RNAP II function by two distinct mechanisms, we found that inhibition of gene expression substantially increased apoptosis in a time- and dose-dependent manner in p53+/+- and p53(-/-)-transformed mouse embryonic fibroblasts and in HeLa cells, demonstrating that this type of apoptosis does not require wild-type p53. Engineered expression of an alpha-amanitin resistance RNAP II gene rendered cells resistant to induction of apoptosis by alpha-amanitin without affecting their sensitivity to DRB, indicating that alpha-amanitin induces apoptosis solely by inhibiting RNAP II function and not by a nonspecific mechanism. DRB-induced apoptosis was independent of the cell cycle or ongoing DNA replication, since DRB induced similar levels of apoptosis in asynchronous cells and cells synchronized by collection at mitosis. Inhibition of RNAP II in untransformed cells like Rat-1 or human AG1522 fibroblasts resulted not in apoptosis but in growth arrest. In contrast, deregulated expression of c-Myc in Rat-1 cells dramatically increased their sensitivity to DRB, directly demonstrating that apoptosis following inhibition of RNAP II function is greatly enhanced by oncogenic expression. The requirement for RNAP II function to prevent oncogene-induced apoptosis implies the need for the constitutive expression of an antiapoptotic gene(s) to maintain the transformed state. The differential sensitivities of untransformed and transformed cells to induction of apoptosis by transcriptional inhibition, coupled with the finding that this type of apoptosis is independent of p53 status, suggest that inhibition of RNAP II may be exploited therapeutically for the design of successful antitumor agents.
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Cell cycle arrests in the G1, S, and G2phases occur in mammalian cells after ionizing irradiation and appear to protect cells from permanent genetic damage and transformation. Though Brca1 clearly participates in cellular responses to ionizing radiation (IR), conflicting conclusions have been drawn about whether Brca1 plays a direct role in cell cycle checkpoints. Normal Nbs1 function is required for the IR-induced S-phase checkpoint, but whether Nbs1 has a definitive role in the G2/M checkpoint has not been established. Here we show that Atm and Brca1 are required for both the S-phase and G2 arrests induced by ionizing irradiation while Nbs1 is required only for the S-phase arrest. We also found that mutation of serine 1423 in Brca1, a target for phosphorylation by Atm, abolished the ability of Brca1 to mediate the G2/M checkpoint but did not affect its S-phase function. These results clarify the checkpoint roles for each of these three gene products, demonstrate that control of cell cycle arrests must now be included among the important functions of Brca1 in cellular responses to DNA damage, and suggest that Atm phosphorylation of Brca1 is required for the G2/M checkpoint.
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The spindle assembly checkpoint monitors proper chromosome attachment to spindle microtubules and is conserved from yeast to humans. Checkpoint components reside on kinetochores of chromosomes and show changes in phosphorylation and localization as cells proceed through mitosis. Adaptation to prolonged checkpoint arrest can occur by inhibitory phosphorylation of Cdc2.
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Only those exacting editors at Cell could seriously ask you to review the past century of cell cycle research and to predict the course of research for the next cen-tury, and to do it all in 10 pages! It is unrealistic to try to be comprehensive in such a review, and so I will focus on what I consider to be the important principles underlying the cell cycle, with less emphasis on detailed descriptions of molecular mechanisms which would de-generate into lists of genes and proteins. Referencing will be minimal, and will be restricted to reviews, a few key primary publications, and to books written in English for summaries of the earlier literature. Let us begin at the end of the century by summarizing what is now known about the cell cycle. We know that the cell cycle is the universal process by which cells reproduce, and that it underlies the growth and develop-ment of all living organisms. The most important events of the cell cycle are those concerned with the copying and partitioning of the hereditary material, that is repli-cating the chromosomal DNA during S phase and sepa-rating the replicated chromosomes during mitosis. Con-trols operate that regulate onset of these events and compensate for errors in their execution. The molecular basis of these controls is highly conserved from simple unicellular eukaryotes such as yeast to complex metazo-ans such as ourselves. The precision with which cell cycle events are executed ensures the survival of living organisms, while loss of this precision increases geno-mic instability, an important factor in the formation of cancer. The mitotic cell cycle is modified to a meiotic cycle during gamete formation, leading to a reduction in chromosome number that is essential for sexual re-production, and to an increase in genetic variation that is a driving force for evolution. Thus, the cell cycle plays a central role in the operation and development of all life, and in ensuring the continuity of life across generations. These discoveries were made over a period that extends into the previous century, and so the scope of this review will be similarly extended, hence "A Long Twentieth Cen-tury of the Cell Cycle. " Discovery, Growth, and Heredity Study of the cell cycle began with the discovery of cell division. The concept of a cell was well established by the mid-nineteenth century, but understanding of how cells were reproduced remained confused, partly be-cause Schleiden and Schwann, the major proponents of the cell theory, thought that cells arose from within preexisting cells by a process somewhat similar to pre-cipitation or crystallization (Schwann, 1857). Greater clarity came with Na 篓 geli and Remak who correctly de-scribed the division of plant and animal cells, and with
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Mitogenic and growth-inhibitory signals influence cell-cycle progression through their action on a family of cyclin-dependent kinases (cdks). The activity of cdk complexes is regulated in part by the association of a cyclin partner that acts as a positive effector and by two families of cdk inhibitors, the kinase inhibitor proteins (KIP) and the inhibitors of cdk4 (INK4), which act as negative effectors. In human malignancies, increased expression of cyclins is frequently observed. Cyclin D1 and E are frequently overexpressed in breast cancers, and cyclin E overexpression has been correlated with a poor prognostic outcome. The abrogated expression or the acquisition of mutations that render cdk inhibitors functionally inactive have similarly been found in human malignancies. The p16 gene is frequently deleted or mutated in cancers. Although normal epithelial cells express high levels of p27 protein, reduced levels of p27 have been observed in several human cancers, and this has been consistently correlated with a poor prognostic outcome. In this review, we will provide a brief overview of the cell cycle regulators and then discuss their deregulation in cancers.
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Flavopiridol inhibits phosphokinases. Its activity is strongest on cyclin dependent kinases (cdk-1, -2, -4, -6, -7) and less on receptor tyrosine kinases (EGFR), receptor associates tyrosine kinases (pp60 Src) and on signal transducing kinases (PKC and Erk-1). Although the inhibiting activity of flavopiridol is strongest for cdk, the cytotoxic activity of flavopiridol is not limited to cycling cells. Resting cells are also killed. This fact suggests that inhibition of cdks involved in the control of cell cycle is not the only mechanism of action. Inhibition of cdk's with additional functions (i.e. involved in the control of transcription or function of proteins that do not control cell cycle) may contribute to the antitumoral effect. Moreover, direct and indirect inhibition of receptor activation (EGFR) and/or a direct inhibition of kinases (pp60 Src, PKC, Erk-1) involved in the signal transduction pathway could play a role in the antiproliferative activity of flavopiridol. From pharmacokinetic data in patients it can be concluded that the inhibitory activity (IC50) of flavopiridol on these kinases is in the range of concentrations that might be achieved intracellularly after systemic application of non-toxic doses of flavopiridol. However, no in situ data from flavopiridol treated cells have been published yet that prove that by inhibition of EGFR, pp60 Src, PKC and/or Erk-1 (in addition to inhibition of cdk's) flavopiridol is able to induce apoptosis. Thus many questions regarding the detailed mechanism of antitumoral action of flavopiridol are still open. For the design of protocols for future clinical studies this review covers the essential information available on the mechanism of antitumoral activity of flavopiridol. The characteristics of this antitumoral activity include: High rate of apoptosis, especially in leukemic cells; synergy with the antitumoral activity of many cytostatics; independence of its efficacy on pRb, p53 and Bcl-2 expression; lack of interference with the most frequent multidrug resistance proteins (P-glycoprotein and MRP-190); and a strong antiangiogenic activity. Based on these pharmacological data it can be concluded that flavopiridol could be therapeutically active in tumor patients: independent on the genetic status of their tumors or leukemias (i.e. mutations of the pRb and/or p53, amplification of bcl-2); in spite of drug resistance of their tumors induced by first line treatment (and caused by enhanced expression of multidrug resistance proteins); in combination with conventional chemotherapeutics preferentially given prior to flavopiridol; and due to a complex mechanism involving cytotoxicity on cycling and on resting tumor cells, apoptosis and antiangiogenic activity. In consequence, flavopiridol is a highly attractive, new antitumoral compound and deserves further elucidation of its clinical potency.