Telofase

La telofase (del griego antiguo τέλος (télos) 'fin, resultado, finalización' y φάσις (phásis) 'apariencia') es la etapa final tanto en la meiosis como en la mitosis en una célula eucariota. Durante la telofase, los efectos de la profase y la prometafase (el nucléolo y la membrana nuclear se desintegran) se invierten. A medida que los cromosomas alcanzan los polos celulares, se vuelve a ensamblar una envoltura nuclear alrededor de cada conjunto de cromátidas, reaparecen los nucleolos y los cromosomas comienzan a descondensarse nuevamente en la cromatina expandida que está presente durante la interfase. El huso mitótico se desmonta y los microtúbulos restantes del huso se despolimerizan. La telofase representa aproximadamente el 2% de la duración del ciclo celular.

La citocinesis generalmente comienza antes de la telofase tardía y, cuando se completa, segrega los dos núcleos hijos entre un par de células hijas separadas.

La telofase está impulsada principalmente por la desfosforilación de sustratos de quinasa dependiente de ciclina mitótica (Cdk).

Desfosforilación de sustratos de Cdk

La fosforilación de los objetivos proteicos de M-Cdks (cinasas dependientes de ciclinas mitóticas) impulsa el ensamblaje del huso, la condensación cromosómica y la ruptura de la envoltura nuclear en la mitosis temprana. La desfosforilación de estos mismos sustratos impulsa el desensamblaje del huso, la descondensación cromosómica y la reformación de los núcleos hijos en la telofase. Establecer un grado de desfosforilación permisivo a los eventos de telofase requiere tanto la inactivación de Cdks como la activación de fosfatasas.

La inactivación de Cdk es principalmente el resultado de la destrucción de su ciclina asociada. Las ciclinas son el objetivo de la degradación proteolítica por el complejo promotor de la anafase (APC), también conocido como ciclosoma, una ubiquitina-ligasa. El APC activo unido a CDC20 (APC/C) se dirige a las ciclinas mitóticas para su degradación a partir de la anafase. La adición experimental de ciclina M no degradable a las células induce la detención del ciclo celular en un estado similar a la post-anafase/pre-telofase con cromosomas condensados ​​segregados en los polos celulares, un huso mitótico intacto y sin reformación de la envoltura nuclear. Esto se ha demostrado en huevos de rana (Xenopus), moscas de la fruta (Drosophilla melanogaster), brotación (Saccharomyces cerevisiae) y fisión (Schizosaccharomyces pombe) levadura, y en múltiples líneas celulares humanas.

El requisito para la activación de la fosfatasa se puede ver en la levadura en ciernes, que no tiene fosfatasas redundantes para la salida mitótica y depende de la fosfatasa cdc14. El bloqueo de la activación de cdc14 en estas células da como resultado la misma detención fenotípica que el bloqueo de la degradación de la ciclina M.

Históricamente, se ha pensado que la anafase y la telofase son eventos que ocurren pasivamente después de la satisfacción del punto de control del ensamblaje del huso (SAC) que define la transición metafase-anafase.Sin embargo, la existencia de fases diferenciales en la actividad de cdc14 entre la anafase y la telofase sugiere puntos de control mitóticos tardíos adicionales e inexplorados. Cdc14 se activa por su liberación en el núcleo, desde el secuestro en el nucléolo y posterior exportación al citoplasma. La vía de liberación temprana de anafase de Cdc-14, que estabiliza el huso, también libera cdc14 del nucléolo, pero la restringe al núcleo. La liberación completa y la activación mantenida de cdc14 se logra mediante la vía separada de la red de salida mitótica (MEN) en un grado suficiente (para desencadenar el desmontaje del huso y el ensamblaje de la envoltura nuclear) solo después de la anafase tardía.

La desfosforilación mediada por Cdc14 activa procesos reguladores posteriores exclusivos de la telofase. Por ejemplo, la desfosforilación de CDH1 permite que APC/C se una a CDH1. APC/C se dirige a CDC20 para la proteólisis, lo que da como resultado un cambio celular de actividad APC/C a APC/C. La ubiquitinación de las ciclinas mitóticas continúa junto con la de los objetivos específicos de APC/C, como el componente del huso mitótico de la levadura, Ase1 y cdc5, cuya degradación es necesaria para que las células vuelvan a la fase G1.

Mecanismos adicionales que impulsan la telofase

Un cambio en el perfil de fosfoproteínas de células enteras es solo el más amplio de muchos mecanismos reguladores que contribuyen al inicio de eventos de telofase individuales.

• El distanciamiento de los cromosomas de la placa de la metafase mediado por la anafase puede desencadenar señales espaciales para el inicio de la telofase.
• Un regulador y efector importante de la telofase es cdc48 (homólogo de cdc48 de levadura es p97 humano, tanto estructural como funcionalmente), una proteína que emplea mecánicamente su actividad ATPasa para alterar la conformación de la proteína diana. Cdc48 es necesario para el desmontaje del huso, el montaje de la envoltura nuclear y la descondensación de los cromosomas. Cdc48 modifica proteínas involucradas estructuralmente en estos procesos y también algunas proteínas ubiquitinadas que, por lo tanto, están dirigidas al proteasoma.

Desmontaje del huso mitótico

La ruptura del huso mitótico, común a la finalización de la mitosis en todos los eucariotas, es el evento más utilizado para definir la transición de la anafase-B a la telofase, aunque el inicio del reensamblaje nuclear tiende a preceder al desensamblaje del huso.

El desmontaje del huso es un proceso irreversible que no debe efectuar la degradación final, sino la reorganización de los microtúbulos constituyentes; Los microtúbulos se separan de los cinetocoros y los cuerpos polares del huso y vuelven a sus estados de interfase.

La despolimerización del huso durante la telofase ocurre desde el extremo positivo y es, de esta manera, una inversión del ensamblaje del huso. El ensamblaje subsiguiente de la matriz de microtúbulos es, a diferencia del huso polarizado, interpolar. Esto es especialmente evidente en las células animales que, inmediatamente después del desmontaje del huso mitótico, deben establecer el haz antiparalelo de microtúbulos conocido como huso central para regular la citocinesis. La ATPasa p97 es necesaria para el establecimiento de matrices de microtúbulos de interfase relativamente estables y largas después del desmontaje de los mitóticos altamente dinámicos y relativamente cortos.

Si bien el ensamblaje del eje ha sido bien estudiado y caracterizado como un proceso en el que el SAC construye estructuras tentativas, la base molecular del desmontaje del eje no se comprende con un detalle comparable. La cascada de desfosforilación mitótica tardía de sustratos de M-Cdk por parte de MEN se considera responsable del desmontaje del huso. Los estados de fosforilación de los factores estabilizadores y desestabilizadores de microtúbulos, así como los nucleadores de microtúbulos, son reguladores clave de sus actividades. Por ejemplo, NuMA es una proteína de entrecruzamiento de extremo negativo y un sustrato de Cdk cuya disociación de los microtúbulos se efectúa por su desfosforilación durante la telofase.

Un modelo general para el desmontaje del huso en la levadura es que los tres subprocesos funcionalmente superpuestos de desacoplamiento, desestabilización y despolimerización del huso se efectúan principalmente por APC/C, quinasas específicas de estabilizadores de microtúbulos y despolimerasas de microtúbulos dirigidas al extremo positivo, respectivamente. Se sabe que estos efectores están altamente conservados entre levaduras y eucariotas superiores. El APC/Cse dirige a proteínas asociadas a microtúbulos reticulantes (NuMA, Ase1, Cin1 y más). AuroraB (levadura IpI1) fosforila la proteína estabilizadora asociada al huso EB1 (levadura Bim1), que luego se disocia de los microtúbulos, y el desestabilizador She1, que luego se asocia con los microtúbulos. Kinesin8 (levadura Kip3), una despolimerasa dependiente de ATP, acelera la despolimerización de los microtúbulos en el extremo positivo. Se demostró que la interrupción concurrente de estos mecanismos, pero no de ninguno, da como resultado una hiperestabilidad dramática del huso durante la telofase, lo que sugiere una superposición funcional a pesar de la diversidad de los mecanismos.

Reensamblaje de la envoltura nuclear

Los principales componentes de la envoltura nuclear son una doble membrana, complejos de poros nucleares y una lámina nuclear interna a la membrana nuclear interna. Estos componentes se desmantelan durante la profase y la prometafase y se reconstruyen durante la telofase, cuando la envoltura nuclear se reforma en la superficie de las cromátidas hermanas separadas. La membrana nuclear es fragmentada y parcialmente absorbida por el retículo endoplásmico durante la prometafase y el direccionamiento de las vesículas del RE que contienen proteínas de la membrana nuclear interna hacia la cromatina ocurre durante la telofase en una inversión de este proceso. Las vesículas formadoras de membrana se agregan directamente a la superficie de la cromatina, donde se fusionan lateralmente en una membrana continua.

Ran-GTP es necesario para el ensamblaje temprano de la envoltura nuclear en la superficie de los cromosomas: libera los componentes de la envoltura secuestrados por la importina β durante la mitosis temprana. Ran-GTP se localiza cerca de los cromosomas a lo largo de la mitosis, pero no desencadena la disociación de las proteínas de la envoltura nuclear de la importina β hasta que los objetivos de M-Cdk se desfosforilan en la telofase. Estos componentes de la envoltura incluyen varios componentes de poros nucleares, el más estudiado de los cuales es la proteína de andamiaje de poros nucleares ELYS, que puede reconocer regiones de ADN ricas en pares de bases A:T (in vitro) y, por lo tanto, puede unirse directamente al ADN. Sin embargo, los experimentos en extractos de huevos de Xenopus han concluido que ELYS no se asocia con el ADN desnudo y solo se unirá directamente a dímeros de histonas y nucleosomas.Después de unirse a la cromatina, ELYS recluta otros componentes del andamio del poro nuclear y las proteínas transmembrana del poro nuclear. El complejo de poros nucleares se ensambla e integra en la envoltura nuclear de manera organizada, agregando consecutivamente Nup107-160, POM121 y FG Nups.

Se debate si el mecanismo de reensamblaje de la membrana nuclear implica el ensamblaje inicial del poro nuclear y el posterior reclutamiento de vesículas de membrana alrededor de los poros o si la envoltura nuclear se forma principalmente a partir de cisternas del RE extendidas, que preceden al ensamblaje del poro nuclear:

• En las células en las que la membrana nuclear se fragmenta en vesículas no ER durante la mitosis, una vía dependiente de Ran-GTP puede dirigir estas poblaciones discretas de vesículas a la cromatina, donde se fusionan para reformar la envoltura nuclear.
• En las células en las que la membrana nuclear se absorbe en el retículo endoplásmico durante la mitosis, el reensamblaje implica la expansión lateral alrededor de la cromatina con estabilización de la membrana en expansión sobre la superficie de la cromatina. Los estudios que afirman que este mecanismo es un requisito previo para la formación de poros nucleares han encontrado que los complejos Nup107-160 asociados a la cromatina desnuda están presentes en unidades individuales en lugar de preporos ensamblados.

La envoltura se suaviza y se expande siguiendo su encierro de todo el conjunto de cromátidas. Esto probablemente ocurre debido a la importación de lámina de los poros nucleares, que puede retenerse dentro de una membrana continua. Las envolturas nucleares de los extractos de huevos de Xenopus no se alisaron cuando se inhibió la importación nuclear de lamina, permaneciendo arrugadas y estrechamente unidas a los cromosomas condensados. Sin embargo, en el caso de la expansión lateral del RE, la importación nuclear se inicia antes de que se complete el reensamblaje de la envoltura nuclear, lo que lleva a un gradiente de proteína intranuclear temporal entre los aspectos distal y medial del núcleo en formación.

Las subunidades laminares desensambladas en la profase se inactivan y secuestran durante la mitosis. El reensamblaje de la lámina se desencadena por la desfosforilación de la lámina (y, además, por la esterificación con metilo de los residuos de COOH en la lámina-B). Lamin-B puede apuntar a la cromatina ya en la anafase media. Durante la telofase, cuando se restablece la importación nuclear, la lamin-A ingresa al núcleo reformador pero continúa ensamblando lentamente en la lamina periférica durante varias horas a lo largo de la fase G1.

Los extractos de óvulos de Xenopus y las líneas celulares de cáncer humano han sido los modelos principales utilizados para estudiar el reensamblaje de la envoltura nuclear.

La levadura carece de láminas; su envoltura nuclear permanece intacta durante la mitosis y la división nuclear ocurre durante la citocinesis.

Descondensación cromosómica

La descondensación cromosómica (también conocida como relajación o descompactación) en cromatina expandida es necesaria para la reanudación de los procesos de interfase de la célula y ocurre en paralelo al ensamblaje de la envoltura nuclear durante la telofase en muchos eucariotas. La desfosforilación de Cdk mediada por MEN es necesaria para la descondensación cromosómica.

En los vertebrados, la descondensación cromosómica se inicia solo después de que se restablece la importación nuclear. Si se impide el transporte de láminas a través de los poros nucleares, los cromosomas permanecen condensados ​​después de la citocinesis y las células no logran volver a entrar en la siguiente fase S. En los mamíferos, la autorización del ADN para la fase S (la asociación de la cromatina con los múltiples factores proteicos necesarios para su replicación) también ocurre de forma coincidente con la maduración de la envoltura nuclear durante la telofase tardía. Esto se puede atribuir y proporciona evidencia del restablecimiento de la maquinaria de importación nuclear de las localizaciones de proteínas nucleares y citoplasmáticas en interfase durante la telofase.