En el año 1971 fue descrito el “Factor promotor de la fase M” (MPF, de M phase- promoting factor) como mediador molecular de la entrada en mitosis (Masui and Markert 1971). Quince años después, este factor fue caracterizado resultando ser el complejo heterodimérico Cdk1-ciclina B (Gautier et al. 1988; Gautier et al. 1990). La transcripción de ciclina B comienza al inicio de la fase S y se alcanzan niveles máximos de esta proteína en los estadios finales de la fase G2 (Fung and Poon 2005). Los factores de transcripción que activan la expresión de ciclina
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B, FoxM1, NF-Y y B-myb, son a su vez activados por la actividad Cdk (Katula et al. 1997; Luscher-Firzlaff et al. 2006; Ziebold et al. 1997). Así, una vez se produce la formación de los complejos Cdk2-ciclina A en fase S y G2, comienza la expresión de la ciclina B. Durante la fase S y la mayor parte de la fase G2, los complejos Cdk1-ciclina B se encuentran predominantemente localizados en citoplasma (Takizawa and Morgan 2000). En las últimas etapas de la fase G2, la ciclina B es fosforilada en su extremo amino-terminal acumulándose rápidamente en el núcleo de la célula (Hagting et al. 1999). Sin embargo, la mera asociación de Cdk1 con la ciclina B y la localización de este complejo en el núcleo no son suficientes para su completa activación. La subunidad Cdk de este complejo está sujeta a modificaciones post- transduccionales que regulan su actividad quinasa. El principal mecanismo post-transduccional que regula la actividad de Cdk1 es la fosforilación. Cdk1 necesita ser fosforilada en la treonina 161 (T161) para catalizar su actividad quinasa (Poon et al. 1993). A su vez, Cdk1 formando complejo con la ciclina B en interfase, es fosforilada en los residuos treonina 14 (T14) y tirosina 15 (Y15) resultando en la inhibición de su actividad (Morgan 1995). La desfosforilación de estos residuos supone la completa activación de Cdk1 y la rápida entrada en mitosis.
La fosforilación de Cdk1 en los residuos T14 y Y15 durante la fase G2 está controlada por el balance entre actividad quinasa y fosfatasa. Las quinasas responsables de la fosforilación de estos residuos y así de la inhibición de Cdk1, son Wee1 y Myt1 (O'Farrell 2001). Una vez Cdk1 es parcialmente activado por fosforilación en el residuo T161 y se alcanzan niveles residuales de actividad quinasa, se desencadena una cascada de señalización en la que Cdk1- ciclina B fosforila a sus dos reguladores negativos, Wee1 y Myt1, induciendo la degradación de Wee1 y la inhibición de Myt 1 (Booher et al. 1997; Watanabe et al. 2004). Cdk1 a su vez, es responsable de la activación de las fosfatasas encargadas de defosforilar sus propios residuos T14 y Y15. Las fosfatasas responsables de la activación completa de Cdk1 son las proteínas Cdc25. En células humanas Cdc25 presenta tres isoformas: Cdc25A, Cdc25B y Cdc25C. El papel de cada una de ellas en la activación de Cdk1 no está perfectamente definido, aunque parece que la isoforma Cdc25B es la que inicia la completa activación de Cdk1 (Lindqvist et al. 2005). De esta manera y a través de complejos mecanismos de amplificación de señal, Cdk1 es responsable de su propia activación, activando a sus activadores e inhibiendo a sus inhibidores (Lindqvist et al. 2009).
Durante la transición G2/M, la ciclina B no parece ser la única ciclina que sustenta la actividad Cdk. La eliminación parcial de ciclina A retrasa la translocación de los complejos Cdk1-
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ciclina B al núcleo, ralentizando la entrada en mitosis. Estos resultados sugieren un posible papel de ciclina A como activador directo del complejo Cdk1-ciclina B en la fase G2 (De Boer et al. 2008; Fung et al. 2007).
A pesar de que la activación del complejo Cdk1-ciclina B constituye el principal requerimiento para iniciar la mitosis, otras proteínas juegan un papel importante, ya sea en la ejecución de los mecanismos necesarios para la entrada o progresión durante esta fase, o participando en niveles adicionales de regulación de la actividad Cdk1. La mayor parte de estas proteínas reguladoras de mitosis son las denominadas quinasas mitóticas. Las quinasas mitóticas más importantes son las pertenecientes a las familias de las Polo-quinasas, las Aurora- quinasas y las Nek-quinasas.
La familia Polo quinasa está constituida por cinco miembros en mamíferos, siendo la Polo-quinasa 1 (Plk1, de Polo-like kinase-1) el miembro mejor caracterizado. Plk1 participa en la activación de Cdk1 favoreciendo la inhibición de los reguladores negativos de Cdk1, Wee1 y Myt1 (Nakajima et al. 2003; Watanabe et al. 2004). En el mismo sentido, Plk1 regula la actividad quinasa de Cdk1 facilitando la entrada en el núcleo del complejo Cdk1-ciclina B mediante la fosforilación de ciclina B (Toyoshima-Morimoto et al. 2001). Sin embargo, el papel de Plk1 no solo se reduce a regular la activación de Cdk1 en la entrada en mitosis. Durante la transición G2/M, Plk1 promueve la maduración de los centrosomas, hecho esencial para la formación de un huso mitótico bipolar (Lane and Nigg 1996), y activa al factor de transcripción FoxM1, el cual potencia la transcripción de los genes necesarios para la entrada en mitosis, incluyendo ciclina B, Plk1 y las fosfatasas Cdc25 (Fu et al. 2008).
Las proteínas Aurora A, B y C conforman la familia de las Aurora quinasas en mamíferos. A pesar de su alto grado de homología, solo Aurora A y B parecen desarrollar funciones durante la mitosis. Aurora A participa, al igual que Plk1, en la maduración de centrosomas, en la formación del huso mitótico y en la activación de Cdk1, fosforilando y activando a Cdc25B (Barr and Gergely 2007; Dutertre et al. 2004). Durante estadios tardíos de la fase G2, el segundo miembro de la familia, Aurora B, fosforila la Histona H3 en la serina 10. Esta fosforilación está relacionada con la condensación de cromosomas, evento indispensable para la entrada en mitosis (Hsu et al. 2000).
La familia de las Nek-quinasas (o NIMA-related kinase family) está constituida por 11 miembros. La quinasa Nek2 es el miembro mejor caracterizado. Nek2 participa en el
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mantenimiento y modulación de la estructura del centrosoma. Estudios recientes proponen a Nek2 como la quinasa que regula la separación de los centrosomas duplicados al inicio de mitosis mediante la fosforilación de las proteínas centriolares (Fry et al. 1998).
En definitiva, se puede concluir que la puesta en marcha de los mecanismos que permiten la división celular ocurre como consecuencia de la activación ordenada y regulada de las denominadas quinasas mitóticas.