Ciclo Celular e Pontos de Controle

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Ciclo Celular e Controle 
VISÃO GERAL 
As divisões celulares são processos cujo objetivo está na 
produção de células filhas geneticamente idênticas à 
células progenitora (mitose). Entre processos de divisão 
celular está a interfase, que representa um intervalo que 
ocorre antes/depois de cada divisão. A interfase é ainda 
subdividida em 3 estágios: G1, S e G2. Esses intervalos 
representam o tempo em que as células recém formadas 
adquirem condições de iniciar uma nova divisão. A 
duplicação dos cromossomos, por exemplo, ocorre na 
fase S da interfase. A mitose, por sua vez, também conta 
com “subfases”, sendo elas a prófase, a prometáfase, a 
metáfase, a anáfase e a telófase, além, claro, da 
citocinese, que representa o momento em que a célula 
efetivamente se torna 2. É importante dizer também que 
existem, ao longo do ciclo celular, pontos de checagem 
em que a célula, através de mecanismos específicos 
verifica as condições extrínsecas e intrínsecas no intuito 
de continuar (ou não) a divisão. Se a célula tiver um 
tamanho adequado, tiver seu DNA duplicado 
corretamente, entre outros atributos, ela dá procedência 
à divisão. Caso contrário haverá uma tentativa de reparo 
do erro, ou mesmo “cancelamento” da divisão celular (G1 
-> G0). Esses pontos de checagem estão localizados entre 
G1 e S, em G2 e entre a metáfase e anáfase. 
Existem sinais extrínseco e intrínsecos que estimularão 
as células a se dividirem ou não, podendo esses sinais 
assumirem diferentes naturezas, como química e física. 
Como exemplo de sinais extrínsecos pode-se citar como 
químico a presença de fatores de crescimento, como os 
PDGF liberados pelas plaquetas, que estimularão 
fibroblastos na cicatrização, e como físico a inibição por 
contato. Isto é, estruturas nas membranas das células, 
como o glicocálix, conseguem ativar uma rota molécula 
intracelular mediante o contato com a membrana de 
outras células. Isso faz com que a divisão seja estimulada 
apenas quando necessária. Como exemplo de sinal 
intrínseco, pode-se falar dos complexos cinase-ciclina, 
que ativarão várias rotas na célula e que, em última 
instância, gerará divisão. 
CONTROLE DO CICLO E INTERFASE 
Os componentes centrais do sistema de controle do ciclo 
celular são membros de uma família de cinases 
conhecidas como cinases dependentes de ciclinas 
(CDKs). As atividades dessas cinases aumentam e 
diminuem à medida que a célula avança no ciclo, levando 
a mudanças cíclicas na fosforilação de proteínas 
intracelulares que iniciam ou regulam os principais 
eventos do ciclo celular. Apesar de suas atividades 
cíclicas, essas proteínas mantém seu nível ao longo do 
ciclo, sendo elas apenas ativadas ou desativadas. Essas 
mudanças são geradas por reguladores proteicos 
chamados de ciclinas. Essas sim sofrem um ciclo de 
síntese e degradação a cada ciclo celular. 
Existem quatro classes de ciclinas, cada uma sendo 
definida de acordo com o estágio do ciclo em que elas 
agem. 
G1-ciclinas: Essas ciclinas ajudam a regular as atividades 
das G1/S-ciclinas, as quais controlam, no final da fase G1, 
a progressão ao Início. 
G1/S-ciclinas: essas ativam CDKs no final da G1 e, com 
isso, ajudam a desencadear a progressão ao Início, 
resultando no comprometimento à entrada no ciclo 
celular (ponto de controle em G1). Seus níveis diminuem 
na fase S. 
S-ciclinas: se ligam a CDKs logo após a progressão ao 
Início e ajudam a estimular a duplicação dos 
cromossomos. Os níveis das S-ciclinas permanecem 
elevados até a mitose, e essas ciclinas também 
contribuem para o controle de alguns eventos mitóticos 
iniciais. 
M-ciclinas: ativam CDKs que estimulam a entrada na 
mitose na transição G2/M. Os níveis de M-ciclinas 
diminuem na metade da mitose com a atuação da APC 
(complexo promotor de anáfase). 
*cada complexo de ciclina-CDK fosforila um conjunto 
diferente de proteínas-substrato. 
 
(Quando as condições para a proliferação celular são 
adequadas, vários sinais externos e internos estimulam 
a ativação de G1-CDKs (isto é, G1-ciclinas + CDK), que por 
sua vez estimula a expressão de genes que codificam 
G1/S-ciclinas e S-ciclinas.) 
 Na ausência de ciclinas o sítio ativo na proteína CDK é 
parcialmente obstruído por uma alça proteica. A ciclina 
ligada faz a alça se mover do sítio ativo, resultando em 
uma ativação parcial da enzima CDK. A ativação total do 
complexo de ciclina-CDK ocorre, então, quando uma 
outra cinase, a cinase ativadora de CDK (CAK), fosforila 
um aminoácido próximo à entrada do sítio ativo da CDK. 
Foi dito que o aumento e a diminuição dos níveis de 
ciclinas são os determinantes primordiais da atividade 
das CDKs durante o ciclo celular. No entanto, 
mecanismos adicionais também fazem parte da 
regulação das cinases. Um grupo específico de proteínas 
inibidoras de CDK (CKIs), por exemplo, representado pela 
cinase Wee 1 inibe a atividade das CDKs por meio da 
fosforilação de um par de aminoácidos na cavidade do 
sítio ativo. De forma contrária, a desfosforilação desses 
sítos por uma fosfatase conhecida como CDC25 
aumentará a atividade das CDks. Essas CKIs são usadas 
na regulação das atividade de G1/S-CDKs (isto é, o 
complexo G1/S- ciclina + CDK) e S-CDKs (isto é, o 
complexo S-ciclina + CDK) no início do ciclo celular. 
 
-Ponto de controle em G1: 
 
As CDKs são proteínas que dependem de ciclinas para 
sua ativação, razão pela qual se chamam cinases (ou 
quinases) dependentes de ciclina. Para que a célula 
percorra o caminho até finalmente se dividir, ela precisa 
receber sinais, sejam eles intrínsecos ou extrínsecos que, 
a priori ativarão o gene de ciclinas específicas. É 
importante reafirmar que os níveis/ concentração de 
CDKs se mantém constante, diferentemente das ciclinas, 
que são ativadas e degradadas ao longo do ciclo. Dito 
isso, com a ativação inicial de ciclinas específicas (nesse 
caso, ciclinas G1/S) essas podem se associar à CDKs e, 
com isso, gerar o complexo ativado CDK + ciclina. Uma 
vez ativadas, as CDKs têm como principal função 
fosforilar estruturas. No caso da etapa G1, a fosforilação 
da proteína de retinoblastoma (PRB), especificamente, 
levará à liberação do fator de transcrição E2F. Esse, por 
sua vez, ativa os genes responsáveis pelas enzimas de 
replicação, que serão úteis na replicação do DNA na fase 
seguinte (S). No entanto, foi dito que está em G1 o primeiro 
ponto de checagem da célula. Esse ponto de checagem 
também pode ser chamado de fator de restrição, já que 
uma vez que “a célula decreta que está tudo nos 
conformes” ela se compromete com a divisão celular 
subsequente. No ponto de checagem em G1, é verificado 
se o DNA está íntegro e se o ambiente é favorável. Em 
caso negativo, duas proteínas censoras associadas à 
dupla hélice irão ativar o gene supressor tumoral p53. 
Uma vez ativado, esse gene levará a ativação da proteína 
p21, que se ligará a ciclinas G1/S-CDK e S-CDK, impedindo 
assim que essas sejam associadas à CDKs. Assim a 
célula dá um stop no progresso de suas fases, 
permanecendo em G1. No entanto, caso haja ambiente 
favorável e DNA íntegro, a proteína Mdm2 inibirá o p53. 
Assim, o complexo ciclina + cdk é mantido e a célula pode 
prosseguir para a fase S da interfase. 
-Ponto de Controle em G2 e em metáfase-anáfase: 
 
Uma vez que a célula tem seu material genético duplicado 
na fase S, ela seguirá pelo G2, onde passará pelo segundo 
ponto de controle. Com a ativação das ciclina M, essa se 
associará com sua CDK, ativando- a. Com a CDK ativa, 
haverá a fosforilação de diversas estruturas que serão 
importantes na mitose, como histonas e condensinas 
(condensação cromossômica), proteínas tubulinas 
(organização do fuso mitótico), lâmina nuclear 
(desmontagem da carioteca). No entanto, caso o DNA não 
tenha sido duplicado corretamente, uma cinase inibidora 
de ciclina, a wee 1, inibirá o complexo ciclina + cdk, já quefosforila sítios inibidores das CDKs, impedindo que a 
célula prossiga pela divisão celular. 
De onde surge essa M-CDK? As CDKs estão presentes ao 
longo de todo ciclo, sendo as ciclinas as responsáveis 
pela sua ativação. Dessa forma, a síntese de M-ciclinas 
aumenta durante as fase G2 e M, devido principalmente 
ao aumento da transcrição do gene M-ciclina, levando ao 
seu acúmulo na medida em que a célula se aproxima da 
mitose. 
Embora o contato com a M-ciclina e com cinase ativadora 
de CDK (CAKs) devesse ativar as CDKs, elas permanecem 
inativadas por meio de uma fosforilação inibitória 
causada pela cinase inibidora de CDK chamada de Wee1. 
Para a efetiva ativação do complexo M-ciclina/CDK será 
crucial a ativação da proteína fosfatase Cdc25, que 
removerá o fosfato inibidor que restringe o complexo M-
CDK, causando, portanto, a ativação desse complexo. Ao 
mesmo tempo, a atividade inibidora da cinase Wee1 é 
suprimida, assegurando ainda mais que a atividade da 
M-CDK aumente. 
*Os mecanismos que desencadeiam a Cdc25 no início 
da mitose não são bem entendidos, embora uma 
possibilidade seja a de que as S-Cdks que estão ativas 
em G2 e no início da prófase estimulem a Cdc25. 
Além disso, a Cdc25 também pode ser ativada pela M-
CDK, isto é o próprio alvo da Cdc25 estaria ativando ela. 
A M-CDK também pode inibir a cinase inibidora Wee 1. 
Ou seja, a M-CDK, pelo menos em parte, ativa seu 
próprio ativador (Cdc25) e inibe seu próprio inibidor 
(Wee1). 
De acordo com esse modelo, a ativação parcial da 
Cdc25 (talvez pela S-CDK) leva à ativação parcial de uma 
subpopulação de complexos de M-CDK, que, então, 
fosforilam mais moléculas de CDC25 e Wee1. 
 
No caso do ponto de controle situado entre metáfase e 
anáfase, caso esteja tudo okay com o alinhamento 
cromossômico, a CDC 20, estimulada pela M-CDK, ativará 
a APC, que é o complexo ativador de anáfase. Esse 
complexo degrada através da ubiquitinação uma proteína 
chamada securina, que liberará a separase. A separase, 
por sua vez, é uma enzima que degradará as coezinas, 
que estão unindo as cromátides. Dessa forma, sem as 
coezinas, a anáfase pode prosseguir com a separação 
das cromátides. Além de degradar separases, o complexo 
APC também irá degradar S-ciclinas e M-ciclinas. No 
entanto, com o alinhamento cromossômico incorreto, a 
ativação da proteína MAD irá inativar a CDC20, impedindo 
a ativação da APC, e consequentemente, o avanço no 
ciclo. 
*Note que enquanto a ativação de complexos específicos 
ciclina-CDK gerencia os pontos de controle situados em 
G1 e G2, o ponto de controle em metáfase-anáfase é 
regulado não pela fosforilação proteica, mas pela 
degradação proteica pelo complexo promotor de anáfase 
(APC). Trata- se de um membro da família enzimática de 
ubiquitina-ligase. Elas poliubiquitinam proteínas alvo 
específicas, resultando em sua degradação em 
proteossomos. 
Os dois principais alvos da APC é a securina, cuja 
degradação irá causar a separação das cromátides e 
ciclinas como a S e a M. A inativação dessas ciclinas, 
como mostrado na imagem anterior, fará com que o 
complexo M-CDK e S-CDK sejam inativados. 
O resultado é que muitas proteínas fosforiladas por CDKs 
da fase S, ao início da mitose, serão desfosforiladas por 
várias fosfatases. 
*Essa desfosforilação de alvos das CDKs é necessária 
para a conclusão da fase M. 
** APC permanece ativa depois da mitose, em G1, 
fornecendo um período estável de CDK inativa. Quando 
G1/S-CDK é ativada ao decorrer da fase G1, o APC é 
inativado, permitindo o acúmulo de ciclina no próximo 
ciclo celular. 
FASE S 
Os cromossomos lineares de células eucarióticas são 
estruturas imensas e dinâmicas de DNA e proteína, sendo 
sua duplicação uma etapa complexa e importante do 
ciclo. 
A replicação do DNA inicia nas origens de replicação, que 
estão espalhadas por numerosos locais no cromossomo. 
O primeiro passo ocorre no fim da mitose e durante G1, 
quando um par de helicases de DNA inativas se ligam à 
origem de replicação, formando um complexo chamado 
de complexo pré- replicativo ou pré- RC. A iniciação da 
síntese de DNA ocorre somente em origens de replicação 
que contém um pré-RC. 
O grande complexo multiproteico de reconhecimento de 
origem (ORC), associados às proteínas Cdc6 e Cdt1, se 
ligam às origens de replicação no decorrer do ciclo e 
ligam as helicases inativas ao DNA. 
O segundo passo ocorre na fase S propriamente dita, 
quando helicases de DNA são ativadas, resultando no 
desenrolamento do DNA e no início da sua síntese. Essa 
ativação ocorre por meio do S-CDK (isto é, o complexo 
CDK + S-ciclina), que além de em última instância ativar 
as helicases, também recruta a maquinaria para a 
síntese de DNA. 
 
*Ao mesmo tempo que S-CDK inicia a replicação do DNA, 
também previne a ligação de novas pré-RC, fazendo com 
que a replicação ocorra apenas uma vez por ciclo. A S-
CDK faz isso fosforilando e dessa forma, inibindo, 
proteínas ORC e Cdc6. 
 
 
MITOSE 
A mitose é tradicionalmente dividida em prófase, 
prometáfase, metáfase, anáfase e telófase. De um ponto 
de vista regulador, a mitose pode ser dividida em duas 
partes principais, cada uma influenciada por 
componentes distintos. Primeiro, um aumento abrupto na 
atividade de M-Cdk na transição entre a fase G2 da 
interfase e a mitose (prófase, prometáfase e metáfase) e, 
segundo, durante a transição metáfase/anáfase, quando 
o APC provoca a degradação da securina, liberando uma 
protease que clivará as coesinas, separando as 
cromátides. 
Como já mencionado, o APC também promove a 
degradação de ciclinas, levando à inativação das CDKs e 
à desfosforilação de alvos das CDKs 
A ação de fosforilação por parte das M-CDKs responde 
pelos principais eventos da prófase, como a condensação 
dos cromossomos (condensinas e histonas), 
desintegração do envelope nuclear, formação do fuso 
mitótico (tubulinas). 
Na prófase, os cromossomos estão replicados e formados 
por duas cromátides irmãs. Há o início de formação do 
fuso mitótico entre os dois centrossomos. 
Na prometáfase é iniciado o processo abrupto de 
fragmentação do envelope nuclear, devido à fosforilação 
dos complexos dos seus poros, de componentes da 
lâmina nuclear e de várias proteínas internas do 
envelope nuclear, permitindo a ligação de cromossomos 
às extremidades + do fuso, através de seus cinetocoros. 
Na metáfase, os cromossomos são alinhados na placa 
equatorial do fuso, entre os polos do fuso, sendo esse o 
melhor momento para visualização dos cromossomos. A 
função do fuso mitótico depende de um grande número 
de proteínas motoras dependentes de microtúbulos. 
Essas proteínas (Cinesina, que se movem em direção à 
extremidade +, e dineínas, que se movem em direção à 
extremidade -) 
 
Os cromossomos tem a capacidade de estabilizar e 
organizar microtúbulos, permitindo que as células 
formem fusos bipolares mesmo na ausência de 
centrossomos. 
Após a formação de um arranjo bipolar de microtúbulos, 
a segunda etapa importante na formação do fuso é a sua 
ligação ao pares de cromátide-irmãs. Os microtúbulos do 
eixo se ligam a cada cromátide em seu cinetocoro, 
estrutura proteica alojada na região centromérica das 
cromátides. Essa fixação microtúbulos-cinetocoro 
depende de um outro complexo proteico chamado de 
Ndc80. 
 
A bio-orientação dos cromossomos é feita através de 
tentativa e erro, já que posicionamentos incorretos entre 
cromossomo e microtúbulos geram ligações instáveis 
 
O mecanismo pelo qual a alta tensão gerada nos 
cinetocoros leva a uma ligação estável é especulativo. 
 
Com uma baixa tensão gerada por um posicionamento 
incorreto do cromossomo com relação ao fuso, o 
cinetocoro é submetido à fosforilação causada por 
proteínas chamadas de cinase aurora-B. Essa 
fosforilação dos cinetocoros irá dificultar a ligação deles 
às extremidades + do microtúbulo, gerando assimum 
quadro de instabilidade. 
 Em uma situação de alta tensão, propiciada quando o 
cromossomo está idealmente posicionado no fuso, os 
cinetocoros perdem o contato com a fosforilação de seus 
sítios pela cinase aurora-B, resultando em uma maior 
interação com os microtúbulos e, portanto, mais 
estabiliade. 
Na anáfase, as cromátides-irmãs são separadas de 
forma sincronizada, por meio de dois processos: redução 
no comprimento do fuso e afastamento entre os polos das 
células, além da degradação proteica das coezinas por 
meio das separases. O APC inicia o processo ao marcar a 
proteína inibidora securina para a degradação. Como 
discutido, antes da anáfase, a securina inibe a atividade 
de uma protease chamada de separase, que clivará as 
coezinas. 
 
A ativação da APC requer a ligação com a proteína CDC20. 
A síntese de CDC20 aumenta à medida que a célula se 
aproxima da mitose, devido a um aumento da transcrição 
de seu gene. Além disso, a fosforilação de APC 
(promovida pela M-CDK) auxilia a CDC20 a se ligar ao 
APC, ajudando a criar um complexo ativo. 
Dessa forma, perceba, então, que a habilidade de M-CDK 
promover a atividade de CDC20-APC cria uma 
retroalimentação negativa, já que, uma vez ativado, esse 
complexo degradará ciclinas e, portanto, inativará a M-
CDK. 
*A fosforilação proveniente das CDKs também inibe a 
separase. Assim, a inativação das CDKs na anáfase 
(resultante da degradação de ciclinas por APC) também 
promove a ativação da separase e, consequentemente, 
conclusão da anáfase. 
Como já foi explicado, entre metáfase a anáfase ocorre o 
último ponto de controle do ciclo celular da célula. Essa 
verificação analisa se os cromossomos estão 
corretamente posicionados, já que, uma vez fora do lugar, 
o cinetocoro do cromossomo errante envia um sinal 
negativo que se difunde e impede a ativação de 
CDC20/APC. Esse sinal negativo depende de várias 
proteínas, incluindo a Mad2, que são recrutadas pelo 
cinetocoro não ligado corretamente aos microtúbulos. 
Assim, a célula para sua divisão e não prossegue para a 
separação das cromátides, até que o cinetocoro não 
ligante seja, enfim, posicionado corretamente no fuso. 
Na telófase os dois conjuntos de cromossomos-filhos 
chegam aos polos do fuso e descondensam. Um novo 
envelope nuclear se forma ao redor de cada conjunto. 
Além disso, a divisão do citoplasma é iniciada com a 
contração do anel contrátil. 
O primeiro evento principal da telófase é a 
despolimerização do fuso mitótico, seguida da formação 
do envelope nuclear. 
Costuma- se relacionar a telófase com a prófase, 
afirmando- se que o que acontece em uma “desacontece” 
na outra. Assim, se os eventos causados pela prófase são 
majoritariamente causados pela fosforilação de várias 
prodeínas por M-CDKs, a inativação desse complexo na 
anáfase é um motivo para que haja desfosforilações das 
estruturas, levando aos eventos da telófase. Além da 
inativação de CDKs, algumas células também vão 
depender de fosfatases. 
Durante a citocinese o citoplasma é dividido em dois pelo 
anel contrátil de actina e filamentos de miosina. Esse anel 
se forma durante a anáfase, logo abaixo da membrana 
plasmática. Quando as cromátides-irmãs se separam na 
anáfase, a actina e a miosina II começam a se acumular 
no anel contrátil, que se forma rapidamente. 
O anel contrátil é formado pela polimerização local de 
novos filamentos de actina. Ele é inteiramente desfeito 
quando a clivagem celular é encerrada, uma vez que a 
membrana plasmática do sulco de clivagem se estreita 
para formar o corpo mediano. 
 
(VÍDEO AULA BÁSICA DO ASSUNTO) 
https://youtu.be/03Xh9s2862I