Controle do ciclo celular - Bioquímica

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Controle do ciclo celular
Objetivos:
- conhecer o papel funcional das proteínas transmembranares e
proteínas periféricas na transdução de sinais intracelulares;
- conhecer os pontos de checagem e suas funções do controle molecular
do ciclo celular;
- conhecer as proteínas e os papéis funcionais desempenhados por elas
no controle molecular do ciclo celular;
Ciclo celular:
- Seres unicelulares: gerar vida;
- Seres pluricelulares: crescimento, reposição de células mortas,
regeneração de tecidos / e ou órgãos;
- Como um organismo mantém constante seu número de células? Morte
celular: programada ou apoptose; equilíbrio entre a proliferação celular
e morte celular;
- Morte celular excessiva pode causar doenças neurodegenerativas e a
ausência de morte celular pode levar a doenças auto-imunes e câncer;
- O que é? Processos que ocorrem desde a formação de uma célula até
sua divisão em 2 células filhas;
- Etapas: interfase e mitose;
- Duração do ciclo celular: variável - depende do tipo celular, das
condições fisiológicas, disponibilidade de hormônios e nutrientes;
- Célula já diferenciada, que não divide de novo = G0
- Célula que vai repor: G0 → G1 → S → G2 → mitose (intérfase)
Tipo celular e variações no período de proliferação celular:
- células em contínua divisão: células embrionárias, linfócitos, epitélio
intestinal, folículos capilares e medula óssea;
- células que se dividem somente sob estímulo: G1 → estímulo ( R ); ex:
fibroblastos, hepatócitos, células renais, músculo liso;
- células terminalmente diferenciadas: G0 → sem substituição; ex:
neurônio, fibras musculares esqueléticas e cardíacas;
- células terminalmente diferenciadas de vida curta → queratinócitos,
células sanguíneas, epitélio colunar intestinal;
Controle molecular do ciclo celular
1 - Checagem G1: a célula está grande o suficiente? O ambiente está favorável?
2 - Checagem G2: o DNA foi totalmente replicado? o DNA está replicado? (se
não passar na checagem = apoptose);
3 - Checagem metáfase: os cromossomos estão alinhados ao fuso e ao
citoesqueleto?
*Essas são os pontos de checagem previstos, mas pode ter de emergência
caso aconteça algo errado.
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Proteínas (necessárias para que a célula esteja nesse ponto específico da
divisão):
- G1-CDK → decisão de divisão celular;
- G1/S - CDK → decisão de entrada em S;
- S-CDK ou CDK-2 → início da replicação
- S-CDK ou CDK → ativação e estabilização de M-CDK;
- M-CDK ou MPF ou CDK1 → entrada na mitose;
*a atividade de cada fase depende da inativação da fase anterior e ativação
da fase esperada; Ex: para entrar em “S”, a decisão de entrada em S precisa
inativar e o “início da replicação” precisa ser ativado;
*cada conjunto de proteínas é formado por ciclina e/ou CDK - são
interdependentes, uma vez que são as ciclinas que permitem ativação de
CDK.
Estrutura e regulação do ciclo celular
Controle molecular do ciclo celular
- Quinases dependentes de ciclina (Cdks): transferência de fosfato do ATP
para aminoácidos de outras proteínas;
- Ciclinas: proteínas que apresentam um padrão cíclico de acúmulo e
degradação durante o ciclo celular e são reguladoras das atividades
das Cdks;
- para que uma etapa avance, a ciclina anterior precisa ser degradada;
- Existem quatro classes de ciclinas: G1-Cdk; G1-S CdK; S-Cdk e M-Cdk;
Ativação do complexo ciclina-CDK
- A ciclina se liga a CDK (inativa) → alterou conformação e passou a ter
um pouco de atividade catalítica (CDK-parcialmente ativa);
- CDK é fosforilada (fosforilação ativadora) por outra quinase (quinase
ativadora de CDK) → CDK 100% ativa;
- Ciclina se dissocia e fica marcada para ser degradada;
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Proteólise no controle do ciclo celular
- Ubiquitina (ubiquitinação) → processo de marcação para degradação
→ proteossomo → libera os aminoácidos;
Degradação no proteossomo
Controle molecular do ciclo celular
- há diversos check-points durante o ciclo celular;
- esses pontos de checagem são fixos para ver se o material genético
está de acordo, ocorrem em: G1, final de G2 e metáfase.
Estrutura e regulação do ciclo celular
Sinalização extracelular favorável → G1-CDK → G1-S → induz síntese da ciclina
S → M-CDK
Se em momentos houver problemas com a célula, há uma parada de
emergência: para onde está para tentar reparar o erro - se reparar a célula
volta ao ciclo, se não reparar, a célula é encaminhada para apoptose;
A “alavanca” de emergência é acionada nos casos de dano do DNA;
Inibição do complexo ciclina-CDK
Fosforilação inibitória (principalmente final de G2): quinase fosforila (um
fosfato é adicionado) a CDK em outro local → tornando a conformação inativa
(tira a atividade da CDK);
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Processo inverso é possível com a fosfatase Cdc25, retirando o fosfato,
tornando a CDK ativa novamente, o ciclo celular segue.
Quando ocorre um dano no DNA, há um estímulo para a produção de
proteínas inibitórias de CDK (todo o ciclo) → essas proteínas ligar-se-ão ao
complexo e a célula pára na fase em que está.
Controle molecular do ciclo celular G1-S
Mitógeno (molécula que induz a divisão celular) é liberado no sangue ou em
outra região → estimula uma célula que possui receptor específico para esse
mitógeno;
Fosforila o fator de transcrição → ativa o fator de transcrição (proteína
reguladora gênica).
Ras → MAP-cinase → fator de transcrição → atuam em vários genes →
inclusive no MyC (gene extremamente importante, uma vez que ele também é
fator de transcrição) → ao ativar o MyC → o MyC vai induzir a transcrição de
vários genes, inclusive o da ciclina G1 → vai se associar a CDK (esse complexo
vai fosforilar vários alvos).
G1/CDK (complexo) → vai fosforilar uma proteína chamada retinoblastoma → a
retinoblastoma muda conformação e não consegue ligar mais o E2F***,
liberando esse E2F → o E2F induz a transcrição dos genes da fase S →
induzindo produção de ciclina G1-S e ciclina S → S-CDK ativa → síntese de
DNA.
**E2F - também é um fator de transcrição que vai induzir gentes da fase S do
ciclo celular;
Mutação na retinoblastoma - o que acontece? Prova! Se ela não
desempenhar a atividade dela → o E2F fica ativo todo o tempo → indução
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para fase S do ciclo e divisão celular → a célula vai dividir sem ter um
mitógeno lá no topo da cascata como estímulo → proliferação da célula sem
controle → câncer.
Replicação do DNA em eucariotos
- nos eucariotos, a replicação requer “múltiplas origens”, devido ao
tamanho de seu genoma. A replicação é bidirecional, em ambas as fitas
e simultânea.
- diversos pontos de replicação;
- as origens tem sequências determinadas para o início da replicação;
Controle do ciclo celular G1-S
- Proteínas ORC que vão identificar uma sequência de DNA e indicar que
ali é uma origem de replicação.
- Duas proteínas (CDC-6 e CDC-1) impedem que a maquinaria de
replicação se ligue antes do tempo ideal; “trancam” a origem de
replicação.
- Ciclina S + CDK → vão fosforilar as proteínas CDC-6 e CDC-1, liberando
essas proteínas → permitindo que a maquinaria possa se ligar ao
ponto de origem de replicação e iniciar os processos de replicação →
ao concluir a replicação, as proteínas CDC-6 e CDC-1 voltam a um novo
ponto de origem e assim se repete sucessivamente.
Estrutura e regulação do ciclo celular
- MCDK → precisa ser degradada (ubiquitinada) para a célula sair de
metáfase e ir para anáfase;
- MCDK → parada em metáfase → pode ir para apoptose;
- Problemas na ubiquitinação da MCDK → célula vai ficar parada na
metáfase;
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Bloqueio da divisão celular na metáfase
- Fibra do fuso vai deslocar a CDC-20 → se liga na APC → ubiquitinação
da ciclina M → célula sai da metáfase;
- Trissomia do 21 / 18 - quando o sistema de fibra do fuso falha;
- Se o sistema falhar, vai ter mais células com mais carga genética e
menos carga genética;
- Se CDC 20 fica ligada → não tem contato com APC → célula não vai para
anáfase;
Bloqueio da divisão celular por p53
- Sistema que verifica se há 𝛂hélice no DNA (constatando alteração na
topografia);
- Dano no DNA → ativação das cinases ATM / ATR → as quais vão induzir
as quinases CHk1 e CHk2 a fosforilar a proteína P53 → como
consequência a MDM-2 se desloca da P53, tornando a P53 ativa.
- P53 ativa → se liga no promotor do gene P21 → transcrição mRNA →
tradução → não faz proteína p21 (proteína inibidora de CDK) → para o
ciclo celular;
- Mutação / alteração na P53**** prova!
Tumores de mama e útero têm mutações na P53, sendo assim, não
ocorre o processo de verificação da alfa hélice do DNA;
- Cigarro - componentes se ligam na p53 e impedem sua função
adequada;
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Bloqueio da divisão celular por p53 → RB
Normal:complexo CDK ativado → E2F liberado → célula vai para fase S
Alterado: E2F não liberado (dano no DNA) → fica parada na fase → apoptose;
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Interrupção do ciclo ou indução de apoptose por hipertestimulação
Tumor → hiperestimulação de MyC → célula entra em S sem mitógeno (de
maneira descontrolada);
ARF → desloca MdM2 da P53 → p53 fica ativa → interrupção do ciclo celular
para reparo ou apoptose.