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aula ciclo celular rodrigo martins

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Ciclo Celular: Introdução
Rodrigo Martins
ICB _ LaNCE _ HU
rodrigomartins@ufrj.br
Células são geradas a partir de células e a única 
maneira de se fazer nova célula é a DIVISÃO de 
uma célula pré‐existente
De bactérias a mamíferos multicelulares
Ciclos sucessivos de duplicação
Quando na presença de estímulos adequados as 
células podem se multiplicar através de 
repetidos ciclos de proliferação e divisão 
celular, que em função dessa natureza cíclica, 
esse ciclo de vida das células proliferantes foi 
denominado CICLO CELULAR
> Proliferação Celular vs. Crescimento Celular
> Nem todas as células precisam crescer para se dividir
Divisão Celular em Blastômeros
Roteiro
• Fases do Ciclo Celular
• Relevância da Pesquisa sobre Ciclo Celular
• Histórico
• Os “Artistas do Espetáculo”: Ciclinas e CDKs
• Métodos de Estudo do Ciclo Celular
Copiar e segregar/dividir material genômico de modo perfeito! 
Fases do Ciclo Celular
> Mitose pode ocorrer sem citocinese > Formação de célula
com muitos núcleos
> Embriões de Drosophila
Mitose
G1
Síntese de DNA (S)
G2
G0
(pós-mitótica)
Particularidades do Ciclo Celular durante a Organogênse/ 
Desenvolvimento de Organismos Multicelulares
“Nascimento”
Ciclo Celular está Acoplado a 
Mecanismos de Diferenciação Celular
**divisões simétricas vs. assimétricas
Divisão Meiótica Gera Células Germinativas Haplóides
Relevância do Estudo do Ciclo Celular
Biologia do Desenvolvimento
wt Sox2
Fantes et al. Nature Genet. 33: 461‐2, 2003 
Olena et al. Genes and Dev. 20: 1187‐02, 2006 
Microftalmia
A Retina de Vertebrados
Mitose
Fase S 
Desenvolvimento
Proliferação
Saída do Ciclo Celular
Especificação do Tipo Celular
Morte Celular
Migração
Sinaptogênese
Coordenação entre Proliferação, Saída do Ciclo e 
Diferenciação é Crucial para Formação da Retina
Particular Importância do Controle de Ciclo Celular 
para o Desenvolvimento da Retina
Saída Precoce do Ciclo Saída Tardia do CicloFunctional RetinaRetinoblastoma
Importância Clínica do Estudo do Ciclo: 
Biologia do Câncer
Saída de um estado quiescente para um estado de proliferação celular 
ativa é um pré‐requisito para formação de diversos tumores
Necessidade de Controle Inequívoco do Estado Pós-mitótico
Células‐Tronco e Terapias Celulares
Teratomas
Células Multipotentes com capacidade
de gerar diferentes tipos celulares / tecidos / órgãos
Prêmio Nobel
O Nobel em Fisiologia ou Medicina de 2001 foi dado a pesquisadores
que fizeram descobertas sobre os mecanismos moleculares do ciclo
celular (proteínas cdk e ciclina e seus mecanismos de ação).
Hartwell, H. L.,Culotti, J. & Reid, B. Genetic control of the cell‐division cycle in yeast. I Detection of mutants. PNAS 66, 352–359 (1970).
Leland Hartwell Tim Hunt Paul Nurse
Hartwell, L. H., Culotti, J., Pringle, J.R. & Reid, B.J. Genetic control of the cell division cycle in yeast. Science 183, 46‐51 (1974).
Nurse, P. et al. Genetic control of the cell division cycle in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Mol. Gen. Genet. 146, 167–178 (1976).
Evans, R., Rosenthal, E.T., Youngblom, J., Distel, D. & Hunt, T. Cyclin: a protein specified by maternal mRNA in sea urchin eggs that is destroyed 
at each cleavage division. Cell 33, 389–396 (1983)
Desde 2002
Periódicos Internacionais Especializados
www.landesbioscience.com/journals/cc/
Histórico
Rudolf Virchow, 1821 – 1902
“ Toda célula se origina de outra célula similar pré‐existente.“
1858
Robert Remak, 1815‐1865
Omnis cellula e cellula 
Na vidada para o XX, a divisão celular foi estudada
em detalhe por embriologistas e microscopistas 
• Eduard Strasburger (1875), botânico, e Walther Flemming (1979), que estudava células 
animais, são considerados os descobridores da MITOSE;
• Flemming descreveu a cromatina e ambos deduziram que o núcleo estaria relacionado com 
hereditariedade;
Walther Flemming, 1843 – 1905 Eduard Strasburger, 1844 ‐ 1912
• Nas décadas de 1970 e 1980, novas metodologias de biologia molecular 
permitiram os pesquisadores das áreas de biologia celular, bioquímica e 
genética, de forma conjunta, elucidar os mecanismos moleculares de 
controle do ciclo celular;
• Novamente, o progresso científico foi fruto das pesquisas e descobertas
terem sido feitas em diversos organismos vivos cada um com suas
“vantagens” biológicas ou metodológicas;
• Embriologistas vs. Geneticistas
Embriologistas ‐ Anfíbios, Ouriço do mar e outros invertebrados marinhos
Geneticistas ‐ Leveduras
“Cell Cycle Classics”
Pesquisas em leveduras levaram a descoberta de 
Genes essenciais para o Ciclo Celular
• Reprodução rápida
• Genoma relativamente pequeno ( em torno de 1% do nosso)
• Fácil manipulação genética
• Rápida identificação e caracterização de mutantes genéticos;
Genes Cdc (Cell‐division cycle)
Busca sistemática por mutações que inativavam genes 
necessários para o ciclo/divisão celular
Cdc15 selvagem
Cdc15 mutante
Muitas Descobertas sobre a Bioquímica do Ciclo  
foram feitas Estudando de Ovócitos Anfíbios
• 1 ovócito de Xenopus tem 1mm de diâmetro e um volume de citoplasma 100.000 
vezes maior que uma célula humana;
• Fertilização dispara Divisão por Clivagem* do ovócito;
• Total de 4096 células em 7 horas ( ~15 minutos de fase S e M)
• Fases G1 e G2 indetectáveis;
• Fácil de injetar substâncias nas células e observar efeitos no ciclo.
Descoberta do MPF  (“Maturation promotion factor”)
Masui e Markert, 1971 - J. Exp. Zool. 177: 129-146
Maturação = indução de entrada em meiose
MPF = complexo proteico formado pelas ptns :
Cinase Cdc2 (hoje também chamada de Cdk1)
e
Ciclina B2
COMPORTAMENTO
CÍCLICO
DO MPF
G
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ATIVIDADE DO MPF
DEPENDE DE
SÍNTESE PROTÉICA
N
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-
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2
,
 
1
9
8
4
A “natureza” do MPF  (“Maturation promotion factor”)
MPF E CICLINAS
IDENTIFICAÇÃO
DE CICLINAS
EM OVOS DE
INVERTEBRADO
MARINHO
Hunt, T.; Luca, F.C. & Ruderman, J.V.
J. Cell Biol. 116: 707-724, 1992
Cdc2 = CDK1 !!
Alguns dos genes essenciais para divisão das leveduras codificavam
exatamente proteínas que mediavam a atividade
bioqímica/biológica do MPF
“MPF was first known for its function, then as a protein and finally as a 
gene. In contrast, CDC28 (S. cerevisiae) or cdc2 (S. pombe) was  first 
described as a gene with a known function and only later was the 
protein identified. Cyclin was first discovered as a protein, then as a 
gene and finally its function was known as a component of MPF”
Os Artistas do Espetáculo: Ciclinas e CDKs
• Ciclinas – Proteínas cuja expressão varia de forma 
dependente da fase do ciclo celular
• CDK (cinases dependentes de ciclina ) 
1‐ Proteínas cinase  ‐ capazes de transferir radicais fosfato para seus substratos (vídeo)
2‐ CDKs são serina‐treonina cinases
3‐ Atividade de cinase das CDK depende de associação com as ciclinas
4‐ Eventos pós‐traducionais de fosforilação e defosforilação contribuem para a 
ativação plena das CDK
Moléculas Reguladoras do Ciclo são extremamente 
conservadas evolutivamente
Em camundongos, por exemplo, existem aproximadamente