Ciclo celular

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Ciclo celular 
O ciclo celular 
G1 start ou ponto de restrição (início) 
Sinais externos favoráveis 
Sinais externos desfavoráveis 
G0 (dias, semanas,meses ou anos) 
Estudos em leveduras – genes cdc 
(cell division cycle) 
 
condição permissiva x restritiva 
S. cerevisiae 
Vários estágios de divisão 
celular vistos por micrografia 
eletrônica 
 
Leveduras: 
-  Ciclo celular rápido; 
-  Genoma pequeno 
-  Proliferam no estado haplóide 
Principais eventos do ciclo de 
divisão celular 
Mutações em genes do ciclo de divisão celular (cdc) 
selecionados por um fenótipo condicional: 
condição permissiva x restritiva 
Mutante cdc sensível a temperatura 
Mutante cdc 15 crescendo 
sob temperatura restritiva: 
Células não finalizam a mitose 
Normais 
A análise do ciclo celular 
pode ser feita por 
citometria de fluxo 
 
Medindo o conteúdo de DNA 
marcado/cél. 
Componentes do sistema de controle 
do ciclo celular 
 
•  Cdk – kinases dependentes de ciclinas 
•  Ciclinas 
–  variação cíclica na atividade Cdk é controlada 
pelas ciclinas 
•  Checkpoints 
•  Ubiquitina ligases (proteólise cíclica) 
Ciclinas e Cdks 
Ativação das Cdks 
Modelos estruturais 3D da Cdk2 humana. 
A)  estágio inativo, sem ciclina-A ligada, o sítio ativo está estruturalmente 
bloqueado; 
B)  a ligação da ciclina expõe parcialmente o sítio ativo, CDK com baixa 
atividade; 
 C) A fosforilação da Cdk2 (na Thr160, pela CAK) ativa completamente a Cdk. 
Céls. eucarióticas necessitam de diferentes 
classes de ciclinas: 
-  G1/S ciclinas*: ativam Cdks no final de G1 
-  S-ciclinas*: ligam-se as Cdks após o ponto de checagem 1 e ajudam a 
 estimular a duplicação do DNA 
-  M-ciclinas*: estimulam a entrada em M no ponto de checagem G2/M 
-  G1-ciclinas: ajudam a regular a atividade de G1/S-ciclinas 
 
G1/S ciclinas 
G1/S-Cdk 
Início 
Fase S: 
S-Cdk e a iniciação 
da replicação 
•  A replicação deve 
ocorrer com precisão 
para evitar mutações e 
só uma vez para não 
haver amplificação 
gênica 
Origens de replicação 
x 
ORC (complexo de 
reconhecimento de origem) 
Preparação para a Fase M 
•  Cromossomos replicados na 
fase S são mantidos unidos: 
•  Coesinas: reúnem-se ao 
longo das cromátides-irmãs; 
•  Condensinas: auxiliam na 
condensação cromossômica. 
A M-Cdk ativa a reunião de 
complexos de condensinas 
pela fosforilação das 
subunidades. 
Eventos prévios a fase M 
•  Duplicação do DNA 
•  Duplicação do centrossomo 
 
–  Inicialmente os 2 
centrossomos permanecem 
juntos; 
–  Em M separam-se e cada um 
irradia seu áster 
–  Os 2 ásteres movem-se p/ os 
pólos opostos para formar os 
pólos dos fusos. 
Formação do fuso mitótico 
•  No início da mitose: 
–  Microtúbulos citoplasmáticos dissociam-se e iniciam a formação 
do fuso mitótico; 
–  Os microtúbulos alternam entre polimerização e 
despolimerização numa taxa 20x + rápida que na interfase; 
–  Microtúbulos são + numerosos e + curtos 
Dinâmicos, vão formar o fuso mitótico 
 
A atividade das MAPs (proteínas associadas aos microtúbulos) e 
catastrofinas comandam as mudanças no comportamento dos 
microtúbulos. 
Na interfase, MAPs estabilizam microtúbulos. 
A formação do fuso na prófase 
•  Centrossomos começam a mover-
se p/ os pólos opostos dirigidos 
por proteínas motoras 
•  MT crescem e encurtam em todas 
as direções 
•  Microtúbulos de centrossomos 
diferentes interagem 
(microtúbulos interpolares) 
 
Previnem a despolimerização e 
formam a estrutura do fuso 
mitótico 
Forças que tracionam os ásteres 
Forças que empurram na 
zona de sobreposição 
Separação dos 
centrossomos 
Movimento orientado 
para a extremidade (-) 
PRÓFASE 
Pólos do 
fuso 
Pró-metáfase 
•  Dissociação do envelope 
nuclear (lamina) 
 
•  Cromossomos tem 
acesso ao fuso mitótico 
 
•  Ligação ocorre via 
cinetcoro, o qual surge 
no final da prófase. 
Pólo do 
fuso 
cinetocoro 
Microtúbulo crescendo 
Captura da 
extremidade 
Microtúbulo 
encurtando 
Captura lateral 
Cromossomo 
desliza para a 
extremidade (+) 
Pólo do 
fuso 
Captura dos cromossomos por microtúbulos 
na pró-metáfase 
Complexo Dam1 mostrado em azul 
e amarelo, em solução ou 
associado ao cinetocoro (linhas 
pretas). Qdo encontram um 
microtúbulo eles se automontam 
num anel. 
Modelo do 
complexo 
automontado 
de Dam 1 
O cinetocoro 
Os 3 tipos de microtúbulos que compõem o aparato mitótico - metáfase 
 
Anáfase 
•  Todos os cinetocoros devem estar ligados 
 ao fuso para que se inicie a anáfase; 
 
•  Rompimento das ligações das coesinas (por proteólise), 
ativado por um complexo promotor da anáfase (APC), o 
qual também leva S-ciclinas e M-ciclinas à destruição. 
•  Ocorre a liberação das cromátides-irmã; 
 
•  APC só é ativado qdo todos os cromossomos estejam 
biorientados no fuso mitótico 
A proteína cinase Aurora B (e fatores reguladores 
associados) desestabilizam a interação com os MTs se os 
cinetócoros não estão tensionados 
As principais forças que separam os cromossomos-
filhos na anáfase em células de mamíferos 
Encurtamento dos MT do cinetocoro; 
Movimento dos cromossos-filhos para 
os pólos; 
(1)  Força de deslizamento gerada 
entre MT sobrepostos dos 
pólos opostos para empurrar 
os pólos; 
(2) Força que atua diretamente 
puxando os pólos 
Crescimento do MT na 
extremidade + dos MT 
polares 
ANÁFASE A ANÁFASE B 
Na transição da metáfase (A) para anáfase (B), as cromátides-irmã 
repentinamente se separam e se movem para polos opostos —como 
mostrado na micrografia óptica de células de endosperma de 
Haemanthus (lírio) coradas com anticorpos marcados com ouro contra 
a tubulina. (Fonte: Alberts et al.) 
Separação das cromátides na Anáfase 
 Citocinese 
Passo final do ciclo celular 
 
Na maioria das células, inicia-se 
no final da Anáfase e termina 
na Telófase 
 
A primeira mudança visível: 
 o sulco de clivagem 
 
Em muitos eucariotos unicelulares 
e animais, há um anel contrátil 
sob o sulco de clivagem; 
MEV de ovo de rã em clivagem 
Actina e miosina geram a força 
no anel contrátil 
Fonte: Actin Depolymerization Drives Actomyosin Ring Contraction during Budding Yeast 
Cytokinesis. Developmental Cell, Volume 22, Issue 6, 1247-1260, 12 June 2012 
doi:10.1016/j.devcel.2012.04.015 
Mitose em uma célula vegetal: imunofluorescência (no topo) mostrando 
arranjo dos microtúbulos nas células em interfase e mitose. 
Controle extracelular do crescimento e divisão 
•  Tamanho de um órgão ou organismo é definido 
por 3 processos celulares: 
–  Crescimento; 
–  Divisão; 
–  Morte. 
Regulados por: 
- programas intracelulares 
- moléculas sinalizadoras extracelulares 
–  Proteínas solúveis secretadas; ligadas a superfície 
celular ou compondo a matriz extracelular 
Classes de sinalizadores 
extracelulares 
•  Mitógenos: estimulam a divisão celular 
–  Desencadeiam atividade de G1/S-Cdk 
•  Fatores de crescimento: aumentam a massa celular 
por ↑ síntese protéica e ↓ a degradação 
•  Fatores de sobrevivência: supressores de apoptose 
Há moléculas sinal que podem exercer todos esses papéis. 
Mitógenos 
 
•  Org. pluricelulares: só nutrientes não bastam para a 
proliferação, é preciso a presença dos mitógenos 
–  Ex. PDGF – platelet derived growth factor, 
 presente no soro (mas não no plasma) 
–  EGF (epidermal gf), 
–  Há mitógenos de especificidade restrita, 
por ex: eritropoietina 
–  Ausência de mitógenos em algunscasos leva a G0 
Mecanismo de ação dos mitógenos 
•  Nas céls. animais, a maioria age na fase G1 
Mitógenos Ras MAP kinases Myc* 
↑Transcrição de 
Ciclinas G1 
*Myc = proteína reguladora gênica = fator de trascrição 
 
Gene Ras - oncogene – mutações induziriam a divisão celular descontrolada 
 
Isto não acontece normalmente graças aos checkpoints. 
 
Principais checkpoints 
DNA danificado por 
raios-X leva a 
ativação de p53, que 
estimula a transcrição 
de vários genes, 
incluindo p21. 
A proteína p21 liga-se 
a S-Cdk e a inativa, 
impedindo a entrada 
na fase S ou levando 
a apoptose. 
DNA damage 
checkpoint 
Esquema das interações entre p53 e MDM2. 
(A) In the absence of stress signals, p53 is bound to its negative regulator MDM2. 
MDM2 ubiquitinates p53, targeting it for degradation by the proteasome. 
(B) Cellular stress signals, such as DNA-damage, lead to activation of ATM/ATR. ATM/
ATR mediate the phosphorylation of MDM2 and p53. Phosphorylated MDM2 
undergoes auto-ubiquitination and degradation. Phosphorylated p53 goes to nucleus, 
and induces transcription of genes involved in the DDR (DNA damage response ). 
Fonte: Valentine JM, Kumar S, Moumen A - BMC Cancer (2011) 
As células humanas se dividem um 
número limitado de vezes 
•  Senescência da replicação celular. 
•  Principalmente devido a mudanças na estrutura 
dos telômeros (nos fibroblastos e muitas outras 
céls. somáticas humanas, as telomerases são 
ausentes) 
•  Células imortalizadas em cultura: mutações nos 
checkpoints 
Fatores de crescimento 
•  O crescimento celular 
depende da oferta de 
nutrientes e de sinais 
extracelulares 
•  GF - GF receptors 
•  Também ativam Ras e 
Myc 
•  PDGF é mitógeno e GF 
Fatores de sobrevivência 
•  Controlam o número de células em uma população 
•  Inibem apoptose 
•  Ancoramento: 
Muitas células precisam de ancoramento para crescer e 
proliferar: 
–  Integrinas – receptores de ancoramento nos contatos 
focais FAK (kinases de adesão focal) 
Sinais extracelulares que inibem o 
crescimento celular 
•  Família TGF-β: proteínas sinal inibitórias 
da proliferação 
 
–  BMP (bone morphogenetic protein) aumenta 
o produto de genes apoptóticos 
–  Miostatina – inibe a proliferação de 
mioblastos - gado Belgian Blue 
Belgian Blue 
O gado Belgian Blue possui uma mutação no gene da miostatina 
Apoptose 
Morte celular programada 
Morte celular programada 
•  Desenvolvimento (cauda do girino) 
•  Vida adulta: vasculatura do útero no ciclo 
menstrual; epitélio intestinal, neutrófilos... 
•  Fall (queda das folhas no outono) 
•  Controle do número de células 
–  Balanço entre morte x divisão 
Apoptose x necrose 
•  Célula encolhe 
•  Colapso do 
citoesqueleto 
•  Envelope nuclear 
desaparece 
•  DNA é fragmentado 
•  Fragmentos celulares 
são fagocitados e 
reciclados 
•  Causada por injúria 
•  Afeta a vizinhança 
•  Provoca uma 
resposta inflamatória 
Necrose x Apoptose 
Fragmentação do DNA na apoptose 
Detecção de células apoptóticas 
A proteína anexina V detecta a exposição de PS na membrana plasmática 
 
No início da apoptose, a membrana plasmática perde a assimetria translocando 
PS da face citoplasmática para a face externa, podendo 
ser detectada utilizando anexina V marcada. 
 
Com a progressão da apoptose a membrana plasmática fica comprometida e PI 
(iodeto de propídio, um corante vital) pode ser utilizado como um marcador 
adicional de apoptose. 
Caspases 
•  Proteases sintetizadas como procaspases. Muitas 
medeiam a apoptose, mas podem estar envolvidas em 
inflamação e resposta imune. 
•  Dependentes de Cys catalítica que atacam resíduos de 
Asp em certos substratos; 
 
•  Substratos: laminas nucleares, ativam DNAses, 
componentes do citoesqueleto e proteínas de adesão 
•  Reação tudo ou nada. Dois mecanismos: via intrínseca 
e extrínseca (receptores de morte: TNF e Fas)