Ciclo_Celular_e_Cancer

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CICLO CELULAR
E CÂNCER
• Ciclo celular (CC) - sequência ordenada de 
eventos que ocorrem entre duas divisões
• As 2 principais fases do ciclo:
- Fase S: síntese (10-12h, ½ do tempo do CC de uma 
célula de mamífero)
- Fase M: segregação dos cromossomos e divisão celular 
(cerca de uma hora – mamíferos) 
O Ciclo Celular
Destino de um único cromossomo parental pelo ciclo celular
Principais fases do ciclo: 
Fase S e Fase M
O intervalo entre as fases 
S e M do ciclo - “GAP”: 
G1 e G2
As fases do ciclo celular
Fases G1 e G2: além de tempo para o crescimento celular �
monitoramento dos ambientes intra e extracelulares
����
somente se as condições forem adequadas as células irão 
se comprometer (“commitement”) com o CC 
O tempo em G1 pode variar grandemente em resposta às 
condições externas bem como pela sinalização extracelular 
por outras células 
O intervalo entre as fases S e M do ciclo: “GAP”
G1 e G2: tempo requerido para o crescimento celular (duplicação das 
organelas e das macromoléculas)
O Sistema de controle do Ciclo Celular 
Altamente conservado em eucariotos
Uma rede complexa de proteínas regulatórias atuam 
via uma sequência ordenada como interruptores 
bioquímicos
• Conservação evolutiva: a regulação básica do CC e seu 
sistema de controle é essencialmente idêntico em todas as 
células eucarióticas (teste de complementaridade)
• Regulação dos eventos críticos (replicação do DNA; mitose)
• Proteínas quinase heterodiméricas
a) Subunidade catalítica – CDK 
(CDK: kinase dependente de ciclina)
b) Subunidade regulatória – ciclina
• Diferentes complexos CDK/ciclina ao longo do ciclo
CONTROLE DO CICLO CELULAR 
O complexo Cdk – Ciclina)
CONTROLE DO 
CICLO CELULAR
Fosforilação (quinases) e 
degradação de proteínas 
(ubiquitinina/proteassoma 26S)
A passagem através do CC é controlada pelos 
complexos ciclina-CDK
O CC é unidirecional – degradação de proteína é irreversível
Base estrutural para ativação de uma CDK
Ilustração baseada na estrutura tridimensional (R-X) da Cdk2 humana. 
A enzima é mostrada em 3 estados de ativação. 
Loop T é uma região da enzima que bloqueia seu sítio ativo na ausência de 
ciclina. 
A ativação total, catalisada por CAK, ocorre pela fosforilação do resíduo de Thr
no loop T.
CONTROLE DO CICLO EM MAMÍFEROS
• Crucial na determinação do tamanho e forma de 
cada tecido
• Integração entre sinais extracelulares e 
intracelulares
• Células quiescentes (G0)
• Ponto de restrição (G1) � “Start” em levedura 
a passagem por este ponto compromete a célula a entrar na fase S, e avançar 
até completar o ciclo celular (≅ 24 h em células de mamíferos) 
– mesmo se as condições do ambiente mudarem
As leveduras (Schizosaccharomyces pombe e 
Saccharomyces cerevisiae) produzem uma única Cdk
As células de mamíferos possuem uma pequena família 
de Cdks e múltiplas ciclinas
�
Complexos (CDK-ciclina) variam ao longo do 
ciclo
CONTROLE DO CICLO EM MAMÍFEROS
Diferentes complexos CDK/ciclina ao longo do ciclo
(S. cerevisiae)
Atividade dos complexos Cdk-ciclinas de mamíferos durante o ciclo celular de 
células em G0 expostas a fatores de crescimento
CONTROLE DO CICLO EM MAMÍFEROS
G1 ���� S (ponto de restrição)
Ciclina D é
essencial para 
passagem 
pelo Ponto 
De Restrição
G1 ���� S (ponto de restrição)
Regulação das atividades de Rb e E2F em G1 tardia
� E2F auto estimula 
a transcrição de seus 
próprios genes 
Retinoblastoma
(Rb): gene supressor 
de tumor
• requerimento de uma pequena família de fatores de 
transcrição (E2F) para a transcrição dos genes da 
Fase S (Cdk2 e ciclinas A/E e os relacionados à
síntese de DNA) 
SÍNTESE DO DNA
• CDK2/ciclina A 
• Início da síntese pelo complexo de 
pré-replicação
• Inibição da formação de novos 
complexos (só um evento de 
replicação por CC)
G2 ���� M
(Cdc2-activating kinase)
Regulação da atividade MPF em S. pombe
por Cdc13, Wee1, CAK e Cdc25
Regulação da atividade CDK por 
fosforilação inibitória
Obs: Cdc2 = Cdk1
Cdc13 = Cicl.B
Complexos de G2: 
CDK1–ciclina A/B
Também chamado de 
MPF
Regulação por 
proteínas análogas a 
Wee1, CAK e Cdc25 
(S. pombe) 
Mecanismo de Regulação dos níveis das ciclinas mitóticas
APC: anaphase-
promoting complex
MPF: mitosis-
promoting factor 
(regulação do início
da mitose nas
células eucarióticas)
Ciclina B 
Cdk1
Poliubiquitinação de ciclinas mitóticas
• Saída da mitose depende do complexo APC
Controle da entrada na anáfase e saída da mitose por APC, pela indução da 
degradação de pelo menos 2 classes de proteínas
SAÍDA DA MITOSE
inativo
ativo
O Sistema de controle do Ciclo Celular 
Altamente conservado em eucariotos
Uma rede complexa de proteínas regulatórias atuam 
em uma sequência ordenada como verdadeiros 
interruptores bioquímicos – os complexos ciclinas-
CDKs
Na maioria das células, níveis adicionais de controle 
aumentam a fidelidade do processo de divisão celular 
� resposta aos vários sinais intra e extracelulares
Sinais Intracelulares: monitoramento da progressão do CC 
através da passagem para a próxima fase apenas mediante a 
fase atual ter sido completada e checada 
a preparação para a segregação dos cromossomos só ocorre 
após a replicação do DNA ter sido completada e checada
Sinais Extracelulares: o sistema de controle é altamente 
responsivo aos sinais de outras células 
papel central no controle do número de células nos tecidos do 
corpo (controle para evitar a excessiva divisão celular - câncer)
Os “CHECKPOINTS”
Pontos de checagem do sistema de controle do CC
Dispara a ativação da maquinaria de replicação do DNA
Dispara a entrada na anáfase e procede para a 
citocinese (completa a divisão celular)
Dispara a montagem da 
maquinaria da mitose 
(montagem do fuso mitótico)
Estágios onde o controle dos “checkpoint”podem parar a progressão do ciclo celular 
CHECKPOINTS DO CICLO CELULAR
Visão Geral do sistema de controle do Ciclo Celular
O sistema de controle do CC é constituído por uma série de complexos ciclina-
CDKs (amarelo), cujas atividades também são influenciadas por mecanismos 
inibitórios dos pontos de checagem que sinalizam sobre: as condições do ambiente 
extracelular, os danos celulares e os eventos incompletos do CC.
Inibidores de ciclina-quinase
CKI (Ciclin Kinase Inhibitor) contribuem para o 
controle do ciclo: 2 classes principais dessas 
proteínas
a)CIP (p21, p27, p53): Cdk Inhibitory Protein
(liga e inibe todos os complexos Cdk1-, 2-, 4- e 6-ciclinas) 
p21CIP funciona na resposta de células de mamíferos a danos no DNA 
b) INK4 (p16): Inhibitory of Kinase 4 
(liga e inibe somente os complexos CDKs4/6-ciclina D) 
Super-expressão ---| Cdk4/6-ciclina D ---| fosforilação de Rb
A superexpressão ou a perda das proteínas de controle do ciclo celular (mostrado em rosa), 
ocorre em diversos cânceres humanos
Controle no ponto de restrição G1����S
(CKI – classe INK4)�
mutação no gene p16 
�
Em resposta à excessiva 
estimulação mitogênica, a 
proteína inibitória do CC 
p19 ARF, inibe a proteína 
Mdm2
Após irradiação, a 
kinase ATM fosforila p53
Degradação de p53
no proteassoma 26S
Dano ao DNA bloqueia o CC 
em G1 pela ativação de 
proteínas kinases que 
fosforilam p53. Normalmente, 
Mdm2 liga-se a p53 e promove 
sua degradação pelo 
proteassoma 26S. Fosforilada, 
p53 não se liga a Mdm2, 
acumula a altos níveis e 
estimula a transcrição de genes 
como p21 (uma CKI). p21 liga e 
inativa G1/S-CDK e S-CDK 
parando o ciclo em G1.
Dano ao DNA bloqueia o CC em G1
Principal elemento de 
controle da qualidade 
do DNA é a p53, uma 
fosfoproteína nuclear 
induzida por 
fragmentos de DNA e 
que funciona ativando 
uma série de genes
• Em G1 a p53 bloqueia ociclo através da inibição das ciclinas/CDK 
específicas de G1 e a subsequente fosforilação de RB. 
• Uma p53 alterada é encontrada na maioria dos tumores estudados. 
• Este efeito marcante levou-a a ser conhecida como a guardiã do genoma
Complexo Cdk2-ciclina E
Complexo Cdk2-ciclina A
Complexo Cdk4-ciclina D1
p53 também age em G2
• Em G2, p53 induz a célula à morte programada, a 
apoptose
• Existe um balanço neste ponto entre a ação de p53 e 
a capacidade da célula a reparar as lesões no DNA
• Estas lesões são sentidas pelo ATM e gerenciadas 
por BRCA1 e BRCA2 
CÂNCER
CÂNCER
• Crescimento desregulado de células
• Definido por:
– Reprodução em desafio as restrições 
normais
– Invasão e colonização de territórios 
reservados para outras células
PATOLOGIA
• Neoplasia – crescimento incontrolável de uma 
massa de células anormais
Tipos
• Tumor benigno – células neoplásicas 
permanecem confinadas.
• Tumor maligno – células adquirem a habilidade 
de invadir tecidos vizinhos a procura de um 
vaso sanguíneo ou linfático 
• Metástases – capacidade de formar 
tumores secundários em outros locais do 
corpo.
Célula normal
Perda da capacidade de adesão
Fuga do tecido de origem
Travessia para outros órgãos e tecidos até
um vaso sanguíneo ou linfático
Travessia da lâmina 
basal e entrada na 
circulação
Saída da circulação
Sobrevivência e 
proliferação no novo 
ambiente
Características adquiridas
• Crescimento na ausência de sinalização
• Crescimento apesar dos sinais de restrição
• Evasão dos mecanismos de autodestruição
• Capacidade angiogênica
• Imortalização
• Metástases
Algumas causas intrínsecas
• Mutações que aumentam a instabilidade 
genética – reparo por excisão e por 
pareamento (“mismatch repair”)
• Influência epigenética – modificações nos 
padrões de metilação (imprinting)
Genética
• Anomalias cromossômicas
– Numérica:
• Aneuploidia
– Estrutural
• Deleção
• Inversão
• Duplicação
• Inserção
• Anel
• Translocações
Aberração cromossômica
Deleção terminal
TRANSLOCAÇÃO – CROMOSSOMO PHILADELPHIA
ALL – LEUCEMIA LINFOBLÁSTICA AGUDA
CML – LEUCEMIA MIELÓIDE CRÔNICA
TIPOS DE MODIFICAÇÕES 
MOLECULARES
• Silenciamento - metilação
• Superexpressão
• Duplicação
• Deleção
• Inserção
• Mudança de compartimentalização
• Mutações pontuais
PRINCIPAIS PARTICIPANTES
• Proto-oncogenes – genes envolvidos na 
regulação do ciclo celular que levam a 
proliferação.
• Supressores de tumor – genes envolvidos 
na regulação negativa do ciclo celular e na 
diferenciação celular.
PROTO-ONCOGENES E SUPRESSORES DE TUMOR
ONCOGENES
• Sinalização celular – proliferação
• Mutações dominantes (só uma cópia 
mutada é necessária para o fenótipo)
• Oncogenes virais
• Superexpressão e amplificação
• Perda de imprinting
Receptor EGF
Como um proto-oncogene vira um 
oncogene ? Oncogene viral
Oncogenes
TUMOR Oncogene Associado
Bexiga
Cérebro
Mama
Cervical
Coloretal
Gástrico
Pulmão
Melanoma
Neuroblastoma
Ovário
Pâncreas
Próstata
Testículo
Leucemias
HRAS, KRAS
ERBB1, SIS
ERBB2, HRAS, MYC
MYC
HRAS, KRAS, MYB, MYC
ERBB1, HST, MYB, MYC, NRAS, YES
ERBB1, HRAS, KRAS, MYC, LMYC, NMYC
HRAS
NMYC
ERBB2, KRAS
KRAS, MYC
MYC
MYC
ABL, MYC, BCR, BCL1, BCL2
RAS
• Proteína G
• GEF e GAP
• Variantes: HRAS, 
KRAS e NRAS
• p21ras
• Mutações nas 
posições 12 e 61 
mais frequentes nos 
o-ras e v-ras
MYC
• Fator de transcrição do tipo Helix-Loop-
Helix
• Controle proliferativo 
• O-myc
– Inserção viral
– translocação
– Estabilização do mRNA
MUTAÇÕES DE MYC
SUPRESSORES DE TUMOR
• Inibidores de 
proliferação
• genes supressores de 
tumor = anti-oncogenes
• Mutações recessivas
Supressor RB
• Principal regulador do ciclo celular de 
mamíferos – cromossomo 13q
• Reprime E2F
• Heterozigose predispõe ao câncer hereditário 
• Homozigose negativa é letal na infância
• Análogos virais a E2F, leva a proliferação.
HPV pode causar câncer cervical
Supressor p53
• Cromossomo 17p - Tetrâmero
• É ativada por dano no DNA
• Ativa sistema de reparo em G1→S e 
S→G2
• Bloqueia o ciclo celular em G1 e G2 – p21 
• Ativa apoptose em G2
• Mutações negativas dominantes
Funções de p53
Supressor BRCA
• Principal gene relacionado a câncer de mama.
• Está envolvido no reparo do DNA
• 2 loci identificados: 17q21 (BRCA1) e 13q12-13 
(BCRA2)
• Mutações predispõe ao câncer de mama e 
ovário hereditário (BRCA1) 
• Câncer de mama feminino e masculino (BRCA2)
• Diagnóstico familiar
• BRCA 1 e 2 são produtos de oncogenes recentemente isolado 
como os principais atores no câncer de mama hereditário
• Em um indivíduo metazoário, a entrada da célula em processo 
apoptótico é a última saída em uma situação que não mais é
possível o reparo e a degeneração genética é inexorável