11 Ciclo celular 2013.2

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17/12/2013 
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Luciana Veiga 
Universidade Federal da Bahia - UFBA 
Instituto de Biologia 
Campus Ondina 
Salvador / BA 
BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR 
 Curso: Medicina Veterinária 
O Ciclo Celular 
- BIBLIOGRAFIA: 
 
• Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walter, P. 
(2002). Biologia Molecular da Célula, 4ª Ed. Artes Médicas Ed., Porto 
Alegre, 1548p 
 
• Cooper, G. M.(2001). A Célula. 2ª Ed. Artmed Editora,712p. 
 
• Perdigão, J; Tavares, A. (2001). Ciclo celular e novas terapias contra o 
cancro (o ano do Nobel). Boletim de Biotecnologia, p.7-12. 
- Watson & Crick (1953): 
 
“Não escapou à nossa atenção que o pareamento específico 
por nós postulado imediatamente sugere um possível 
mecanismo de cópia do material genético”. 
1. Introdução 
• Ciclo celular: 
- Divisão celular: replicação do genoma e divisão em duas células 
filhas 
- Crescimento celular: incremento de massa por síntese de 
proteínas e lipídeos da membrana e outros componentes. 
DIVISÃO 
CELULAR 
CRESCIMENTO 
CELULAR 
• Células: 
- Estimuladas por fatores que sinalizam o crescimento para se 
dividir 
- Mecanismo de regulação da divisão 
- Controle de qualidade. 
- Divisão sem crescimento: mutante wee1- 
- Divisão normal: wee1+ 
- Divisão com crescimento anormal: mutante cdc25 
(wee1+ - 5x) 
Levedura de fissão: 
Schizosaccharomyces pombe 
• Dano ou morte celular: 
 - Genomas danificados 
 - Genomas replicados de maneira incorreta: divisão da célula antes que o 
DNA tenha sido replicado 
 - Genoma re-replicado sem divisão celular. 
• Prevenção de erros: monitoramento do processo por pontos de checagem. 
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2. O ciclo celular é controlado por “Pontos de Checagem” 
Comprometimento com a replicação 
Comprometimento com a 
mitose 
• Ciclo celular de eucariotos: 
3. Regulação do ciclo celular por sinais extracelulares 
- O ciclo celular é regulado por: 
 - Levedura: sinais extracelulares do ambiente (nutrientes, tamanho 
celular e fatores de acasalamento) 
 - Animais: fatores de crescimento 
- Final de G1 controla a entrada em S: as células estão comprometidas com 
a divisão. 
- Ex: Levedura de brotamento START 
- Se passam por START, elas estão comprometidas com a fase S 
3.1. Ponto principal de regulação do ciclo celular 
- Células animais: 
- Ponto de restrição: semelhante ao START 
- Passagem é regulada principalmente por fatores de crescimento extracelulares 
(sinalizam a proliferação celular) 
- Após a passagem pelo ponto de restrição, a célula está comprometida com a fase S 
- Se os fatores de crescimento extracelulares não estão disponíveis em G1, o ciclo 
celular para no ponto de restrição G0. 
Ex: Fibroblastos da pele: 
 
- Ficam bloqueados em G0 até o 
estímulo à divisão (reparo por danos 
de ferimentos). 
 
- Sinalização: fatores derivados de 
plaquetas 
- Ciclo celular da levedura de fissão Schizosaccharomyces pombe é regulado 
de G2 para a fase M. 
- Em animais, os oócitos coordenam o ciclo em G2 (décadas em humanos até 
serem ativados por estímulo hormonal para entrarem na fase M). 
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- O ciclo celular é regulado por: 
- Sinais internos: monitoram e coordenam os processos de cada fase. 
4. Regulação do ciclo celular por sinais intracelulares 5. Ligação da fase S para a fase M 
- Ponto de verificação em G2: evitar o início da mitose antes de S 
- Existe uma dependência da fase S para a fase M 
- Portu Rao & Robert Johnson (1970): cultura de células de mamíferos 
Condensação 
induzida de 
cromossomos da 
célula em G1 
Condensação 
induzida de 
cromossomos da 
célula em S 
Condensação 
induzida de 
cromossomos da 
célula em G2 
- Mecanismo molecular que restringe a replicação do DNA uma vez por ciclo: 
- Família de proteínas MCM (fatores de licenciamento) ligam-se às ORC (Complexo de 
Reconhecimento da Origem). 
 
- A ligação é regulada 
- Ligação em G1 e liberação em S (DNA é replicado) 
- Mudam de compartimento ao longo do ciclo 
 - G1: núcleo 
 - S: citoplasma permanecendo até G2 
- Após o início da replicação, as proteínas 
MCM são deslocadas da origem (a replicação 
só inicia quando a célula passa pela mitose e 
entra em G1 do próximo ciclo celular). 
6. Reguladores do ciclo celular 
- 3 estudos voltados do ciclo celular elucidaram o mecanismo de controle: 
leveduras, ouriço do mar, sapos e mamíferos: 
- O ciclo celular é controlado por PROTEÍNAS QUINASES (conservadas) 
- MPF: fator promotor da maturação (composto de Cdc2 e ciclinas) 
 
• 1º Experimento: Oócito de rãs 
1º experimento: 
 
Oócitos bloqueados em G2 
são microinjetados com 
citoplasma extraído de 
oócitos que sofreram a 
transição de G2 para M 
por progesterona. 
O MPF induz a entrada 
na fase M mesmo na 
ausência do estímulo 
(progesterona). 
- 2º Experimento: S. cerevisae (levedura de brotamento): 
 
 - Identificação de mutantes sensíveis à temperatura restritiva (acima de 36º 
não crescem). 
 - Mutantes: denominados “Mutantes do ciclo da divisão celular – Cdc” 
Cdc28: em condições desfavoráveis, bloqueiam o START: não passam de G1 para S. 
- 3º experimento: Tim Hunt e colaboradores (1983) 
- Ouriço do mar: estudos da síntese de proteínas nos estágios embrionários iniciais 
- Necessidade de duas proteínas que possuíam um padrão periódico de acúmulo e 
degradação. 
 - Interfase: acumuladas 
 - Mitose: degradação gradual 
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- James Maller (1988): 
 
- Purifica o MPF: demonstra que o MPF é um fator conservado na regulação do ciclo 
celular 
- Composto por duas subunidades 
 - Cdc2: proteína quinase 
 - Ciclina B: subunidade reguladora da atividade catalítica de Cdc2 
• Duas classes de proteínas: 
 
1. Cdk (cinases de proteínas dependentes de ciclinas) 
 
2. Ciclinas se ligam às cdk e controlam a taxa de 
fosforilação das proteínas responsáveis por 
inúmeros fenômenos que ocorrem na divisão celular 
(replicação do DNA, formação do fuso mitótico 
etc). 
 
 
 
Ativadoras das cdk: produzidas e degradas de forma 
cíclica 
 
Ciclina M + cdk = MPF (fator promotor da 
maturação) 
 
• O progresso das células através das diferentes fases 
do ciclo celular é controlado por complexos de 
proteínas quinases (CDKs), as quais são controladas 
pelas ciclinas. 
 
• CDKs: Cyclin Depend Kinases: 
 
– moléculas que possuem níveis celulares constantes 
– apresentam-se em formas ativas e inativas 
– ativadas pelas ciclinas 
 
• Os níveis celulares de cada ciclina apresentam picos 
em fases específicas do ciclo celular: 
 
– ciclina D combina-se com CDK4 e CDK6 na fase G1 
– ciclina E combina-se com CDK2 no final da fase G1 
– ciclina A combina-se com CDK2 e CDK1 na fase S 
– ciclina B combina-se com CDK1 na fase G2 
- O MPF é regulado por fosforilação de Cdc2 
- Ex: mamíferos 
 - Ciclina B: acumulada no início da síntese de DNA (fase S) 
- S e G2: a ciclina B se 
complexa com o Cdc2 
(fosforilação em duas 
posições reguladoras) 
- Treonina 161 
- Treonina 14 e tirosina 15 
(catalisadas pela proteína 
quinase Wee1 e Myt 1) 
FASE S 
FASE G2 
MITOSE 
- Transição G2 para M: 
ativação do complexo 
Cdc2/ciclina B pela 
desfosforilação de 
treonina 14 e tirosina 
15 pela fosfatase Cdc25 
7. Família das ciclinas e quinases dependentes de ciclinas 
- Leveduras e eucariotos superiores possuem múltiplas 
ciclinas e múltiplas proteínas quinases relacionadas com 
Cdc2. 
- As Cdcs de eucariotos superiores são denominadas 
Cdks (cyclin-dependent kinases): de Cdk2 a Cdk8 
- Ciclinas D. 
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- Mecanismo de regulação de Cdks 
Os pontos de controle necessitam de, pelo menos, três componentesdistintos: 
 
- Um mecanismo sensor que vigia e detecta as anomalias quando estas surgem; 
- Um sistema de sinalização/retransmissão de sinais que transmite a informação detectada; 
- Um sistema que pára a maquinaria celular. Alguns destes sistemas que causam uma parada 
no ciclo celular são inibidores específicos que atuam diretamente sobre os complexos 
ciclinas/Cdks. 
8. Fatores de crescimento e ciclinas do Tipo D 
- Proliferação de células animais: regulada por fatores de crescimento 
(ponto de restrição de G1 para S). 
- Ausência: entram em G0 
9. Inibidores do ciclo celular 
- Proliferação celular: regulada por fatores de crescimento e por uma variedade de 
sinais que atuam na inibição do ciclo. 
- Agentes que danificam o DNA: bloqueio do ciclo (a célula repara o dano). 
 - Ex: Bloqueio mediado por p53 em resposta ao dano no DNA 
p53: regulador da p21 
 
p21: inibe o complexo 
Cdk/ciclina e a replicação do 
DNA (liga-se à subunidade da 
DNA pol δ 
- CKIs: inibidores de Cdks 
Inibidor Complexo CdK/Ciclina Fase 
• Células animais: 
- Família Cip/kip (p21, p27 e p57) 
 
 
 
- Família Ink4 (p15, p16, p18 e p19) 
 
Cdk4/Ciclina D 
Cdk6/Ciclina D 
Cdk2/Ciclina E 
Cdk2/Ciclina A 
Cdk4/Ciclina D 
Cdk6/Ciclina D 
 
G1 
G1 
G1/S 
S 
G1 
G1 
• Leveduras (S. cerevisae) 
- Far1 
 
- Sic1 
 
Cdc2/Cln 
 
Cdc/Clb5 
Cdc2/Clb5 
 
G1 
 
S 
S 
“Efeitos combinatórios desses múltiplos modos de regulação de Cdks são responsáveis 
por controlar o curso do início do ciclo celular em resposta tanto a pontos de 
verificação como à variedade de estímulos extracelulares que regulam a proliferação 
celular” 
- Controle de ponto de verificação em G2: 
 - Mediado pela proteína quinase ChK1 (ativada em resposta ao dano 
ou replicação incompleta do DNA) 
 - A ativação depende de proteínas de verificação 
Fosforila Cdc25, prevenindo a 
Cdc25 de desfosforilar: não 
ativa Cdc2 
- Variação da quantidade de DNA no decurso do ciclo celular e no 
tempo das fases (fluorescent of activated cell) 
10. A mitose 
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Ciclo celular e a 
mitose 
G0 
Fase diferenciada 
- Citocinese 
- Divisão em duas células filhas 
Cromatina 
dispersa 
Cromatina 
densa 
Cromátide e cromossomo 
6 nucleossomos/volta 
(H1) 
1. Prófase 
- Formação do fuso 
- Mitose 
2. Pró-metáfase 
- Ruptura total da membrana nuclear 
- Cromátides ligada ao fuso (centrômeros) 
- Cromátides ligadas ao fuso 
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- MPF e o curso para a metáfase: 
Inativação da GM130: 
atracamento das 
vesículas 
Cdc2: fosforila a lâmina 
nuclear: fragmentação 
da carioteca 
Cdc2: fosforila as 
condensinas (a H1 é 
substrato para a Cdc2) 
MPF: mudança nos 
microtúbulos formando 
o fuso 
3. Metáfase 
- Cromossomos visíveis e dispostos no plano equatorial da célula. 
- Células em metáfase 
4. Anáfase 
- Clivagem dos centrômeros 
-Segregação cromatídica para os pólos 
- Células em anáfase 
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- Proteólise e inativação do MPF: 
 - Proteólise mediada pela ubiquitina que é ativada pelo “Complexo de 
Desenvolvimento da Anáfase” 
- Proteólise de duas proteínas 
regulatórias chaves: 
1. Sec 1: coesinas (mantém a conexão 
entre cromátides-irmãs 
2. ciclina B: inativação do MPF (saída 
da mitose e entrada na citocinese) 
5. Telófase 
-Cromossomos-filhos atingem os pólos; 
-Desaparecimento do fuso mitótico; 
-Reorganização da membrana nuclear; 
-Descondensação dos cromossomos; 
-Presença dos nucléolos. 
- Citocinese: formação do anel contrátil 
RESUMO