Ciclo Celular

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RESUMO CICLO CELULAR – THE CELL
1. Introdução
	O sistema de controle do ciclo celular é um conjunto de proteínas regulatórias que monitora a presença e ausência de estímulos intra e extracelulares para governar o ciclo celular. Este é composto de duas principais fases: M e intérfase. Esta é dividida em G1, S e G2. Numa típica célula de mamífero:
	Ciclo total: 24 horas;
	M – mitose – 1 hora;
	S – síntese de DNA – 10 a 12 horas;
	G1 e G2 – variáveis.
Figura 17.3
2. As Fases do Ciclo
	Nas fases G1 e G2, ocorrem duplicação de macromoléculas e organelas, para divisão do conteúdo celular entre as duas células-filha que serão formadas. Durante G1, a célula monitora o ambiente extracelular para a presença de estímulos favoráveis à divisão celular. Caso essas condições não estejam presentes, a célula não entra em S e pode permanecer em G1. Quando isso acontece, diz-se que a célula entrou em G0. O tempo de G0 varia de horas a anos. Na presença de estímulos, a célula passa do chamado ponto de restrição, a transição G1-S. Uma vez passado esse ponto, a célula entra em S, mesmo que os estímulos positivos sejam removidos.
	As proteínas do ciclo celular foram altamente conservadas durante a evolução, de modo que a introdução de proteínas humanas em levedura permite o funcionamento normal do ciclo celular.
3. Arraste do Ciclo
	A célula possui muitos pontos de checagem, nos quais o avanço para a etapa seguinte é atrasado em resposta a algum mau funcionamento de uma etapa anterior. Por exemplo, caso o DNA não seja completamente duplicado durante a fase S, o avanço para G2 é retardado para que a maquinaria repare os erros ocorridos. Uma vez reparados, o avanço para G2 prossegue. Esses pontos de checagem também são sensíveis a sinais extracelulares, que promovem ou inibem a proliferação celular.
4. Pontos de Checagem e Sinais Negativos
	Os pontos de checagem detectam principalmente sinais negativos intracelulares, ao invés de sinais positivos. Considere a ligação dos cromossomos ao fuso mitótico. Caso cada cromossomo ligado envie um sinal positivo para a próxima etapa do ciclo, o último sinal, enviado pelo último cromossomo ligado, representará uma pequena fração do total dos sinais positivos. Por outro lado, o envio de um sinal negativo por um cromossomo não ligado seria mais facilmente detectado.
	Células mutantes para certos pontos de checagem têm seus ciclos avançando normalmente, mesmo com acumulação de erros. Portanto, eles não são essenciais, mas sua ausência causa mutações, que podem levar, por exemplo, ao câncer.
5. Cinases Dependentes de Ciclinas
	Os principais componentes do sistema de controle do ciclo celular são as cinases dependentes de ciclinas (Cdks). São proteínas que, quando ativadas, fosforilam outras proteínas que atuam numa determinada fase do ciclo. Por exemplo, Cdks ativas durante a fase M fosforilam proteínas que estão envolvidas na condensação dos cromossomos.
	As principais proteínas que ativam as Cdks são as ciclinas. Estas são produzidas de forma cíclica durante o ciclo celular, sendo sintetizadas num determinado momento e eliminadas em outro. Pelo contrário, a população de Cdks permanece constante durante o ciclo celular. Existem 4 classes de ciclinas:
	G1 ciclina – ajuda a promover a passagem pelo ponto de restrição de G1;
	G1/S ciclina – liga Cdks no final de G1 e permite a replicação;
	S ciclina – permite o início da replicação;
	M ciclina – permite os eventos de mitose.
	Em leveduras, existe um único tipo de Cdk, o qual é ativado por diferentes ciclinas. Cada ciclina ativa e direciona a Cdk para um determinado grupo de proteínas-alvo, fornecendo especificidade. Além disso, certos substratos estão presentes apenas numa dada fase do ciclo, como a maior parte das proteínas envolvidas na mitose. Portanto, mesmo que um dado complexo ciclina-Cdk possa atuar em mais de um grupo de substratos, isto será separado temporalmente.
	Nos mamíferos, no entanto, existem Cdks específicas para cada ciclina. Os complexos conhecidos são: G1-Cdk, G1/S-Cdk, S-Cdk e M-Cdk.
	A ativação de uma Cdk ocorre em duas etapas. Primeiro, uma ciclina interage com a Cdk, o que desloca parcialmente a porção protéica da Cdk que está bloqueando o seu sítio ativo. Posteriormente, uma cinase ativadora de Cdk (CAK) fosforila um aminoácido desse sítio, causando uma mudança conformacional que completa a ativação da Cdk.
Figura 17.17
6. Regulação da Atividade de Cdks
	Existem 3 formas de regulação da atividade das Cdks.
Alteração nos níveis de ciclinas.
A fosforilação de um segundo aminoácido do sítio ativo, por uma cinase, inibe a Cdk. A defosforilação deste segundo aminoácido, por uma fosfatase, reativa a Cdk.
Proteínas inibidoras de CDKs (CKIs).
Figuras 17.18 e 17.19
7. Regulação das Ciclinas
	A alteração nos níveis de ciclinas mencionada anteriormente ocorre principalmente pela ubiquitinação e posterior degradação nos proteossomos. Existem dois exemplos principais de proteínas que realizam essa ubiquitinação.
	O primeiro é a SCF, uma proteína ativa durante todo o ciclo celular. O seu alvo é a G1/S-ciclina. No momento apropriado, esta ciclina é fosforilada. Isto é o sinal para que a SCF adicione ubiquitinas, que irão encaminhá-la ao proteossomo.
	O segundo é o complexo promotor da anáfase (APC). Como o próprio sugere, ele promove a anáfase, que ocorre depois da metáfase. No entanto, a APC só é ativa num momento característico do cicloo celular. Neste momento, uma subunidade ativadora se liga à APC, permitindo que ela adicione resíduos de ubiquitina à M-ciclina. Esta é então degradada.
	Outra forma de alterar os níveis de ciclina é pela mudança na transcrição de seus genes, o que parece ocorrer durante todo o ciclo.
Figura 17.20
8. Controle da Replicação
	Num experimento, uma célula em fase G1 foi fusionada com uma célula em S e uma célula em G2 foi fusionada com uma em fase S. O núcleo em G1 entrou em S, mas o núcleo em G2 não. Conclui-se que uma célula em G2 não é competente para iniciar a replicação do DNA, mesmo que tenham sido fornecidas S-Cdks ativas.
	Durante G1, um grupo de proteínas se liga às origens de replicação do genoma, formando o complexo pré-replicativo (pré-RC). Num momento posterior, no final de G1, S-Cdks estão ativas e possibilitam o início da replicação. Uma vez que a replicação tenha iniciado, a S-Cdk fosforila proteínas do pré-RC, desmontando-o. Essa fosforilação exporta algumas dessas proteínas para o citosol e, em outras proteínas, é o sinal para a atuação da SCF.
	A S-Cdk é mantida ativa durante G2 e M, impedindo uma re-replicação do DNA. Outros complexos ciclina-Cdk participam desse processo. Quando a célula se divide, a atividade de todos os complexos é zerada. A defosforilação das proteínas do pré-RC permite então que elas atuem novamente.
Figura 17.22
9. Desencadeamento da Mitose
	Nas fases G2 e M, ocorre um acúmulo de complexos M-Cdks. Isto tem como motivo o aumento na transcrição do gene da M-ciclina. No entanto, após a ativação total da M-Cdk, promovida pela CAK, uma cinase (Wee1) fosforila o seu sítio ativo, inativando-o. Num dado momento, tem-se uma quantidade grande de M-Cdks, porém com sua atividade bloqueada.
	O desbloqueio ocorre quando uma fosfatase (Cdc25) retira os fosfatos inibidores da M-Cdk e suprime a atividade da Wee1. Além disso, a própria M-Cdk, agora ativa e desbloqueada, funciona como inibidor da Wee1, numa retroalimentação positiva.
Figura 17.23
10. Ponto de Checagem da Replicação
	Uma parte não replicada do DNA ou uma forquilha não terminada envia um sinal negativo, que termina por inibir a Cdc25, de forma que a M-Cdk continua com os fosfatos inibidores.
11. Muitas Funções para a M-Cdk
	A M-Cdk apresenta muitas funções durante a mitose. Ela fosforila,por exemplo, as proteínas que compõem a lâmina nuclear, estrutura que se localiza sob o envelope nuclear. Este é o primeiro passo para a desestruturação do envelope. Um segundo exemplo é a fosforilação do complexo condensina, um conjunto de proteínas responsáveis por compactar ao nível máximo os cromossomos duplicados.
12. O APC Promove a Anáfase
	O complexo promotor da anáfase (APC) é um conjunto de enzimas que encaminham suas proteínas-alvo para proteólise. Antes da anáfase, os cromossomos estão ligados ao fuso mitótico na placa equatorial da célula e são resistentes à separação. Essa resistência é devida ao complexo de coesão, composto por coesinas. No entanto, na anáfase, a proteína Cdc20 ativa o APC, possibilitando que ele encaminhe a proteína securina para degradação. Como a enzima separase é inibida pela securina, ela está agora ativa. Seu alvo compreende proteínas algumas coesinas. Dessa forma, a coesão entre as cromátides irmãs é rompida e elas podem ser separadas.
Figura 17.26
13. Ponto de Checagem da Anáfase
	Um cromossomo não fixado ao fuso mitótico através de seu cinetocoro envia um sinal negativo que bloqueia a ativação do APC pela Cdc20.
14. Finalização da Mitose
	O complexo Cdc20-APC, após ter estimulado a anáfase, encaminha a M-ciclina para degradação. Isto inativa a M-Cdk, o que leva a todos os eventos que promovem o fim da mitose, como desmontamento do fuso, descondensação dos cromossomos e reorganização dos envelopes nucleares.
15. Níveis Baixos de Cdk Durante G1
	Após a mitose, a quantidade de M-Cdk é reduzida drasticamente pela ação do complexo Cdc20-APC. No entanto, não se deve esquecer que este complexo era ativado pela M-Cdk. Logo, com a queda nos níveis de M-Cdk, há uma queda nos níveis de Cdc20-APC. De forma contrária, uma outra proteína, Hct1, estava sendo inibida pela presença de M-Cdk. Agora, Hct1 está ativa e interage com APC, formando o complexo Hct1-APC. Este complexo garante a manutenção de níveis extremamente baixos de M-Cdk durante a fase G1.
	Outros mecanismos atuam nesse processo, como a acumulação de CKI (p27 em mamíferos). Em última instância, como M-Cdk regula positivamente a expressão de M-ciclina, este fenômeno também é reduzido. 
Figura 17.28
16. Entrando em S
	Então, como vamos de G1 para S? Em células de mamíferos, estímulos extracelulares induzem o aumento na expressão de G1-ciclinas, formando complexos G1-Cdk. Este fosforila a proteína retinoblastoma (Rb), a qual é um inibidor da proteína E2F. A proteína E2F está, agora, ativa e pode se ligar aos promotores dos genes de G1/S-ciclina e S-ciclina, o que culmina na formação dos complexos G1/S-Cdk e S-Cdk.
	Além disso:
O E2F livre estimula a expressão de seu próprio gene.
O aumento de E2F livre aumenta a quantidade de G1/S-Cdk e S-Cdk.
O aumento de G1/S-Cdk e S-Cdk aumenta a fosforilação de Rb, que aumenta ainda mais E2F livre e tudo se repete.
O aumento G1/S-Cdk e S-Cdk aumenta a fosforilação de Hct1 e de CKI (p27), levando à total inativação destas ou destruição.
17. Ciclo Celular e Crescimento Celular
	Podem ou não estar acoplados. Leveduras mutantes podem aumentar de tamanho sem continuar com o ciclo celular. Células de mamíferos dependem de sinais extracelulares para coordenar o ciclo com o crescimento celular. No entanto, algumas células apenas crescem, como neurônios. De forma inversa, outras células apenas se dividem, como na clivagem do zigoto.
18. DNA Danificado
	As células possuem pelo menos 2 pontos de checagem: no final de G1 e no final de G2. 	Numa célula em G2 exposta a radiações danosas, o DNA danificado emite sinais negativos para certas enzimas, as quais fosforilam e inativam a Cdc25. Dessa forma, a M-Cdk não é defosforilada, permanecendo inativa. Isto impede a entrada em M.
	Numa célula em G1 exposta a radiações danosas, o DNA danificado ativa uma cinase que fosforila a p53. Esta fosforilação desfaz a interação da p53 com a Mdm2, uma ubiquitina-ligase que mantém a concentração celular de p53 reduzida. Uma vez livre, a p53 atua como regulador de transcrição, ativando a expressão de outras proteínas, incluindo a p21. A p21 inativa G1/S-Cdk e S-Cdk.
	Percebe-se que a p53 protege contra a divisão de células com danos no DNA. Ou seja, protege contra o câncer. De fato, em metade dos cânceres humanos, existem mutações no gene p53. No caso mencionado, em condições normais, a p53 promove a apoptose de células com danos no DNA.