12. 2017Controle do Ciclo celular e apoptose

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CONTROLE DO CICLO CELULAR E 		APOPTOSE				
Profa. Dra. Alba Regina de Abreu Lima
Prof. Me. Douglas Alexandre Leonel
Profa. Dra. Jusciéle Brogin Moreli Volpon
1. CICLO CELULAR
	Sequência ordenada de eventos que duplicam os componentes celulares e depois a dividem em duas
Função básica do ciclo celular:
duplicar o DNA nos cromossomos
segregar as cópias em duas células-filhas geneticamente idênticas
CICLO CELULAR EUCARIÓTICO
A organização básica do ciclo celular é essencialmente a mesma em todas as células eucarióticas
AS QUATRO FASES SUCESSIVAS DE UM CICLO CELULAR EUCARIÓTICO PADRÃO
INTÉRFASE: G1, S, G2 –(23h) 
FASE S: Duplicação dos cromossomos: (10-12h); 
G1 e G2: crescimento celular e monitoramento das condições internas e externas para que aconteçam as fases S e M) 
FASE M (< 1h): Divisão nuclear e divisão citoplasmática;
O Sistema controle central desencadeia os principais processos do ciclo celular
CONTROLE DO CICLO CELULAR
Sequência de eventos que leva ao crescimento e divisão celular
 Eventos controlados e coordenados  PROBLEMAS  Câncer
*
O sistema de controle do ciclo celular atua de
forma semelhante a um cronômetro que aciona os eventos do ciclo celular em uma sequência determinada; 
• Sistema controle do ciclo celular → Interruptores bioquímicos (liga/desliga) → Progressão do ciclo celular (evento completo e irreversível); 
• Na maioria das células eucarióticas, o sistema de controle ativa a progressão do ciclo celular em 3 principais pontos de transição reguladora ou pontos de verificação;
Pontos de checagem do ciclo celular
Os pontos de verificação no sistema de controle do ciclo celular asseguram que processos-chave no ciclo ocorram na sequência apropriada
Ao longo do ciclo celular existem três pontos de checagem: em G1, G2 e em M. Em cada um desses pontos, são checados os itens correspondentes às perguntas contidas nas caixas. Se todos estiverem corretos, a célula passa à etapa seguinte, cumprindo a “ordem”
*
Pontos de checagem = semáforos
Proteíno-quinases
São controladas por proteínas - CICLINAS
Portanto: proteíno-quinases dependentes de ciclina (Cdks)
O sistema de controle do ciclo celular depende de Cdks ciclicamente ativadas
 Proteíno-quinases 
Enzimas que catalisam a transferência de um grupo fosfato do ATP a uma cadeia lateral de um aminoácido particular presente na proteína-alvo (fosforilação)
A reação é reversível
Estão presentes nas células durante todo o ciclo celular
Quinases (cinases) – componentes centrais do sistema de controle do ciclo celular; 
A atividade das quinases muda à medida que a célula avança no ciclo celular; 
*
Enzimas e outras proteínas (principalmente ciclinas) regulam a atividade dessas quinases; 
As ciclinas se ligam às CDKs, controlando a sua atividade de fosforilação. A montagem, ativação e desmontagem do complexo CDK-Ciclina, são eventos cruciais para o controle do ciclo celular
Unidade catalítica: fosforilar proteínas nas células  cinases dependentes de ciclinas Cdk
Unidade regulatória: ciclinas
Para que determinada fase do ciclo celular se inicie, é necessária a ativação da Cdk por uma ciclina específica. A Cdk ativa, por sua vez, vai fosforilar outras moléculas e provocar mudanças na célula, como a condensação dos cromossomos, a formação do fuso mitótico etc
Dois componentes ciclina-Cdk atuam em diferentes estágios no ciclo celular
MFP (fator promotor da fase M)
Em cada etapa do ciclo celular, diferentes Cdks são ativadas por ciclinas específicas. Finda a etapa, as ciclinas são destruídas em proteassomas. No esquema, estão representados apenas a ativação da duplicação do DNA e o disparo da divisão celular
*
A regulação das Cdks pela degradação das ciclinas
Complexos enzimáticos específicos adicionam cadeias de ubiquitina a ciclina apropriada, que então é direcionada ao proteassomo para ser destruída
Cinase dependente
de ciclina
*
A atividade das Cdks é regulada pela degradação da ciclina 
A ubiquitilação de uma ciclina marca a proteína para destruição nos proteassomos
cinases dependentes de 
ciclinas Cdk
MFP (fator promotor da fase M)
Esquema resumido dos mecanismos que controlam os eventos bioquímicos e celulares do ciclo celular
MFP (fator promotor da fase M)
MFP (fator promotor da fase M)
Complexo Ciclina-CDK que controla a entrada na fase M 
Experimento demonstrando a atividade do MPF
No citoplasma do zigoto havia um fator promotor de mitose ou MPF
O mesmo padrão de atividades do MPF é observado em todas as células eucarióticas, desde leveduras até humanos
A oscilação da atividade do MPF durante o ciclo celular em embriões de Xenopus
(fator promotor da fase M)
Aumento e queda na atividade do MPF e na concentração de ciclina durante o ciclo celular em um ovo de marisco
Embora a atividade enzimática do complexo ciclina-Cdk aumente e diminua durante o curso do ciclo celular, a concentração dos componentes de Cdk não altera
A ativação do MPF - fator promotor da fase M
 O complexo ciclina-CDK do MPF é enzimaticamente inativado logo após sua formação
 A Cdk é fosforilada nos sítios necessários para sua ativação e outros sítios que inibem sua atividade. Neste ponto o MPF permanece inativo.
 Com a desfosforilação o complexo é finalmente ativado pela remoção do grupo fosfato que inativam o complexo.
MFP (fator promotor da fase M)
Decisões no ponto de Checagem G1
progredir para completar um outro ciclo celular; 
parar temporariamente até atingir condições corretas; 
retirar-se do ciclo totalmente e entrar em G0.
*
As células podem permanecer em G0 por tempos variados
 células nervosas e musculares esqueléticas – anos em G0
 células hepáticas - divisão uma vez ao ano
 células epiteliais do intestino - divisão diária
G0 = sistema-controle do ciclo celular está parcialmente 						desmontado 
devido ao desaparecimento de várias Cdks e ciclinas
O ciclo celular pode ser mantido em G1 por proteínas inibidoras de Cdks
Esquema demonstrando como a p53 retém o ciclo celular em G1
Quando ativa, a p53 estimula a transcrição de um gene que codifica a p21, uma proteína inibidora de Cdk. A proteína p21 se liga aos complexos ciclina-Cdk da fase S, responsáveis por levar a célula à fase S, bloqueando sua ação
A radioterapia tenta lesar o DNA das células cancerosas para que a P53 atue e envie uma mensagem a P21 que irá interagir e travar o ciclo celular, que posteriormente, deverá entrar em apoptose
A parada na fase G1 dá oportunidade à célula de reparar seu DNA antes de replicá-lo
fator promotor da fase M
*
O aprisionamento do ciclo celular em G1 permite que a célula tenha tempo para reparar o DNA danificado antes de replicá-lo
 Caso p53 não existir ou estiver defeituosa, a replicação irrefreável do DNA danificado conduz a uma alta taxa de mutações e a uma produção de células que tendem a tornar-se cancerosas
Mutações no gene p53 são encontradas em cerca da metade de todos os cânceres humanos
Caso o dano ao DNA seja muito severo para ser reparado, p53 pode induzir a célula a se suicidar por apoptose
*
Portanto: G1 = Início ou Parada
*
Sinais extracelulares 
1. Mitógenos - estimulam a proliferação celular pela ativação dos complexos ciclina-Cdk de G1
Sinal extracelular
	Células animais possuem uma limitação intrínseca do número de vezes que podem sofrer divisão celular
Mesmo na presença de fatores de crescimento, células animais normais não continuam indefinidamente em divisão
EX: Fibroblastos de fetos humanos - sofrem cerca de 80 divisões de adultos - 40 divisões
SENESNÊNCIA CELULAR
2. Fatores de sobrevivência
	Promovem a sobrevivência da célula pela supressão da APOPTOSE (morte celular programada) 
APOPTOSE - Auto-destruição ordenada
(oposto à divisão celular = homeostase)
*
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morte celularfisiológica
suicídio celular
deleção celular
morte celular programada
APOPTOSE
Células nascem, vivem por 
 determinado período 
de tempo e morrem
 Bowen, 1998
*
	Apoptose
Remoção de células ou tecidos alterados
(manutenção da estrutura do órgão ou dos tecidos impedindo a alteração das funções)
Indução:
radiações; drogas; 
choque térmico; metais pesados; 
agentes oxidantes; alcoóis; 
hipóxia; jejum; 
inibidores metabólicos infecções virais
*
encontrada em todos os organismos vivos desde nematóides, plantas, fungos até o ser humano
 
conservação de vários genes que são homólogos mesmo em organismos tão distintos como nematóides e mamíferos
	Apoptose
*
APOPTOSE é observada...
... desenvolvimento embrionário
... metamorfose
... homeostase tecidual
... respostas imunes
... doenças crônicas virais
... doenças neurodegenerativas
... injúria por reperfusão
... diabetes dependente de insulina
... aterosclerose
... infarto miocárdio
... AIDS
... desenvolvimento e tratamento de doenças - câncer
APOPTOSE - morte “limpa” - não prejudica as células 								vizinhas
O citoesqueleto é destruído 
O envelope nuclear é degradado,
DNA nuclear fragmentado (ação de endonucleases)
Compactação da célula inteira (núcleo picnótico – 	cromatina condensada)
Não ocorre resposta inflamatória
A superfície celular é alterada
Células emitem brotamentos que são fagocitados
Fagocitada (por células vizinhas e por macrófagos)
Blebbing
blebbing
*
 Fase ativação
 célula responde aos sinais de morte 
Fase da execução
 execução da sentença de morte 
Estágios da Apoptose 
*
Célula saudável
SINAL DE MORTE (extrínseco ou intrínseco)
Compromisso de morrer (reversível)
EXECUÇÃO (irreversível)
Morte celular
FAGOCITOSE (macrófagos, células vizinhas)
DEGRADAÇÃO
Estágios da Apoptose 
*
Maquinaria intracelular 
aparentemente semelhante em todas as células animais
dependente de uma família de proteases que clivam outras proteínas em um resíduo de ácido aspártico
CASPASES
Envolve Proteases (enzimas que degradam outras proteínas)
As proteases de suicídios ativas clivam outras proteínas-chaves na célula, que a matam rapidamente e ordenadamente
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	Morte Celular
Dois processos clássicos
Apoptose
Necrose
*
Necrose
Falha nas respostas adaptativas genéticas e metabólicas (morte acidental)
OBS: alguns autores denominam ONCOSE (do grego ónkos: intumescimento) – 
NECROSE (alterações subsequentes à morte celular propriamente dita)
Indução = injúrias severas
hipertemia; privação de nutrientes; estresse oxidativo; sobrecarga intracelular de Ca2+; hipóxia; altas concentrações de substâncias tóxicas
*
	Apoptose
do grego: απόπτωση
apo (από) - a partir ; ptose (πτωση) – queda 
“queda das folhas das árvores no outono”
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	Alterações Morfológicas
NECROSE
*
	Alterações Morfológicas
APOPTOSE
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Apoptose X Necrose
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Necrose: 
Morrem como resultado de uma doença aguda 
Em geral incham e arrebentam
Derrama todo o seu conteúdo sobre as suas vizinhas 
Essa erupção aciona uma resposta inflamatória potentemente danosa
Apoptose: 
Morre de modo limpo, sem danificar as suas vizinhas
Uma célula em apoptose se enruga e condensa  O citoesqueleto colapsa, o envelope nuclear se desmonta, e o DNA do núcleo se quebra em fragmentos
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Dois tipos de morte celular: apoptose e necrose
Célula normal
Necrose
Apoptose
Morte celular programada
Morte celular acidental
Células morrem quando são agredidas por fatores externos
Células defeituosas ou supérfluas cometem suicídio por morte ceular programada
*
*
*
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APOPTOSE: na embriogênese
Morfogênese (elimina células em excesso)
Em outros casos, as células morrem quando a estrutura que elas formam não é mais necessária
*
APOPTOSE: na embriogênese
 Auxilia no ajuste do número de células nervosas em desenvolvimento ao número de células-alvo com as quais fazem contato.
são produzidas mais células nervosas do que podem ser suportadas
algumas células recebem quantidades insuficientes de fatores de sobrevivência para manter seu programa de suicídio reprimido e, como consequência, sofrer apoptose 
*
APOPTOSE: no adulto
cortes no suprimento de fatores de sobrevivência
menopausa ( hormônios sexuais) = atrofia útero, 
 ovário, 					 mamas
renovação celular constante
 (pele ou tubo digestório = células velhas)
regulação número células após resposta imune
 (superpopulação leucócitos)
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glândula mamária
gravidez, lactação
involução
(não-gravidez, não -lactação)
Apoptose
Apoptose
- Testosterona
próstata 
APOPTOSE: no adulto
Involução hormônio-dependente (elimina células desnecessárias)
atresia folicular ovariana
descolamento das células endometriais durante o ciclo menstrual
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Remodelação tecidual (elimina células desnecessárias)
linfócitos repouso
+ antígeno (infecção) 
- antígeno (cura) 
Apoptose
imunossupressores esteroidais: eliminam 
linfócitos por apoptose
APOPTOSE: importante no adulto
*
Mantém tamanho e a função do órgão
Apoptose
+ divisão celular
Células: perdidas por apoptose / substituídas pela divisão celular 
APOPTOSE: no adulto
*
Morte celular quimioterapêutica
Drogas - lesões intracelulares
(sinais para indução da apoptose)
APOPTOSE: no adulto
*
APOPTOSE: Doenças 
APOPTOSE MUITO ALTA: atrofia tecidual
APOPTOSE MUITO BAIXA: Hiperplasia
Neurodegeneração
Pele fina
etc
Câncer
Aterosclerose
etc
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Envelhecimento  apoptose muito alta e muito baixa
(evidência de ambas)
Muito alta (dano oxidativo acumulado?)
		 degeneração tecidual
Muito baixa (sensores defeituosos, sinais?)
		 acúmulo de células não funcionantes
		 hiperplasia (lesões pre cancerosas)
APOPTOSE: Envelhecimento
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Apoptose e Proliferação celular = homeostase tecidual
o
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A proliferação e a sobrevivência inapropriada de células representam um perigo real
A organização básica do ciclo celular é essencialmente a mesma em todas as células eucarióticas; 
Sistemas de organização e controle do ciclo celular mais estudados: leveduras, embriões animais e células cultivadas de mamíferos; 
A função básica do ciclo celular é duplicar o DNA nos cromossomos e segregar as cópias em duas células-filhas geneticamente idênticas. 
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G1, S, G2 – interfase (23h) 
Duplicação dos cromossomos: Fase S (10-12h); 
Divisão celular: Fase M (< 1h) – Divisão nuclear e divisão citoplasmática;
Fases de intervalo: G1 e G2 (crescimento celular e monitoramento das condições internas e externas para que aconteçam as fases S e M)
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A ubiquitina é uma proteína encontrada nas células eucariotas constituída por 76 aminoácidos que desempenha uma função importante na regulação de proteínas. Ela marca proteínas indesejadas (por exemplo proteínas mal-dobradas) para que sejam degradadas por um complexo multiproteíco denominado proteassoma
Embora relativamente recentes, estudos mostram que a degradação pelo sistema ubiquitina-proteassoma parece afetar praticamente todos os processos celulares. A sinalização por ubiquitina e suas cadeias tem um papel não proteolítico no transporte pela membrana, na estrutura e transcrição da cromatina, na reparação de DNA e diversas outras vias sinalizadoras.
Cinase dependente de ciclina
Ciclina
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Pesquisadores pegaram o citoplasma de células em estágio mitótico e injetaram em células que não estavam em mitose e imediatamente a célula receptora entrou em mitose
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 A maioria das moléculas de sinalização extracelulares que influencia a sobrevivência celular, o crescimentocelular e a divisão celular são proteínas solúveis secretadas por outras células ou proteínas ligadas à superfície de outras células ou da matriz extracelular. Embora a maioria atue positivamente para estimular um ou mais desses processos celulares, algumas atuam negativamente para inibir um determinado processo. As proteínas-sinal que atuam positivamente podem ser classificadas, com base na sua função, em três categorias principais: 1. Fatores de sobrevivência promovem a sobrevivência da célula pela supressão da apoptose. 2. Mitógenos estimulam a divisão celular, principalmente pela superação dos mecanismos de freio intracelulares que tendem a bloquear o avanço pelo ciclo celular. 3. Fatores de crescimento estimulam o crescimento celular (um aumento no tamanho da célula e na massa) pela promoção da síntese e pela inibição da degradação das proteínas e de outras macromoléculas. 
Sinal extracelular
A Proteína Rb (pRb) é uma molécula que funciona como reguladora universal do ciclo de divisão celular, sendo normalmente expressa em praticamente todas as células do organismo. Ela controla um ponto-chave no qual as células decidem entrar no ciclo celular e replicar seu DNA, sendo codificada pelo gene Rb
A pRb funciona como um freio que restringe a entrada da célula na fase S, da intérfase, por ligar-se e inibir as proteínas reguladoras de genes da família E2F – necessárias para transcrever genes que codificam proteínas que ativam a fase S. Normalmente, essa inibição por pRb é liberada no tempo apropriado por meio de fosforilação da pRb por várias Cinases Dependentes de Ciclina (Cdks), que fazem com que a pRb libere seu domínio inibidor na proteína E2F(1).
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A senescência é um processo metabólico ativo associado ao processo de envelhecimento. Ocorre por meio de uma programação genética que envolve redução do tamanho dos telômeros e ativação de genes de supressão tumoral. As células que entram em senescência perdem a capacidade proliferativa após um determinado número de divisões celulares.
O envelhecimento do organismo como um todo está relacionado com o facto das células somáticas do corpo irem morrendo e não serem substituídas por novas como acontece na juventude.
Em virtude das múltiplas divisões celulares que a célula individual regista ao longo do tempo, para esse efeito, o telómero (extensão de ADN que serve para a sua proteção) vai diminuindo até que chega a um limite crítico de comprimento, ponto em que a célula perde a capacidade proliferativa, com a consequente diminuição do número de células do organismo, das funções dos tecidos, das funções dos órgãos e das funções do próprio organismo.
Como consequência, há o surgimento das chamadas doenças da velhice. Uma enzima endógena (telomerase) encarrega-se de manter o tamanho dos telómeros. A cada divisão celular, acrescenta a parte do telómero que se perde em virtude da mesma, de modo que o telómero não diminui e a célula pode-se dividir sempre que precisa. O que acontece é que ela faz essa função unicamente nas células germinativas (ou em células cancerosas) fazendo com que estas sejam permanentemente jovens independentemente do organismo ser já velho.
As células somáticas têm o gene da telomerase, mas não a produzem pois, este não está ativado. Atualmente a ciência já consegue ativar a telomerase e criar células saudáveis imortais. Revistas cientificas como a Science (1998) já trouxeram artigos sobre este assunto. Apesar disso, ainda não se sabe se a ativação da telomerase seria uma terapia plausível para o envelhecimento humano, já que a hiperativação da telomerase está associada com o surgimento de tumores.[1]
Este conceito se opõe à senilidade, também denominado envelhecimento patológico, e que é entendido como os danos à saúde associados com o tempo, porém causados por doenças ou maus hábitos de saúde.
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Tres fatores promovem o crescimento e a diferenciação celular: o crescimento celular, a divisão celular e a apoptose
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Hipóxia: Diminuição de oxigênio nos tecidos
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Nematoides: corpo alongado, cilíndrico e afilado nas extremidades: áscaris lumbricoides; ancylostoma duodenale – ancilostomose; wuchereria bancrofti – filariose ou elefantiase
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Reperfusão é o nome dado ao fenômeno do retorno sanguíneo a um órgão ou tecido após um período de isquemia, isto é, um período em que falta oxigenação e entrega de nutrientes devido a uma interrupção do fluxo de sangue
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Núcleo picnótico em citologia é um núcleo celular, cuja cromatina está extremamente condensada devido a um processo patológico
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convolução leve, ato ou efeito de enrolar(-se) para dentro compactação de cromatina e marginação
Na biologia celular, uma bolha é uma protuberância irregular na membrana plasmática de uma célula, causada pelo desacoplamento localizado do citoesqueleto da membrana plasmática. Blebbing ou zeiosis é a formação de bolhas.
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blebbing
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Shrinks – encolher
Roving - errantes
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Inflamações exsudativas – ricas em grande quantidade de liquidos
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Nossas mãos e pés são esculpidas pela apoptose durante o desenvolvimento embrionário: elas começam como estruturas em forma de pá, e os dedos individuais das mãos e dos pés se separam apenas quando as células entre eles morrem
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