Controle do ciclo celular

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Crontrole do Ciclo Celular 
Capítulo 23 do Livro-texto: Genética 
do Câncer 
Ciclo celular 
 Interfase 
 Crescimento e desenvolvimento 
 Fases: G1, S e G2 
 G0: estado de quiescência/senescência 
 Pontos de verificação (pontos de controle) 
G1/S, G2/M, mitótico (ponto de verificação da montagem 
do fuso) 
Ciclo celular 
 G1: intervalo 1 
 S: síntese de DNA 
 G2: intervalo 2 
 M: mitose e citocinese 
Citocinese 
Ciclo celular e seu controle 
 A progressão no ciclo celular 
possui vários pontos de 
controle 
 Isso evita a proliferação 
de células mutantes 
Ciclo celular e seu 
controle 
Células de câncer de próstata 
Células HeLa, uma linhagem 
de células imortais 
Henrietta Lacks 
(1 Agosto 1920 – 4 Outubro 1951) 
A origem das células 
HeLa 
George Otto Gey (1899 – 1970) 
Controle da proliferação celular 
 Controle positivo: proto-oncogenes; por 
exemplo, os genes Ras e myc 
 Proto-oncogene  gene normal que pode se 
tornar um oncogene 
 As proteínas codificadas pelos proto-oncogenes estão 
envolvidas na regulação do crescimento e diferenciação 
celular 
 Mutações ou expressão aumentada 
De que forma um proto-
oncogene pode ser ativado, 
tornando-se um oncogene? 
 Mutação (ou mutações) no própio proto-oncogene, 
causando alguma mudança na estrutura da proteína 
codificada, levando a: 
 Aumento na atividade enzimática 
 Perda de regulação 
 
Uma mutação pontual que causa a 
troca de um único aminoácido é, às 
vezes, suficiente para transformar um 
proto-oncogene em um oncogene 
 Um aumento na concentração da proteína 
(produto gênico) 
 Aumento na expressão gênica 
 Aumento na estabilidade do mRNA e/ou da proteína  
prolongamento de sua existência e, consequentemente, da 
sua atividade na célula 
 Duplicação gênica  maior quantidade de proteína na 
célula 
 
 Uma translocação cromossômica 
 Maior expressão gênica na célula errada ou no momento 
errado 
 Expressão constitutiva de uma proteína híbrida ativa 
 Exemplo: linfoma de Burkitt (câncer das células B, linfócitos 
que produzem anticorpos): translocação recíproca entre um 
segmento do cromossomo 8 (contendo Myc) e um 
segmento do cromossomo 2, 14 ou 22 
 
 Produção de proteína anormal hiperativa 
 Mutação pontual no própio proto-oncogene 
 Translocação cromossômica 
 Rearranjos locais (inserção, deleção, inversão) 
 Excesso de proteína normal 
 Amplificação gênica 
 Mutação pontual em sequências regulatórias 
 Translocação cromossômica 
 
Translocação t(8; 14) envolvendo Myc 
A translocação t(8; 14) pode ser 
visualizada por FISH 
Hecht & Aster, 2000 
Gene da cadeia pesada 
de Ig (imunoglobulina) 
Sequência enhancer (acentuadora) do gene IGH 
Gene da cadeia pesada 
de Ig (imunoglobulina) 
Sequência enhancer (acentuadora) do gene IGH 
 Oncogene  tem o potencial de causar câncer 
 Mutações em outros genes; 
 Fatores ambientais, tais como infecção viral (por 
exemplo, HPV e câncer de colo do útero) 
Estrutura de Myc (vermelho) e Max (azul) complexadas com DNA 
(PDB: 1nkp) 
Myc é um fator de transcrição que contem um domínio bHLH 
(basic Helix-Loop-Helix) e que regula (ativa ou reprime) a 
expressão de muitos genes (15% de todos os genes humanos) 
Efeitos da ação da proteína myc 
 Proliferação celular ( ciclinas,  p21) 
 Regula crescimento celular ( rRNAs e proteínas) 
 Apoptose ( Bcl-2, uma proteína anti-apoptótica) 
 Diferenciação e auto-renovação de células-tronco 
Uma versão mutada de Myc é encontrada em 
muitos cânceres 
Myc é um proto-oncogene 
Essa versão mutada apresenta expressão 
constitutiva que leva a uma desregulação 
da expressão de muitos genes, alguns 
envolvidos na proliferação celular 
 Controle negativo: supressores de tumor; 
p.e., os genes p53 e pRB 
 Efeito repressivo sobre a regulação do ciclo celular 
 Promovem apoptose (morte celular programada) 
As mutações nos oncogenes e proto-
oncogenes, que produzem proteínas 
hiperativas, geralmente são dominantes, 
enquanto que as mutações que inativam 
os supressores de tumor são recessivas 
A proteína Ras (de Rat sarcoma) 
participa da regulação da 
proliferação celular 
A função da proteína Ras 
 GTPase envolvida na transdução de sinal celular 
 Ras comunica sinais de fora da célula (por meio de um 
receptor na membrana plasmática) para o núcleo 
 A ativação da via de sinalização por Ras induz: 
 Crescimento celular 
 Diferenciação 
 Proliferação 
 Sobrevivência 
GEF fator de troca do nucleotídeo guanina 
GAP proteína de ativação de GTPases 
GDP + Pi 
GTPase 
GTP 
Genes Ras no genoma humano 
 HRas (11p15.5): base 532.242 a 535.550, fita 
complementar 
 KRas (12p12.1): base 25.358.180 a 25.403.854, 
fita complementar 
 NRas (1p13.2): base 115.247.085 a 115.259.515, 
fita complementar 
A proteína Ras possui um domínio G (165 aa) conservado, 
que se liga a GDP/GTP e um domínio C-terminal variável, 
que ajuda a ancorar a proteína no lado interno da 
membrana plasmática 
O domínio C-terminal possui um motivo CAAX 
(C  cisteína; A  alifático; X  qualquer aa) 
Estrutura da H-Ras humana 
Estrutura de H-Ras (PDB: 121p) 
complexada com GTP 
A via de transdução de sinal Ras 
Algumas mutações no gene Ras 
produzem proteínas 
constitutivamente ativas 
Hyperactive Ras in developmental disorders and cancer. S. Schubbert, K. Shannon 
& G. Bollag. Nature Reviews Cancer 7, 295-308 (April 2007) 
   
9 10 11 12 13 14 
Ras mutante constitutivamente 
ativa (RasD) 
 Indução de crescimento e divisão celular mesmo 
na ausência do sinal extracelular 
 Mutações desse tipo são encontradas em cerca 
de 20-25% de todos os tumores humanos e em 
até 90% de alguns tipos específicos de tumor 
Tipo de tumor Freqüência (%) 
de Pâncreas 90 (K) 
Coloretal 35 (K) 
Melanoma 15 (N) 
de Bexiga 10 (H) 
de Fígado 30 (N) 
de Rim 10 (H) 
de Tireóide 55 (H, K, N) 
Freqüências de mutações em Ras em 
diferentes tipos de tumor 
Nature 
Mutações em um único oncogene 
geralmente não são suficientes em 
transformar células normais em células 
cancerosas 
A transformação das células normais 
em células malígnas requer mutações 
em alguns poucos genes 
Luo & Elledge, 2008 
Genes mais mutados  KRAS (94/99) e TP53 (33/99) 
As principais proteínas do 
sistema de controle do ciclo 
celular 
Controle do ciclo celular 
 Ciclinas 
 Cdks (Cyclin-dependent kinases, i.e., 
quinases dependentes de ciclina) 
 CKIs (Inibidores de CDKs) 
Cdks 
 São quinases (fosfotransferases) 
 Fosforilam outras proteínas (em resíduos de serina 
ou treonina), ativando-as ou inativando-as 
 As Cdks só são ativas quando complexadas com 
ciclinas 
 Os grupos fosfato podem ser removidos das 
moléculas alvo por fosfatases 
Ciclinas 
 Família de proteínas regulatórias 
 Controlam a progressão do ciclo celular por meio 
da ativação das Cdks 
 Diferentes ciclinas são ativas em diferentes 
momentos do ciclo celular 
Ciclinas 
 Ciclina D/Cdk4, Ciclina D/Cdk6, Ciclina E/Cdk2 
 Regulam a transição de G1 para a fase S 
 Ciclina A/Cdk2 
 Ativa na fase S 
 Ciclina B/Cdk1 
 Regula a progressão de G2 para a fase M 
Alberts et al., 1994 
 Ciclinas 
 Cdk’s: quinases dependentes 
de ciclina 
Proteína alvo 
fosforilada 
Proteína alvo 
não fosforilada 
Pontos de verificação(checagem) do 
ciclo celular 
 G1/S 
 G2/M 
 Ponto de verificação da metáfase ou da 
montagem do fuso 
 
O ciclo celular e seus pontos de controle 
Fonte: Alberts et al., 1994 
Controle do 
ciclo celular 
Ponto de verificação G1/M 
 Ponto de verificação G1/S 
 Ciclinas G1 (D e E) + Cdki → Complexo Ciclina 
G1-Cdka 
 Ativação das proteínas necessárias à 
replicação do DNA 
 Ativação do fator de transcrição E2F 
Cdki = cdk inativa 
Cdka = cdk ativa 
De que forma o fator de 
transcrição E2F é ativado? 
Proteína do Retinoblastoma 
(RB) 
Ponto de verificação G2/M 
 Ponto de verificação G2/M 
 Ciclina B (ciclina mitótica) + Cdki → Complexo 
Ciclina B-Cdka (MPF: mitosis promoting factor) 
MPF induz 
 Desintegração da membrana nuclear 
 Formação do fuso mitótico 
 Condensação dos cromossomos 
Ciclina mitótica = Ciclina B 
Ponto de verificação da 
montagem do fuso 
 Retarda o início da anáfse até que: 
 Todos os cromossomos estejam alinhados na placa 
metafásica 
 Os cinetócoros-irmãos estejam ligados às fibras do 
fuso de polos opostos 
 Quando isso ocorre, o complexo promotor da anáfase 
(APC) sinaliza a degradação da ciclina B e da securina 
 Coesina: proteína que mantém as cromátides 
unidas ao longo do ciclo celular 
 Securina: proteína que inibe a atividade catalítica 
da separase; quando a célula não está em divisão, a 
securina previne que a separase degrade a coesina 
 Separase: protease cisteínica que degrada a 
coesina, permitindo a separação das cromátides 
irmãs; esse evento desencadeia o início da anáfase 
Controle do ciclo celular na levedura 
Saccharomyces 
Fonte: Alberts et al, 1994  Gene cdc (cell-division-cycle) 
Controle do ciclo celular nos vertebrados: 
várias ciclinas, várias cdk’s 
Fonte: Alberts et al, 1994 
Por quê o gene p53 é um 
supressor de tumor? 
A proteína p53, produto do gene p53 
(TP53), é um fator de transcrição 
O gene está localizado no braço 
curto do cromossomo 17 (locus 
17p13.1) 
Estrutura 3D da p53 humana 
complexada com um segmento de 
DNA (1TUP) 
De que maneira atua a proteína 
p53? 
 Material genético danificado 
 Indução da expressão do gene p53 
 Proteína p53 ativa a transcrição de p21 
 Proteína p21 se liga a várias cdk’s, inibindo-as 
 O ciclo celular sofre uma pausa, para conserto 
dos danos no material genético 
 Se os danos não forem consertados, p53 induz o 
suicídio da célula (apoptose) 
E se a proteína p53 estiver 
funcionalmente comprometida? 
Adkinson & Brown, 2008 
Adkinson & Brown, 2008 
Célula normal Célula anormal (mutações em p53) 
 Mutações que inativam p53 são encontradas em 
cerca de 50% dos cânceres humanos 
 A maioria das mutações em p53 associadas a câncer 
ocorrem em resíduos do domínio de ligação a DNA 
 Essas mutações destroem a capacidade da proteína 
de se ligar às sequências-alvo de DNA nas regiões 
regulatórias dos genes ativados por p53 
Mutações no gene p53 constituem a alteração 
genética mais freqüente (50%) em cânceres humanos 
 A maioria das mutações (de sentido errado) 
ocorrem no domínio de ligação a DNA 
Mutações no gene p53 constituem a alteração 
genética mais freqüente (50%) em cânceres humanos 
 Resíduos que fazem contato direto com o DNA: Lys-
120, Ser-241, Arg-248, Arg-273, Ala-276, Cys-277, 
and Arg-280 
● ● 
www.cgl.ucsf.edu/chimera/ImageGallery/entries/p53/p53.html 
A proteína p53 é, por esse motivo, 
chamada de o guardião do genoma