Ciclo celular

Prévia do material em texto

Genética Básica e Animal
CH: 60 h Cr: 04
Horários: segunda-feira (14-18h)
Prof. Dr. Jorge Luís Ferreira
jorgeuft@gmail.com
Ciclo Celular e Divisão Celular 
(Mitose e Meiose)
CICLO CELULAR
	Eventos que preparam e realizam a divisão celular 
	Mecanismos responsáveis pelo crescimento e desenvolvimento 
	Células somáticas  célula duplica seu material genético e o distribui igualmente para duas células-filhas
	Processo contínuo dividido em 2 fases principais:
	INTÉRFASE
	MITOSE
CICLO CELULAR
	Célula encaminhada à progressão no ciclo por mecanismos de regulação relacionados a 
crescimento
multiplicação
diferenciação celular
condição de latência. 
	Falhas nos mecanismos  célula pode ser
encaminhada para apoptose (morte celular programada)
desenvolvimento tumoral
CICLO CELULAR
Fases do Ciclo:
G1: 12 horas
S: 7 a 8 horas
G2: 3 a 4 horas
M: 1 a 2 horas
Total: 24 horas
CICLO CELULAR
	Sinais químicos que controlam o ciclo provêm de fora e de dentro da célula
	Sinais externos: 
> Hormônios 
> fatores de crescimento
	Sinais internos são proteínas de 2 tipos:
> ciclinas
> quinases (CDKs)
CICLO CELULAR
Fatores de Crescimento
	Fatores de crescimento liberados ligam-se a receptores de membrana das células alvo
	Complexo receptor-ligante ativa produção de sinalizadores intracelulares 
	Sinalizadores ativam cascata de fosforilação intracelular, induzindo a expressão de genes
	Produto da expressão destes genes  componentes essenciais do Sistema de Controle do Ciclo celular (composto por CDKs e Ciclinas)
CICLO CELULAR 
Intérfase
	Fase mais demorada (90% a 95% do tempo total gasto durante o ciclo)
	Atividade biossintetica intensa
	Subdividida em: G1, S e G2
	O Ciclo pode durar algumas horas (células com divisão rápida, ex: derme e mucosa intestinal) até meses em outros tipos de células
 
CICLO CELULAR
Intérfase
	Alguns tipos de células (neurônios e hemácias) não se dividem e permanecem paradas durante G1 em uma fase conhecida como G0 
	Outras entram em G0 e após um dano ao órgão voltam a G1 e continuam o ciclo celular (ex: células hepáticas)
CICLO CELULAR
Intérfase
	Intensa síntese de RNA e proteínas
	aumento do citoplasma da célula-filha recém formada 
	Se refaz o citoplasma, dividido durante a mitose 
	Cromatina não compactada e não distinguível como cromossomos individualizados ao MO
	Pode durar horas ou até meses
	Inicia com estímulo de crescimento e posterior síntese de ciclinas que vão se ligar as CDKs (quinases)
G1
CICLO CELULAR
Intérfase
	Ciclinas ligadas às quinases vão agir no complexo pRb/EGF, fosforilando a proteína pRb
	Depois de fosforilada, libera o EGF, ativa a transcrição de genes que geram produtos para que a célula progrida para a fase S
	Se pRb não for fosforilada, permanece ligada ao EGF  não progressão do ciclo celular
	
G1
CICLO CELULAR
Intérfase
	Muitos casos de neoplasias malignas associados a mutações no gene codificador da pRb 
	A proteína pode ficar permanentemente ativa, estimulando a célula a continuar a se dividir
G1
CICLO CELULAR
Intérfase
	Duplicação do DNA
	aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA;
	Mecanismos responsáveis pela progressão da célula ao longo da fase S e para G2  não estão muito claros
	Complexo ciclinaA/Cdk2 importante função antes da síntese de DNA, fosforilando proteínas envolvidas na origem de replicação do DNA
	Fator Promotor da Mitose (MPF ou ciclinaB/cdc2), protege a célula de segunda divisão no DNA até que entre na mitose
Fase S
CICLO CELULAR
Intérfase
	Tempo para o crescimento celular e para assegurar completa replicação do DNA antes da mitose
	Pequena síntese de RNA e proteínas essenciais para o início da mitose 
	Inicia-se a condensação da cromatina para que a célula possa progredir para a mitose
	Há checkpoints exercidos pelo MPF, que está inativo durante quase toda a fase G2, mas quando ativado encaminha a célula à mitose
 G2
Controle do Ciclo Celular
	Regulado para parar em pontos específicos onde são feitos os reparos 
	Proteínas endógenas funcionam como pontos de controle  garantem ocorrência adequada dos eventos relacionados ao ciclo
	São reconhecidos estes checkpoints:
	 Em G1 antes da célula entrar na fase S 
	 Em G2 antes da célula entrar em mitose
	E checkpoint do fuso mitótico
	Controle do Ciclo 	Celular
	CKIs (Inibidores de Cdk): proteínas que interagem com Cdks, bloqueando sua atividade de quinase
	Complexo ubiquitina de degradação de proteína: degrada ciclinas e outras proteínas para promover a progressão do ciclo celular
Controladores negativos
Controle do Ciclo 
Celular
Principal controlador: p53
Freqüentemente alvo para mutações em um grande número de patologias 
Perda de expressão  aumento da proliferação celular
Transcrição do gene da quinase p21 = bloqueio do complexo que fosforila pRb = pára a progressão do ciclo = reparo do DNA ou morte celular programada 
Checkpoint G1-S
Controle do Ciclo 
Celular
	Atua ao término de G1 e bloqueia a atividade de quinase do complexo ciclinaE/Cdk2, causando parada no ciclo celular
	
CKI p27
Controle do Ciclo 
Celular
	As ciclinas mitóticas ligam-se a proteínas CdK formando MPF que é ativado por enzimas e desencadeiam eventos que levam a célula a entrar em mitose.
	O complexo é desfeito pela degradação da ciclina quando a célula esta entre a metáfase e anáfase induzindo a célula a sair da mitose.
	
Checkpoint G2-M 
Controle do Ciclo 
Celular
	Monitora a ligação dos cromossomos aos microtúbulos do fuso mitótico
	Garante a segregação idêntica do material genético entre as células-filhas
	Preservar a integridade do genoma em nível cromossômico
Checkpoint do fuso mitótico
Cerca de1 hora
Dias, semanas, dependendo do tipo de célula
	Células especializadas e sem capacidade de se dividirem. 
	- Neurónios, células musculares, eritrócitos
2. Células que normalmente não se dividem, mas que podem ser induzidas a multiplicar o seu DNA e a dividirem-se. Estão na fase G0. 
	- Células do fígado, após remoção 	cirúrgica de parte do fígado
	- Linfócitos após interacção com um 	antigénio
3 - Células que possuem alto nível de actividade mitótica
	- Espermatogónias, para dar origem a 	espermatozóides
	- Células pluripontenciais 	hematopoiéticas
	- Camada germinativa dos tecidos 	epiteliais que cobrem as superfícies 	internas e externas do corpo
A transição da fase G1 para S e de G2 para M estão sob controlo positivo ou seja são induzidas pela presença de factores de estimulação
Factor Promotor da Maturação (MPF)
Factor Promotor da Maturação (MPF)
Com 2 subunidades:
	 1 com actividade de cinase
	 1 com actividade reguladora, ciclina
Quando a concentração da ciclina é baixa a cinase separa-se da subunidade ciclina e fica inactiva
Quando a concentração da ciclina sobe, a cinase é activada e a célula entra em Fase M.
Ciclinas dependentes de cinases - Cdks
Com 2 “pontos “ de controle
CAK - Cinase activadora da Cdk
Wee 1 – Cinase
Cdc25 - fosfatase
Via Proteassomas e Ubiquitina
Requer 2 classes de complexos que funcionam como ligases da ubiquitina – SCF e APC
Ciclina B1 ligada a GFP
Compartimentação
Fase G2
Profase
Combinação das diferentes ciclinas e das cinases dependentes de ciclinas nas diferentes fases do ciclo celular da célula
Mecanismos para controle da progressão do ciclo celular
CONTEÚDO DE DNA
	Célula diplóide inicia a mitose  46 cromossomos e conteúdo de DNA de 4C (cada cromossomo é formado por duas moléculas de DNA unidas pelo centrômero)
	Final da mitose  células-filhas apresentam também 46 cromossomos, porém um conteúdo de DNA de 2C
MITOSE
MITOSE
	Conceito: divisão de células somáticas, pela qual o corpo cresce, diferencia-se e efetua a regeneração dos tecidos
	As células-filhas recebem conjunto de informações genéticas (idêntico ao da célula parental)
	O número diplóide de cromossomos é mantido nas células filhas
MITOSE
Fases
 Prófase
 Prometáfase
 Metáfase
 Anáfase
Telófase
MITOSE
Prófase
	Cromatinacondensa-se em cromossomos definidos, ainda não visíveis ao microscópio óptico
	Cada cromossomo  duas cromátides-irmãs conectadas por um centrômero, em cada cromátide será formado um cinetócoro (complexos protéicos especializados) 
	Os microtúbulos citoplasmáticos são desfeitos e reorganizados no fuso mitótico, irradiando-se a partir dos centrossomos à medida que estes migram para os pólos da célula
MITOSE
Prófase
 Início da Prófase
 Final da Prófase
MITOSE
Prometáfase
	Fragmentação do envoltório nuclear e movimentação do fuso mitótico 
	Microtúbulos do fuso entram em contato com os cinetócoros, que se fixam a alguns microtúbulos 
	Os microtúbulos que se ligam aos cinetócoros  microtúbulos do cinetócoro, tencionam os cromossomos, que começam a migrar em direção ao plano equatorial da célula
MITOSE
Prometáfase
MITOSE
Metáfase
	Cromossomos  compactação máxima, alinhados no plano equatorial da célula pela ligação dos cinetócoros a microtúbulos de pólos opostos do fuso 
	Como os cromossomos estão condensados, são mais visíveis microscopicamente nessa fase
MITOSE
Metáfase
MITOSE
Anáfase
	Inicia com a separação das cromátides irmãs (divisão longitudinal dos centrômeros) 
	Cada cromátide (cromossomo filho) é lentamente movida em direção ao pólo do fuso a sua frente
MITOSE
Anáfase
 Início da Anáfase
 Fim da Anáfase
MITOSE
Telófase
	Cromossomos filhos estão presentes nos dois pólos da célula
	Inicia-se a descompactação cromossômica, desmontagem do fuso e reorganização dos envoltórios nucleares ao redor dos cromossomos filhos
 MITOSE
Citocinese
	Clivagem do citoplasma (processo começa durante a anáfase) 
	Sulco de clivagem no meio da célula, que vai aprofundando-se
	Separação das duas células filhas
MITOSE
Citocinese
MEIOSE
MEIOSE
	Células germinativas  inicia com uma célula diplóide e termina em 4 células haplóides geneticamente diferentes entre si
	Na meiose há a preservação do número cromossômico diplóide nas células humanas (gametas formados número haplóide)
	Tem uma única duplicação do genoma, seguida de 2 ciclos de divisão: a meiose I e a meiose II
MEIOSE I
	Divisão reducional = são formadas duas células haplóides a partir de uma diplóide
	Obtenção do número de cromossomos haplóide, mas com conteúdo de DNA ainda duplicado
MEIOSE I
Prófase I
Os cromossomos condensam-se continuamente 
Subfases:
	Leptóteno
	Zigóteno
	Paquíteno
	Diplóteno
	Diacinese
	
MEIOSE I
Prófase I
	  grau de compactação da cromatina
	Nucléolo vai desaparecendo
	Cromossomos formados por 2 cromátides-irmãs (2 moléculas de DNA idênticas)
Leptóteno 
MEIOSE I
Prófase I
	
	Pareamento preciso dos homólogos (cromossomos materno e paterno do par) = SINAPSE
	Formação de 23 BIVALENTES (cada bivalente = 2 cromossomos homólogos com 2 cromátides cada = tétrade = 4 cromátides)
	Os cromossomos X e Y não são homólogos, mas possuem regiões homólogas entre si
		
Zigóteno 
MEIOSE I
Prófase I
	Formação de estruturas fundamentais para a continuidade da meiose - COMPLEXO SINAPTONÊMICO e NÓDULOS DE RECOMBINAÇÃO, importantes para a próxima fase da Prófase I
Zigóteno 
MEIOSE I
Prófase I
	Sinapse completa e as cromátides estão em posição para permitir o crossing-over (troca de segmentos homólogos entre cromátides não-irmãs do par de cromossomos homólogos) 
	Homólogos devem se manter unidos pelo complexo sinaptonêmico para ocorrer crossing-over
	Crossing-over  formação dos QUIASMAS = locais de troca física de material genético
	
Paquíteno 
MEIOSE I
Prófase I
	Desaparece o CS
	Os dois componentes de cada bivalente começam a se repelir
	Cromossomos homólogos se separam, mas centrômeros permanecem unidos e conjunto de cromátides-irmãs continua ligado
	Os 2 homólogos de cada bivalente mantêm-se unidos apenas nos quiasmas (que deslizam para as extremidades devido à repulsão dos cromossomos)
Diplóteno
MEIOSE I
Prófase I
	Cromossomos atingem condensação máxima 
	Aumenta a separação dos homólogos e a compactação da cromatina.
Diacinese
MEIOSE I
Metáfase I
	Membrana nuclear desaparece; forma-se o fuso
	Cromossomos pareados no plano equatorial (23 bivalentes) com seus centrômeros orientados para pólos diferentes
MEIOSE I
Anáfase I
	Os 2 membros de cada bivalente se separam = separação quiasmática (disjunção), os centrômeros permanecem intactos
	O número de cromossomos é reduzido a metade = haplóide
	Os conjuntos materno e paterno originais são separados em combinações aleatórias
	Anáfase I é a etapa mais propensa a erros chamados de não-disjunção (par de homólogos vai para o mesmo pólo da célula)
MEIOSE I
Anáfase I
MEIOSE I
Telófase I
	Os 2 conjuntos haplóides de cromossomos se agrupam nos pólos opostos da célula
	Reorganização do nucléolo, descondensação da cromatina e formação do envoltório nuclear
MEIOSE I
Citocinese
	Célula divide-se em 2 células-filhas com 23 cromossomos cada, 2 cromátides em cada cromossomo, = conteúdo 2C de DNA em cada célula-filha
	Citoplasma é dividido de modo igual entre as duas células filhas nos gametas formados pelos homens
MEIOSE I
Intérfase
	Fase breve
	Sem fase S ( = não há duplicação do DNA) 
MEIOSE II
	Semelhante à mitose comum, diferença = número de cromossomos da célula que entra em meiose II é haplóide
	O resultado final são 4 células haplóides, cada uma contendo 23 cromossomos com 1 cromátide cada (divisão equacional)
MEIOSE II
Prófase II
	Compactação da cromatina
	Desaparecimento da membrana nuclear
	Microtúbulos se ligam aos cinetócoros e começam a mover os cromossomos para o centro da célula
MEIOSE II
Metáfase II
	Os 23 cromossomos com 2 cromátides cada se alinham na placa metafásica
MEIOSE II
Anáfase II
	Separação centromérica 
	Cromátides-irmãs se movem para os pólos opostos
MEIOSE II
Telófase II
	Migração das cromátides-irmãs para os pólos opostos
	Reorganização do núcleo
	
MEIOSE II
Citocinese
	4 células com número de cromossomos e conteúdo de DNA haplóide (23 cromossomos e 1C de DNA)
	
RESULTADOS DA MEIOSE
	Proporciona 3 fontes de variabilidade genética:
	1) Segregação ao acaso dos cromossomos homólogos – 223 combinações (mais de 8 milhões), pois cada gameta recebe apenas 1 de cada par de homólogos
	2) Segregação ao acaso dos cromossomos
	3) Crossing-over – cada cromátide contém segmentos provenientes dos 2 membros do par de cromossomos parentais