Controle do ciclo celular - BIOLOGIA CELULAR

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Leonan José – T5 
CONTROLE DO CICLO CELULAR – MARINA 
Basicamente, o ciclo celular é composto por: interfase e 
divisão. 
Interfase: G1, S e G2 
Depois da G2: divisão (fase M) 
Divisão (M): 2 eventos: divisão nuclear e divisão do 
citoplasma 
S: síntese de DNA = duplicação nuclear = para que, na 
fase M, tenha material para distribuir igualmente para as 
2 células 
Só se consegue formar uma célula nova se for a 
partir de uma célula pré-existente = DOUTRINA 
CELULAR. Todos os organismos vivos precisamos que a 
nossas células realizem ciclo celular. Nós somos produto 
de repetidos ciclos de crescimento e divisão celular. 
Essas células crescem e se dividem em tempos 
que dependem do tipo celular: Levedura (1,5 a 3h), 
Hepatócitos (1 ano), Epitélio intestinal (12h), fibroblasto 
em cultura (20h). Tecido cardíaco não se divide. 
 
G1 e G2 
Monitoramento do ambiente (interno e externo) 
G1: checar se existem condições adequadas de 
ambiente. Se pobre (em nutrientes, por ex), não entra 
em divisão. 
G2: ambiente interno. Ela vem depois da fase S (fase de 
duplicação). Mecanismos que checam se o material foi 
duplicado corretamente? Os possíveis erros do DNA 
foram corrigidos? Se sim, ela segue a divisão 
 
S 
Síntese de NDA 
 
M 
Divisão celular 
Mitose – divisão 
nuclear 
Citocinese – divisão 
citoplasmática 
 
 
QUEM NÃO OBEDECE ESSE PADRÃO 
Células embrionárias fazem clivagem – não obedece G1 
e G2, só divide material genético e divisão = resulta em 
células cada vez menores. 
 
PARA QUE OCORRA DE MANEIRA CORRETA 
Deve haver a divisão do material genético, organelas e 
suas macromoléculas durante a interfase (para dividir 
igualmente entre as 2 células) 
Asseguração da segregação das cromátides irmãs 
O produto deve ser a formação de 2 células 
 
SISTEMA DE CONTOLE DO CICLO CELULAR = ordem 
cronológica dos eventos, um evento não pode acontecer 
antes que o interior tenha terminado. Existem eventos 
de checagem em cada fase. Esse sistema de controle de 
ciclo é feito por uma rede de proteínas especificas que 
coordenam todos os eventos do ciclo celular. 
 
CICLO CELULAR 
Ainda se sabe pouco, é um assunto novo. Em 
2001, o Prêmio Nobel em Fisiologia e Medicina foi dado 
a três pesquisadores que estudaram os Mecanismos de 
Controle do Ciclo Celular. 
 
CONTROLADORES DO CICLO CELULAR 
A célula precisa receber sinais que vão ditar “para onde 
ela vai”. As proteínas que fazem isso são como 
interruptores que desencadeiam eventos de maneira 
completa e irreversível. Quando as proteínas estimulam 
para ir para S, por exemplo, é irreversível, uma vez que 
iniciou, não tem como voltar atrás. 
 
Se ela está em G1 e ele não quer se dividir, pode ser por 
2 motivos: 
1. Condições extracelulares desfavoráveis = G0. 
Algumas células entram em G0 esperando que esteja 
favorável para se dividir. Quando uma célula induz a 
outra a se dividir, diz-se que a célula que induziu 
produz MITÓGENOS = proteínas que, em contato 
com um uma célula, estimula ela a entrar no ciclo 
celular. Escassez de nutrientes + ausência de 
mitógenos = entra em G0 (ex: fígado) 
2. Células nervosas e musculares cardíacas e 
esqueléticas (só se desconsiderar as células satélites) 
= G0 irreversível (ausência de controladores do ciclo 
celular) 
 
PONTOS DE VERIFICAÇÃO 
1º PONTO 
Final de G1 (antes de entrar na fase S) 
Preparo para a duplicação dos cromossomos. Checagem 
externa. 
O meio é favorável? Eu tenho mitógenos? Tenho 
nutrientes? Passar por esse ponto – dá START / INÍCIO 
 
2º PONTO 
Do G2 para o M 
Eventos mitóticos – alinhamento dos cromossomos 
Todo o DNA foi todo replicado? Todos os danos no DNA 
foram reparados? 
 
3º PONTO 
Fase M – da metáfase para anáfase 
Separação das cromátides irmãs. Conclusão da mitose e 
citocinese 
Todos os cromossomos estão ligados de forma 
apropriada ao fuso mitótico? 
Leonan José – T5 
- Esses pontos garantem que uma fase NÃO comece 
antes de outra terminar. Quando eles falham, pode-se 
ter o início do desenvolvimento de um câncer. 
 
As principais proteínas que regulam o ciclo 
celular são as CICLINAS (recebem esse nome porque são 
cíclicas, de acordo com o ciclo celular) e se associam a 
proteínas chamadas cinases dependentes de ciclinas 
 
CINASE DEPENDENTES DE CICLINAS – CDKs 
A quinase fosforila. Ela fosforila proteínas alvo. 
Assim, induz a progressão do ciclo. Ela só pode ter 100% 
da sua capacidade se ela tiver ligada a uma ciclina. CDK é 
inativa sem ciclina. 
Elas formam um complexo CDK-CICLINA. Tem-se 
ciclinas específicas para cada fase do ciclo, tenho ciclinas 
associadas à sua CDK que irão induzir a passagem pelo 
ciclo. 
 
Ao longo do ciclo celular: 
Níveis de ciclina – mudanças cíclicas (variam seus níveis 
de acordo com a fase – ciclina da fase S só na fase, por 
ex) 
Níveis de CDKs – constantes (mantem nível, não precisa 
degradar elas, é só degradar ciclina que a CDK perde a 
atividade) 
 
A CDK vai se ligar a uma ciclina, formando um 
complexo CDK-ciclina. Esse complexo tem alta atividade 
cinase e, por meio da fosforilação, vai ativar proteínas 
que estão ou na entrada do ciclo, ou na replicação do 
material, etc. 
Para ter um controle bem regulado, existe mais 
um evento para garantir que o complexo seja ativado. A 
ciclina se liga ao CDK. Essa CDK é fosforilada em 2 pontos: 
um fosfato no sítio ATIVADOR e outro no sítio INIBIDOR. 
Para ser ativado, precisa retirar o inibidor. 
A proteína que coloca o fosfato no sítio ativador 
é chamada de CKA (cinase ativadora de CDK). Ao mesmo 
tempo, vem uma proteína chamada de Wee1, que coloca 
um fosfato no sítio inibidor. As duas fazem papéis 
opostos. Enquanto tem fosfato nos dois sítios, ela não 
consegue agir. É preciso que uma fosfatase que remove 
fosfato remova o fosfato do sítio inibidor. Essa fosfatase 
ativadora se chama CDC25. Aí sim, o complexo fica ativo. 
 
LISTA DE PROTEÍNAS 
Wee1 = cinase inibitória (coloca fosfato na região 
inibidora) 
CKA = cinase ativadora (coloca fosfato na região 
ativadora) 
CDC25 = fosfatases ativadoras (remove o fosfato da 
região inibitória) 
CKI = inibitórias de CDKs 
 
A CKI (inibitória) só vai ser estimuladas quando 
quiser que o ciclo seja parado. É mais trabalho para 
garantir que tudo fique certo. Quando ela recebe fosfato 
no seu sítio inibidor e depois ele é retirado, aumenta a 
sua eficiência de fosforilação – ela aumenta em 100x sua 
atividade cinase. 
Além do mecanismo da CKI, outro método para 
impedir que o complexo funcione é pelo processo de: 
UBIQUITINAÇÃO = ocorre destruição da ciclina pelos 
proteossomos (presentes no núcleo). 
Se por acaso eu precisar que o complexo seja 
degradado, além de produzir cinases inibitórias, a célula 
pode faz ubiquitinação da ciclina – ao ganhas ubiquitina, 
é encaminhada para os proteossomos e lá será 
degradada. Se degradar ciclina, a CDK não tem atividade, 
ela não faz nada sozinha. Uma vez que eu degrado a 
ciclina, a coisa que ela estava fazendo vai ser parada e 
tudo que ela estava organizando vai deixar de existir. EX: 
se ela estivesse na mitose, ela iria sair da mitose. A 
ubiquitinação é muito eficiente. 
 
AS DIFERENTES FASES E OS NÍVEIS DE CICLINA 
 
 
S – Aumenta em G1 para que esteja alta na S 
M – Aumenta em G2 para estar alta em M 
 
No meio da mitose, as ciclinas são degradadas 
(principalmente por ubiquitinação). Elas têm que ser 
degradas para a célula sair do ciclo (senão ela fica 
dividindo para sempre). Degradar ciclina diz para a célula 
que ela pode parar de dividir e voltar à interfase. 
 
CICLINAS DE G1 – forma complexo com a CDK = prepara 
para entrar no ciclo 
 
CICLINA G1/S – passa de G1 para S. Responsáveis pelo 
START = 1º ponto de verificação. 
 
CICLINAS S – acionam a fase S 
 
CICLINAS M (mitóticas) – iniciam os eventos da mitose e 
preparativos para a divisão celular. 
 
FASE G1 
G1-CICLINA se liga com a sua CDK. Ao se ligar, 
estimula o aparecimento do complexo G1-CDK. Quando 
os fatores de transcrição estão presentes na célula, vão 
estimular a transcrição gênica. 
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Se a célula quer e dividir, ela precisa que esses 
fatores estejam disponíveis porque eles vão transcrever 
ciclinas para elas se dividirem. Se ela não quer se dividir, 
ela precisa bloquear esses fatores de transcrição. Então, 
quando a célula está e G1, ela precisa liberar esses 
fatores de transcrição para G1/S. Ou seja, G1 estimula a 
próxima fase liberando fatores de transcrição. 
 
COMO ISSO ACONTECE? 
Os fatores de transcrição que codificam ciclinas 
são chamados de E2F, que deve estar inibido quando a 
célula não quer dividir. Ele fica inibido pela proteína Rb. 
Quando ela quer se dividir, tem-se a presença do G1-
CDK, que fosforila a proteína Rb (que estava inibindo o 
fator de transcrição), muda a sua conformação, libera o 
fator de transcrição, que transcreve ciclina G1/S. 
 
RESUMINDO, para a célula começar a divisão, 
essa ciclina G1 se associa a sua CDK e estimula a liberação 
de fatores de transcrição das próximas ciclinas (que é a 
G1/S). O G1-CDK vai inibir a proteína que estava 
segurando o fator de transcrição. Quando há degradação 
do G1, acontece desfosforilação da Rb e ela volta a 
segurar os fatores de transcrição. 
 
Ciclina G1 se associa com a sua CDK e estimula seus 
fatores de transcrição para fazer as próximas ciclinas. 
 
G1 = fase de montagem do complexo pré-
replicativo nas regiões de origem de replicação. Só vai 
ser duplicado o material genético que tiver esse 
complexo montado. É uma preparação para que a fase S 
aconteça de uma forma correta. As ciclinas G1-CKD vão 
proporcionar que esse complexo pré-replicativo seja 
montado na origem de replicação. Só nos pontos em que 
houver esse complexo montado é que poderá ocorrer 
replicação na fase S. 
 
Altos níveis de G1/S ciclinas – auxiliam e 
desencadear a progressão do início/START. Quando a 
célula ativa essa ciclina G1/S-CDK, a célula está 
comprometida a entrar no ciclo celular. 
 
PRIMEIRO PONTO DE VERIFICAÇÃO = ver se está 
tudo bem com o DNA. Ver se os fatores externos estão 
favoráveis. 
 
Suponha que haja um dano no DNA. A proteína 
P53 é induzida (ela protege contra o desenvolvimento de 
um câncer) e o dono no DNA ativa essa proteína. Ela 
induz a transcrição de uma CKI e a CKI inibe tudo. Se 
alguém tiver uma mutação no gene da P53, a célula pode 
ter muito dano no DNA, mas a P53 não vai conseguir 
reconhecer, o DNA mutante vai ser dividido, levando ao 
câncer. 
 
G1/S-CDK – durante as várias fosforilações dela, um dos 
resultados é induzir a duplicação dos centrossomos 
(região organizadora de microtúbulos). 
 
COMO A G1/S ESTIMULA A CÉLULA A IR PARA S? 
As ciclinas da fase S aumentam antes de chegar 
na fase S. ela se liga ao seu CDK, mas fica esperando a 
hora de atuar. Então, ela fica ligada a uma proteína que 
a inibe para ela não ter ação. Altas concentrações da 
ciclina G1/S faz com que a proteína que estava 
segurando a ciclina S seja degradada e ela é liberada. 
Para passar de G1/S para S, a G1/S-CDK cliva a 
proteína que estava inibindo a ciclina S, então a ciclina S 
consegue desenvolver o seu papel. 
 
FASE S 
A ciclina S-CDK vai fosforilar proteínas que vão 
levar ao recrutamento de proteínas que são necessárias 
na duplicação do material genético, ou seja, ela chama 
as proteínas para os pontos específicos onde vai começar 
a replicação e desmonta aquela sinalização que a ciclina 
G1 fez (lá no sítio de origem de replicação). Se aquele 
complexo não for retirado, ocorre reduplicação do 
material. Ou seja, o complexo pré-replicativo vai ser 
inibido pela ciclina S. 
Depois da duplicação, há 2 cromátides irmãs. 
Essas cromátides precisam ficar 
próximas (para não se enovelarem 
com outros). Para isso, a fase S induz 
a produção de COESINAS, para 
manter a coesão entre as cromátides 
irmãs. Elas envolvem as cromátides 
para ficarem perto. O complexo de 
coesina se forma sobre o DNA na 
fase S. Células que não se conseguem 
montar esse complexo podem ter 
problema para separa-las. 
 
FASE M 
M-ciclinas precisam entrar em ação. Elas vão se 
ligar a sua CDK, estimulando a entrada da célula na fase 
M. aqui, existe o 2º PONTO DE VERIFICAÇÃO, entre a 
passagem do G2 para M. 
O CKD vai se ligar a M-ciclina. A M-ciclina precisa 
que seu sítio inibidor seja liberado. Isso é feito pela 
CDC25. Aí então, ela está ativa para a célula entrar na 
mitose. 
Essa ativação pela CDC25 só acontece aqui, da 
fase G2 para a M. Lembrando: ela é uma fosfatase 
ativadora, ela retira o fosfato do sítio inibidor da CDK. Ou 
seja, antes da fase M, eu posso até ter ciclina-M, mas 
como não tenho a CDC25 ativa, ela não consegue fazer a 
célula entrar na fase M. 
A ciclina-M ativa, por fosforilação, coordena 
todos os eventos da mitose (montagem do fuso mitótico, 
desintegração do envoltório nuclear, ligação dos 
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microtúbulos do fuso com cromátides irmã, 
condensação cromossômica). 
A M-CDK, ao ser 
ativada, ativa mais 
fosfatase CDC25. É 
um feedback 
positivo. 
 
No caso de muito 
dano, cancela-se a 
retroalimentação 
positiva e a célula 
não entra na fase M. 
 
 
Todos os eventos (até a metáfase) são estimulados pela 
M-CDK. 
 
PRÓFASE 
Condensação dos cromossomos por proteínas 
condensinas. Forma anéis em cada cromátide e fazendo 
com que cada uma se condense. 
Início da formação do fuso mitótico do fora do núcleo. 
 
PROMETÁFASE 
Desestruturação do envoltório nuclear 
Ligação das fibras do fuso aos cromossomos 
M-CDK vai induzir a despolimerização dos microtúbulos 
da célula para liberar tubulina para fazer o fuso mitótico 
Fosforila constituintes do envoltório nuclear para 
desestrutura-lo (e as tubulinas cheguem às cromátides). 
Laminas A, B e C, nucleoporinas, etc. tudo é fosforilado e 
desestruturado. 
 
METÁFASE 
Cromossomos na placa metafásica 
 
ANÁFASE 
Divisão das cromátides-irmãs para os polos opostos 
 
É preciso que a coesina seja desestruturada para 
ocorrer a anáfase. Aqui, há o 3º PONTO DE VERIFICAÇÃO. 
A M-ciclina garante até a metáfase. 
 
Agora, é preciso que o APC aja = complexo 
promotor de anáfase. Ele é responsável pela passagem 
da metáfase para a anáfase. Ele é uma ubiquitina-ligase 
= marca proteínas com ubiquitina. Tudo que ele tocar, 
ele vai destruir, ou seja, ele faz ubiquitinação. 
 
APC vai marcar a M-ciclina com ubiquitina e ela 
será destruída. Tudo que ela estava segurando será 
desfeito = envoltório volta a se estabilizar, condensinas é 
desativada e o cromossomo vai se descondensar, etc. 
Tudo que for ciclina ele vai ubiquitina e mandar para 
degradação. E assim a célula sai do ciclo celular. 
Existe uma proteína chamada SEPARASE. Ela 
cliva COESINA para separar as cromátides irmãs. Até a 
metáfase, eu não posso ter a destruição da coesina. Essa 
SEPARASE fica inibida por uma proteína chamada 
SECURINA. Então, o APC vai ubiquitinar a SECURINA, ele 
libera a SEPARASE e ela vai lá e libera a COEZINA. 
 
 
A proteína CDC20 ativa APC. Mas ela só vai fazer 
isso quando todos os cinetócoros estiverem fixos aos 
microtúbulos do fuso. 
 
Pela falta da M-ciclina (degradada pelo APC), a 
célula consegue ir para a telófase. 
 
TELÓFASE 
Reconstituição do envoltório nuclear. Terminada 
a reconstituição do núcleo, o APC precisa continuar ativo 
para ficar ubiquitinando ciclina. Enquanto eu tiver APC 
alto, a célula continua em interfase. Quando houver a 
degradação do ACP, a fase G1 começa e todo o ciclo se 
reinicia. No primeiro ponto de verificação, se ela ver que 
vai entrar no ciclo, ela inibe o APC. 
 
CITOCINESE 
Separação citoplasmática. Anel contrátil na 
região equatorial de actina e miosina que separa a célula 
em duas. De alguma forma, as fibras do fuso sinalizam 
quando e onde o anel de contração pode ser montado. 
O anel de contração tem que garantir que o material 
genético seja exatamente dividido ao meio e mais ou 
menos metade do citosol. 
 
(OBS: estudar esquema do penúltimo slide)