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1 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 Introdução • O processo de crescimento ocorre através do aumento no número de células e não no seu tamanho. • Divisão celular ocorre por duplicação de células preexistentes. • Reposição de células mortas. • Regeneração de tecidos ou órgãos. • Balanço entre proliferação e morte celular. ▪ Crescimento celular: aumento do tamanho da célula. ▪ Proliferação celular: aumento do número de células. Ciclo celular – 4 fases Intérfase Composta pelas fases G1, S e G2: • G1: Crescimento celular, metabolismo normal, duplicação das organelas. É a fase que a gente diz que a célula está mais geneticamente ativa, sendo o período onde ela mais transcreve e produz proteína. • S: Replicação do DNA e duplicação cromossômica. Fase de síntese. • G2: Crescimento celular, preparação para mitose. Há síntese proteica (transcrição e tradução de proteínas que vão ser utilizadas na próxima fase, que é a mitose). G vem da palavra GAP em inglês que significa espaço, são os espaços de tempo em que a célula se prepara para uma nova fase. Ou não, repara que no caso de G1, a fase maior de todas, dizemos que é a fase em que a célula está mais geneticamente ativa, pois a maior parte da síntese proteica da célula ocorre quando ela está em G1. Quando ela está em síntese, não ocorre nenhuma produção de proteína, até porque a fase de síntese é a fase de replicação do DNA. Em G2 há síntese proteica. É uma transcrição e tradução de proteínas que vão ser utilizadas na próxima fase que é a mitose! Depois da intérfase temos a divisão propriamente dita, que é denominada mitose. A mitose é subdividida em 4 etapas: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Na mitose não há síntese proteica! A maior parte da síntese proteica que acontece na célula é em G1. Controle do ciclo celular Existem células que param em G1 para sempre, existem as que param temporariamente (por um bom tempo) e existe as que param em G1 rapidamente! Existe um ponto denominado de ponto de restrição, onde a célula vai se decidir se vai adiante no ciclo celular ou se vai parar em G1! Se ela passar do ponto R, é um ponto sem retorno, vai seguir adiante no ciclo, se ela não passar, entra em G0. G0 é um estágio dentro de G1, onde a célula para o ciclo! Caso a célula não receba os estímulos necessários para romper o ponto de restrição, ela entra em G0 (estágio dentro de G1 onde a célula para). Duração do ciclo celular Existem células que passam por um G0 bem curto: células que se dividem/proliferam o tempo todo - então tem que ter divisão rápida, a exemplo das células do tecido epitelial. Ciclo Celular 2 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 Agora, existem células que tem um G0 mais longo: se dividem pouco, divisão lenta, ou que não se dividem mesmo. Como por exemplo um hepatócito (normalmente demora um ano para se dividir, a não ser que aconteça algo e aí ela precise se dividir); Um neurônio (nem sai de G0, obviamente, no período embrionário ele se divide, mas depois para de se dividir, aí para em G0 e não sai nunca mais!) Células do pâncreas, por exemplo, param um bom tempo em G0, para depois se dividir! Todas as células passam por G0, nem que seja um pouquinho, pois todas tem que transcrever e traduzir proteínas! E fazem isso em G1, então ficam um pouco paradas lá em G1. Quando para, fica em G0. Mas ela recebe um estímulo para sair de G0. O ponto de restrição é depois de G0, é nesse ponto que ela decide se vai ficar em G0, ou se dividir! Tipos de células somáticas com base no ciclo celular Temos 3 tipos de células com base na duração do ciclo celular. Células lábeis Período de vida curto – ciclo celular contínuo = nº total de células constantes. Superfícies epiteliais (pele e mucosas oral, vaginal, cérvice uterino, trato gastrointestinal, trato respiratório, trato biliar, trato urinário baixo, útero, glândulas exócrinas) e medula óssea vermelha Células estáveis ou em repouso Entram numa fase de repouso (a fase G0), após a mitose. Parênquima hepático, rins e pâncreas, células dos tecidos conjuntivo (fibroblastos, condrócitos e osteócitos) fibras musculares lisas e células endoteliais. Células permanentes Multiplicam-se na fase embrionária e estão programadas para não serem substituída por toda a vida. Neurônios, fibras musculares cardíacas e esqueléticas (em adultos). São as células que entram em G0 e não saem mais. Chamamos elas também de permanentemente diferenciadas! Por que um neurônio não se divide? Por que são células altamente especializadas! Por que células altamente especializadas não se dividem? Justamente porque são altamente especializadas! O neurônio produz tanta proteína e neurotransmissor importante para secretar. Imagine se o neurônio avisa para as células que ele controla para pararem sua atividade enquanto ele faz a divisão? Não dá! O neurônio não pode parar! Então, para em G0 e não sai mais! Os neurônios no período embrionário, ainda são indiferenciados, mas aí com o passar do tempo, vão se diferenciando, até tornarem-se terminantemente diferenciadas! Assim como as células musculares esqueléticas de um adulto, enquanto crianças, nossas células musculares ainda não são totalmente diferenciadas e aos poucos vão se diferenciando e ficam terminantemente diferenciadas! Os podócitos também são assim. Como ocorre esse controle? O sistema de controle do ciclo celular depende de Proteína quinases ativadas ciclicamente • Quem controla tudo isso são as ciclinas! 3 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 • Quem descobriu o controle do ciclo celular ganhou o nobel de medicina! Tempos Uma célula neoplásica não se divide mais rápido que uma célula normal! Nossas células normais demoram o mesmo tempo para se dividir! Esse tempo aqui, 9 horas em G1, 6 horas em síntese, 4 horas em G2, 1 hora em Mitose! O tempo de duração do ciclo é sempre o mesmo, mas a quantidade de vezes que a célula prolifera é diferente. Se for célula neoplásica, ela prolifera muito mais vezes do que uma célula normal. Principais ciclinas e CDKs de vertebrados As proteínas que movem o ciclo celular são denominadas de ciclinas. São ciclinas porque são produzidas ciclicamente. Algumas células as produzem e vão fazer a célula sair de G0 e ir para a síntese! Aí depois elas são destruídas, aí outra ciclinas são produzidas e vão fazer a célula ir para a próxima fase. E assim vai. Mas elas não atuam sozinhas, ao contrário, quem movimenta mesmo o ciclo são as proteinoquinases (enzimas)- CDKs, só que a gente tem essas enzimas em número constante no nosso citosol, que só vão ficar ativas fazendo a célula mudar de estágio se elas forem ativadas pelas ciclinas, então dependem das ciclinas. CDKs= ProteínoKinases dependentes de ciclinas! (Os artigos botam o que está no parêntese, o fora é o que o livro traz! Tem que saber a nomenclatura que está no parêntese! A do livro está aí, só para quando formos ler, mas a do parêntese é a que ela vai colocar na prova! Então não é G1-CDK, é CDK4 e CDK6!) Esse assunto é extremamente importante porque envolve CA (câncer), hoje em dia, é impossível um oncologista não saber isso! Até porque, existem muitos quimioterápicos hoje em dia que são inibidores de CDK! Quando você inibe CDK, você para o ciclo celular, então não há divisão celular! • G1-Cdk (Cdk4, Cdk6) – ciclina D. A primeira ciclina a ser produzida é a ciclina D! Ela ativa a Cdk4 e Cdk6. É o sinal de que a célula começa a proliferar. A primeira coisa que vai acontecer a partir disso é a indução da produção de ciclina E. • G1/S – Cdk (cdk2) – ciclina E. A ciclina E vai ativar a Cdk2. Nesse momento, a célula sai do ponto de restrição e segue adiante, nisso a célula começa a produzir a ciclina A.• S- Cdk (Cdk2, Cdk1) – ciclina A. A ciclina A pode ativar tanto CdK1 quanto Cdk2. Quando o Cdk2 passa a ser ativada por ciclina A, a célula sai de G1 e entra em síntese. Durante toda a fase de síntese a CDK2 vai ser ativada por ciclina A, só que em determinado momento a ciclina A começa a ativar a CDK1. Quando a ciclina A começa ativar cdk1, a célula sai de síntese e entra em G2. Durante todo o G2, a ciclina A fica ativando CDK1. • M – Cdk (Cdk1) – Ciclina B. Em G2, a CDK1 deixa de ser ativada por ciclina A e passa a ser ativada por ciclina B, porque a célula começa a produzir a ciclina B. Então, lá no final de G2. a Cdk1 fica ativada exclusivamente por ciclina B, e quando isso acontece, a célula sai de G2 e entra em mitose. Por isso que a CDK1 ativada por ciclina B é a M, porque vai entrar em Mitose! Cada complexo fosforila um grupo diferente de substratos. Mitose → Profáse, metáfase, anáfase, telófase. Tudo que acontece nas duas primeiras fases da mitose, é a CDK1 ativada por ciclina B, a responsável! 4 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 CDKs distintas se associam com diferentes ciclinas para acionar os diferentes eventos Aqui não mostra, mas tudo começa com a ciclina D, que ativa a CDK4 e a CDK6 e induz a célula a produzir ciclina E. A ciclina E ativa a CDK2 e induz a célula a sair de G1. Só que a célula só vai sair de fato de G1, quando ela começar a produzir a ciclina A. É na hora que a ciclina A é produzida que ela sai de G1 e entra em síntese, isso através da ativação de CDK 2. Enquanto a CDK 2 estava sendo ativada só por ciclina E, a célula estava em G1. Quando passa a ser ativada por ciclina A, saiu de G1 e foi para a síntese. Durante toda a fase de síntese, essa ciclina A ficou ativando a CDK2. Quando ela começa a ativar CDK1, ela sai de síntese e entra em G2, esse é o sinal para G2. Durante todo o G2 a ciclina A fica ativando a CDK1. No final de G2 a célula começa a produzir ciclina B, que também ativa a CDK1, e quando isso acontece, a célula sai de G2 e entra em mitose, esse é o sinal! Esse complexo CDK1-ciclina B é responsável pela primeira metade da mitose (prófase e metáfase)! O ciclo celular pode ser interrompido em Pontos de checagem específicos Existem diversos pontos de checagem na célula, e são pontos de interrupção. Provavelmente devem ter mais do que a gente conhece, nem todos foram descritos! Vou falar de 3 pontos de checagem para vocês! Um do final de G1, um em G2 e um que acontece ao final da mitose. Por que é importante o ponto de checagem em G1 e em G2? • Em G1, é importante porque depois tem a etapa de síntese e não queremos que haja erro, pois caso aconteça uma mutação, você não pode replicar esse DNA, senão você vai perpetuar essa mutação. Reconhece então erros no DNA para que você não replique esse erro! • As proteínas que fazem a replicação do DNA inserem MUITOS erros, a maioria desses erros é até corrigido depois, e por isso temos um ponto de checagem em G2, para corrigir esses erros originários lá da replicação. O dano do DNA interrompe o ciclo celular em G1 Quando você tem um dano do DNA, tem uma proteína que é codificada por um gene supressor tumoral que se chama a p53, ela é chamada de guardiã do nosso genoma, ela reconhece o dano ao DNA e faz 3 coisas: 1. Induz a célula a produzir uma proteína que é inibidora de CDK (chamada de P21, que não é a única inibidora de CDK que existe, ela é a que é produzida pela P53). Se inibe CDK, para o ciclo celular. 2. Induz as células a produzirem proteínas de reparo do DNA: proteínas que vão tentar consertar o erro. 3. Se for os mecanismos anteriores forem insuficientes, ela atua na produção de proteínas pró-apoptóticas, que induzem a apoptose. A grosso modo, a P53 induz a célula a parar, a tentar corrigir o erro, e se não der certo, a se matar! Para que o erro não vá adiante • G1: verifica se o DNA tem erro. Eu não quero replicar um DNA mutável. Se estiver íntegro, vai adiante! • G2: verifica se houveram erros na replicação. 5 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 INIBIDORES DE CDKS Existem vários inibidores de CDKs que hoje em dia estão sendo utilizados no tratamento ao câncer! Ciclo celular: células somáticas Estágios: Prófase, metáfase, anáfase, telófase. Existem autores que botam mais um estágio entre a prófase e a metáfase, colocam um estágio chamado de pró-metáfase, que seria uma fase de transição entre as duas fases! INTERFASE Antes de duplicar o DNA, há apenas uma cromátide. Quando se duplica na fase S, ele fica com duas cromátides irmãs geneticamente idênticas! Enquanto elas estiverem unidas por um mesmo centrômero, é um cromossomo só. Depois essas cromátides se separam, lá na frente, e viram cromossomos separados. Além de duplicar o DNA, a célula duplica as suas organelas também! Aumenta seu volume citoplasmático, porque a célula precisa se dividir em duas de mesmo tamanho, além de o material genético ser idêntico. As primeiras divisões, lá no período embrionário, curiosamente, as células diminuem de tamanho mesmo! O estágio que chamamos de mórula, porque parece uma amora, uma célula grande como o zigoto que a formou, com várias células pequenininhas. Isso acontece porque a célula não passa nem por G1 nem por G2, ela vai direto de síntese para a mitose constantemente! Mas a maioria das células, como eu falei com vocês, passa por G1 e G2, tanto é que você não vê redução das células ao se dividir! Isso só acontece no período embrionário. A nossa célula está no ciclo, ou ela está em interfase ou está em mitose. O nosso DNA está organizado em forma de fragmentos, nós temos por exemplo 46 pedaços. Esses pedaços estão associados a proteínas histonas que condensam o DNA, e por isso que o DNA cabe no núcleo, mas existem diferentes níveis de condensação. Na intérfase, ele está menos condensado, na mitose, está mais. Isso é meio óbvio, o que está acontecendo na intérfase é que o DNA está sendo transcrito e replicado. Na hora do DNA ser transcrito em RNA, as enzimas RNA polimerase tem que ter acesso a esse DNA, se ele estiver 6 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 compacto, não haverá acesso a ele. Do mesmo modo, as enzimas que vão fazer a replicação do DNA, também tem que ter acesso a ele! Em contrapartida, na mitose, o DNA tem que estar condensado ao máximo, porque as cromátides terão que ser separadas, então quanto mais compacto, melhor para separar! Esses níveis de condensação fazem que a gente tenha 2 nomes para o DNA: (1) Na intérfase, menos condensado, tem o DNA sobre a forma de CROMATINA. (2) Na mitose, mais condensado, é chamado de CROMOSSOMO. Didaticamente e na prática, tudo é cromossomo! PRÓFASE Os cromossomos parecem condensados e o envelope nuclear não é aparente. • 1ª coisa que acontece na intérfase: Condensação gradual dos cromossomos. • Os centrossomos gradualmente movimentam-se para os pólos das células e deles vão partir as fibras do fuso. (Centrossomo é uma organela bem próximo ao núcleo, é nessa organela que fica o centríolo. Os microtúbulos partem dos centríolos e são componentes do citoesqueleto. Aqui na divisão, os microtúbulos serão as fibras do fuso, que vão partir dos centrossomos. Normalmente na célula, só temos um centrossomo, mas quando a célula entra em mitose as organelas estão duplicadas!) • Rompimento da membrana nuclear: A carioteca (membrana nuclear) se rompe e o nucléolo, que é responsável pela síntese de RNA ribossômico, também desaparece, e isso acontece até mesmo antes da carioteca se romper! • Início da formação do fuso mitótico • Os cromossomos se fixam (se ligam) nas fibras do fuso. METÁFASE • Condensação cromossômica máxima: de fato, agora eu tenho cromossomo.• Cromossomos localizados na região equatorial da célula. Até aqui, tenho Ciclina B ativando CDK1, e isso é responsável por tudo o que vimos de mitose até agora. Quando chega na transição de metáfase e anáfase, surge uma outra molécula que se chama APC (complexo promotor de anáfase), ele vai promover a anáfase (sério?) e quando esse complexo surge, vai destruir as ciclinas, então não deixa de ser um inibidor de ciclinas. O restante da mitose, é devido ao APC. ANÁFASE • Cromátides irmãs se separam no centrômero e movem-se para polos opostos. As cromátides de cada cromossomo se separam e uma torre em movimento os polos. Por isso que ao final, você tem duas células como o mesmo número de cromossomos, e com cromossomos idênticos, por isso na mitose, são geradas células filhas idênticas a célula mãe. 7 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 TELÓFASE • Início da descondensação cromossômica. • Reconstrução da membrana nuclear, reaparece carioteca e nucléolo! • Citocinese (clivagem citoplasmática): Divisão da célula. Quando a célula termina a telófase, volta a G1, então ela tem que voltar tudo, o núcleo, o nucléolo, o DNA que volta a ser cromatina, tudo tem que voltar a ser o que era antes. Os cromossomos estão nos polos e estão se tornando mais difusos. O envelope nuclear está reformando. O citoplasma pode estar se dividindo. Resumo Citocinese O anel contrátil é de actina e miosina! As mesmas proteínas lá do músculo, a gente vai ver isso em citoesqueleto! APC (complexo promotor da anáfase) A partir dele você não tem nenhuma CDK ativa. • Atua na transição metáfase/anáfase • APC/C (Anaphase-promoting complex) inicia a separação das cromátides irmãs através da destruição de proteínas regulatórias (proteólisemediada por ubiquitina). • A anáfase inicia com quebra das coesinas que seguram as cromátides irmãs. As cromátides- irmãs são unidas por proteínas chamadas de coesinas, com a quebra delas, as cromátides se separam! • Promove a destruição das ciclinas S e M, inativando o complexo ciclina-Cdk. • Fosfatases desfosforilam os substratos promovendo desmontagem do fuso, reorganização do envoltório nuclear P53 atua em G1 e em G2! • Permanece ativo em G1, propiciando um período estável de inatividade; • Quando G1/S-Cdks são ativadas, APC é. APC - metáfase/anáfase 8 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 A APC vê se os cromossomos estão corretamente alinhados a fibras do fuso. Se não estiver, você pode ter uma não-disjunção, porque uma célula pode ter dois cromossomos e a outra nenhum cromossomo caso isso aconteça, então ela vai tentar evitar isso! Controle extracelular do Número e tamanho de células As células precisam de sinais extracelulares para se dividirem, crescerem e sobreviverem • Mitógenos: Estimulam a divisão celular. Aqui é quantidade de vezes que a célula plorifera. • Fatores de crescimento: Estimulam o crescimento celular. Crescer aqui, é em termo de tamanho, cuidado! • Fatores de sobrevivência: Supressão da apoptose, a célula faz isso para se manter viva, ou seja, sem mortes! • Mitógenos: Estimulam as atividades das ciclinas E e A. MITÓGENOS Entender a via que vem na imagem de baixo, é fundamental, você tem noção de todo esse controle! 1. Mitógeno se liga a proteína receptora e aí promove uma cascata de sinalização celular para ela se dividir. 2. Essa sinalização entra no núcleo e vai induzir a célula a produzir uma proteína chamada MYC. 3. Essa proteína MYC é quem vai fazer com que a célula produza a primeira ciclina de todas, que é ciclina D. 4. Ai a ciclina D ativa a CDK 4 e a CDK 6! Uma vez ativadas, elas ativam (fosforilam) a PRB. Quando a PRB não recebe nenhuma sinalização, ela inibe a proliferação celular, por isso é chamada de supressora tumoral, por que inibe? Porque ela está inibindo essa proteína verdinha aqui ó, que se chama E2F. 5. A PRB fosforilada, libera a E2FEssa E2F, quando está ativa, induz a célula a transcrever e traduzir a ciclina E e a ciclina A, tirando a célula de G1 e levando-a para a síntese! A E2F só vai aparecer quando temos essa via de sinalização. FATORES DE CRESCIMENTO: ESTIMULAM O CRESCIMENTO CELULAR Isso aqui, eu só vou citar para vocês. Aqueles receptores que mostrei para vocês lá no início, chamam-se receptores de tirosina quinase. Uma vez ativados, eles podem estimular várias vias! Uma das vias é a da proliferação celular, outra via, é a via do crescimento celular. Mas ela só faz isso quando se liga 9 Beatriz Machado de Almeida BMC – Aula 8 a fatores de crescimento. Depois vocês vão estudar essa via tá? Ela induz por exemplo a ativação da M- TOR, que promova a síntese proteica, principalmente a crescimento muscular! FATORES DE SOBREVIVÊNCIA: SUPRESSÃO DA APOPTOSE ??? Normalmente a célula tem ligado a ela, fatores de sobrevivência. Uma célula que está proliferando, também tem que ter esses fatores ligados a ela! Mantendo ela viva através da supressão da apoptose. Vamos estudar os mecanismos de apoptose. Vias de sobrevivência: (1) indução de proteínas anti- apoptóticas (2) inibe proteínas pró apoptóticas (3) Induz produção de inibidores da apoptose. E qual seria o limite de divisão? • Telômeros: Toda vez que nossas células somáticas se dividem, nossos cromossomos encurtam de tamanho! Se divide, encurta! Por que não há perda de material genético? Porque na ponta de nossas células nós temos os telômeros, então eles são uma capinha extra de DNA que nós temos para nos proteger, e quando tivermos essa perda de material genético, elas vão se perdendo. Então o telômero serve para encurtar mesmo! Diminuímos o telômero para que não aja perda de genes, porque nem tudo no nosso DNA é gene, só 2%! São denominados então, relógios biológicos da célula! Ele tem um limite, vai ter uma hora em que ele vai diminuir até acabar o telômero, e aí acontece ela entra em apoptose, justamente para te proteger. Células tronco embrionárias totipotentes não diminuem o tamanho de seus telômeros. Temos células tronco adultas em nossa medula óssea que se perderem os telômeros, acaba sangue! Então as células tronco, não tem limite de replicação, porque tem uma enzima chamada de telomerase, que faz uma polimerização nos telômeros, inibindo a sua redução! As células tronco expressam a telomerase, e as células somáticas não expressam, as células são geneticamente idênticas! Elas são epigeneticamente diferentes, cada uma expressa genes de forma diferente! A célula neoplásica consegue ativar o gene da telomerase e não pode parar de se dividir!
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