Mitose

Prévia do material em texto

A duplicação do centrossomo ocorre no início do ciclo celular 
 
Cada célula animal apresenta centrossomo (centro organizador de microtúbulos) que apresenta, 
em seu núcleo, um par de centríolos. 
Durante o processo de mitose, esse centrossomo, precisa ser duplicado, de maneira semelhante 
que acontece com o DNA, para que, durante o 
processo de segregação, cada célula filha ganhe 
um centrossomo proveniente da célula-mãe. 
O processo de duplicação do centrossomo ocorre 
na fase S, que é a fase de síntese do material genético, e é desencadeado pela ciclina G1/S e 
também pela ciclina S. Essas ciclinas vão induzir a duplicação desse centrossomo a partir dos 
centríolos. Durante o processo de 
duplicação, cada centríolo se 
separa e funciona como molde 
para formação do outro centríolo, 
que, na imagem ao lado, é 
representado em amarelo. Os 
centrossomos são separados para 
os polos da célula em divisão, para 
que eles então formem o fuso 
mitótico onde os cromossomos 
irão se aderir para a separação das 
cromátides-irmãs durante a 
anáfase. Esse processo de 
duplicação do centrossomo é muito semelhante ao que acontece ao DNA, é um processo 
semiconservativo onde um centrossomo forma de molde para o outro, além disso, essa 
duplicação só pode acontecer uma vez, seria muito danoso para célula se ocorresse a replicação 
do centrossomo, poderia haver separações de cromátides-irmãs de maneira errônea e gerar 
células altamente danificada geneticamente, que poderia levar a formação de um câncer. Dessa 
forma, é importante que esse centrossomo se duplique uma única vez e seja segregado de 
maneira correta para as células-filhas, além de serem as estruturas responsáveis pela formação 
do fuso mitótico. 
 
O rompimento do envelope nuclear é deflagrado pela M-Cdk 
 
O envelope nuclear é formado por complexos do poro nuclear (que permite o constante tráfego 
e troca de moléculas entre citosol e núcleo) e pela lâmina nuclear (formada por filamentos 
intermediários), aí tem a lâmina A e lâmina B. 
Durante o processo de mitose é necessário que haja a ruptura do envelope nuclear para que os 
cromossomos sejam liberados no citosol e possam se afixar ao fuso mitótico. Esse processo de 
desconstrução do envelope nuclear se dá pelo complexo M-Cdk, que fosforila a lâmina nuclear, 
fosforila as diferentes nucleoporinas (proteínas que compõem o complexo do poro nuclear). Isso 
culmina na desorganização do envelope nuclear, liberando os cromossomos duplicados no 
citosol, o que permite a sua fixação ao fuso mitótico. 
 
Durante o processo de formação das células-filhas, o núcleo precisa ser novamente organizado. 
E para que este núcleo seja organizado, as proteínas, previamente fosforiladas pelo complexo 
M-Cdk, precisam ser desfosforiladas por proteínas fosfatases. A ausência desses grupos fosfatos 
induz, espontaneamente, uma reorganização da lâmina nuclear, uma reorganização das 
proteínas do complexo do poro nuclear, o que gera novamente a formação do núcleo e, 
consequentemente, o desenovelamento e dispersão do material genético no cerne do núcleo. 
 
Os cinetócoros conectam as cromátides irmãs no 
fuso 
 
Após a destruição do núcleo e liberação dos 
cromossomos replicados no citosol, estes se ligam ao 
fuso mitótico através de uma região estrangulada do 
cromossomo chamada de região centromérica. Nesta 
região centromérica, se organiza uma estrutura 
proteica gigante organizada em múltiplas camadas 
chamada de cinetocoro. 
Ao cinetocoro pode-se associar de 10 a 40 
microtúbulos, que ficam ligado então em cada 
cromátide irmã dentro da estrutura do cromossomo replicado. Este cinetocoro ele é formado por 
repetições de um complexo proteico chamado de Ndc80, esse 
complexo se liga lateralmente ao microtúbulo permitindo que 
unidades (heterodímeros de tubulina) possam se ligar ou desligar 
da extremidade mais, o que pode levar ao encurtamento ou 
crescimento deste microtúbulo. 
 
 Esta imagem é uma fotomicrografia eletrônica de 
transmissão mostrando a cromátide em anáfase, a região 
do cinetocoro contendo o complexo proteico ndc80 e, a 
este cinetocoro, é possível observar uma série de 
microtúbulos conectados a ele e, neste caso 
especificamente, tem um movimento em direção a 
periferia da célula, já que a célula está em anáfase e por 
consequências cromátides estão sendo separadas nesse 
processo. 
 
As ligações corretas das cromátides irmãs ao fuso se dá por tentativa e erro 
 
A correta ligação dos cromossomos ao fuso 
mitótico se baseia em táticas de tentativa e 
erro que leva em consideração a tensão 
exercida sobre as cromátides-irmãs pelo 
fuso. 
 Em A, B e C tem ligações instáveis, é 
possível perceber que os cromossomos 
replicados não estão ligados corretamente o 
fuso. Em D tem uma correta ligação, onde 
cada cinetocoro se encontra conectado ao 
um fuso, a um centrossomo, a um centríolo. 
 Neste caso especificamente, tem uma 
tensão apropriada sendo formada e é essa tensão que sinaliza para célula que o cromossomo 
está apropriadamente ligado ao fuso. Esse mecanismo de sinalização se baseia em fosforilação. 
Quando a ligação é errada, tem uma 
baixa tensão sendo exercida sobre 
as cromátides-irmãs, isso leva a 
atividade das cinase aurora B que 
fosforila uma série de proteínas 
presentes no segmento externo do 
cinetocoro. 
Quando a tensão é alta, numa 
ligação estável, a cinase aurora B 
perde contato com o substrato que é fosforilado por ela, esse substrato é o complexo ndc80. No 
momento que a tensão é muito alta eu separo o complexo da aurora B e ela fica incapaz de 
fosforilar o complexo ndc80. Isso permite que a força de ligação ao microtúbulos seja aumentado 
e que novos microtúbulos sejam conectados ao cinetocoro, e isso indica então que a ligação é 
uma ligação estável. 
 
O complexo APC/C é a chave para transição entre metáfase e anáfase 
 
A transição de metáfase para anáfase é 
determinada pela ativação do complexo 
promotor da anáfase, que é ativado, 
inicialmente, pela fosforilação 
desencadeada pelo complexo M-Cdk. 
Quando o complexo é fosforilado, gera um 
sítio de ligação para uma proteína co-
ativadora chamada de cdc20. Que 
quando ligada ao complexo promotor da 
anáfase, está efetivamente ativo para 
efetuar sua ação sobre seus diferentes 
substratos. 
Um substrato que é modificado pelo 
complexo promotor da anáfase é a 
proteína securina. A securina se liga a 
uma outra proteína, 
outra enzima, chamada de separase, dessa forma a securina inibe a 
atividade da separase. 
O complexo promotor da anáfase, por ser uma ubiquitina ligase, irá 
ubiquitinar a securina e essa ubiquitinação marca a securina para a 
degradação em proteassomos, liberando a separase. 
A separase tem como alvo as coesinas, que mantém as cromátides-irmãs 
unidas. A quebra das coesinas induz a separação das cromátides-irmãs, 
durante a anáfase, pelo encurtamento dos microtúbulos de cada 
centrossomo, que leva as cromátides-irmãs para cada polo da célula em 
duplicação. 
 
O ponto de verificação do fuso garante que todos os 
cromossomos estejam fixados ao fuso 
 
O ciclo celular apresenta vários pontos de verificação que 
avaliam se os eventos antecedentes foram de fato 
realizados apropriadamente, e na fase M também existe 
esse ponto de verificação para avaliar se todos os 
cromossomos estão ligados ao fuso de maneira apropriada. 
Esse ponto de verificação avalia a tensão (que está sendo 
realizada sobre os cromossomos) e, proteínas sinalizam 
para célula caso algum cromossomo não esteja ligado ao 
fuso, uma dessas proteínas é a mad2. Um cromossomo não 
ligado induz a produção de mad2, que é um sinal negativo (um freio) 
para impedir que a anáfase ocorra. 
 Nessa imagem tem os cromossomos replicados (marcados em azul) 
e os componentes do fuso mitótico (marcados em verde). É possível 
perceber um cromossomo que não está ligado ao fuso, induzindo a 
produção da proteína mad2, que funciona como um freio no processo 
de separação das cromátides-irmãs. Quando este cromossomosestiver apropriadamente ligado ao fuso, o sinal mad2 é inibido, é 
destruído, e aí tem um sinal que permite a progressão do ciclo celular, 
a progressão da metáfase para anáfase. 
 
Os cromossomos são segregados na anáfase A e B 
 
A anáfase é subdividida em anáfase A e anáfase B, eventos que acontecem simultaneamente e 
se sobrepõe. 
A anáfase A consiste na separação das cromátides-irmãs pelo encurtamento dos microtúbulos 
associados ao cinetocoro. Esses microtúbulos encurtam porque existe uma despolarização da 
extremidade + assim como uma despolarização da extremidade -, que, ao retirar heterodímeros 
de tubulina, leva ao encurtamento e separação das cromátides-irmãs. 
Por outro lado, a anáfase B é caracterizada pela separação dos centrossomos que foram 
previamente duplicados, essa separação para as extremidades do polo se dá pela atividade de 
proteínas motoras: cinesinas, que se deslocam em direção à extremidade + do microtúbulo; 
assim como as dineínas que caminham, geram força, em direção à extremidade - e trabalham 
na periferia da célula, contribuindo para essa separação dos centrossomos em cada polo. 
 
A etapa final do ciclo celular é a citocinese 
 
O último grande evento da fase M, e da mitose, é citocinese, que é o processo de separação 
das células-filhas. 
A citocinese se inicia durante a anáfase e ocorre o surgimento de uma reentrância longo de todo 
o comprimento da célula, que é chamada de sulco de clivagem. 
 Fotomicrografia de microscopia eletrônica de varredura que 
mostra o sulco de clivagem no ovo de rã. 
Esse sulco de clivagem é determinado por uma estrutura 
composta por diferentes proteínas chamada de anel contrátil. 
Esse anel contrátil é composto por filamentos de actina, 
filamentos de miosina e outras proteínas estruturais e 
reguladores, que gradativamente vai levando a um 
estrangulamento do citosol e da membrana para levar a 
essa separação das células-filhas. 
Existem vesículas no citosol da célula em divisão, que 
vão sendo adicionadas a essa região estrangulada, para 
dar novas membranas para a célula. É um processo que 
depende de ATP, já que é usado filamentos de miosina 
e filamentos de actina para induzir essa contração. 
 
Actina e miosina II do anel contrátil dão força para a citocinese 
 
 Esta imagem complementa 
a anterior, mostrando 
marcação para filamentos de 
actina em diferentes contextos, 
com diferentes anticorpos. Um 
anticorpo vermelho e um 
anticorpo verde. É possível 
observar, nessa imagem de 
microscopia de fluorescência, 
a estrutura do anel contrátil formado por actina, apesar de não estar marcado, tem a miosina 
(proteína motora) que vai levar a contração, o deslizamento dos filamentos de actina que culmina 
com o estrangulamento e separação das células-filhas. 
 
Ativação da RhoA desencadeia a formação e contração do anel 
contrátil 
 
O processo de formação do anel contrátil ao redor de toda a célula, 
se dá pela ativação da proteína G monomérica RhoA. Quando a 
RhoA é ativada e tem a GEF (o fator de troca de nucleotídeos de 
guanina) potencializando essa troca. A RhoA ativa vai ter 2 efeitos: 
primeiro vai ativar a formina, que induz a polimerização do filamento 
de actina, importante para a 
formação do anel contrátil; por 
outro lado, a RhoA vai ativar uma 
cinase chamada de rock (são as 
cinases ativadas por Rho), que vai 
ter efeitos distintos, vai induzir a 
fosforilação da cadeia leve da miosina, ativando a miosina, e ao mesmo tempo inibe a miosina 
fosfatase, que estaria desfosforilando a cadeia leve da miosina. Esses eventos em conjunto 
levam a ativação da miosina, e ativação da miosina, no caso a miosina II, vai induzir a formação 
e contração do anel de actina e miosina. 
 
 
A mitose pode ocorrer sem citocinese 
 
Apesar da citocinese ser um evento importante dentro da fase M e o final 
da mitose, existem casos em que não há uma citocinese sendo 
determinante da separação da divisão celular. Isso acontece por exemplo. 
durante o processo de fertilização da Drosophila melanogaster. 
Então tem aqui um ovo fertilizado, foi fecundado, e existem na verdade 13 divisões celulares que 
ocorrem sem citocinese, o que gera uma célula com milhares de núcleos chamada de sincício. 
Após essas treze divisões celulares iniciais, os núcleos gerados durante esse processo se 
encaminham para a periferia da célula e, na periferia da célula, a membrana começa a sofrer um 
processo de invaginação que vai segregando/separando cada núcleo que foi 
previamente gerado, gerando então células diferentes. No caso da imagem 
acima, tem uma separação nuclear posterior por invaginação membranar 
Isso também é visto em algumas células de mamíferos como, por exemplo, 
nos megacariócitos, alguns hepatócitos também se dividem sem citocinese, e 
células musculares cardíacas. 
 Essa imagem mostra uma célula de drosófila com vários núcleos, vários 
cromossomos duplicados se dividindo em fuso mitótico sem uma divisão 
aparente dessa célula. 
 
 
A fase G1 é um estado estável de inatividade das Cdks 
 
A célula que sai da citocinese cai em G1, e quando ela cai em G1 é necessário que todos as 
proteínas responsáveis pelos eventos da mitose sejam desligadas. A célula precisa entrar num 
período estável para que ela possa crescer, adquirir volume, para que, sobre condições novas 
favoráveis, ela entre novamente no ciclo celular. 
Durante a fase M, a M-ciclina Cdk 
ativa uma série de proteínas. e ao 
mesmo tempo inibe outras. 
Ela inibe as CKI (proteínas 
inibidoras de Cdk) como a P21, por 
exemplo. E inibe um outro 
complexo promotor da anáfase que 
é ativado pela Cdh1. 
 No momento que o complexo M-
ciclina Cdk é ativado, ativa o 
complexo Cdc20 e inibe estas 
outras. 
A ativação do complexo promotor 
da anáfase leva a própria 
ubiquitinação da M-ciclina e a sua 
destruição em proteassomos. Por consequência, o nível de complexo M-ciclina-Cdk ativo diminui 
e as proteínas que antes ela inibia serão ativadas, e as que eram ativadas serão desligadas. O 
que acontece, tem a ativação do complexo promotor da anáfase ativado por cdh1 e a ativação 
das proteínas exibidoras de Cdk. 
O complexo promotor da anáfase ativado por Cdh1, vai continuar ubiquitinando ciclinas, M-ciclina 
por exemplo. E a proteína inibidora de CKI vai inibir o complexo M-ciclina-Cdk. Neste momento 
tem um nível extremamente reduzido de ciclinas e uma estabilidade na atividade das Cdk, as 
cdk estão inibidas. 
 Esse gráfico mostra a dinâmica da M-ciclina 
em relação ao complexo promotor da anáfase 
ativado por cdc20 e ativado por cdh1. Então, no 
início, tem níveis altos de M-ciclina, que são 
importantes para ativar o complexo promotor da 
anáfase ativado por cdc20. No momento que o 
complexo promotor da anáfase ativado por cdc20 
é ativado, ele começa a ubiquitinar a M-ciclina e 
a M-ciclina vai ser destruída, por isso os níveis 
vão caindo. Mas ao destruir a M-ciclina, o 
complexo promotor da anáfase ativado por cdc20 também diminui a sua atividade, porque ele foi 
ativado pela Mcdk. Porém, como o complexo M-ciclina-cdk exerce um efeito inibitório, quando 
ativo, no complexo promotor da anáfase ativado por cdh1, no momento que não tem mais M-
ciclina começa a aumentar a atividade do complexo promotor da anáfase ligado a cdh1 E esta 
atividade, deste complexo, agora responsável por destruir toda M-ciclina e qualquer ciclina que 
possa ser ativada após esse processo, a G1-ciclina por exemplo. Tem uma destruição completa 
das ciclinas, que leva a uma inativação de todas as cdk’s e a célula entra em G1, fica em G1. 
E para que a célula saia de G1, o ambiente precisa ser favorável, para que então haja a produção 
de G1-S-ciclina, a célula chegue no ponto de restrição, chegue no início, para deflagrar todo o 
processo novamente.