Mitose e Citocinese - Alberts

Prévia do material em texto

Mitose e Citocinese 
Etapas da Fase M 
• Prófase: Na prófase, os cromossomos replicados, cada um consistindo em duas 
cromátides-irmãs intimamente associadas, se condensam. Fora do núcleo, o fuso 
mitótico se forma entre os dois centrossomos, que se replicaram e se distanciaram. 
Por questão de simplicidade, somente três cromossomos são mostrados. Em células 
diploides, duas cópias de cada cromossomo estariam presentes. 
• Prometáfase: começa abruptamente com a desintegração do envelope nuclear. Os 
cromossomos podem agora se ligar aos microtúbulos do fuso via seus cinetocoros e 
são submetidos a movimentos ativos. 
• Metáfase: os cromossomos são alinhados no equador do fuso, a meio caminho entre 
os palas do fuso. Os microtúbulos do cinetocoro ligam as cromátides-irmãs a poios 
opostos do fuso. 
• Anáfase: as cromátides-irmãs se separam sincronicamente e formam dois 
cromossomos-filhos, sendo cada um deles lentamente puxado em direção ao pala 
do fuso ao qual está ligado. Os microtúbulos do cinetocoro ficam mais curtos, e os 
paios do fuso também se distanciam; ambos os processos contribuem à segregação 
dos cromossomos. 
• Telófase: os dois conjuntos de cromossomos-filhos chegam aos palas do fuso e se 
descondensam. Um novo envelope nuclear é remontado em volta de cada conjunto, 
completando a formação de dois novos núcleos e marcando o fim da mitose. A 
divisão do citoplasma começa com a contração do anel contrátil. 
• Citocinese: o citoplasma é dividido em dois por um anel contrátil de filamentos de 
actina e miosina, que comprime a célula em duas e dá origem a duas células-filhas, 
cada uma com um núcleo. 
 
M-Cdk leva à entrada na mitose 
• Um aumento abrupto da atividade da M-Cdk no ponto de verificação G2/M 
desencadeia os eventos da mitose inicial ou precoce (prófase, prometáfase e 
metáfase). 
• A M-Cdk deve induzir a montagem do fuso mitótico e assegurar que cada cromátide-
irmã de um par esteja ligada ao polo oposto do fuso. Ela também desencadeia a 
condensação dos cromossomos. 
• Duas famílias adicionais de cinases, as cinases similares a Polo e as cinases Aurora, 
também dão importantes contribuições ao controle dos eventos mitóticos iniciais. 
• A cinase similar a Polo Plk é necessária à montagem normal de um fuso mitótico 
bipolar porque fosforila proteínas envolvidas na separação dos paios do fuso no 
início da mitose. 
• A cinase Aurora A ajuda a controlar proteínas que dirigem a montagem e a 
estabilidade do fuso, ao passo que a Aurora B controla a ligação das cromátides-
irmãs ao fuso. 
 
A desfosforilação ativa a M-Cdk no início da mitose 
• A ativação da M-Cdk começa com o acúmulo de M-ciclina. 
• O aumento da proteína M-ciclina leva ao correspondente acúmulo da M-Cdk (o 
complexo de Cdk1 e M-ciclina) à medida que a célula se aproxima da mitose. 
• Embora nesses complexos a Cdk seja fosforilada em um sítio ativador pela cinase 
ativadora de Cdk (CAK), a cinase Wee1 a mantém em um estado inativo, por meio 
de fosforilação inibidora em dois sítios vizinhos. 
• Assim, no momento em que a célula chega o fim de G2, ela contém um estoque 
abundante de M-Cdk, que está preparada e pronta para agir, mas está suprimida por 
fosfatos que bloqueiam o sítio ativo da cinase. 
• O que desencadeia a ativação do estoque de M-Cdk é a ativação da proteína 
fosfatase Cdc25, que remove os fosfatos inibidores que restringem a M-Cdk. 
• A atividade inibidora da cinase Wee1 é suprimida, assegurando ainda mais que a 
atividade da M-Cdk aumente. 
• A ativação da M-Cdk na mitose envolve circuitos de retroalimentação positiva. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuso Mitótico e Proteínas Motoras 
• O fuso mitótico é uma máquina com base em microtúbulos. 
• A M-Cdk aciona a montagem do fuso no início da mitose. 
• O núcleo do fuso mitótico é um arranjo bipolar de microtúbulos, no qual as 
extremidades menos (-) estão orientadas aos dois polos do fuso, e as extremidades 
mais (+) se irradiam para fora dos polos. 
• As extremidades mais (+) dos microtúbulos (os microtúbulos do cinetócoro) são 
ligadas aos pares de cromátides-irmãs em grandes estruturas proteicas chamadas 
de cinetocoros, que estão localizados no centrômero de cada cromátide-irmã. 
• Muitos fusos também contêm microtúbulos astrais que se irradiam para fora dos 
polos e contatam o córtex da célula, ajudando no posicionamento do fuso na célula. 
• Cada polo do fuso é orientado em uma organela proteica denominada centrossomo. 
• Cada centrossomo consiste em uma nuvem de material amorfo (chamada de matriz 
pericentriolar) que cerca um par de centríolos. 
• A matriz pericentriolar nucleia um arranjo radial de microtúbulos, com suas 
extremidades mais (+) de crescimento rápido projetando-se para fora e suas 
extremidades menos (-) associadas ao centrossomo. 
• Ela contém o complexo em anel de γ-tubulina, um componente responsável, 
principalmente, pela nucleação de microtúbulos. 
• A montagem e a função do fuso mitótico dependem de proteínas motoras 
dependentes de microtúbulos. 
• Essas proteínas pertencem a duas famílias - as proteínas relacionadas à cinesina, que 
normalmente se movem em direção à extremidade mais (+) dos microtúbulos, e as 
dineínas, que se movem em direção à extremidade menos (-). 
• Quatro tipos principais de proteínas motoras (cinesina-5, cinesina-14, cinesinas-4 e 
10 e dineína) são particularmente importantes à montagem e ao funcionamento do 
fuso. 
• As proteínas cinesina-5 contêm dois domínios motores que interagem com as 
extremidades mais (+) de microtúbulos antiparalelos na zona média do fuso. 
• As proteínas cinesina-14 são motores orientados para a extremidade menos (-) com 
um único domínio motor e outros domínios que podem interagir com um 
microtúbulo diferente. 
• As proteínas cinesina-4 e cinesina-10, também chamadas de cromocinesinas, são 
motores orientados para a extremidade mais (+) que se associam aos braços 
cromossômicos e afastam o cromossomo ligado do polo (ou o polo do cromossomo). 
• As dineínas são motores orientados para a extremidade menos (-) que, juntamente 
com proteínas associadas, organizam os microtúbulos em vários locais celulares. 
• O fuso mitótico deve possuir dois polos a fim de puxar os dois conjuntos de 
cromátides-irmãs a polos opostos da célula em anáfase. 
Checkpoint promovido pela Cdc20 e APC/C entre a metáfase e a anáfase 
• O APC/C provoca a separação da cromátide-irmã e a conclusão da mitose. 
• O complexo promotor da anáfase (APC/C) vira o interruptor que inicia a separação 
das cromátides-irmãs, ao ubiquitinar várias proteínas reguladoras mitóticas e, com 
isso, desencadear sua destruição. 
• Durante a metáfase, coesinas que mantêm as cromátides-irmãs unidas resistem às 
forças em direção aos polos que separam as cromátides-irmãs. A anáfase começa 
com uma súbita disrupção da coesão de cromátides-irmãs, que permite às irmãs se 
separarem e se moverem a polos opostos do fuso. 
• O APC/C inicia o processo ao direcionar a proteína inibidora securina à destruição. 
• Antes da anáfase, a securina se liga e inibe a atividade de uma protease chamada de 
separase. A destruição da securina, no final da metáfase, libera a separase, que 
então fica livre para clivar uma das subunidades de coesina. As coesinas perdem 
força, e as cromátides-irmãs se separam abrupta e sincronicamente. 
• Além da securina, o APC/C também direciona as S-ciclinas e as M-ciclinas à 
destruição, levando à perda da maioria da atividade das Cdks na anáfase. 
• A inativação das Cdks permite que fosfatases desfosforilem muitos dos substratos-
alvo de Cdks na célula, como requerido à conclusão da mitose e da citocinese. 
• A M-Cdk não somente desencadeia os eventos mitóticos iniciais que levam à 
metáfase, mas também monta o palco para a progressão à anáfase. A capacidade da 
M-Cdk de promover a atividade do Cdc20-APC/C cria um circuito de 
retroalimentação negativa: a M-Cdk põe emmovimento um processo regulador que 
leva à destruição de ciclinas e, portanto, a sua própria inativação. 
• Ponto de verificação da montagem do fuso: é capaz de bloquear a progressão à 
transição entre metáfase e anáfase. 
• O mecanismo do ponto de verificação assegura que a célula não entre na anáfase 
até que todos os cromossomos estejam corretamente biorientados no fuso mitótico. 
• O ponto de verificação da montagem do fuso depende de um mecanismo sensor que 
monitora a força da ligação dos microtúbulos e a tensão no cinetocoro. 
• Qualquer cinetocoro que não esteja devidamente ligado ao fuso emite um sinal 
negativo que bloqueia a ativação do Cdc20-APC/C e, assim, bloqueia a transição 
entre metáfase e anáfase. 
• Esse bloqueio é removido somente quando o último cinetocoro estiver devidamente 
ligado, permitindo que a separação das cromátides-irmãs ocorra. 
• Várias proteínas, incluindo a Mad2, são recrutadas a cinetocoros não-ligados e são 
necessárias ao funcionamento do ponto de verificação da montagem do fuso. 
 
Movimento dos cromossomos para os polos 
• Durante a prófase, os microtúbulos crescem a partir de um centrossomo. 
• A prometáfase inicia com o rompimento da carioteca que é desencadeado quando 
a M-Cdk fosforila a lâmina nuclear (filamentos intermediários – sustenta o 
envoltório), permitindo o acesso dos microtúbulos aos cromossomos. 
• Os microtúbulos agora se fixam em (+) a um cromossomo através do cinetócoro e 
tornam-se estabilizados (não dispolimerizam mais). 
• Os cromossomos são rebocados e levados para frente e para trás, para posição 
equidistante dos polos, chamada placa metafásica. 
• Na metáfase, os microtúbulos do fuso estão em instabilidade dinâmica, exceto 
aqueles do cinetocoro, alternando entre o crescimento lento e encolhimento rápido. 
• Os cinetócoros e os microtúbulos exibem o fluxo em direção ao polo, com uma rede 
adicional de tubulina nas extremidades (+), equilibrando a perda em (-) (próximo ao 
polo do fuso). 
• Há um movimento direcionado puxando a extremidade (-) (estado de fluxo em 
direção ao polo) e em que é direcionado a extremidade (+) (estado de afastamento 
do polo). 
• Os cinetócoros puxam os cromossomos para os polos. 
• A formação da placa metafásica associa-se ao fluxo de tubulina (afasta os 
cromossomos) e cinesinas 4 e 10 (aproxima os cromossomos). Há portanto um 
equilíbrio. 
• Também se associa a cinesina 5 (afasta os polos) e cinesina 14 (aproxima os polos). 
• As M-Cdks controlam o tamanho dos microtúbulos através da forforilação das MAPs 
(proteínas associadas aos microtúbulos) e, assim, por reduzir sua capacidade de 
estabilizar os microtúbulos. 
• A anáfase inicia com a liberação da coesina (mantém as cromátides irmãs unidas). 
Os cromossomos se segregam na anáfase A e B 
• A perda repentina da coesão de cromátides-irmãs no início da anáfase leva à 
separação das cromátides-irmãs, o que possibilita que as forças do fuso mitótico 
puxem as irmãs a palas opostos da célula (segregação cromossômica). 
• Anáfase A: é o movimento inicial dos cromossomos em direção aos polos, que é 
acompanhado pelo encurtamento dos microtúbulos do cinetocoro. 
• Anáfase B: é a separação dos próprios polos do fuso, que começa após as 
cromátides-irmãs terem se separado e os cromossomos-irmãos terem se 
distanciado uma certa extensão. 
• O movimento dos cromossomos na anáfase A depende de uma combinação das duas 
principais forças em direção aos polos. A primeira é a força gerada pela 
despolimerização dos microtúbulos no cinetocoro, que resulta na perda de 
subunidades de tubulina na extremidade mais (+) à medida que o cinetocoro se 
move em direção ao polo. A segunda é propiciada pelo fluxo de microtúbulos, que é 
o movimento dos microtúbulos em direção ao polo do fuso, onde ocorre a 
despolimerização da extremidade menos (-). 
• A separação do polo do fuso durante a anáfase B depende de mecanismos dirigidos 
por motores. As proteínas motoras cinesina-5 orientadas para a extremidade mais 
(+), que ligam transversalmente as extremidades mais (+) sobrepostas dos 
microtúbulos interpolares, afastam os polos. Além disso, motores de dineína que 
ancoram as extremidades mais (+) dos microtúbulos astrais ao córtex da célula 
tracionam e distanciam os polos. 
• A conclusão de uma anáfase normal depende da desfosforilação de substratos das 
Cdks, que na maioria das células resulta da destruição, dependente de APC/C, de 
ciclinas. 
Citocinese 
• O passo final do ciclo celular é a citocinese, a divisão do citoplasma. 
• Na maioria das células animais, a citocinese começa na anáfase e termina pouco 
depois da conclusão da mitose na telófase. 
• A primeira mudança visível da citocinese em uma célula animal é o aparecimento 
repentino de uma prega, ou sulco de clivagem, na superfície celular. O sulco 
rapidamente se torna mais profundo e se espalha ao redor da célula, até dividir 
completamente a célula em duas. 
• Em células animais e em muitos eucariotos unicelulares, a estrutura subjacente a 
esse processo é o anel contrátil (um agrupamento dinâmico composto de filamentos 
de actina, filamentos de miosina II e muitas proteínas estruturais e reguladoras). 
• O anel gradativamente se contrai, e, ao mesmo tempo, a fusão de vesículas 
intracelulares com a membrana plasmática insere novo material de membrana 
adjacente ao anel. Essa adição de membrana compensa o aumento na área de 
superfície que acompanha a divisão citoplasmática. 
• Quando a contração do anel é concluída, a inserção e a fusão da membrana selam a 
brecha entre as células-filhas. Portanto, pode-se considerar que a citocinese ocorre 
em quatro estágios: iniciação, contração, inserção de membrana e conclusão. 
• A actina e a miosina 11 do anel contrátil geram força para a citocinese. 
• Quando as cromátides-irmãs se separam na anáfase, a actina e a miosina II começam 
a se acumular no anel contrátil que está sendo rapidamente montado, que também 
contém numerosas outras proteínas que propiciam suporte estrutural ou ajudam na 
montagem do anel. 
• A montagem do anel contrátil é em parte resultante da formação local de novos 
filamentos de actina, a qual depende de proteínas formina. 
• Os arranjos sobrepostos de filamentos de actina e miosina II se contraem para gerar 
a força que divide o citoplasma em dois. 
• O anel contrátil é inteiramente repartido no final, quando a clivagem termina, uma 
vez que a membrana plasmática do sulco de clivagem se estreita para formar o corpo 
mediano. 
• O corpo mediano subsiste como uma corrente entre as duas células-filhas e contém 
os restos do fuso central, uma grande estrutura proteica derivada dos microtúbulos 
interpolares antiparalelos da zona média do fuso, firmemente empacotados em 
conjunto dentro de um material denso de matriz. 
• Após as células-filhas se separarem completamente, alguns dos componentes do 
corpo mediano residual em geral permanecem do lado interno da membrana 
plasmática de cada célula, onde podem servir de ponto de referência no córtex e 
ajudar a orientar o fuso na divisão celular subsequente.