Ciclo Celular - Biologia Celular 24/25 - PDF

# Biologia Celular 24/25 ## Ciclo Celular * Cátia Lourenço Marques * Email: [email protected] * Licenciatura em Ciências Bioanalíticas * Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas **Processo fundamental na formação e manutenção dos organismos multicelulares (ex. regeneração de tecidos)** ## Cic...

# Biologia Celular 24/25 ## Ciclo Celular * Cátia Lourenço Marques * Email: [email protected] * Licenciatura em Ciências Bioanalíticas * Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas **Processo fundamental na formação e manutenção dos organismos multicelulares (ex. regeneração de tecidos)** ## Ciclo Celular **Sequência de eventos nos quais uma célula duplica o seu conteúdo e se divide em duas** O ciclo celular compreende o intervalo entre a formação de uma célula e a sua divisão para formar duas células-filhas geneticamente idênticas, englobando fases de crescimento e divisão. ### Interfase (fase de crescimento) * **Fase G₁** * gap entre fase M e fase S * **Fase S** * replicação do DNA nuclear * **Fase G₂** * gap entre fase S e fase M ### Fase M (fase de divisão) * **Mitose** * divisão do núcleo (cariocinese) * **Citocinese** * divisão do citoplasma **Durante a fase G₁, as células podem sair do ciclo celular e entrar em quiescência, ou G₀, um estado não proliferativo** **As fases G₁ e G₂ são fases associadas à multiplicação dos constituintes celulares (exceto DNA)** ## Caracterização das células quanto à capacidade de divisão ### Células terminalmente diferenciadas e sem capacidade de divisão * Após divisão estas células saem de G₁ e entram num estado quiescente em termos de ciclo celular (fase G₀) do qual não são capazes de sair (incapacidade de regenerar tecidos) * Ex. neurónios, cardiomiócitos, eritrócitos, etc ### Células que normalmente não se dividem mas podem readquirir essa capacidade em resposta a estímulos específicos * Células são capazes de sair do estado quiescente (G₀) e reingressar no ciclo celular (fase G₁) em resposta a estímulos específicos (ex. hormonas, lesão, etc.) * Ex. hepatocitos, fibroblastos da pele, células renais, células do músculo liso, de ovário, células endoteliais, linfócitos, etc ### Células com elevada capacidade proliferativa (em divisão ativa) * Células em ciclo celular contínuo (G₁ →S →G₂ → M) * Ex. células estaminais, células de tecidos de renovação rápida (ex. cél. epiteliais) ## Ciclo Celular **A duração das fases do ciclo celular varia em função do tipo de célula** **Célula humana em proliferação T₁ - 24h** * G₁ - ~11h * S - ~ 8h * G₂-~4h * M - ~1h **Ciclos celulares mais curtos ocorrem em células embrionárias nos estágios iniciais, logo após a fertilização do óvulo:** * não ocorre crescimento celular (não há fases G₁ ou G₂) * ciclos celulares consistem em fases S muito curtas alternando com fases M ## Ciclo Celular **O ciclo celular é unidirecional e altamente controlado** A progressão através do ciclo celular é um regulada por: * sinais extrínsecos – sinais ambientais (ex. fatores de crescimento) * sinais intrínsecos - monitorizam e coordenam os vários processos que ocorrem durante as diferentes fases do ciclo ### Sistema de controlo do ciclo celular **Assegura que cada etapa do ciclo acontece na sequência correta e apenas quando a etapa anterior está completa** **Assegura que há condições para proliferar, que o material genético é devidamente replicado e depois corretamente distribuído pelas duas células-filhas** ## Sistema de controlo do ciclo celular **Opera em ** **3 pontos específicos** **do ciclo nos quais a célula afere as condições de progressão - ** **CHECKPOINTS:** ** * Is all DNA replicated? * Is all DNA damage repaired? ### Transição G₂-M **afere se DNA foi completamente e corretamente replicado** * Are all chromosomes properly attached to the mitotic spindle? * PULL DUPLICATED CHROMOSOMES APART ### Mitose - spindle assembly checkpoint (SAC) **afere se os cromossomas estão corretamente associados ao fuso mitótico** ### Pontos adicionais de controlo de dano no DNA em G₁ e S **(pausa para reparação de dano ou indução de morte celular programada)** ### Restriction point – entrada na fase S * afere se há condições ambientais favoráveis à proliferação * Se sim (fatores de crescimento/mitogénios) → avanço para fase S * Se não → prolongamento da fase G₁ ou mudança para G₀ ## Sistema de controlo do ciclo celular **Regulação da transição entre fases é dependente das Cdks (cyclin-dependent protein kinase)** ### Atividade das Cdk depende da associação a proteínas regulatórias - ciclinas **Só o dímero Cdk-cinase é ativo** **Cada complexo Cdk-ciclina é responsável por desencadear determinado evento do ciclo celular - fosforilando proteínas específicas** ## Sistema de controlo do ciclo celular **Ciclinas Regulam atividade das Cdk (On/Off)** **Apresentam** **um padrão cíclico** **de acumulação e degradação durante o ciclo celular** * aumentam a concentração (são sintetizadas) quando a função da proteína alvo é necessária * são degradadas quando a função da proteína alvo deixa de ser necessária ### Fluutuações ao longo do ciclo permitem que as ciclinas ativem e desativem as Cdk **Regulação** **dos eventos de uma determinada fase e preparação** **da fase seguinte** ## Sistema de controlo do ciclo celular **General Name Cyclin CDK Function** * Mitotic CDKS Cyclin A, cyclin B CDK1 Mitosis * G₁/S phase CDKS Cyclin E, cyclin A CDK2 Entry into the cell cycle * S phase CDKs Cyclin E, cyclin A CDK2 S phase * G₁ CDKs Cyclin D CDK4 G₁ Entry into the cell cycle * G₁ CDKs Cyclin D CDK6 G₁ Entry into the cell cycle ## Fases do Ciclo Celular - Interfase ### Fase G₁ * Ponto de decisão importante – **RESTRICTION POINT** - sinalização para divisão * Depende de sinalização induzida por moléculas específicas * **Ativação da via das MAPK pelo EGF (fator de** **crescimento epidérmico)** * **Fatores de crescimento (ex. VEGF, PDGF, EGF, etc)** que atuam como mitogénios (estimulam a proliferação celular) **Via das MAPK (Mitogen-activated protein kinases) ou cascata Ras/Raf/MEK/ERK** ### Ativação da ERK promove ativação de fatores de transcrição (ex. família Myc) **Síntese de ciclina D → formação de complexos Cdk 4,6/ciclina D** **Os complexos Cdk 4,6/ciclina D promovem fosforilação da proteína Rb** **Fosforilação da Rb leva à sua inativação e permite a libertação do fator de transcrição E2F** **É um ativador - liga a sequências reguladoras no DNA estimulando a expressão de genes de proteínas envolvidas na progressão no ciclo celular:** * **ciclina E: Cdk2/ciclina E promove hiperfosforilação da Rb, contribuindo para um ciclo de feedback positivo** * **ciclina A: Cdk2/ciclina A mantém Rb fosforilada durante a fase S** ### Fase S * Fase de replicação do DNA * A replicação do DNA inicia em locais específicos no genoma designados origens de replicação * Existem múltiplas origens de replicação por cromossoma * **Nos eucariontes o início da replicação de DNA requer a montagem prévia de um complexo pré-replicativo (pre-RC) nas origens de replicação (durante a fase G₁)** * **Na fase S, o complexo de pré-replicação é ativado por fosforilação o que leva à ativação da helicase e recrutamento das demais enzimas envolvidas na replicação** **"Gatilho" para entrada na fase S → fosforilação do pre-RC →mediada pelo complexo Cdk2/ciclina E ** * A manutenção do ORC fosforilado associado ao DNA previne a formação de um novo complexo de pré-replicação numa mesma origem de replicação (previne a re-replicação durante o mesmo ciclo) ### Ocorre também a duplicação do centrossoma * centro organizador dos microtúbulos * Formado por um par de centríolos envoltos em material pericentriolar * **estruturas cilíndricas constituídas por 9 unidades de tripletos de microtúbulos curtos**. * Cada centríolo parental serve de molde à formação de um novo centríolo ### Ponto importante de controlo sobre a integridade do genoma (replicação incompleta ou dano) * **Dano no DNA ou replicação** **incompleta resulta na ativação** **de proteínas ATR ou ATM** * **Promovem** **paragem do ciclo e ativação de mecanismos de reparação** * **Fosforilam e activam** **proteínas Chk (checkpoint kinases)** * **Inibem fosfatase Cdc25 necessária à ativação** **das Cdk1 e Cdk2** ### Papel da p53 * **o "Guardião” do genoma** * **A proteína p53 é fosforilada pela ATM e Chk2 o que leva à sua estabilização (e consequente aumento da concentração)** * **A proteína p53 é um factor de transcrição que leva à indução da expressão do gene da p21** * **inibidor dos complexos de Cdk2/ciclina E e Cdk2/ciclina A** * **Bloqueio da progressão** **no ciclo** * **Perda de função da p53 (ex. mutação no gene) está associada ao desenvolvimento de diferentes tipos de cancro** ## Fases do Ciclo Celular - Fase M ### Fase de divisão celular – é a fase mais exuberante (e mais curta) do ciclo celular **A fase M incorpora a mitose e a citocinese** ### A mitose divide-se em 5 etapas: * prófase * prometáfase * metáfase * anáfase * telófase ### Eventos básicos da mitose incluem: * condensação da cromatina * formação do fuso mitótico e fixação dos cromossomos aos microtúbulos do fuso mitótico * separação das cromátides irmãs e migração para pólos opostos da célula * reorganização do invólucro nuclear ### Entrada na fase M mediada pela ativação do complexo Cdk1/ciclina B * **fator promotor da mitose (MPF)** * **Promove ativação de outras cinases (Aurora kinase e Polo-like kinase) com as quais forma loop de feedback positivo** ### Prófase * **Condensação dos gradual dos cromossomas** * dirigida por complexos multiproteicos em forma de anel - condensinas * **Dissipação do nucléolo** * **Início da formação do fuso mitótico pelos centrossomas** * Iniciam a movimentação para posições diametralmente opostas que envolvem a nucleação de microtúbulos (polimerização de tubulina) e ação de proteínas motoras (cinesinas e dineínas) ### Prometáfase * Prossegue a condensação dos cromossomas, deslocação dos centrossomas e formação do fuso mitótico * **Desorganização e desintegração do invólucro nuclear** * Envolve a fragmentação da membrana nuclear interna e externa, dissociação do complexo do poro nuclear e despolimerização da lâmina nuclear * **Desintegração do invólucro permite que os microtúbulos liguem ao cinetocoro (microtúbulos do cinetocoro)** ### Metáfase * **Alinhamento dos cromossomas no plano equatorial da célula - placa metafásica** * Balanço das forças que atuam sobre os cromossomas força o seu alinhamento no centro do fuso mitótico * (forças impostas pela ligação de microtúbulos de pólos opostos ao cinetocoro de cada cromátide) ### Anáfase * **Segregação das cromátides irmãs - são separadas e migram para pólos opostos** * **Inicia-se com a dissolução da coesão centromérica (degradação** **da coesina por via da separase)** * **Prossegue por encurtamento de microtúbulos e ação de proteínas motoras associadas ao fuso** ### Telófase * **Reorganização do invólucro nuclear** * depois de cromossomas alcançarem os respetivos pólos (desaparecimento dos microtúbulos do cinetocoro) * **Processos desencadeados pela inativação dos complexos Cdk-ciclinas M - permite ação de fosfatases e desfosforilção de diversas proteínas alvo** * Desintegração do fuso mitótico * Fusão de vesículas de membrana nuclear em torno dos dois grupos de cromossomas * Polimerização das laminas e das proteínas do complexo do poro e reconstituição da lâmina nuclear e complexo do poro * Descondensação da cromatina * Reactivação da transcrição e reorganização do nucléolo ### Citocinese * **Divisão citoplasmática** * Normalmente inicia na anáfase mas só se completa após telófase * Processo depende de uma estrutura transitória que forma uma constrição na membrana plasmática num plano perpendicular ao do fuso mitótico - anel contráctil * Anel contrátil é composto por filamentos de actina e miosina – contração impulsiona a divisão da célula em duas ## Bibliografia * The Cell: A Molecular Approach, Geoffrey Cooper - 8ª edição - Capítulo 18 * Molecular Biology of the cell, Bruce Alberts et al - 6ª edição - Capítulo 17 * Molecular Cell Biology, Lodish et al - 8ª edição - Capítulo 19 **Atendimento para dúvidas:** 2ª feira 13h30-14h30 Gab 2A.09