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Onde surge uma célula, existia uma prévia, exatamente como os

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Onde surge uma célula, existia uma prévia, exatamente como os
Onde surge uma célula, existia uma prévia,
exatamente como os animais só surgem de
animais e as plantas das
plantas
(R Virchow, 1821- 1902)
A tarefa fundamental do ciclo celular é tirar uma “xerox”
da célula original, copiando e transferindo a informação
genética -sem erros- para as células-filhas
a transferência da informação genética requer:
fidelidade na cópia
acurácia na segregação
Duração do ciclo celular
Tipo celular
Tempo
Escherichia coli
20 minutos
Células embrionárias de sapo
30 minutos
Células de levedura
1,5 – 3 horas
Células epiteliais intestinais
~12 horas
Fibroblastos de mamíferos
em cultura
~20 horas
Células hepáticas humanas
~1 ano
sistema de controle do ciclo celular
Gap 2
Síntese
Mitose • tempo de cada evento
Gap 1
• ordem de entrada dos
eventos
• cada evento ocorre
uma única vez
• obrigatoriedade do
término do evento
• checagem das etapas
• adaptabilidade dos
eventos ao meio
O sistema de controle é baseado em quinases ativadas por ciclinas
Cdk: cyclin-dependent kinases
ciclina
quinase
unidade
reguladora
unidade catalítica
cyclin-Cdk complexes
Vários tipos de ciclina, uma para cada etapa
VERTEBRADOS
quinase
(cdk)
LEVEDURAS
complexo
ciclina-cdk
ciclina
G1-Cdk
ciclina D
Cdk4, Cdk6
Cln3
Cdk1
G1/S-Cdk
ciclina E
Cdk2
Cln1, 2
Cdk1
S-Cdk
ciclina A
Cdk2
Clb5, 6
Cdk1
M-Cdk
ciclina B
Cdk1
Clb1, 2, 3, 4
Cdk1
ciclina
quinase
(cdk)
O controle do sistema depende de proteólise cíclica
complexo ciclina-Cdk da fase M ativo
ciclina
mitótica
ciclina
mitótica
degradada
Cdk
mitótica
ciclina da
fase S
degradada
Cdk da
fase S
ciclina da
fase S
complexo ciclinaCdk da fase S ativo
A destruição de ciclina é
ubiquitina-dependente
MPF ativado indiretamente ativa mais MPF
fosfatase de ativação
INATIVA
fosfatase de ativação
ATIVA
RETROALIMENTAÇÃO
POSITIVA
fosfato
inibitório
fosfato
de ativação
COMPLEXO INATIVO
COMPLEXO ATIVO
G1 depende de fatores
extra-celulares
“de competência” - diferenciação
“de progressão” - divisão
nutrientes
A célula depende de múltiplos sinais extracelulares
A
SOBREVIVE
B
C
A
D
B
E
A
F
B
DIVIDE
DIFERENCIA
MORRE
Fator de crescimento
Efeito
Fator de crescimento
derivado de plaquetas
(PGDF)
Estimula proliferação de
células do tecido conjuntivo
Fator de crescimento
epidérmico (EGF)
Estimula proliferação de
queratinócitos
Fator de crescimento de
fibroblastos (FGF)
Estimula proliferação de
fibroblastos
Eritropoietina
Estimula proliferação e
diferenciação de eritrócitos
PONTO DE CHECAGEM G1
ENTRADA EM S
O ambiente é favorável?
A célula cresceu o suficiente?
ODNA está danificado?
drogas anti-mitóticas
DNA
RNA
actinomicina D
rifamicina
puromicina
mitomicina
PROTEÍNA
arabinosil-citosídeo
fluorouracila
TRIFOSFATOS DE
DESOXIRIBONUCLEOTÍDEOS
TRIFOSFATOS DE
RIBONUCLEOTÍDEOS
6-mercaptopurina
azasserina
dioxonorleucina
PRECURSORES
Os complexos de ciclinas-Cdk da fase S iniciam a
replicação de DNA apenas uma vez por ciclo
S
G1
S
G2
G1
G2
núcleo em G1
entra na fase S;
núcleo em G2
continua em G2;
núcleo em G2 continua
em G2;
núcleo em S
continua a
replicação
núcleo em S
continua a
replicação
núcleo em G1 entra em S
de acordo com o seu
esquema de tempo
Controle da proliferação: freios em G1
E2F
Ponto de
checagem
proteínas
inibidoras mantêm
o ciclo em G1
Gene supressor tumoral - p53
A proteína p53 é um ponto de checagem em G1:
impede a entrada em S em caso de dano no DNA
espera a correção do DNA
desencadeia apoptose no caso de dano irreversível
(radiação)
- ausência de um alelo do gene que codifica p53:
síndrome de Li-Fraumeni
- alta incidência de câncer de mama e
leucemia
- cerca de 50% dos tumores malignos humanos
apresentam mutações no gene p53
- inúmeras
mutações
diferentes
já
foram
identificadas
Células em contínua
divisão
células embrionárias
linfócitos
células da MO
epitélio intestinal
folículo capilar
células que se
dividem somente sob
estímulo
Fibroblasto
Hepatócito
células renais
ms liso
Ficam em G0 temporariamente
A fase de reentrada é o ponto R
após estímulo adequado
Neurônio
ms cardíaco
ms esquelético
Ficam em G0 indefinidamente
Não têm substituição
epitélio colunar do ápice
da vilosidade intestinal
queratinócitos
células sanguíneas
A substituição surge a partir de
células tronco
células terminais
células terminais de
vida curta
Mais
sensíveis
a
agentes
químicos ou físicos que afetam a
replicação do DNA
FASE S
heterocromatina
Cromatina interfásica
condensada (10%)
Transcrição inativa
genes desligados
Constitutiva
centrômero, telômero
Facultativa
cromossoma X
eucrocromatina
Cromatina interfásica
não compactada
Ativa - transcrição ativa (7-10%)
< ligação com H1
> acetilação
ubiquitinação de H2A
HMG14 e HMG17
Inativa – sem transcrição (~90%)
TTAGGG
AT rich
PONTO DE CHECAGEM G2
Todo o DNA foi replicado?
A célula cresceu o suficiente?
ENTRADA EM M
O sítio da fosforilação muda a função e
as Cdks podem ser inativadas
fosfato inibidor
ciclina
kinase Wee1
Cdk
ciclina
Cdk
fosfatase
Cdc25
fosfato ativador
COMPLEXO ATIVO
M-Cdk induz a organização do
fuso mitótico e assegura a
ligação dos cromossomas
replicados ao fuso
COMPLEXO INATIVO
M-Cdk permanece
fosforilada
até a finalização da
replicação
INTERFASE
PRÓFASE
PROMETÁFASE
METÁFASE
ANÁFASE
TELÓFASE
CITOCINESE
PRÓFASE
- condensação dos cromossomas
- despolimerização da lâmina nuclear
(desfosforilação de
laminas)
- início da formação do fuso
PRÓFASE
PROMETÁFASE
METÁFASE
ANÁFASE
TELÓFASE
CITOCINESE
1 x 106nct
→
0.034cm = 10-15cm3
5-8µm
2m
Sebastião Salgado
Êxodos, 1999
Sebastião Salgado
Êxodos, 1999
1º nível de compactação (~ 10x):
DNA conector
~50 nct
Cordão de contas
1,65 voltas – 146 nct
cerne de histonas
NUCLEOSSOMO
Tipos e Propriedades das Histonas
Conteúdo de AA básicos
(% do total)
PM
# resíduos
de AA
Lisina
H1
21.130
223
29,5
1,3
H2A
13.960
129
10,9
9,3
H2B
13.774
125
16,0
6,4
H3
15.273
135
9,6
13,3
H4
11.236
102
10,8
13,7
Histona
Arginina
organização do
octâmero de
histona
5
modificação
histona H3
“significado”
nenhuma
silenciamento gênico?
acetilação
expressão gênica
Ac
acetilação
deposição de histona
Me
metilação
silenciamento/
heterocromatina
fosforilação
mitose/meiose
fosforilação/acetilação
expressão gênica
8 9 10
14
18
23
28
N
N
Ac
N
N
N
P
N
P Ac
N
P
2º nível de compactação:
fibra de 30nm
~ 100x
Variações do modelo
zig-zag para a fibra
de 30nm
3º nível de compactação:
domínio de alças
20-80.000 bp
~400 nm
(0.4µm)
cromossomo
mitótico
cromátide
anáfase
microtúbulo
cromatina
centromérica
- encurtamento das fibras
cinetocóricas
- migração das cromátides
para polos opostos
Placa externa do
cinetócoro
metáfase
- alinhamento no equador
- formação da placa
metafásica
telófase
- formação do anel contrátil
PRÓFASE
PROMETÁFASE
METÁFASE
citocinese
ANÁFASE
TELÓFASE
- descondensação dos cromossomas
CITOCINESE
sistema de controle do ciclo celular
• tempo de cada evento
• ordem de entrada dos
eventos
Gap 2
Síntese
• cada evento ocorre uma única vez
• obrigatoriedade do término do evento
• checagem das etapas
• adaptabilidade dos eventos ao meio
Mitose
Gap 1
Cada tumor é um clone celular anormal que se formou
por sucessivas alterações no DNA
O acúmulo de mutações é um processo lento
Os genes que participam da formação de tumores
são principalmente aqueles envolvidos com o
controle do ciclo celular, reparação do DNA
danificado e apoptose
Células cancerosas desobedecem aos controles
sociais de proliferação e sobrevivência celular
Genes de proliferação (proteínas da divisão)
proto-oncogene = gene normal
oncogene = gene mutante
- são dominantes: basta uma cópia
Genes de anti-proliferação (proteínas de freio da divisão)
genes supressores tumorais (anti-oncogenes)
- codificam proteínas que mantêm as células em G0
- são recessivos: o efeito cancerígeno só surge quando eles estão
ausentes ou são defeituosos nos dois cromossomas
O DNA pode ser alterado por diversos agentes
cancerígenos. A propriedade comum a todos é
causar dano ao genoma celular.
Carcinógeno químico
Órgãos afetados
Acrilonitrila
Cólon, pulmão
Derivados de anilina
Bexiga
Compostos arsênicos
Pulmão, pele
Asbesto
Pulmão, mesotélio
Benzeno
Leucemia
Sais de Cadmio
Próstata, pulmão
Tetracloreto de carbono
Fígado
Dietilestivestrol
Útero, vagina
Chumbo
Rim
Gás mostarda
Pulmão, laringe
A-naftilamina
Bexiga
Pesticidas organoclorados
Fígado
Radon
Pulmão
Fuligem e alcatrão
Pele, pulmão, bexiga
Cloreto de vinil
Fígado, pulmão, cérebro
Aminostilbene
Arsenic
Benzanthracene
benzapyrene
benzene
µbenzolfluoranthene
benzocphenanthrene
benzofluoranthene
cadmium
chrysene
dibenzacanthracene
dibenzoaeflouranthene
dibenzocgcarbazone
Ndibutylnitrosamine
23dimethylchrysene
Smethylfluoranthene
αnaphtlylamine
nickel compounds
Nnitrosodimethylamine
Nnitrosomethylethylamine
polonium210
Nnitrodiethylamine
Nnitrosonornicotine
Nnityrosoanabasine
Nnitrosopiperidine
Protooncogenes
neu
Detecados com mutação em
Adenocarcinoma de mama, ovário, estômago
N-myc
Neuroblastoma, carcinoma de pulmão
L-myc
Carcinoma de pulmão
H-ras
Carcinoma das vias urinárias, adenocarcinoma da tireóide,
melanoma
src
Carcinoma de cólon
trk
Adenocarcinoma de tireóide
gip
Carcinoma de ovário, adenocarcinoma de adrenal
Genes
supressores
Detecados em
RB
Retinoblastoma
p53
50% da totalidade dos tumores
p16
Adenocarcinoma do pâncreas
BRCA1
Tumores de mama (freqüente), Tumores do ovário (raro)
BRCA2
Tumores de mama
APC
Carcinoma do cólon
VHL
Carcinoma do rim, hemangioblastoma
Fly UP