Ciclo celular - w3.ualg.ptw3.ualg.pt/~jvarela/BC/bloco2/T11_T12_Ciclo.pdf · Como controlar o ciclo...

Ciclo celular

Fases do Ciclo Celular

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3170

Fases do Ciclo Celular

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3171

Leveduras são importantes ferramentas para oestudo d ciclo celular

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3174

O estudo de mutantes cdc sensíveis àtemperatura em leveduras foi crucialpara a compreensão do ciclo celular

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3175

cdc = cell-division-cyclets = temperature-sensitive

Rastreio de mutantes sensíveis à temperatura

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mcb.figgrp.1902

O ciclo celular também pode serestudado em embriões

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3178 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3179

Oócito de Xenopus

O ciclo celular também pode serestudado in vitro

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3180

O ciclo celular também é estudado emlinhas celulares primárias e imortalizadas

fibroblastos transformados(imortalizados)

fibroblastos primários(25-40 divisões)

Como determinar a fase do ciclocelular de uma célula

Marcação com 3H-timidina eautorradiografia

Marcação com BrdU e detecçãopor immunofluorescência

(BrdU = bromo-desoxiuridina)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3184

Como determinar a fase do ciclocelular de uma célula

citometria de fluxopor FACS

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3185

Como controlar o ciclo celular?

• Relógio / temporizador interno que concede um período de tempoespecífico para cada evento

• Mecanismo que estabelece uma ordem temporal precisa de eventos (amitose só deve acontecer após a replicação do DNA e não antes)

• Mecanismo que garante que um determinado evento só acontece 1 vez

• Sistema binário (ligado / desligado) que inicia um evento de umamaneira irreversível e completa

• Sistema robusto com “cópias de segurança” (backups) redundantes

• Sistema flexível para poder ser adaptado conforme a estrutura e funçãoda célula

O ciclo celular é controlado por pontos de controlo(“checkpoints”)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3189http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3197

Os pontos de controlo normalmentefuncionam através de sinais negativos

cromossomas não ligados ao fuso mitótico enviam sinaisnegativos inibindo a progressão da mitose

O controlo do ciclo celular é realizado em grandeparte por cinases dependentes de ciclinas (cdk)

ciclina

cdk(inactiva) proteína

substrato

proteínasubstrato

P

Evento Y

Evento X

ciclina

cdk(activa)

Modelo muito simplificado de como os complexosciclinas-cdks actuam sobre o ciclo celular

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3201

Tipos de ciclinas e suas funções

• Ciclinas G1 (na maioria das células) - promovem a passagem de G1para S através do ponto de controlo “START”

• Ciclinas G1/S - ligam-se a Cdks no fim da fase G1 e comprometem acélula a iniciar e terminar a replicação de DNA

• Ciclinas S - ligam-se a Cdks durante a fase S, sendo necessáriaspara a replicação de DNA

• Ciclinas M - promovem eventos associados à mitose

Em leveduras várias ciclinas ligam-se a umaCdk, em vertebrados elas ligam-se a várias

Cdks específicas para cada ciclina

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.table.3205

As Cdks podem ser estimuladas poroutras cinases (ex: CAK)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3206

As Cdks podem ser inibidas por outras cinases (ex: Wee1),que por sua vez podem ser contrariadas por fosfatases (ex: Cdc25)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3208

As Cdks podem ser inibidas por ligação a proteínas inibidoras(CKIs = cdk inhibitor proteins)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3209

Qual a função das ciclinas-S-cdk?Como funcionam?

Os complexos ciclinas-S-cdk estimulam areplicação de DNA apenas uma vez por ciclo

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Qual a função das ciclinas-M-cdk?Como funcionam?

A activação dos complexos ciclina-M-cdk queestimulam a entrada da célula na mitose é regulada por

sinais positivos, negativos e de “feedback” positivo

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As proteínas citosólicas e nucleares quandomarcadas com uma etiqueta molecular

(ubiquitina) são degradadas pela célula numcomplexo cilíndrico chamado proteassoma

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.1110

O controlo do ciclo celular depende da proteólise cíclica dasciclinas e/ou dos inibidores das Cdks (CKIs)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3211

Fase G1 e S(SCF, ligase de ubiquitina com actividade constitutiva,reconhece substratos fosforilados)

Fase M(APC = anaphase promoting complex, promovetambém a ubiquitinação dos seus substratos, mas asua actividade depende de proteínas reguladoras)

Outra função do complexo APC-cdc20 é a promoção daseparação dos cromatídeos irmãos

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3336

Os cromatídeos irmãos são mantidos juntos pela coesina

Outra função do complexo APC-cdc20 é a promoção daseparação dos cromatídeos irmãos

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3224

Prova experimental que sublinha a importância daproteólise para a progressão da mitose

Outra função do complexo APC-cdc20 é a promoção daseparação dos cromatídeos irmãos (anafase)

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APC-cdc20 estimula a degradação do inibidor daseparase, a enzima que degrada as coesinas

A acumulação da ciclina M (ciclina B emvertebrados) durante a fase S e G2 activa cdk1 nafase G2 tardia e, antes da anafase, esta ciclina é

rapidamente destruída por proteólise

http://www-rcf.usc.edu/~forsburg/cclecture.html

Entrada na mitose, porém, precisa de passar comsucesso pelo ponto de controlo da replicação

A hidroxiureia é um inibidor da síntese de DNAA cafeína é um inibidor de fosfatases

Trabalho para a aula TP: procurar as causas destes resultados.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3221

Funções da activação do complexo ciclina-M-cdk

• Indução da montagem do fuso mitótico• Verificação se os cromossomas estão ligados ao fuso

(ponto de controlo da ligação ao fuso; spindle attachment checkpoint)

• Indução da condensação dos cromossomas (na maioria dascélulas)

• Destruição do invólucro nuclear, incluindo adespolimerização da lâmina nuclear (em vertebrados, mas nãoem leveduras)

• Activação do complexo APC-cdc20, que promove a suadestruição e a anafase

Ponto de controlo de ligação ao fuso

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3227

Mad2

Cdc20-APC

Metafase Anafase

A fase G1 depende da estabilidade da inibição decdk após a mitose

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Cdc20

APC

APC

Hct

CiclinaM

CiclinaM

(+)

(-)

No inicio da fase G1 é a fase do ciclo celular commenor actividade de cdks

• A concentração de ciclinas (S/G1, M) é baixa (devido a proteólise e baixaexpressão dos genes das ciclinas)

• A concentração de CKIs é suficiente para inibir ainda mais qualqueractividade das cdks

Como as ciclinas-G1/S-cdk ultrapassam a inibiçãoimposta pelos CKIs e o Hct-APC?

A proteína Rb (Retinoblastoma) é crucial para aregulação da passagem da fase G1 para a fase S e a

sua actividade inibidora tem de ser inibida porfosforilação por parte dos complexos ciclina G1-cdk

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3233

p53 é crucial para a regulação do ponto de controloG1 e detecção de danos no DNA

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3241

Sumário da regulação do ciclo celular

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.3243

p53 é crucial para a decisão entreentrada na fase S ou apoptose

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mcb.figgrp.3582

p53 é crucial para a decisão entreentrada na fase S ou apoptose

http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/jhermoso/documents/p53.swf

Filme p53.swf

As bolhas de apoptose (blebs) são provavelmenteos locais de apresentação de antigéneos aos

leucócitos

http://www.med.upenn.edu/rheum/rheum_bio_caricchio.html

p53 é um dos genes que aparece mutado com maisfrequência em células tumorais

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mcb.figgrp.7159

Leituras Recomendadashttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=booksLivros online recomendados: Lodish et al e Alberts et al.

Palavras chave de pesquisa recomendadas: cell cycle, cyclin, cdk,replication checkpoint, spindle attachment checkpoint, CKI, p53,apoptosis, APC, Rb