O documento descreve os aspectos gerais do controle do ciclo celular. O ciclo celular é dividido em fases (G1, S, G2 e M) e é controlado por proteínas regulatórias como as ciclinas e Cdks. As ciclinas ativam as Cdks nos diferentes pontos do ciclo para controlar eventos como a replicação do DNA e a divisão celular.

1. CONTROLE
DO CICLO
CELULAR

2. Introdução
O que é ciclo celular?
Ciclo celular = duplicação + divisão
celular
Qual o seu propósito?
• Embriões: formação do corpo
• Adultos: divisão celular é necessária
para a reposição de células mortas
Há um controle por trás do ciclo?
Sim, é o chamado sistema de controle
do ciclo celular

3. O Ciclo Celular
Aspectos gerais
O ciclo celular eucariótico é dividido em:
• Fase G1 = intervalo (duração variável). Ponto de início
• Fase S (síntese) = duplicação do DNA
• Fase G2 = intervalo
• Fase M (mitose) = condensação e segregação do cromossomo, seguida da
divisão celular
Nas fases G1 e G2, a célula monitora seu ambiente interno e externo,
checando se as condições são favoráveis ao avanço do ciclo

4. O Ciclo Celular
Aspectos gerais
A fase M (=mitose), compreende a fase onde a célula sofrerá alterações que
culminarão na divisão em duas células filhas. É precedida pela fase de
replicação do DNA.

5. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Aspectos gerais

6. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Aspectos gerais
Sistema de controle do ciclo
celular
É constituído por proteínas
regulatórias que governam o
avanço do ciclo e regulam o
número de células nos tecidos
do corpo
Importância
O mau funcionamento do
sistema, resultando em
divisões celulares excessivas,
pode resultar em
desequilíbrios, como o câncer

7. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
modelo:
Organismo modelo: levedura
As proteínas do controle do ciclo foram conservadas ao longo do tempo.
Isso significa dizer que, normalmente, se as transferirmos para células de
levedura, temos o funcionamento perfeito do sistema!
Leveduras são organismos eucarióticos que:
i) têm reprodução rápida e genoma pequeno
ii) são suscetíveis a manipulações genéticas (deleção, mutação)
iii) proliferam no estado haplóide (facilitam os estudos com mutações)
Dois sistemas são utilizados:
i) Schizosaccharomyces pombe, uma levedura de fissão
ii) Saccharomyces cerevisiae, uma levedura de brotamento

9. Muitas das descobertas advêm da análise de mutações de genes do ciclo de
divisão celular (cdc)
Um mutante, para esses estudos, deve ter o fenótipo condicional. Isto
significa, que a proteína expressa pelo gene mutado, falha apenas em
condições específicas. Ex.: mutações sensíveis à temperatura

10. Em (A): Leveduras selvagens (normais), com brotos de vários tamanhos;
Em (B): Leveduras mutadas, com brotos grandes, característicos do final da
fase M.

11. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Organismo modelo: Xenopus e Drosophila
modelo:
Utilizadas para os estudos bioquímicos do controle do ciclo, pois:
i) os ovos são grandes (104 vezes maior que o óvulo humano), com grande
quantidade de proteínas necessárias para a divisão celular
ii) a injeção de substâncias dentro do ovo para analisar seus efeitos
durante o avanço do ciclo celular é um processo relativamente fácil
iii) é fácil o preparo de citoplasma quase puro de
Xenopus e reconstituição dos eventos do ciclo
celular in vitro
Dois sistemas são utilizados:
i) Xenopus sp., uma rã
ii) Drosophila melanogaster, a mosca das frutas

12. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Organismo modelo: Xenopus sp.
modelo: sp.
Desenvolvimento de Xenopus sp.: ovócito, fertilização e divisão celular

13. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Organismo modelo: Xenopus sp.
modelo: sp.
Experimento: isola-se apenas o
citoplasma de óvulo de rã e adiciona-se
a este, apenas o núcleo do
espermatozóide de rã. Observa-se, com
isso, que os núcleos do espermatozóide,
sofrem divisão celular, sob comando do
sistema de controle do ciclo celular.

14. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
modelo:
Organismo modelo: Mamíferos
Utilizadas para os estudos in vitro do controle do ciclo, pois podem ser
mantidas em condições controladas em laboratório, como linhagens de
células imortalizadas.
Assim, podem ser úteis para o estudo do
ciclo celular em células normais e em
células alteradas. Ex.: câncer.
Fibroblastos de rato, proliferando em cultura,
visualizados por meio de microscopia eletrônica de
varredura

15. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Visualização de células em microscopia de imunofluorescência
Células epiteliais do
intestino de peixe,
visualizados por meio de
microscopia de
imunofluorescência, em
duplicação celular (células
verdes estão em fase S)

16. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Quantificando DNA com citômetro de fluxo
Análise da quantidade de DNA em células, utilizando o
citômetro de fluxo.
Este gráfico indica que há um maior número de células
em G1 do que em G2 + fase M, mostrando que G1 é mais
longa que G2 + fase M nesta população de células

17. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Pontos de Checagem
Nos chamados pontos de
checagem, a célula “analisa”
se os eventos anteriores
foram cumpridos fielmente.
Em caso positivo, o ciclo
avança.
Em caso negativo, a célula
pára nesse ponto de
checagem e corrige os
eventuais desajustes.

18. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Pontos de Checagem / Complexos Ciclinas-Cdks
Ciclinas-
Os pontos de checagem não são considerados essenciais. Porém, sua
inativação coopera para o acúmulo de mutações na célula.
O ciclo celular é comandado por proteíno-
quinases conhecidas como Cdks (quinases
dependentes de ciclinas)
Ciclinas ativam e guiam as Cdks para
proteínas-alvo específicas
Cdks normalmente têm nível constante. As
ciclinas, por sua vez, sofrem oscilações
(degradação e transcrição dos genes de
ciclina)

19. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Ciclinas-
Complexos Ciclinas-Cdks
As mudanças cíclicas nos níveis de ciclinas resultam da formação cíclica e
na ativação dos complexos ciclina-Cdks, a qual desencadeia os eventos do
ciclo celular

20. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Ciclinas-
Complexos Ciclinas-Cdks
Leveduras possuem uma única Cdk, que se liga a todas as classes de
ciclina. Por outro lado, os vertebrados possuem 4 ciclinas:
Cada complexo ciclina-Cdk fosforila um substrato diferente

21. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Ciclinas-Cdks:
Complexos Ciclinas-Cdks: atívação
A ativação completa da Cdk, exige a associação com a ciclina e a
fosforilação pela CAK (quinase ativadora de Cdk)

22. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Ciclinas-Cdks:
Complexos Ciclinas-Cdks: inativação
Pode ocorrer por:
i) fosforilação pela quinase Wee1;
ii) ligação das proteínas inibidoras de Cdk (CKIs), as quais alteram a
estrutura do sítio ativo de Cdk, mantendo-o inativo

23. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Ciclinas-Cdks:
Complexos Ciclinas-Cdks: reativação
A fosfatase Cdc25 desfosforila os sítios fosforilados por Wee1, causando a
reativação

24. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Ciclinas-Cdks:
Complexos Ciclinas-Cdks: degradação das proteínas chave por APC
Inativação das proteínas chave: mediada
por ubiquitina-ligases (APC), que
marcam as ciclinas com ubiquitinas para
sua destruição completa no
proteossomos

25. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Ciclinas-Cdks:
Complexos Ciclinas-Cdks: degradação das proteínas chave por CKIs
Inativação das proteínas chave mediada
por SCF, as quais dependem da proteína
F-box p/ ligação ao substrato

26. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Panorama geral

27. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Fase S (Síntese) = Duplicação de DNA
Controla o início da
replicação, evitando
que ocorra mais de
uma vez
Principal
componente: S-Cdk

28. O SC do Ciclo Celular
Fase S
ORC = complexo de reconhecimento da
origem, que se liga às origens de
replicação, permitindo a ligação de
outras proteínas
Cdc6 e Cdt1= proteínas que se ligam à
ORC em G1. São necessárias para a
ligação de Mcm
Mcm = complexo protéico que se liga à
ORC + Cdc6 + Cdt1 na origem
Complexo pré-replicativo = pré-RC =
ORC + Cdc6 + Cdt1 + Mcm

29. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Funções da S-Cdk
A reunião do pré-RC na origem de replicação, bem como a ativação de S-Cdk
dá início à replicação do DNA
Funções da S-Cdk:
1. Inicia a replicação
2. Impede que ocorram re-replicações
3. Dissocia a Cdc6 da ORC após o início da replicação (dissociação do pré-
RC)
4. Evita que Cdc6 e Mcm reúnam-se novamente em qualquer outra origem
5. Fosforila Cdc6 livres, marcando-as para a ubiquitinação pelo complexo
SCF
6. Fosforila Mcm, desencadeando suas exportações do núcleo

30. No final da mitose, as atividades das Cdks são reduzidas a zero. Além disso,
Cdc6 e Mcm são reativadas (desfosforilação), de forma que possam
novamente se ligar às origens de replicação na formação de um novo pré-RC
O fim da replicação deixa as células G2 com duas cópias exatas do genoma.
Então, a célula pode se dividir
O Ponto de Checagem da fase S certifica de que o início da mitose não
ocorra até que o último nucleotídeo tenha sido copiado
O alvo dos sinais são as enzimas que controlam a ativação da M-Cdk.
Consequentemente, a M-Cdk permanece fosforilada e inativa até a completa
replicação do DNA

31. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Fase M (mitose) = divisão celular
A ativação da M-Cdk inicia-se com o acúmulo de M-ciclina (diminuição da
degradação e aumento da transcrição gênica)
M-ciclina é acumulada, inativa (fosforilação por Wee1), durante a G2. No final
dessa fase, a ativação da fosfatase Cdc25 promove a ativação da M-ciclina,
garantindo a atividade abrupta de M-ciclina

32. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Fase M

33. O Sistema de Controle do Ciclo Celular
Fase M
Atividades da M-Cdk
i) induz a reunião do fuso mitótico, pela reorganização do complexo dos
microtúbulos
ii) garante que os cromossomos replicados estejam ligados ao fuso (ponto
de checagem)
iii) desencadeia a condensação do cromossomo (complexo condensina)
iv) desencadeia o rompimento do envelope nuclear
O Complexo promotor da anáfase(APC), promove a transição da metáfase
para a anáfase, caracterizada pela separação das cromátides irmãs
Após a segregação dos cromossomos, a M-Cdk é inativada por proteólise
ubiquitina-dependente

34. A duplicação do centríolo é iniciada ainda na fase G1, com o distanciamento
dos dois centríolos. Na fase S, inicia-se o crescimento do centríolo-filho, que
tem seu tamanho final atingido na fase M, já preparando-se para a divisão
celular.

35. Na fase M, as fibras do fuso (microtúbulos) se prendem a uma estrutura
protéica localizada na região centromérica do cromossomo, chamada de
cinetócoro.

36. Tipos de microtúbulos: do cinetócoro, astrais e interpolares.

37. Os complexos coesina e condensina ajudam a manter
as cromátides irmãs unidas e a condensação dos cromossomos, respectivamente.

38. A separação das cromátides irmãs na mitose, ocorre por ativação sequencial
da APC e da separase. Esta última, atua diretamente na dissociação do
complexo coesina.

39. Uma vez dissociadas as
coesinas, as cromátides
irmãs se separam e
migram aos pólos,
graças à
despolimerização dos
microtúbulos do
cinetócoro.

40. Completa a migração das cromátides para os
pólos, é formado o anel contrátil, constituído de
proteínas do tipo actina e miosina, que puxam a
membrana para dentro da célula

41. A progressão desse processo culmina na divisão celular, fechando o ciclo.
Nesse ponto pós-divisão, as células resultantes retomam à fase G1 e iniciam
um novo ciclo quando necessário.