Ciclo Celular

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G1: Vigilância de nutriente, DNA e meio ambiente (RNA e proteínas).

G0: Quiescência (etapa final de diferenciação ou gatilho ambiental para retorno à divisão).

S: Replicação do DNA ou pós-replicação

G2: Preparação para entrar em divisão celular (reparo de RNA e proteínas, duplicação de certas organelas).

Final: células idênticas em conteúdo celular e genético.

M: Mitose

UNI: divisão clonal.

MULTI: Tronco embrionárias e adultas e diferenciadas (somáticas).

Duração está ligada com a complexidade

Microorganismos: 20 min a 6-12h.

Células somáticas: 10 -~ 12h

Células embrionárias: 30 min. (G1 e G2 muito curtas).

Controle geral do ciclo: CICLINAS E CDKs.

"Ponto de checagem": replicação do DNA (S e G2), alinhamento cromossômico (M), G1 - susceptibilidade ambiental e celular.

Maquinaria age de forma "grosseira". Se o dano é severo, a célula é levada à morte.

Fatores ativadores do ciclo (controle positivo)

1) Ciclinas: proteína citoplasmática (?). Ativadora de proteína, interage com CDK e controla a passagem das células pela fase do ciclo.

2) CDK: induz a continuidade do processo.

3) Fatores de crescimento de alta especificidade . Ex: PDGF (Derivado de Plaquetas), EGF (Fator de Crescimento Epidérmico).

4) Fatores de crescimento de especificidade restrita.

5) Fatores de transcrição: induzem a expressão de proteínas importantes para o ciclo. Ex: Myc, E2F.

Montagem, ativação e desmontagem dos complexos ciclina-CDK

Permitem que o sistema de controle sofra influência do meio.

Nos pontos de checagem verificam as condições do meio extracelular.

Fatores que atuam bloqueando o ciclo celular, atuam em:

- Qualquer etapa do ciclo (inibidores de CK)

- No ponto de checagem entre G1 e S.

- Mecanismo citoprotetor: DANO/ALTERAÇÃO > PROSSEGUIMENTO

- Mecanismo citoestático: DANO/ALTERAÇÃO > PARADA > QUIESCÊNCIA > SENESCÊNCIA, APOPTOSE; DANO/ALTERAÇÃO > CATÁSTROFE MITÓTICA (quebra de DNA, translocação).

p53: bloqueia o ciclo quando o DNA está danificado, inibe CDK; induz a ação em cascata de outros fatores (ex. p21); induz morte celular por apoptose em caso de dano; supressor de tumor; mutações em p53 são frequentes em diferentes tipos de câncer (Guardião de Genoma).

p16/p27: associam-se a ciclinas e CDK de fase S > bloqueiam a entrada na fase S.

pRr (retinoblastoma): inibe a transcrição de genes envolvidos com a diferenciação celular e com a progressão do ciclo. Bloqueia a entrada na fase S.

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fAção de fatores externos sobre o ciclo celular

a) Estímulo indutório de ciclo celular: receptor > sinais de cascata > transcrição de gene Myc.

b) Estímulo inibitório do ciclo: receptor > sinais de cascata > transcrição > p.53

INTERFASE (G1 > S > G2)

Carioteca + nucleoplasma + cromatina + nucléolo

G1: Gap ou intervalo 1

Checkpoint: tamanho, tipo ou quantidade de nutrientes.

Célula estimulada por Fc/mitógenos

Células despendem por mais tempo

Células duplicam suas organelas e fazem novas proteínas

1 par de cada cromossomo = genoma 2n

Fim G1: ponto de restrição (crítico para desenvolvimento de doenças)

S

Síntese de DNA (duplicação/replicação): tempo de duração depende do tamanho do genoma.

Ação de ciclinas e CDK-S sobre o complexo de pré-replicação que começa a ser montado no início de G1.

Fim de S: cromossomo duplicado.

Replicação do DNA

Processo semiconservativo: "Duas fitas do DNA parietal abrem-se em um ponto e cada uma serve de molde para a síntese de fitas-filhas segundo o pareamento padrão A-T;C-G."

Uma origem = duas forquilhas.

Experimento de Mesleson-Stohl:

"Cultivo de E.coli em ambientes com nitrogênio pesado (N15). Este, após várias divisões celulares, este é incorporado à célula. Estas são removidas e inseridas em meio com nitrogênio leve (N14). Após uma ou duas divisões celulares, o DNA é isolado e sofre centrifugação com CsCl. Tal processo resulta na formação de bandas diferentes com densidades diferentes. Após a centrifugação, verificou-se que o DNA situava em posição intermediária, significando um filamento formado por nitrogênio leve e outro pesado."

1. Origem de replicação

Segmento de DNA únicos e repetitivos reconhecidos por proteínas específicas que auxiliam na montagem do complexo pré-replicação.

Procariotos: um réplicon. DNA circular com uma origem e um término.

Eucariotos: múltiplos réplicons. Humanos apresentam aproximadamente 30 mil origens de replicação.

2. Início da replicação

Em eucariotos: COMPLEXO DE PRÉ-REPLICAÇÃO/ REPLICOSSOMO (CPR) > fG1 e S. Apresenta:

Proteínas SSB: protegem o DNA, impedindo que ele volte a se enovelar. Estabiliza o DNA desenrolado.

Proteínas MCM: helicases. Abrem a dupla-fita de DNA.

Topoisomerases: impedem maior helicoidizacao e relaxam as superhélices, "girando" o DNA.

Grampo beta: mantém pol. III ligado ao DNA, passando de enzima distribuidora a processiva.

Ao final, topoiso e guiases superenrolam o DNA recém-replicado.

Controle do início de replicação:

Montagem do CPR fim de M > G1. Fica inativo até o início de S.

Permite que a iniciação se faça no momento adequado do ciclo.

Impede que o cromossomo se replique mais de uma vez a cada ciclo.

Em eucariotos: Controle feito por ciclonas (CDKs e CDT1)

A síntese de DNA é realizada no sentido 5' > 3'.

Uma fita é contínua, outra é descontínua.

Polimerases e enzimas que atuam durante a replicação do DNA.

Efetuam a parada do ciclo celular: ocorre em presença de dano celular ou condições ambientais desfavoráveis.

FUNÇÃO ~~~~~~~~~ PROCARIOTOS ~~~~~~~EUCARIOTOS

Síntese RNA iniciador ~~ DNA-primase ~~ DNA polalfa/primase

Início da síntese de fita descendente ~~~~DNA pol.I ~~~~DNApolgama/PCNA

Degradação do RNA iniciador ~~~DNA pol.I ~~~~ RNAase H

Síntese das fitas contínua e descontínua ~~~DNA pol. III ~~~DNA pol/PCNA

Síntese de DNA nas extremidades dos cromossomos ~~~Não têm ~~~ Telomerase

Polimerase I: polimerase (catalisa a replicacão sentido 5 > 3); exonuclease sentido 3 > 5 (remove bases incorretas pareadas); exonuclease sentido 3'> 5' (degrada filamentos simples de DNA ou RNA).

Polimerase III: catalisa a síntese na forquilha de replicacão.

DNA polIII e DNApol/PCNA requerem um iniciador (primer) previamente pareado ao molde que será copiado.

Síntese de DNA na fita contínua (Leading)

Fita parietal: desoxirribonucleotídeos são adicionados continuamente a partir de 3' OH (5 > 3) do RNA iniciador. Apenas um filamento serve como molde.

Síntese de DNA na fita descontínua (Lagging)

FRAGMENTOS DE OKAZAKI

Eles são formados porque todas as DNA polimerases na Natureza só sintetizam num sentido (5'- 3') e porque as duas fitas de DNA são antiparalelas. Isto obriga uma das fitas que está sendo replicada a ser sintetizada do interior da forquilha de replicação para o exterior. Assim, na medida em que a forquilha avança, novos fragmentos, progressivamente mais internos, têm que ser sintetizados.

Os primers de RNA, que iniciam todo fragmento de Okazaki e permanecem na sua extremidade 5', são retirados pela ação de duas moléculas de DNA polI idênticas (considerando aqui o modelo procarioto de replicação de DNA). A primeira, empregando sua atividade exonucleotídica 5'- 3', degrada todo o primer até chegar ao DNA. A segunda molécula, empregando como primer o fragmento de Okazaki acima (5') do espaço deixado pela primeira enzima, ressintetiza em DNA o fragmento retirado. Por fim, a ligase une os dois fragmentos de Okazaki.

DNA-primase sintetiza vários RNA iniciadores.

5 > 3 = Okazaki pelo pol III, seguida da remoção dos RNAs iniciadores (exouclease 5 > 3) pela pol I e síntese de DNA 5 > 3 pela pol I no "buraco" deixado.

Sintetiza um segmento de nucleotídeos, move-se para extremidade 5', reinicia.

Ligase: junto ao Okazaki recém-sintetizado, formando novas partes fosfodiéster entre elas.

A síntese ocorre simultaneamente nas duas fitas em procariotos e eucariotos.

Cada pol catalítico do DNA pol. III/ pol gama sintetiza uma das fitas-filhas.

Fidelidade: precisão da replicacão.

Tautomerizacão - cada uma das bases pode ocorrer de diversas formas. Ex: forma ceto converte-se em iminino ou enol.

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Atividade exonucleolítica de 3 > 5 das DNA polimerase

Mecanismo autocorretor = REPARO (proofreadind/edição). Permite conferir o último nucleotídeo incorporado e corrigir caso tenham ocorrido erros à medida que a enzima se nive a longo do DNA molde.

Estima-se que erro...

IMPORTANTE

A incorporação de nucleotídeos errados no processo de polimerização pode ocorrer por:

a) Pequenas distorções na hélice do DNA.

b) Ocorrência de formas tautoméricas de bases (1/10 mil ou 1/100 mil)

Tautômero: isômero com deslocamento transitório das ligações qu´micas em uma molécula. Induz erros de pareamento = mutação.

Como é finalizada a replicação em DNA linear?

A retirada do RNA iniciador e ação da exonuclease nas extremidades deixa as fitas recém-sintetizadas mais curtas que a parental.

PROBLEMA DA TERMINAÇÃO DA REPLICAÇÃO DO DNA: encurtamento dos cromossomos pela extremidade. Pode ser muito danoso para as células.

TELÔMEROS: não contém genes, são sequências de DNA repetitivo. Telomerase finaliza a replicação do DNA (final da fase S). Ocorre no terminal 3' OH.

Telomerase adiciona um pequeno oligonucleotídeo ao DNA na extremidade 3' (na fita parietal) a partir de uma atividade de transcriptase reversa e um molde de RNA. Após adicionar mais um telômero, ela repete a operação, deslocando-se no sentido 5'-3', até parear com o telômero recém sintetizado. Na fita descontínua, é adicionado um novo primer e a DNA primase atua criando uma sequência complementar à obtida a partir da telomerase.Relacão da telomerase com o câncer

Sem a atuacão da telomerase, o comprimento dos telômeros limita o número de divisões celulares possíveis. A cada divisão, os telômeros se encurtam e, por isso, há um limite para o número de divisões possíveis. As células germinativas, células-tronco da pele e da medula óssea, mantêm telomerase ativa por toda a vida do indivíduo. Na maioria dos tipos de câncer, verifica-se que as células readquiriram telomerase ativa, o que possibilita que sofram muitas divisões celulares e, mesmo assim, permaneçam vivas.

Controle da duplicação celular pelo tamanho dos telômeros:

(gráfico em anexo). Células entram em estado de senescência. Caracteriza estado senil.

Progeria: envelhecimento precoce. A perda progressiva e acelerada das extremidades dos Telómeros que controlam o número de divisões nas células. Esta perca verifica-se tanto no envelhecimento progressivo normal como no patológico, ou seja, o encurtamento do telómero, a cada divisão celular, é uma espécie de “contador” do número de divisões celulares que se processam e, indiretamente, da duração da vida.

Fim da fase S: 1 par de cromossomos duplicados (4n).

G2

Cromossomos = duas cromátides irmãs cada = genoma 4n

Célula: massa duplicada

Síntese de mitocôndrias e membrana plasmática.

Ponto de checagem G2/M: verificar completa replicação e danos do DNA. Caso existam erros: reparo ou morte por apoptose.

(...)

Fase M

Divisão do núcleo e citocinese

PC: verifica se o cromossomo duplicado é distribuído para cada célula-filha.

Fim: uma cromátide para cada cromossomo duplicado é distribuída para cada célula-filha. Genoma 2n/célula-filha.

IMPORTÂNCIA DA MITOSE

Crescimento, diferenciação, reparo tissular.

Certos tipos de células somáticas sofrem sucessivas mitoses, outras não.