Controladores negativos do ciclo celular
12 jun 2015

Controladores negativos do ciclo celular

Quais são os mecanismos moleculares de controle negativo do ciclo celular? Descubra aqui!

12 jun 2015

A) As CKIs (cyclin kinase inhibitors) atuam sobre uma variedade de complexos CDK-ciclinas controlando a atividade desses complexos. O mecanismo pelo qual as CKIs atuam é dependente de sua concentração e não está completamente compreendido. Tem como principal função bloquear a fosforilação de proteínas pela quinase e parar o ciclo celular. Existem duas classes de CKIs:

  • Família CIP/KIP (proteína inibidora de quinase): incluem as proteínas com um domínio N-terminal inibidor, sendo as proteínas p21, p27 e p57. São inespecíficas (CKIs universais). Atuam evitando a ativação da quinase;
  • Família INK4 (inibidor de CDK): tem ação seletiva sobre o complexo ciclina D/CDK 4,6, sendo as proteínas p15, p16, p18 e p19. Ligam-se sobre a quinase proteica, evitando a sua interação com a ciclina D, inibindo assim a ativação da quinase.

B) O sistema ubiquitina de degradação de proteína atua na degradação das ciclinas, permitindo a transição de fases do ciclo. Normalmente, promovem a proteólise por meio da adição de cadeias de ubiquitina às moléculas de ciclina, que são então degradadas pelo proteossomo. Eventos mutacionais provocam a perda do sinal para degradação, levando à estabilização e expressão contínua das ciclinas.

C) As fosfatases específicas fazem a remoção do fosfato essencial para a ativação do complexo CDK-ciclina ou a adição de mais um fosfato também bloqueando a atividade da quinase.

 

Para que o ciclo celular seja iniciado, deve ocorrer o estímulo mitogênico adequado, que ocorre a partir da ligação de um fator de crescimento a um receptor específico na membrana plasmática, no citoplasma ou no núcleo. Esta ligação inicial desencadeia uma cascata de ativação de proteínas transdutoras de sinal, que enviam o sinal mitogênico até o núcleo, sendo genes-alvo aqueles codificadores das ciclinas e CDKs e genes essenciais para a síntese de desoxirribonucleotídeos e DNA.

Na ausência de fatores mitogênicos, as células são incapazes de ultrapassar o ponto de restrição em G1 e tornam-se quiescentes. O ponto de restrição pode ser considerado como um ponto crítico dentro do ciclo celular que precisa ser ultrapassado para que o ciclo ocorra de fato; uma vez ultrapassado, a célula torna-se comprometida a entrar na fase S. Qualquer mutação nos genes que codificam as proteínas dessa cascata pode resultar em alterações do ciclo e no desenvolvimento de alguns tipos de neoplasias. Dentre os principais fatores de crescimento celular estão os fatores de crescimento derivados de plaquetas (PDGF), fatores de crescimento epidérmico (EGF), fator de crescimento vascular endotelial (VEGF), fator de crescimento fibroblástico (FGF) e insulina.

 

FASE G1

Após o estímulo de fatores mitogênicos, ocorre elevação dos níveis de ciclina D com formação do complexo envolvendo as quinases CDK4 e CDK6.

A proteína pRb (proteína do retinoblastoma) controla negativamente o ciclo nesta etapa. Ela ocorre em uma forma desfosforilada durante os dois primeiros terços da fase G1, antes que o ponto de restrição seja atingido. Enquanto pRb permanecer desfosforilada, ela restringe o crescimento celular bloqueando a progressão da célula

e evitando que ela ultrapasse o ponto de restrição da fase G1 para a fase S. No início

do ciclo, a pRb está ligada a um fator, o E2F, o que permite que ela não seja fosforilada, evitando assim a continuação do ciclo. Conforme o ciclo avança e a célula progride rumo à transição G1/S, a pRb é fosforilada pela CDK4 e 6, liberando o fator E2F. O E2F atua como fator de transcrição, estimulando a transcrição de genes envolvidos na progressão do ciclo celular, entre eles o da ciclina E, além de genes requeridos para a síntese de nucleotídeos e de DNA polimerase. Além disso, estimula o próprio E2F, em um sistema de retroalimentação positiva. A pRb é mantida fosforilada nas fases S, G2 e durante a mitose. Apenas após a mitose, quando os níveis de CDK-ciclina ficam muito reduzidos, ela volta ao seu estado ativo desfosforilada.

A proteína p53 é parte dos mecanismos de checkpoint da célula. Quando ocorrem mutações no DNA, ela interage com o ciclo celular na tentativa de identificar eventuais erros e permitir que estes sejam reparados. É um fator de transcrição que bloqueia o ciclo celular e impede a progressão para a fase S ou promove a morte celular. Entre seus efetores está a p21, capaz de inibir as CDKs responsáveis pela entrada na fase S. A produção aumentada de p21 vai bloquear a atividade de quinase do complexo ciclina/CDK; este, por sua vez, não vai fosforilar pRb, que não vai liberar o fator E2F e o ciclo vai parar. Esta interrupção no ciclo tem por finalidade permitir que o dano no DNA seja corrigido para que a célula continue sua divisão, ou então que a célula seja encaminhada à apoptose, caso o dano seja deletério e não sujeito a correções. Um outro controlador que atua ao término de G1 é a CKI p27, que irá bloquear a atividade de quinase do complexo ciclina E/CDK2, causando também uma pausa no ciclo celular.

 

FASE S

A entrada na fase S, vindo de G1, e a progressão de S para G2 dependem também do funcionamento dos complexos CDK-ciclina. Em G1 tardio, enquanto a expressão da ciclina E aumenta, estimulada pelo fator de transcrição E2F, os níveis de ciclina D são reduzidos por causa da diminuição da oferta de fatores de crescimento. Consequentemente, é reduzida a concentração dos complexos CDK4,6-ciclina D e aumentam os níveis de CDK2-ciclina E, cuja ativação promove a entrada da célula na fase S. Os mecanismos exatos envolvidos nesta etapa, entretanto, não são ainda compreendidos.

Na transição G1/S, a ciclina A começa a ser sintetizada, e os complexos CDK2-ciclina A mostram importante função imediatamente antes da síntese de DNA, fosforilando proteínas específicas envolvidas com as origens de replicação do DNA. As origens de replicação são regiões na fita de DNA que possuem características incomuns, como sequências consenso de nucleotídeos repetidos, que são reconhecidas por um complexo enzimático, iniciando o processo de replicação do DNA. Estas proteínas específicas são conhecidas como fatores licenciadores, os quais se ligam a determinados pontos da molécula de DNA, permitindo a deselicoidização da estrutura dupla-fita, a fim de que seja replicada. Os fatores licenciadores acumulam-se durante G1, atuam em S, e são destruídos em G2 para impedir nova replicação antes da mitose. Como são várias as origens de replicação (ou seja, a duplicação do material genético ocorre em vários locais simultaneamente), são igualmente importantes nesta fase os pontos de metilação. Eles sinalizam que determinada sequência da molécula já replicou, impedindo excesso de material duplicado.

Outro componente é o complexo mitótico CDK2-ciclina B ou Fator Promotor da Mitose (MPF). Ele permanece inativo durante toda a fase S e protege a célula de uma divisão antes que ela esteja totalmente pronta para isto. É importante salientar ainda a existência de um ponto de checagem na fase S, o qual também é induzido por danos no DNA, e envolve proteínas que regulam a atividade das CDKs, fatores de transcrição e proteínas de reparo.

 

FASE G2

Nesta fase, inicia-se a condensação da cromatina e a formação de estruturas bem definidas para que a célula possa progredir para a mitose. A principal quinase desta fase é a CDK1, que forma complexos tanto com a ciclina B quanto com a ciclina A. A CDK1 ativa-se quando é fosforilada, depois que isto ocorre, ela fosforila importantes substratos que serão cruciais na mitose. Além disso, a CDK1 contribui para a regulação do complexo promotor de anáfase (APC).

Para a célula progredir para a mitose é necessária a súbita ativação do complexo CDK2-ciclina B (ou MPF) pela desfosforilação, que ocorre na transição G2/M e resulta na fosforilação de muitas proteínas necessárias à mitose. Esse complexo é essencial para a entrada e a saída da fase M. Durante G2 e antes da entrada na fase M, CDK2 liga-se à ciclina B, formando um complexo que é fosforilado, permanecendo inativo. Quando esse complexo é, por fim, desfosforilado, ocorre sua ativação, e a mitose começa.

Dois pontos de checagem ocorrem um pouco antes ou durante a mitose. O primeiro deles ocorre em resposta a DNA não duplicado ou lesado, impedindo a ativação da CDK1 e bloqueando as células em G2/M. A p53 também atua nesse ponto de checagem inibindo o complexo CDK1-ciclina B. O segundo ponto de checagem envolve as proteínas das famílias BUB, MAD e Cdc20, impedindo o início da anáfase enquanto todos os cromossomos não mostrarem uma ligação correta ao fuso.

 

Relembrando o checkpoint
Quando não há ligação dos microtúbulos aos cinetócoros correspondentes ou quando não há tensão adequada na ligação, os cinetócoros produzem continuamente um sinal que ativa um mecanismo de checkpoint. A sinalização bioquímica culmina em interações moleculares entre MAD, BUB e o APC, atrasando a segregação cromossômica. MAD e BUB inativam o APC através de ligação direta ao Cdc20. O complexo MAD2/BUB1/Cdc20 constitui o complexo de checkpoint mitótico e impede o funcionamento do APC, retardando o início da anáfase até que todos os cinetócoros estejam adequadamente ligados aos microtúbulos.

 

Apesar do enorme conhecimento que tem sido gerado nos últimos anos acerca dos mecanismos que conduzem uma célula à duplicação e à segregação de seu material genético para as células-filhas, ainda há muitas questões a serem respondidas. O câncer se caracteriza pela proliferação descontrolada a partir de mutações em genes que controlam o ciclo celular. Alterações afetando a função de elementos reguladores como p16 (melanomas, linfomas, câncer de pulmão, pâncreas, etc), ciclina D (câncer de mama, de próstata, estômago, etc.), p53 (mama, ossos, colo, etc.) e pRb (principalmente o retinoblastoma, além de sarcoma e outros) são apenas alguns dos exemplos conhecidos da inter-relação entre câncer e regulação do ciclo celular. Para saber mais sobre a relação entre câncer e ciclo celular, leia nosso tópico Câncer e agentes anti-neoplásicos ligados ao ciclo celular.

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  1. Valquiria Guimarães junho 4th, 2017 12:09PM

    Vocês são topper!!

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