Universidade Federal do Amazonas ICB Dep. Morfologia Disciplina: Biologia Celular Aulas Teóricas. Ciclo Celular

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1 Universidade Federal do Amazonas ICB Dep. Morfologia Disciplina: Biologia Celular Aulas Teóricas Ciclo Celular

2 Comparação entre meiose e ciclo celular mitótico Mitose vs Meiose Após replicação de DNA, 2 divisões são necessárias para produzir gametas haploides Cada um composto por 2 cromátides-irmãs. Esse pareamento leva a recombinação genética Os homólgos duplicados são segregados em 2 células filhas diferentes Geneticamente diferentes

3 Comparação entre meiose e ciclo celular mitótico Mitose vs Meiose Os homólogos não formam pares As cromátides- irmãs separam-se durante a divisão única Então a célula diploide se divide por mitose produzindo 2 células-filhas diploides geneticamente idênticas

4 Panorama geral: Fase S e Fase M Panorama Geral do Ciclo Celular

5 Intérfase e Fase M Panorama Geral do Ciclo Celular

6 Panorama Geral do Ciclo Celular Fases G1, S e G2 G1 período durante a interfase, após citocinese e antes da fase S. Para muitas células, esta fase é o maior período de crescimento celular G2 é o intervalo entre a duplicação do DNA, Fase 2, e o início da divisão celular, mitose

7 O controle do ciclo celular O Sistema de Controle do Ciclo Celular

8 Panorama Geral do Ciclo Celular Comparação entre ciclo celular de levedura de fissão e de brotamento

9 Crescimento do ovócito e clivagem do ovo em Xenopus Panorama Geral do Ciclo Celular

10 Panorama Geral do Ciclo Celular Estágio em que a célula encontra-se no ciclo celular: citômetro de fluxo G1: células que tem um complemento de DNA não replicado G2 ou fase M: complemento de DNA replicado (dobro de G1) S: quantidade de DNA intermediária A distribuição das células indica que há um maior n o de células em G1 do que em G2+fase M, mostrando que G1 é mais longa nesta população Corante que se torna fluorescente quando se liga ao DNA, fluorescência qtidade de DNA

11 O Sistema de Controle do Ciclo Celular

12 O Sistema de Controle do Ciclo Celular O controle do ciclo celular depende de proteína-cinases dependentes de ciclinas (Cdks) Classes de ciclinas, definida pelo estágio do ciclo celular no qual se ligam às Cdks e em que funcionam. Todas as cél eucariontes necessitam de 3 destas. G1/S ciclina: ativa Cdks no G1, desencadeando a progressão ao Início, resultando no comprometimento para a entrada no ciclo celular. Níveis reduzidos na fase S S ciclina: ligam se a Cdk logo após a progressão ao Início e estimulam a duplicação dos cromossomos. Níveis ficam elevados até a mitose. M ciclina: ativam Cdk que estimula a entrada na mitose G1 ciclina: regulam a atividade das G1/S ciclina, que controla no final de G1 a progressão ao Início O principal regulador da transição entre metáfase e anáfase é o complexo promotor da anáfase

13 O Sistema de Controle do Ciclo Celular O controle do ciclo celular Regulação da atividade de Cdk por fosforilação inibidora. O complexo é desligado quando cinase Wee1 fosforila sítio ativo e a remoção destes fosfatos pela fosfatase Cdc25 ativa o complexo Inibição de complexo ciclina cdk por CKI p27, o qual se liga a este, deformando o sítio ativo

14 O controle do ciclo celular depende de proteólise cíclica O Sistema de Controle do Ciclo Celular O principal regulador da transição entre metáfase e anáfase é o complexo promotor da anáfase APC/C ativado na mitose por associação à Cdc20, com auxílio de E1 e E2, transfere múltiplas moléculas de ubiquitina à proteína alvo. O alvo poliubiquitinado é reconhecido e degradado

15 O controle do ciclo celular depende de proteólise cíclica O Sistema de Controle do Ciclo Celular

16 O Sistema de Controle do Ciclo Celular O controle do ciclo celular A ativação de G1/S Cdk desencadeiam a atividade de S Cdk que inicia a duplicação dos cromossomos na fase S e eventos iniciais da mitose.

17 O Sistema de Controle do Ciclo Celular O controle do ciclo celular A ativação da M Cdk desencadeia a progressão ao ponto de verificação de G2/M e inicio da mitose, alinhamento das cromátides irmãs no equador do fuso mitótico.

18 O Sistema de Controle do Ciclo Celular O controle do ciclo celular APC/C promove a destruição da securina* e ciclina entre metáfase e anáfase, segregação das cromátides irmãs e conclusão da mitose. * responsável pela ligação de cromossomos antes da separação

19 Ciclo Celular Fase S O controle da duplicação dos cromossomos A montagem do pré RC é inibida pela atividade das Cdks e estimulada pela APC/C. Portanto, amontagemdopré RC ocorre no final da mitose e início de G1, quando a atividade de Cdk é baixa e de APC/C é alta. No início da fase S, a ativação da S Cdk desencadeia a formação do complexo de pré iniciação, que inicia a síntese de DNA. Como as atividades dos complexos S Cdk e M Cdk permanecem altas (e atividade de APC/C baixa) até o final da mitose, novos pré Rc não podem ser montados até que o ciclo celular esteja completo

20 Ciclo Celular Fase S O controle da duplicação dos cromossomos Os preparativos para a replicação do DNA começam em G1, com a montagem de complexos pré replicativos. AativaçãodeS Cdk levaaformaçãode complexo pré iniciação que desenrola o DNA e o replica. Duas forquilhas de replicação se afastam de cada origem, até que cromossomos inteiros sejam duplicados. E segregados na fase M. O pré RC é desmatelado e não pode se forma até G1. As origens podem ser ativadas só uma vez por ciclo.

21 Os principais estágios da fase M (mitose e citocinese) Ciclo Celular

33 Ciclo Celular - Mitose Fuso mitótico é um arranjo de microtúbulos Centríolo se separam parcialmente durante o isolamento, mas unidos fibras até a hora da separação Célula na Fase S, centrossomo duplicado, cada um com um par de centríolo

34 Ciclo Celular - Mitose Replicação do centríolo Centrossomo: um par de centríolo e matriz pericentriolar Em certo ponto em G1, os dois centríolo do par se separam. Na fase S, um centríolo filho começa a crescer próximo a base de cada centríolo pai em ângulo reto. O alongamento do centríolo filho é completado em G2. Os dois pares permanecem próximos até o começo da fase M, quando o complexo se divide em 2 e começam a se separar

35 Ciclo Celular - Mitose Principais proteínas motoras do fuso Cinesina 5: organizam microtúbulos em feixes anti paralelos

36 Ciclo Celular - Mitose Principais proteínas motoras do fuso Cinsesina 4, 10: orientadas para extremidade + ligam os microtúbulos aos cromossômicos e afastam as extremidades dos cromossomos

37 Ciclo Celular - Mitose Principais proteínas motoras do fuso Dineína e cinesina 14 juntamente com outras proteínas: orientam essas extremidade em um par de polos do fuso

38 Ciclo Celular - Mitose Instabilidade dos microtúbulos na mitose Catástrofe: troca de crescimento a encolhimento Salvamento:troca de encolhimento-crescimento Entrada na mitose mudança brusca nos microtúbulos A M Cdk inicia mudanças no comportamento dos microtúbulos, fosforilando proteínas que controlam a dinâmica dos microtúbulos. MAPs: estabilizam (aumentam a frequência de salvamento ou aumentar taxa de crescimento como diminuir taxa de encolhimento) Proteínas fatores de catástrofe: desestabilizam arranjos de microtúlbuos ao aumentar a frequência de catástrofe.

39 Auto-organização do fuso por proteínas motoras Ciclo Celular - Mitose

40 Captura de microtúbulos do centrossomo por cinetocoro Ciclo Celular - Mitose

41 Ciclo Celular - Mitose Formas alternativas de ligação ao cromossomo Um microtúbulo de um polo do fuso se liga a um cinetocoro em um par de cromátides irmãs Microtúbulos adicionais podem se ligar ao cromossomo de várias maneiras: Um dos microtúbulos tendem a se dissociar: Do mesmo polo do fuso se liga ao cinetocoro irmão Microtúbulo de ambos os polos do fuso liga a um cinetocoro.

42 Despolimerização pode puxar o cinetocoro em direção ao polo do fuso Ciclo Celular - Mitose Cada sítio contém uma estrutura que envolve a extremidade +, permitindo que a polimerização e despolimerização ocorram Quando ocorre a despolimerização, os protofilamentos se torcem para fora e fazem pressão contra a estrutura em forma de colar. Isso moverá o cinetocoro em direção à extremidade do microtúbulo no polo do fuso

43 Ciclo Celular - Mitose Fluxo de microtúbulos no fuso metafásico O comprimento dos microtúbulos não se alteram significativamente, unidades de tubulina são adicionadas à extremidade + à mesma taxa de subunidade são removidas da extremidade

44 Ciclo Celular - Mitose Forças oposotas dirigem cromossomos à placa metáfasica Proteínas motoras orientadas para a extremidade + interagem com os microtúbulos e geram força de ejeção, que empurra os cromossomos em direção ao equador do fuso

45 Ciclo Celular - Mitose Separação das cromátides-irmãs na anáfase Transição da metáfase para a anáfase, as cromátides irmãs se separam subitamente e se movem em direção a polos opostos do fuso mitótico. Micrografia óptica de Células do endosperma de Haemanthus (lírio)

46 Ciclo Celular - Mitose Início da separação das cromátides pelo APC/C A ativação do APC/C pela Cdc20 leva a ubiquitinação e a destruição da securina que mantem a separase inativa. A destruição da securina permite a separase clivar uma subunidade do complexo coesina que mantem as cromatides irmas unidas.

47 Ciclo Celular - Mitose Principais forças que separam as cromátides-irmãs na anáfase em células de mamíferos

48 Comparação entre meiose e ciclo celular mitótico Mitose vs Meiose Após replicação de DNA, 2 divisões são necessárias para produzir gametas haploides Cada um composto por 2 cromátides-irmãs. Esse pareamento leva a recombinação genética Os homólgos duplicados são segregados em 2 células filhas diferentes Geneticamente diferentes

49 Comparação entre meiose e ciclo celular mitótico Mitose vs Meiose Os homólogos não formam pares As cromátides- irmãs separam-se durante a divisão única Então a célula diploide se divide por mitose produzindo 2 células-filhas diploides geneticamente idênticas

50 Citocinese Actina miosina II do anel contátil geram força para citocinese Ciclo Celular - Citocinese

51 Ciclo Celular - Citocinese Os microtúbulos do fuso mitótico determinam o plano de divisão da célula Clivagem quase completa fino filamento de citoplasma contendo restos do fuso central

52 Ciclo Celular - Citocinese Modelos de como os microtúbulos do fuso anáfasico geram sinais que influenciam o posicionamento do anel contráctil O posicionamento do sulco pode ser uma combinação desses mecanismos, em que a importância dos diferentes mecanismos varia em diferentes organismos

53 Ciclo Celular - Citocinese Influência da posição dos ásteres dos microtúbulos sobre o plano de clivagem

54 Ciclo Celular - Citocinese Citocinese em uma célula vegetal em telófase A montagem da placa começa no final da anáfase

55 Ciclo Celular - Citocinese Mitose em célula vegetal Microtúbulos corticais circundam a célula Microtúbulos em feixes ao redor do núcleo Vesículas do Golgi são transportadas ao longo dos Microtúbulos Fragmoplasto: substitui anel contráctil. Membranas das vesículas formam a m. p.

56 O fragmoplasto orienta a citocinese nas plantas superiores Ciclo Celular - Citocinese

57 Controle da divisão e do crescimento celular Classes de Moléculas-sinal extracelular regulam o tamanho e n o de células 1: Mitógenos: estimulam a divisão celular, desencadeando uma onda de atividades de G1/S Cdk 2: Fatores de crescimento: promovem o crescimento celular (um aumento da massa celular) pela estimulação da síntese e pela inibição da degradação de macromoléculas 3: Fatores de sobrevivência: suprime a apoptose

58 Controle da divisão e do crescimento celular DNA lesionado: proteínas-cinases são recrutadas ao local e dão inicio a uma via de sinalização que provoca a interrupção do ciclo celular Parando a célula em G1

59 Controle da divisão e do crescimento celular Sinais de proliferação anormal ocasionam a interrupção do ciclo celular ou apoptose, exceto em células cancerosas A célula detecta a estimulação mitogênica excessiva, tal estimulação leva a produção de Arf proteína inibidora do ciclo celular, fazendo com que os níveis de p53 se elevem. O sistema de proteção está inativado nas cél cancerosas por mutações nos genes que codificam componentes essenciais das respostas do ponto de verificação (Arf ou p53 ou proteínas que auxiliam sua ativação

60 Controle da divisão e do crescimento celular Crescimento celular por fatores de crescimento extracelular e nutrientes

61 Controle da divisão e do crescimento celular Mecanismos em potencial que coordenam o crescimento e a divisão celular A: Taxa de divisão é regida pela taxa de crescimento celular, a divisão só ocorre quando a taxa de crescimento atinge um certo limiar. Ex: Leveduras (níveis de nutrientes extracelulares). B: Controlados por fatores extracelular separados (fatores de crescimento e mitógenos). Ex: cél. Animal. C: Fatores extracelulares podem estimular tanto crescimento como divisão celular pela ativação simultânea de vias de sinalização que promovem o crescimento e outras a progressão do ciclo celular.

62 Controle da divisão e do crescimento celular Secções de Túbulos renais de salamandras de diferentes ploidias Os animais mantêm o tamanho normal de seus tecidos e órgãos ajustando o tamanho celular para compensar mudanças no número de células, ou vice versa por mecanismos desconhecidos

63 Crescimento Celular Controle da divisão e do crescimento celular

64 Ciclo Celular Proteínas regulatórias MPF (Fator promotor da fase M) inclui as proteínas CdK e cyclins que são gatilhos na progressão do ciclo celular; p53 é uma proteína de bloqueio do ciclo celular caso haja dano no DNA. Caso o dano seja severo leva à APOPTOSE; Níveis da p53 são elevados em célula com danos, permitindo o reparo do DNA por bloqueio do ciclo celular. Uma mutação no gene da p53 frequentemente leva ao câncer, como por exemplo a síndrome de Li Fraumeni. p27 é uma proteína que se liga à ciclina e cdk bloqueando a entrada na fase S.

65 Pluripotência das células-tronco Diferenciação celular

66 Inicia-se a partir de células-tronco Diferenciação celular

69 Totipotência das células-tronco Diferenciação celular