CICLO CELULAR

IntroduoA nica maneira de formar uma nova clula a partir da duplicao de forma exata de uma clula j existente. Para que isso ocorra preciso que haja uma repetio de ciclos. O Ciclo Celular representa o ciclo de vida de uma clula somtica que se duplica para formar uma idntica a ela, as clulas-filhas, as quais aps certo tempo tambm se dividem formando outras clulas-filhas, dando sequncia a vrios ciclos.Ele dividido em duas etapas: a Intrfase (pr-diviso) e a Mitose (Diviso Celular propriamente dita). A Intrfase consiste em um perodo presente entre as divises celulares. Nela a clula no se encontra em diviso, porm, em seu interior ocorrem muitos eventos, os quais foram divididos em subfases conhecidas por fase G1, fase S e fase G2, tendo tambm uma fase anexa, a G0 (quiescente).J a Mitose assume importncia distinta para seres pluricelulares e unicelulares. Naqueles, a diviso celular tem como funo o crescimento, o reparo dos tecidos vivos (cicatrizao e regenerao) e reposio das clulas que morrem. J nos seres unicelulares responde pela reproduo. A mitose nesses seres difere tambm pelo tempo em que ocorre a diviso, pois esta deve ser rpida. J nos pluricelulares, deve ser regulada de acordo a perda de clulas pelos tecidos adultos.

Fases do ciclo celularO ciclo celular dividido em quatro fases: G1, S e G2 que fazem parte da intrfase e a M que representa a mitose.A fase G0 pode ser encontrada anexada interfase. Nela a clula se encontra em repouso no exercendo, portanto, nenhuma atividade que a prepare para a diviso. Os neurnios e as hemcias so tipos de clulas que se encontram permanentemente em G0 at que elas ou o organismo morram. Porm, existem clulas que se encontram nessa fase, e devido a um dano no rgo retornam a G1 continuando o ciclo, por exemplo, as hepticas.Na fase de crescimento, a G1, ocorre uma intensa sntese de RNA, enzimas e protenas, e por conseqncia aumenta o citoplasma e o nmero de organelas presentes na clula. Aps esses eventos, ocorre a duplicao exata do material gentico da clula, caracterstica da fase S, que ocupa cerca da metade do tempo do ciclo celular. Segue-se fase G2 que tambm sintetiza RNA e protenas e promove a condensao da cromatina. Esta fase denominada tambm de fase de preparao para a diviso celular.Na mitose ocorre a diviso celular. Esse processo ocupa uma pequena parte do ciclo celular, apesar de ser a finalidade maior do ciclo. essencial para o crescimento e diferenciao do organismo, participando tambm dos processos de renovao celular. Ela divide-se em dois momentos: a diviso nuclear, em que os cromossomos so distribudos para cada clula-filha; e a citocinese que consiste na diviso do citoplasma, processo que divide a clula em duas, ambas com a mesma quantidade de organelas e cromossomos. Pontos de controleNo ciclo celular so encontrados pontos de controle com a funo de conduzir e regular seus eventos a replicao do DNA, a mitose e a citocinese. Para que o ciclo celular ocorra preciso que cada fase esteja completa antes que o evento seguinte seja iniciado, pois, cada etapa para se iniciar requer a concluso dos eventos da etapa anterior.O monitoramento da execuo do ciclo celular e a inibio de eventos subseqentes at a concluso dos processos da etapa anterior crucial, pois impede a formao de clulas anmalas. Caso ocorra entre esses perodos alguma anomalia, o ciclo interrompido at que o defeito seja corrigido.O controle celular feito por protenas que atuam nos pontos de checagem durante o ciclo. Elas so distintas das protenas que executam os processos de replicao do DNA, de separao dos cromossomos, entre outros. Na ausncia de nutrientes ou de fatores de crescimento, as clulas retiram-se do ciclo e entram em G0.O ciclo composto por trs pontos de checagem: G1, G2 e na mitose. O ponto de checagem da fase G1 toma a deciso de iniciar a diviso, atrasar a deciso ou entrar em G0. Nesta fase a clula verifica se o ambiente est favorvel para que ocorram os prximos eventos. Isso acontece por meio de sinais externos, como os fatores de crescimento EGF, FGF, NGF, PDGF e IGF, que so recebidos pela clula, estimulando-a a se dividir. Aqui o nvel de ciclina aumenta e se associa com a CDK.O ponto de controle da fase G2 avalia o sucesso da replicao do DNA e atravs da ligao da CDK com a ciclina desencadeia o incio da fase M. Se tudo ocorrer bem, a clula inicia a mitose.Na diviso celular h um ponto de checagem, que durante a anfase. Ele tem como objetivo desencadear a sada da mitose verificando se os cromossomos esto corretamente distribudos s clulas filhas, como tambm a checagem das condies do meio extracelular.Cada ponto de checagem apresenta determinada ciclina ou cinases dependentes de ciclinas (CDKs) atuando. As ciclinas so polipeptdios com concentraes variadas ao longo do ciclo, so sintetizadas em fases especficas, de acordo com a necessidade, e destrudas aps sua utilizao. As CDKs esto presentes em todo o ciclo celular, mas s so ativadas quando ligadas s ciclinas, as quais juntas iro fosforilar e ativar molculas (protenas especficas) responsveis pela diviso.

Controle do Ciclo CelularDentro das clulas existem conjuntos de estruturas especiais que organizam o processo de sntese no ncleo e no citoplasma, os quais determinam o inicio e o fim das fases do ciclo celular. Na fase S, esse citoplasma contm fatores que direcionam os ncleos de G1 para a replicao, os mesmos desaparecem quando ocorre a passagem de S para G2.

Passagem da fase G1 para a fase SPara que a clula saia da fase G1 para comear a se replicar na fase S necessrio que a ciclina G1 aumente a sua concentrao, a fim de que possa ativar a cinase Cdk2, que por sua vez inicia uma cadeia de fosforilao em protenas intermedirias sucessivas, essa cadeia chega a seu ponto mais elevado quando ativa as molculas responsveis pela replicao do DNA. Alm disso, a unio entre a ciclina G1 e a Cdk2 forma um complexo proteico chamado SPF (do ingls, S phase-promotingfactor).A SPF atua atravs do complexo pr-RC, e incita o ponto de partida da replicao, alm de ativar as molculas envolvidas na sntese de DNA (Helicase, DNA polimerase etc). O SPF deixa de existir quando a concentrao de ciclina G1 comea a diminuir sua intensidade (no final de S) e com essa diminuio separa-se da Cdk2, que permanece constante. A ciclina G1 diminui at desparecer totalmente na fase G2.

Formao do complexo MPF, desencadeando a mitoseNa fase M, quem participa da mitose Cdc2 (protena quinase) e a ciclina M. Esta comea a ser sintetizada na fase G2, antes que a ciclina G1 desaparea.O MPF o complexo derivado da juno da ciclina M, quando aumenta seu grau de concentrao, com Cdc2 (ativada pela ciclina M).Quando ativada a Cdc2 inicia um processo de fosforilao em vrias protenas (citoslicas e moleculares), principalmente as que controlam o equilbrio dos filamentos do citoesqueleto, as que fazem parte dos filamentos laminares da lmina nuclear, as histona H1 entre outras. Porm essa fosforilao causa algumas consequncias, so elas: A rede de filamento de actina se desintegra, ocasionado a perda da parede de contato com clulas vizinhas, tornando-se esfrica. A lmina nuclear e o envoltrio nuclear so desassociados. Apesar da formao do fuso mittico, os microtbulos desaparecem. O aumento do enrolamento de cromatina e da compactao dos cromossomos provm de uma modificao ocorrida entre a unio da Histona H1 com o DNA.A separao do MPF ocorre quando a diviso celular concluda e a Cdc2 desativada, pois a concentrao daciclina M comea a ser reduzida. Esse processo de separao ocorre no incio da anfase.

A figura acima mostra a formao dos complexos SPF e MPF durante o ciclo celular.

Pontos de checagem do sistema de controle do ciclo celularComo visto anteriormente o ciclo celular uma sequncia ordenada de etapas didaticamente divididas em quatro fases: G1, S e G2, que so subdivises da intrfase, e a mitose que subdividida em prfase, metfase, anfase e telfase. A passagem por cada uma dessas fases estritamente regulada por mecanismos citoqumicos que atuam especificamente.Assim, a diviso celular um processo que avana de modo a coordenar o crescimento celular e a iniciao da sntese do DNA, visando prevenir uma ampliao inapropriada do material gentico, o que ocasionaria instabilidade no genoma. A fim de cumprir tais requisitos, o maquinrio celular desenvolveu um mecanismo de sobrevivncia baseado numa intrincada rede de vias de sinalizao por quinases que conduzem a pontos de controle no decurso do ciclo celular proliferativo. Hoje so identificados trs pontos de controle na seguintes transies: G1-S, G2-M e entre a Metfase e a Anfase.

Figura SEQ Figura \* ARABIC 1 Esquema simplificado mostrando os pontos de controle do ciclo celular e seus principais mecanismos de ao.Ponto de controle em G1 SO primeiro ponto de controle vem logo aps o ponto de restrio ainda em G1. Em linhas gerais, pode-se dizer que este ponto de controle possui trs funes: 1) verificar as condies do meio, buscando fatores externos que induzam o progresso do ciclo celular (como o Fator de Crescimento Epitelial, por exemplo), 2) conferir se a clula j cresceu o suficiente e 3) revisar o material gentico em busca de possveis danos. Este ponto controlado principalmente pelo meio e depende da capacidade de induo que este exerce.Esto envolvidas diretamente neste ponto de controle as protenas do complexo CDK2-Ciclina E que foram sintetizadas ainda no decurso do Ponto de Restrio. Logo aps a mitose aumenta a expresso da ciclina E, esta ciclina se unir CDK 2 formando o complexo ativo conhecido como Fator Promotor da Fase S (FPS)5.FPS s ativo sobre cromossomos pr-replicativos, chamados assim por possurem sobre cada origem de replicao um complexo multiproteico chamado Pre-Replicativo. Este complexo composto pelo Complexo de Reconhecimento de Origem de Replicao (ORC) e pela protena Cdc6, que insere sobre as origens de replicao as protenas de manuteno de minimicrossomos (MCM). As origens de replicao sobre cada lao de cromatina se caracterizam por possuir uma sequncia comum denominada Sequncia de Replicao Autnoma (ARS)5.A velocidade de progresso atravs da fase G1 determinada por um balano entre CDKs e CDIs. Em um determinado ponto, na fase G1 pr-R, a atividade do complexo ciclina D-CDK4/6 suficiente para ultrapassar os efeitos inibitrios dos guardies p16, p21 e p27, levando a hiperfosforilao da protena Rb e dissociao do complexo Rb-E2F. O E2F liberado estimula a expresso de c-myc e induz as ciclinasE e A, que tambm podem ser induzidas por myc. medida que a clula entra em S, o nvel de ciclina E diminui assim a clula completa essa fase (S).Os freios moleculares envolvidos neste ponto de controle so p53 (um fator de transcrio) e p21 (uma CIP). O p53 um dos mais conhecidos supressores tumorais, geralmente se encontra dentro da clula, porm muito instvel porque fica unido a uma outra protena chamada Mdm2, que funciona como um marcador para que p53 se degrade.Mas havendo uma leso no material gentico, enzimas especficas entram em ao para separar a Mdm2 do p53. Separado de seu marcador, p53 no se degrada e permanece na clula, aumentando assim a sua concentrao, isso estimula a sntese de p21 a qual se une a CDK2 e Ciclina E, inibindo ento a ao deste complexo. A consequncia dessa cadeia de acontecimentos a parada do ciclo celular em G1.Durante as fases G1 e G2 o maquinrio celular verifica a integridade do material gentico e, uma vez detectados defeitos no DNA, um sinal disparado a fim de manter a clula num estado estacionrio no qual ela tentar corrigir os erros encontrados. Esse mecanismo depende da protena p53, sendo ela, por esse motivo, considerada a guardi do genoma.No incio do ciclo mittico, o gene p53, atravs do seu fator de transcrio, ativa o gene p21, induzindo sntese da protena p21. Esta inibe a ao de CDKs (quinases dependentes de ciclina), pois se une ao complexo CDK2-ciclina, o que bloqueia a inativao de Rb e, assim, promove a parada do ciclo celular em G1, a fim de que o DNA danificado possa ser reparado.Tambm o processo de reparo dependente de p53, pois esta protena responsvel pela ativao do gene GrowthArrest DNA DamageInducille (GADD-45) que atua corrigindo a leso no DNA. Quando o reparo finalizado, a protena p53 ento degradada pela ao de uma outra protena, a MDM-2, codificada pelo gene mouse Double minute 2 (mdm-2). A p53 se separa do promotor do gen 21, que, por conseqncia deixa de ser sintetizado e reduz os seus nveis. Assim o complexo cdk2-ciclina volta a sua atividade reconduzindo a clula ao ciclo4.Uma alternativa de atuao dap53a danos no reparados, caso a via com a protena pRb no esteja intacta, a induo da apoptose (morte celular programada). Alm disso,p53 tambm promove umcheck pointde S para G2, que depende da integridade do domnio C-terminal do gene. Portanto, quandop53sofre mutaes, as clulas com danos no DNA, que por um processo de seleo natural favorvel, podem desencadear a transformao maligna, escapam do reparo destes danos e de sua destruio, podendo iniciar um clone maligno4.

O nvel crescente de FPS no incio da fase S induz abertura das origens de replicao, ativando as molculas responsveis pela sntese de DNA e induzindo separao do Complexo Pre-R do componente Cdc 6p e MCM. D-se incio ento sntese do material gentico, no sendo mais necessria a presena do FPS, sendo degrada a ciclina E5.

Controle do ponto de verificao em G2No final da mitose ocorre o aumento na expresso da ciclina E que ligada a CDK2 forma o fator promotor da fase S (FPS), o qual s ativo em cromossomos pr-replicativos. So denominados desta forma por possurem sobre cada origem de replicao um complexo conhecido como pr-replicativo. Nas origens de replicao encontra-se a sequencia de replicao autnoma, a esta se une o Complexo de Reconhecimento de Origem de Replicao (ORC)5.O aumento do FPS induz abertura das origens de replicao ativando as molculas responsveis pela sntese de DNA e provocando a separao do complexo Pr-replicativodo componente CDC6 e MCM (Protenas de Manuteno do Microssoma). Assim se inicia a replicao do material gentico, no sendo mais necessrio o complexo promotor da fase S que tm o seu componente mais frgil, a ciclina E, degradado5.A fase G2 o segundo momento no qual a clula avalia a integridade do material gentico, aqui j duplicado, e se prepara para a mitose. A transio de G2 para M requer a formao de um complexo CDK1-ciclinaB, que constituem o chamado Fator de Promoo da Mitose (MPF).Estudos com anfbios revelaram que o MPF destes consistia num complexo proteco de duas subunidades, sendo uma delas uma quinaseproteca com elevada homologia com a cdc2 de levedura. A clonagem do gene cdc2 humano por complementao do mutante cdc2 em levedura de fisso demonstrou que a cinase cdc2 um regulador universal do ciclo celular. A segunda subunidade do MPF uma ciclina, um tipo de protena, entretanto isolada de embries de ourio-do-mar, e que sintetizada e degradada de um modo cclico, em sincronia com o ciclo celular6.A ativao do complexo MPF depende de Cdc25 (uma fosfatase que elimina grupos fosfatos inibidores unidos a aminocidos ubicados no stio chave para o funcionamento da CDK). O MPF ativado pode ento fosforilar uma srie de substratos como a histona H1envolvida na condensao dos cromossomos, lamininaubicada na membrana nuclear e cuja fosforilao provoca a dissoluo do envoltrio nuclear, entre outros. Hoje, sabe--se que este ponto de controle s dispara o sinal para esses processos se o funcionamento de outros genes estiver adequado, ou seja, caso o maquinrio celular verifique a presena de erros no DNA, o sinal no disparado, parando o ciclo celular em G26.

O ponto de controle metfase anfaseO ciclo celular se d numa sequncia de etapas bem definida: primeiro a clula duplica o DNA, depois organiza o DNA em cromtide irms e ento divide os cromossomos entre as clulas filhas. Entre os perodos G2 da interfase e prfase os complexos proticos MPF (Fator de Promoo da Mitose) ativam a condensao dos cromossomos, o rompimento da carioteca e a formao das fibras do fuso de diviso. Para a separao correta das cromtides irms necessrio um delicado equilbrio de processos opostos: a coeso entre as cromtides irms e as foras de separao que as fibras do fuso mittico promovem5.O APC (Complexo Promotor da Anfase) uma ubiquitinaligase essencial tanto para o ciclo mittico quanto para o ciclo meitico. Ele liga cadeias de ubiquitina s suas protenas-alvo funcionando como um marcador para protelise. Ele tambm causa a sada da mitose e pensa-se que ele permanece ativo durante toda a fase G1. Apc controla a degradao de protenas essenciais para a duplicao do DNA, sua atividade diminuda antes da entrada na fase S. Sua inativao tambm permite o acmulo de ciclinas mitticas durante S e G2, e por meio disso, habilita a clula para a prxima mitose5.A coeso entre as cromtides irms promovida por um complexo protico chamado de Coesina, que atua desde a duplicao do DNA e permanece ativo at a separao dos cromossomos. As cromtides irms se unem s fibras do fuso mittico atravs do cinetcoro, regio dos cromossomos onde h associao de complexos proticos com DNA do centrmero5.Quando todas as cromtides irms esto biorientadas e seus cinetcoros esto tensionados, entra em ao o Complexo Promotor de Anfase (APC) em associao com um de seus cofatores de unio a substrato Cdc20 que se ativa ao fim da metfase, adiciona ubiquinina protena Securina. A destruio cataltica da subunidade SCC1 do complexo coesina pela Separase destri a coeso entre as cromtides irms e d incio Anfase7.Em vertebrados, durante a prfase a maior parte das coesinas se dissocia dos cromossomos, permanecendo somente uma pequena parte predominantemente em volta dos centrmeros. Estas coesinas so separadas pela separase na trasio metfase-anfase. Esta separase ativada pela destruio da securina pelo complex APC/CDC207.A atividade do MPF dependente da protena ciclina B, que sintetizada entre o final do perodo G2 da interfase e incio da prfase. Por meio da ao do APC degradado o inibidor da anfase e logo em seguida ocorre tambm degradao da unidade ciclina B do complexo MPF. Na telfase os nveis de ciclina B diminuem e a atividade do MPF baixa8.Este ltimo ponto de controle se encarrega de verificar se todos os cromossomos esto unidos ao fuso mittico. Caso detecte a presena de cinetcoros que no estejam ligados, ele envia um sinal negativo ao sistema de controle bloqueando a ativao das protenas envolvidas na separao das cromtides irms. Inativa, especificamente, o conjunto APC-CDC20, o que inibe a liberao da separao, impedindo que as cromtides irms se separem at que o sinal desaparea.