Profa. Dra. Ana Elizabete Silva

Ciclo celular normal e pontos de checagem:

-os eventos do ciclo celular ocorrem em uma ordem fixa

-Deve ativar enzimas no tempo correto e desativá-las logo após o término do processo

-deve assegurar que cada estágio do ciclo tenha terminado antes de iniciar o próximo

de tamanho: crescimento da célula antes da replicaçãoG1

G2

de tamanho:verificar

a replicação DNA

Estapas da Proliferação Celular:Estímulo mitogênico: ligação do fator de crescimento-receptor

Ativação do receptor de fator de crescimento ativa proteínas transdutoras de sinal

Transmissão do sinal pelas proteínas de transdução de sinal para o núcleo

Indução e ativação de fatores de transcrição iniciam trasncrição DNA

Progressão G1-S divisão celular

Caminhos da célula durante a divisão celular

Controle do Ciclo Celular

Proteíno-quinases: ativadas ciclicamente → fosforilação → transferência de um grupo fosfato do ATP → aa na proteína alvo

(treonina, serina)

Ciclinas: varia de concentração de maneira cíclica durante o ciclo celular (↑ intérfase e ↓ mitose) → não possuem atividade enzimática por si. -função: ativar as Cdk

Quinases dependentes de ciclinas: (Cdk) → são ativadas após fosforilação pelas ciclinas → conduzem o ciclo celular pela fosforilação de proteínas alvo para progressão das células no ciclo celular

Regulação das CDK pela degradação das ciclinas

Ciclina D

Cdk4

Ciclina D-Cdk4

Cdk2

Ciclina A

Ciclina A-Cdk2

Controle do Ciclo Celular

Proteínas Inibidoras de Cdk:

-se algum estágio do ciclo celular for retardado o sistema controle atrasa a ativação do estágio seguinte → ação de proteínas que podem parar o ciclo celular nos pontos de checagem → inibidores de Cdk) bloqueiam a montagem ou atividade dos complexos de Ciclina-Cdk

-famílias Cip/Kip: p21, p27 e p57 e INK4/ARF : p16 e p14

-Ponto de checagem G1: regulado pela proteína p53 → estimula a transcrição de um gene responsável por uma proteína inibidora de Cdk → p21 → liga-se ao complexo ciclina-Cdk de fase S → bloqueando sua ação

Como a p53 bloqueia o Ciclo Celular

Controle do Ciclo Celular

Decisões no Ponto de Checagem G1:

-Parar ou Continuar divisão: diferente da pausa em G1-S para acertos da célula como reparo

-a célula pode progredir para completar um outro ciclo celular

-pode parar temporariamente até atingir condições corretas

-ou retirar-se do ciclo totalmente e entrar em G0 (dias , semanas ou anos): Ex.: células nervosas e músculo esquelético não sofrem divisão → entram em G0 → desaparecimento de Cdk e ciclinas

-células hepáticas: sofrem divisão uma vez a cada 1-2 anos

-células epiteliais do intestino: dividem-se mais de 2 vezes por dia

-Após G1: avança ciclo celular rápido: 12-24horas

Proliferação Celular: Fatores de Crescimento

Proliferação Celular: controlada, cada célula sofre divisão apenas quando necessário → crescimento ou reposição

Sinal químico estimulador → Fator de Crescimento

Ligam-se a receptores específicos da membrana celular → estimulam o crescimento e divisão celular

Exemplos:

PDGF: fator de crescimentos de plaquetas

FGF: fator de crescimento de fibroblastos

EGF: fator de crescimento epidérmico

HGF: fator de crescimento de hepatócitos

Proliferação Celular Estimulada pelos Fatores de Crescimento

Proliferação Celular Normal x Descontrolada (Oncogene)

BASE MOLECULAR DO CÂNCER

Base Genética do Câncer

Mutações Mutações gênicasgênicas

DesregulaçDesregulação do ciclo ão do ciclo

celularcelularProliferação Proliferação

celular celular descontroladescontrola

dada

CâncerCâncer

- OncogenesOncogenes

- Genes supressores Genes supressores de tumorde tumor

- Genes de reparo do - Genes de reparo do DNADNA

MUTAÇÕES GÊNICAS E CÂNCER

A-Genes que controlam o ciclo celular e apoptose:

Proto-oncogenes : ativação do ciclo celular proliferação celular

Genes supressores: bloqueio do ciclo celular: perda de função proliferação celular

B-Genes de reparo do DNA: mutações em genes celulares (oncogenes e genes supressores) INSTABILIDADE GENÔMICA

CLASSES DE GENES ASSOCIADOS COM O CÂNCER

Décadas 70-80: estudo citogenético em tumores sólidos identificação de cromossomos e regiões

cromossômicas diferentes alterações

•Perda: deleção monossomia

•Ganho: duplicação,

amplificação trissomia, poliploidia•Relocação:

translocação inversãoinserção

t(9;22): LMC

t(8;14): Linfoma de Burkitt

t(11;22): sarcoma de Ewing

t(3;8): adenoma pleomorfo

CULTURA CELULAR E BANDA G

LESÕES RETARDAM PROGRESSÃO DO

CICLO CELULAR

Danos DNA

Bloqueio do

ciclo celular

(Checkpoint)

Reparo do DNA

Apoptose

Proteína ATMIdentifica lesão no DNA

Sinal p/ p53 → Ativar Genes Reparo DNA

Esquema geral para mecanismos de oncogênese:

-pela ativação de proto-oncogene,

-mutação ou perda de genes supressores tumorais,

-ativação de genes anti-apoptóticos ou perda de genes pró-apoptóticos

O QUE SÃO ONCOGENES?

Proto-oncogene: genes promotores do crescimento e

diferenciação celulares contraparte normal de um oncogene (sem mutação).

Mutação Dominante Ganho de função

Oncogene: genes mutados cuja expressão alterada estimula a proliferação celular de forma anormal.

Quais são as funções dos produtos

dos oncogenes?

componentes da maquinaria que coordenam

o ciclo celular: estimulam

a proliferação celular:

•fatores de crescimento

•receptores

•transdutores de sinais

•fatores de transcrição

Oncogenes frequentemente alteram a função das vias dos fatores de crescimento

Fatores de crescimento: super produção crescimento continuado. Ex.: TGF-PDGF, HGF, FGF

Receptores: mutação ou amplificação de genes que codificam receptores aumenta a sinalização. Ex.: ErbB-1,2, c-MET

Transdução de sinal: mutações em genes que codificam mensageiros secundários.Ex.: Ras, Raf, ABL induz ativação constitutiva e promove o crescimento.

Fatores de transcrição : mutação induz ativação constante de genes imediatos e crescimento celular.Ex.: Jun, Fos, c-MYC

COMO OS ONCOGENES TORNAM-SE ATIVADOS E CAUSAM CÂNCER EM

CÉLULAS HUMANAS?

•Mutação de Ponto: proteína estrutural e funcionalmente aberrante

•Aberrações Cromossômicas (Rearranjos Cromossômicos): proteína quimérica ou expressão elevada

•Amplificação Gênica: super expressão de proteína estruturalmente normal

•Inserção de DNA viral: inserção de oncogenes-virais

MUTAÇÃO DE PONTO: ONCOGENE H-RAS

•Mutação do aminoácido 12: glicina valina (câncer bexiga, mama, cólon) •Causa mudança na conformação da proteína ras que não pode converter GTP GDP, que permanece ativado induzindo a proliferação celular progressão para o câncer

GDP

Ras inativa

GTP

Ras ativa

xOncoproteína bloqueada: sinal permanece ligado – ativa continuamente a quinase seguinte

MODELO DE AÇÃO DO GENE RAS

REARRANJOS CROMOSSÔMICOS

• Espressão desregulada de proto-oncogenes

Translocação cromossômica:

Leucemia mielóide crônica: t(9;22)(q34;q11) proteína quimérica (truncada) abl/bcr atividade de quinase aumentada

REARRANJOS CROMOSSÔMICOS

Linfoma de Burkitt:

t(8;14): gene c-myc é ativado expressado em níveis elevados contribue para o câncer

AMPLIFICAÇÃO

Aumento do número de cópias (dezenas-centenas de vezes) de oncogenes (erros de replicação do DNA): c-Myc, Her-2/Neu, CCND1

Double minutes (DM): DNA circular extracromossômico

Regiões Homogeneamente Coradas (HSR): intracromossômico

GENES SUPRESSORES DE TUMOR

•Regulam negativamente o crescimento celular e desenvolvimento do tumor: quando mutados ou deletados o controle do ciclo celular é perdido.

Padrão Recessivo Perda de Função •Experimentos com fusão celular:

células normais x células tumorais células tumorais híbridas voltam ao estado normal.

Funções Bioquímicas dos Genes Supressores de Tumor

Produção de moléculas de superfície: proteínas transmembranas transmissão de sinais negativos

inibição por contato: DCC (inibição por contato)

Moléculas que regulam a transdução de sinais: enzimas que impedem a fosforilação das proteínas da membrana relacionadas com a emissão de sinais para o núcleo: NF1 (inativa ras)

Moléculas que regulam a transcrição nuclear: p53 e RB

RETINOBLASTOMA – RB – 13q14

•Primeiro gene supressor de tumor descoberto tumor de retina•Atuam recessivamente: ambas as cópias devem ser perdidas para a perda da função celular• Teoria de Knudson: “Dois Eventos de Mutação” • primeiro alelo herdado com mutação (1o. Evento) • alelo normal perdido ou mutado na infância (2o. Evento) células da retina

•Perda de Heterozigose (LOH): perda do alelo (frequentemente por deleção ou monossomia)

•RB: controla a entrada do ciclo celular regula o ponto de restrição G1 S

Ação do produto do gene RB1:

Hipótese de dois Eventos Mutacionais

Retinoblastoma bilateral•Hereditário (40%)

•Mutação da linhagem germinativa•Início precoce

Retinoblastoma unilateral•Esporádico (60%)•Mutação somática

•Início tardio

Tumor maligno de retina

Incidência: 1:20.000

GENE TP53 – GUARDIÃO DO GENOMA

•TP53 : (17p13) segundo principal gene supressor de tumor descoberto•Mutado em ~ 50 % dos tumores humanos

Mutagênese aumentada: quando a célula perde TP53 ela também perde o controle do ciclo celular que é necessário para reparo do DNA lesado aumento de células com mutações

Perda da apoptose: importante ativador da morte celular programada muitas células falham em entrar em apoptose em resposta a lesões no DNA.

p53 E ESTABILIDADE GENÔMICA

célula normal

lesão do DNA Bloqueio em G1

APOPTOSE

REPARO DO DNAp53p53

Ativação da transcrição

PAPEL DO TP53 E INTEGRIDADE DO GENOMA

Atuação da p53 no ciclo Atuação da p53 no ciclo celularcelularmutação herdada do mutação herdada do TP53TP53 : Síndrome de Li- : Síndrome de Li-Fraumeni (sarcomas, osteossarcomas, tumores de Fraumeni (sarcomas, osteossarcomas, tumores de mama, cérebro, córtex adrenal e leucemia).mama, cérebro, córtex adrenal e leucemia).

CÂNCER HEREDITÁRIO CAUSADO POR MUTAÇÕES EM GENES SUPRESSORES

Polipose adenomatosa do cólon (FAP): APC (5q21) Câncer hereditário cólon não-poliposo (HNPCC):

MSH2, MLH1 (2p16, 3p21) Câncer de mama e ovário: BRCA1 (17q21) Câncer de mama de início precoce: BRCA2 (13q12) Síndrome de Li-Fraumeni: TP53 (17p13) Retinoblastoma: RB1 (13q14) Ataxia telangiectasia: ATM (11q22) Tumor de Wilms: tumor renal – WT1 (11p13)

•Mutação da linhagem germinativa•5-10% tumores sólidos

•Tumores múltiplos e bilaterais•Início precoce

CÂNCER DE MAMA

• 20% mulheres até 50 anos e ~10% até 80 anos

•Prevalência (EUA): 180.000 casos novos/ano e 46.000 óbitos/ano

•5-10% - forma hereditária da doença

•Início precoce (pré-menopausa) e bilateral

•Associado a risco elevado de câncer de ovário

• metade: mutações em BRCA1 (17q21) e BRCA2 (13q12-13)

•BRCA1 e BRCA2 –proteínas nucleares

• abundantes na fase S do ciclo celular: reparo de quebras duplas (reparo recombinacional)

• BRCA1 ou BRCA2 defeituosos – desenvolvimento de câncer de mama ou ovário

O Câncer desenvolve por evolução clonal

•Desenvolve de uma única célula alterada (cerca de 10 ou mais mutações → seleção)

•Iniciação: alteração genética de uma célula (mutação) vantagem de crescimento ou sobrevivência

•Promoção do tumor: agentes como hormônios ou trauma, ou mudanças que aumentam a evolução clonal, estimulam o crescimento celular.

• Evolução Clonal: base para o desenvolvimento do câncer (anos). Evolução continuada de mais células malignas que crescem ou sobrevivem melhor desenvolvimento e progressão tumoral.

•Progressão tumoral: desenvolvimento do câncer requer pequenos múltiplos passos (mutação e seleção). Cada passo confere a célula uma vantagem adicional de sobrevivência ou crescimento (necessidade reduzida para fatores de crescimento ou resistência a apoptose)

Câncer de Cólon desenvolve por progressão de múltiplos passos

•Iniciação: pode ser causada por carcinógenos da dieta (nitrosaminas) mutação de APC

•células iniciadas vantagem proIiferativa: uma via de fator de crescimento pode ser constantemente ligada por mutação no gene K-Ras células crescem sobre as vizinhas (hiperplasia adenoma)

•Mutações adicionais seleção de células com vantagem proliferativa e de sobrevivência: inativação do gene TP53 permite uma taxa mais rápida de mutagênese (adenoma inicial adenoma tardio)

•Outra mutação converte adenoma em carcinoma: mutação na produção de proteases invasão de outros tecidos. Ex. -18 (DCC), -17 e outros cromossomos

APC

K-Ras

TP53, DCC