Ciclo Celular e Divisão Celular (Mitose e Meiose)

1. Ciclo Celular e Divisão Celular (Mitose e Meiose) Fernanda Machado Barbieri Disciplina de Genética, Evolução e Biologia Molecular Setembro de 2005

2. CICLO CELULAR • Eventos que preparam e realizam a divisão celular • Mecanismos responsáveis pelo crescimento e desenvolvimento • Células somáticas  célula duplica seu material genético e o distribui igualmente para duas células-filhas • Processo contínuo dividido em 2 fases principais: • INTÉRFASE • MITOSE

3. CICLO CELULAR • Célula encaminhada à progressão no ciclopor mecanismos de regulação relacionados a • crescimento • multiplicação • diferenciaçãocelular • condição de latência. • Falhas nos mecanismos célula pode ser • encaminhada para apoptose (morte celular programada) • desenvolvimento tumoral

4. CICLO CELULAR Fases do Ciclo: • G1: 12 horas • S: 7 a 8 horas • G2: 3 a 4 horas • M: 1 a 2 horas • Total: 24 horas

5. CICLO CELULAR • Sinais químicos que controlam o ciclo provêm de fora e de dentro da célula • Sinais externos: > Hormônios > fatores de crescimento • Sinais internos são proteínas de 2 tipos: > ciclinas > quinases (CDKs)

6. CICLO CELULARFatores de Crescimento • Fatores de crescimento liberados ligam-se a receptores de membrana das células alvo • Complexo receptor-ligante ativa produção de sinalizadores intracelulares • Sinalizadores ativam cascata de fosforilação intracelular, induzindo a expressão de genes • Produto da expressão destes genes  componentes essenciais do Sistema de Controle do Ciclo celular (composto por CDKs e Ciclinas)

7. CICLO CELULARIntérfase • Fase mais demorada (90% a 95% do tempo total gasto durante o ciclo) • Atividadebiossintetica intensa • Subdividida em: G1, S e G2 • O Ciclo pode durar algumas horas (células com divisão rápida, ex: derme e mucosa intestinal) até meses emoutros tipos de células

8. CICLO CELULARIntérfase • Alguns tipos de células (neurônios ehemácias) não se dividem e permanecemparadas durante G1 em uma faseconhecida como G0 • Outrasentram em G0 e após um dano ao órgão voltam a G1 e continuam o ciclo celular (ex: células hepáticas)

9. CICLO CELULARIntérfase G1 • Intensa síntese de RNA e proteínas • aumento do citoplasma da célula-filha recém formada • Se refaz o citoplasma, dividido durante a mitose • Cromatina não compactada e não distinguível como cromossomos individualizados aoMO • Pode durar horas ou até meses • Inicia com estímulo de crescimento e posterior síntese de ciclinas quevão se ligar as CDKs (quinases)

10. CICLO CELULARIntérfase G1 • Ciclinas ligadas às quinases vão agir no complexo pRb/E2F, fosforilando a proteína pRb • Depois de fosforilada, libera o E2F, ativa a transcrição de genes que geram produtos para que acélula progrida para a fase S • Se pRbnão for fosforilada, permaneceligada ao E2F  não progressão do ciclo celular

11. CICLO CELULARIntérfase G1 • Muitos casos deneoplasias malignas associados a mutações no genecodificadorda pRb • A proteína pode ficar permanentemente ativa, estimulando acélula a continuar a se dividir

12. CICLO CELULARIntérfase Fase S • Duplicação do DNA • aumenta a quantidade deDNA polimerase e RNA; • Mecanismos responsáveis pela progressão da célula ao longo da fase S e para G2 não estão muito claros • ComplexociclinaA/Cdk2 importantefunção antes da síntese de DNA, fosforilando proteínas envolvidas na origem de replicação do DNA • Fator Promotor da Mitose (MPF ou ciclinaB/cdc2), protege a célula de segunda divisão no DNA até que entre na mitose

13. CICLO CELULARIntérfase G2 • Tempo para o crescimento celular e para assegurar completa replicação do DNA antes damitose • Pequena síntese de RNA e proteínas essenciais para o início da mitose • Inicia-se a condensação da cromatina para que a célula possa progredir paraa mitose • Há checkpoints exercidos peloMPF, que está inativo durante quase toda a faseG2, mas quando ativado encaminhaa célula à mitose

14. Controle do Ciclo Celular • Regulado para parar em pontos específicos onde são feitos os reparos • Proteínas endógenas funcionam como pontos de controle  garantem ocorrência adequada dos eventos relacionados ao ciclo • São reconhecidos estes checkpoints: • Em G1 antes da célula entrar na fase S • Em G2 antes da célula entrar em mitose • E checkpoint do fuso mitótico

15. Controle do Ciclo Celular Controladores negativos • CKIs (Inibidores de Cdk): proteínas que interagem com Cdks, bloqueando sua atividade de quinase • Complexo ubiquitina de degradação de proteína: degrada ciclinas e outras proteínas para promover a progressão do ciclo celular

16. Controle do Ciclo Celular Checkpoint G1-S • Principal controlador: p53 • Freqüentemente alvo para mutações em um grande número de patologias • Perda de expressão  aumento da proliferação celular • Transcrição do gene da quinase p21 = bloqueio do complexo que fosforila pRb= pára a progressão do ciclo = reparo do DNA ou morte celular programada

17. Controle do Ciclo Celular CKI p27 • Atua ao término de G1 e bloqueia a atividade de quinase do complexo ciclinaE/Cdk2, causando parada no ciclo celular

18. Controle do Ciclo Celular Checkpoint G2-M • As ciclinas mitóticas ligam-se a proteínas CdK formando MPF que é ativado por enzimas e desencadeiam eventos que levam a célula a entrar em mitose. • O complexo é desfeito pela degradação da ciclina quando a célula esta entre a metáfase e anáfase induzindo a célula a sair da mitose.

19. Controle do Ciclo Celular Checkpoint do fuso mitótico • Monitora a ligação dos cromossomosaos microtúbulos do fuso mitótico • Garante a segregação idêntica domaterial genético entre as células-filhas • Preservar a integridade do genoma emnível cromossômico

20. CONTEÚDO DE DNA • Célula diplóide inicia a mitose 46cromossomos e conteúdo de DNA de 4C(cada cromossomo éformado por duas moléculas de DNA unidas pelo centrômero) • Final damitose células-filhas apresentam também 46 cromossomos, porémum conteúdo de DNA de 2C

21. MITOSE

22. MITOSE • Conceito: divisão de células somáticas, pela qual o corpo cresce, diferencia-se e efetua a regeneração dos tecidos • As células-filhas recebem conjunto de informações genéticas (idêntico ao da célula parental) • O número diplóide de cromossomos é mantido nas células filhas

23. MITOSEFases • Prófase • Prometáfase • Metáfase • Anáfase • Telófase

24. MITOSEPrófase • Cromatina condensa-seem cromossomos definidos, ainda não visíveis ao microscópio óptico • Cadacromossomo  duas cromátides-irmãs conectadas por um centrômero,em cada cromátide será formado um cinetócoro (complexos protéicosespecializados) • Os microtúbulos citoplasmáticossão desfeitos e reorganizados no fusomitótico, irradiando-se a partir dos centrossomos à medida que estes migram para os pólos da célula

25. MITOSEPrófase  Início da Prófase Final da Prófase

26. MITOSEPrometáfase • Fragmentação do envoltório nuclear e movimentação do fuso mitótico • Microtúbulos do fusoentram em contato com os cinetócoros, que se fixam a algunsmicrotúbulos • Os microtúbulos que se ligam aos cinetócoros  microtúbulos do cinetócoro, tencionam os cromossomos, que começam a migrar em direção ao plano equatorial da célula

27. MITOSEPrometáfase

28. MITOSEMetáfase • Cromossomos compactação máxima, alinhados no plano equatorial da célula pela ligação dos cinetócoros a microtúbulos de pólos opostos do fuso • Como os cromossomos estão condensados, são mais visíveis microscopicamente nessa fase

29. MITOSEMetáfase

30. MITOSEAnáfase • Inicia com a separaçãodas cromátides irmãs (divisão longitudinal dos centrômeros) • Cadacromátide (cromossomo filho) é lentamente movida em direçãoao pólo do fuso a sua frente

31. MITOSEAnáfase Início da Anáfase Fim da Anáfase

32. MITOSETelófase • Cromossomos filhos estão presentes nos dois pólos da célula • Inicia-se a descompactação cromossômica, desmontagem do fuso ereorganização dos envoltórios nucleares ao redor dos cromossomos filhos

33. MITOSECitocinese • Clivagem do citoplasma (processo começa durante a anáfase) • Sulco de clivagem no meio da célula, que vai aprofundando-se • Separação das duas células filhas

34. MITOSECitocinese

35. MEIOSE

36. MEIOSE • Células germinativasinicia com uma célula diplóide e termina em 4 células haplóides geneticamente diferentes entre si • Na meiose há a preservação do número cromossômico diplóide nas células humanas (gametas formados númerohaplóide) • Tem uma única duplicação dogenoma, seguida de 2 ciclos de divisão: a meiose I e a meiose II

37. MEIOSE I • Divisão reducional = são formadas duas células haplóides a partir de uma diplóide • Obtenção do número de cromossomos haplóide, mas com conteúdo de DNA ainda duplicado

38. MEIOSE IPrófase I Os cromossomos condensam-se continuamente Subfases: • Leptóteno • Zigóteno • Paquíteno • Diplóteno • Diacinese

39. MEIOSE IPrófase I Leptóteno •  grau de compactação da cromatina • Nucléolo vai desaparecendo • Cromossomos formados por 2 cromátides-irmãs (2 moléculas de DNA idênticas)

40. MEIOSE IPrófase I Zigóteno • Pareamento preciso dos homólogos (cromossomos materno e paterno do par) = SINAPSE • Formação de 23 BIVALENTES (cada bivalente = 2 cromossomos homólogos com 2 cromátides cada = tétrade = 4 cromátides) • Os cromossomos X e Y não são homólogos, mas possuem regiões homólogas entre si

41. MEIOSE IPrófase I Zigóteno • Formação de estruturas fundamentais para a continuidade da meiose - COMPLEXO SINAPTONÊMICO e NÓDULOS DE RECOMBINAÇÃO, importantes para a próxima fase da Prófase I

42. MEIOSE IPrófase I Paquíteno • Sinapse completa e as cromátides estão em posição para permitir o crossing-over (troca de segmentos homólogos entre cromátides não-irmãs do par de cromossomos homólogos) • Homólogos devem se manter unidos pelo complexo sinaptonêmico para ocorrer crossing-over • Crossing-over formação dos QUIASMAS = locais de troca física de material genético

43. MEIOSE IPrófase I Diplóteno • Desaparece o CS • Os dois componentes de cada bivalente começam a se repelir • Cromossomos homólogos se separam, mas centrômeros permanecem unidos e conjunto de cromátides-irmãs continua ligado • Os 2 homólogos de cada bivalente mantêm-se unidos apenas nos quiasmas (que deslizam para as extremidades devido à repulsão dos cromossomos)

44. MEIOSE IPrófase I Diacinese • Cromossomos atingem condensação máxima • Aumenta a separação dos homólogos e a compactação da cromatina.

45. MEIOSE IMetáfase I • Membrana nuclear desaparece; forma-se o fuso • Cromossomos pareados no plano equatorial (23 bivalentes) com seus centrômeros orientados para pólos diferentes

46. MEIOSE IAnáfase I • Os 2 membros de cada bivalente se separam = separação quiasmática (disjunção), os centrômeros permanecem intactos • O número de cromossomos é reduzido a metade = haplóide • Os conjuntos materno e paterno originais são separados em combinações aleatórias • Anáfase I é a etapa mais propensa a erros chamados de não-disjunção (par de homólogos vai para o mesmo pólo da célula)

47. MEIOSE IAnáfase I

48. MEIOSE ITelófase I • Os 2 conjuntos haplóides de cromossomos se agrupam nos pólos opostos da célula • Reorganização do nucléolo, descondensação da cromatina e formação do envoltório nuclear

49. MEIOSE ICitocinese • Célula divide-se em 2 células-filhas com 23 cromossomos cada, 2 cromátides em cada cromossomo, = conteúdo 2C de DNA em cada célula-filha • Citoplasma é dividido de modo igual entre as duas células filhas nos gametas formados pelos homens

50. MEIOSE IIntérfase • Fase breve • Sem fase S ( = não há duplicação do DNA)