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Controle do Ciclo Celular Profa Dra Enilza Maria Espreafico
Fases do Ciclo Celular
Fases do ciclo celular – Pontos de controle A maquinaria de replicação é ativada após a passagem pelo ponto de restrição Ponto de restrição Disparo da mitose Transição Metáfase – anáfase
Pontos de monitoramento (checagem) do ciclo celular
Peculiaridades do Ciclo Celula r
Quantificação de células em diferentes fases do ciclo celular G2 e M S G1 Quantidade relativa de DNA por célula (unidade arbitrária)
Modelos experimentais que revelam os fatores regulatórios do ciclo celular
Fusão de células
Identificação dos genes cujos produtos agem em diferentes pontos do ciclo celular – A levedura como organismo modelo.
Experimentos de complementação em levedura
Maturação de ovócitos de Xenopus
Identificação do MPF em Xenopus
Os níveis de ciclina mitótica variam ciclicamente no decorrer do ciclo celular, atingindo seu pico em metáfase e decaindo abruptamente ao final de mitose
Demonstração experimental de que a síntese e degradação de ciclina B são necessárias para a atividade cíclica de MPF
Conclusão :  A ciclina B dispara a mitose e sua degradação é necessária para o término da mitose, em outras palavras, a célula necessita de ciclina para entrar em mitose e precisa degradá-la para sair de mitose.
Como a ciclina é reconhecida para degradação?  Como ela é marcada para degradação? Poliubiquitinação das ciclinas mitóticas Domínio de reconhecimento: caixa de degradação das ciclinas
A degradação de ciclina é dependente de APC (ciclossomo), sendo que a ativação de APC é dependente de Cdk-ciclina.
Ativação do MPF MPF ativa mais MPF
Regulação da atividade quinase de MPF por:  Cdc13  (ciclina B) Wee1   (tirosina quinase-inibitória) CAK  (quinase ativadora de Cdc2) Cdc25  (fosfatase ativadora) ,  remove fosfato inibitório Y15
Efeito de mutações em cdc25 e wee1 Cdc 25 = fosfatase ativadora de CDK Wee1 = Tirosina quinase inibitória
A mitose pode ser estudada em núcleos adicionados a extratos de ovócitos   in vitro Nesse extrato, mRNA, proteínas, peptídeos ou outras substâncias podem ser adicionados para observação dos seus efeitos sobre a progressão mitótica   Observem os resultados experimentais mostrados a seguir e respondam às perguntas:
Condição controle Veja a progressão mitótica - da metáfase ao final da telófase
1- O que ocorre quando a ciclina B é substituída por uma forma mutante não-degradável?
2- O que ocorre quando se adiciona ao extrato excesso do peptídeo  caixa de destruição  da ciclina B? 3- Por que o excesso do peptídeo  causa efeito diferente  do causado pela ciclina B mutante?
2- A ciclina B precisa ser degradada para que a célula deixe a mitose (caso contrário a célula fica detida em anáfase).  Conclusões 1- O disparo da anáfase não requer a degradação da ciclina mitótica (sabemos que a ativação da maquinaria mitótica até este ponto é dependente da ciclina B) 3- O peptídeo que contém o domínio de destruição detém o núcleo em metáfase, portanto, conclui-se que outra proteína além da ciclina B precisa ser degradada para que ocorra a anáfase (segregação dos cromossomos).
A ativação de APC leva a degradação coesinas e o conseqüente disparo da anáfase 1- O bloqueio farmacológico de APC retém a célula em metáfase 2- A presença de ciclina  B não degradável retém a célula em anáfase
Controle da entrada em anáfase e saída da mitose por APC SECURINA Separase inativa Separase ativa Coesinas Coesinas clivadas e dissociadas Securina ubiqüitilada e degradada
O que a Cdk-ciclina M faz para disparar a mitose? Por que a sua degradação é requerida para a saída?  Ex: Atividade coordenada de MPF e fosfatases sobre o envelope nuclear
MPF e fosfatases – inibição e ativação de miosina -- Citocinese
Controle do Ciclo Celular  - G1 ... S ... G2 - Pontos de checagem
Atividade de Cdk-ciclinas de mamífero D1, D2, D3 M-Cdk inativada Hct1-APC ativada CKI acumula-se Baixa produção de ciclina = Supressão de toda atividade Cdk
As principais ciclinas e Cdks em vertebrados: Complexo   Ciclina   Cdk G1-Cdk  ciclina D ( D1, D2 e D3 em mamíferos )   Cdk4/Cdk6 G1/S-Cdk  ciclina E   Cdk2 S-Cdk   ciclina A   Cdk2 M-Cdk ciclina B   Cdk1 Como a célula escapa da estável FASE G1 para iniciar a FASE S??? Sinais extracelulares estimulam a proliferação celular Acúmulo de ciclinas de  G1
Os mecanismos que controlam a entrada em FASE S em células animais –   A proteína RETINOBLASTOMA (Rb) atua como um freio em células de mamíferos
Demonstração de que a ciclina D é necessária para desencadear a fase S em células de mamífero Síntese de DNA visualizada por incorporação de BrdU
Demonstração de que as ciclinas de G1 e G1/S (Cln1, Cln2 e Cln3) regulam entrada em S em levedura +Cln3 -Cln3 +Cln3 -Cln3 Queda de Cln3 > +/-Cln3
Como o sistema de controle do ciclo celular desencadeia o processo de replicação e ao mesmo tempo previne sua ocorrência mais de uma vez por ciclo?
A re-replicação do DNA é bloqueada
Pontos de checagem p53, CIPs e INKs
Como p53 bloqueia o Ciclo Celular em G1
p53 p53 P
Entrada em mitose é bloqueada por replicação incompleta do DNA:  O ponto de checagem da Replicação do DNA ( FASE  S)
Ponto de Checagem do Fuso Mitótico
Mad2 no cinetocoro livre Não-disjunção Falha Ver vídeo
Como é que um único, minúsculo, cinetocoro livre consegue inibir toda a APC da célula?
As células de mamífero dependem de estímulo por fatores extracelulares para romperem a barreira de G1 e poderem proliferar
Sistema geral de controle do Ciclo Celular

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  • 1. Controle do Ciclo Celular Profa Dra Enilza Maria Espreafico
  • 2. Fases do Ciclo Celular
  • 3. Fases do ciclo celular – Pontos de controle A maquinaria de replicação é ativada após a passagem pelo ponto de restrição Ponto de restrição Disparo da mitose Transição Metáfase – anáfase
  • 4. Pontos de monitoramento (checagem) do ciclo celular
  • 6. Quantificação de células em diferentes fases do ciclo celular G2 e M S G1 Quantidade relativa de DNA por célula (unidade arbitrária)
  • 7. Modelos experimentais que revelam os fatores regulatórios do ciclo celular
  • 9. Identificação dos genes cujos produtos agem em diferentes pontos do ciclo celular – A levedura como organismo modelo.
  • 13. Os níveis de ciclina mitótica variam ciclicamente no decorrer do ciclo celular, atingindo seu pico em metáfase e decaindo abruptamente ao final de mitose
  • 14. Demonstração experimental de que a síntese e degradação de ciclina B são necessárias para a atividade cíclica de MPF
  • 15. Conclusão : A ciclina B dispara a mitose e sua degradação é necessária para o término da mitose, em outras palavras, a célula necessita de ciclina para entrar em mitose e precisa degradá-la para sair de mitose.
  • 16. Como a ciclina é reconhecida para degradação? Como ela é marcada para degradação? Poliubiquitinação das ciclinas mitóticas Domínio de reconhecimento: caixa de degradação das ciclinas
  • 17. A degradação de ciclina é dependente de APC (ciclossomo), sendo que a ativação de APC é dependente de Cdk-ciclina.
  • 18. Ativação do MPF MPF ativa mais MPF
  • 19. Regulação da atividade quinase de MPF por: Cdc13 (ciclina B) Wee1 (tirosina quinase-inibitória) CAK (quinase ativadora de Cdc2) Cdc25 (fosfatase ativadora) , remove fosfato inibitório Y15
  • 20. Efeito de mutações em cdc25 e wee1 Cdc 25 = fosfatase ativadora de CDK Wee1 = Tirosina quinase inibitória
  • 21. A mitose pode ser estudada em núcleos adicionados a extratos de ovócitos in vitro Nesse extrato, mRNA, proteínas, peptídeos ou outras substâncias podem ser adicionados para observação dos seus efeitos sobre a progressão mitótica Observem os resultados experimentais mostrados a seguir e respondam às perguntas:
  • 22. Condição controle Veja a progressão mitótica - da metáfase ao final da telófase
  • 23. 1- O que ocorre quando a ciclina B é substituída por uma forma mutante não-degradável?
  • 24. 2- O que ocorre quando se adiciona ao extrato excesso do peptídeo caixa de destruição da ciclina B? 3- Por que o excesso do peptídeo causa efeito diferente do causado pela ciclina B mutante?
  • 25. 2- A ciclina B precisa ser degradada para que a célula deixe a mitose (caso contrário a célula fica detida em anáfase). Conclusões 1- O disparo da anáfase não requer a degradação da ciclina mitótica (sabemos que a ativação da maquinaria mitótica até este ponto é dependente da ciclina B) 3- O peptídeo que contém o domínio de destruição detém o núcleo em metáfase, portanto, conclui-se que outra proteína além da ciclina B precisa ser degradada para que ocorra a anáfase (segregação dos cromossomos).
  • 26. A ativação de APC leva a degradação coesinas e o conseqüente disparo da anáfase 1- O bloqueio farmacológico de APC retém a célula em metáfase 2- A presença de ciclina B não degradável retém a célula em anáfase
  • 27. Controle da entrada em anáfase e saída da mitose por APC SECURINA Separase inativa Separase ativa Coesinas Coesinas clivadas e dissociadas Securina ubiqüitilada e degradada
  • 28. O que a Cdk-ciclina M faz para disparar a mitose? Por que a sua degradação é requerida para a saída? Ex: Atividade coordenada de MPF e fosfatases sobre o envelope nuclear
  • 29. MPF e fosfatases – inibição e ativação de miosina -- Citocinese
  • 30. Controle do Ciclo Celular - G1 ... S ... G2 - Pontos de checagem
  • 31. Atividade de Cdk-ciclinas de mamífero D1, D2, D3 M-Cdk inativada Hct1-APC ativada CKI acumula-se Baixa produção de ciclina = Supressão de toda atividade Cdk
  • 32. As principais ciclinas e Cdks em vertebrados: Complexo Ciclina Cdk G1-Cdk ciclina D ( D1, D2 e D3 em mamíferos ) Cdk4/Cdk6 G1/S-Cdk ciclina E Cdk2 S-Cdk ciclina A Cdk2 M-Cdk ciclina B Cdk1 Como a célula escapa da estável FASE G1 para iniciar a FASE S??? Sinais extracelulares estimulam a proliferação celular Acúmulo de ciclinas de G1
  • 33. Os mecanismos que controlam a entrada em FASE S em células animais – A proteína RETINOBLASTOMA (Rb) atua como um freio em células de mamíferos
  • 34. Demonstração de que a ciclina D é necessária para desencadear a fase S em células de mamífero Síntese de DNA visualizada por incorporação de BrdU
  • 35. Demonstração de que as ciclinas de G1 e G1/S (Cln1, Cln2 e Cln3) regulam entrada em S em levedura +Cln3 -Cln3 +Cln3 -Cln3 Queda de Cln3 > +/-Cln3
  • 36. Como o sistema de controle do ciclo celular desencadeia o processo de replicação e ao mesmo tempo previne sua ocorrência mais de uma vez por ciclo?
  • 37. A re-replicação do DNA é bloqueada
  • 38. Pontos de checagem p53, CIPs e INKs
  • 39. Como p53 bloqueia o Ciclo Celular em G1
  • 41. Entrada em mitose é bloqueada por replicação incompleta do DNA: O ponto de checagem da Replicação do DNA ( FASE S)
  • 42. Ponto de Checagem do Fuso Mitótico
  • 43. Mad2 no cinetocoro livre Não-disjunção Falha Ver vídeo
  • 44. Como é que um único, minúsculo, cinetocoro livre consegue inibir toda a APC da célula?
  • 45. As células de mamífero dependem de estímulo por fatores extracelulares para romperem a barreira de G1 e poderem proliferar
  • 46. Sistema geral de controle do Ciclo Celular