Ponto de Checagem do Fuso Mitótico (Spindle Checkpoint) Niara Oliveira Disciplina de Genética...

Ponto de Checagem do Fuso Mitótico

(Spindle Checkpoint)

Niara Oliveira

Disciplina de Genética Humana

O que é

Um mecanismo de controlemecanismo de controle que monitora a execução dos eventos celulares e impede o início de eventos subseqüentes até que o

processo anterior seja executado com sucesso1.

São denominados mecanismos de ‘controle ‘controle de qualidade’de qualidade’ do ciclo celular das células

eucarióticas1.

1 Lopes C S et al The Spindle Checkpoint: from normal cell division to tumorigenesis Arch Med Res 34 (2003) 155-165

O que é

Há três tipos de checkpoints descritos:- checkpoint de dano do DNA (bloqueia o

ciclo celular nas fases G1, S, G2 ou mesmo durante a mitose);

- checkpoint de replicação do DNA (monitora a progressão através da fase S);

- checkpoint do fuso mitótico (monitora a divisão celular)1.

Estrutura

De uma maneira geral, todos os checkpoints possuem 3 componentes essenciais:

- um sensorsensor, que monitora o processo;- um transdutortransdutor, que sinaliza quando o

processo não se completa adequadamente;- um alvoalvo, que responde ao sinal inibindo

eventos subseqüentes1.

Principais Componentes

As principais proteínas envolvidas no ponto de checagem são:

- MAD2MAD2 (=“mitotic arrest deficient”), codificada pelo gene de mesmo nome localizado no

cromossomo 4q27²;

² Cahill D P et al Characterization of MAD2B and other mitotic spindle checkpoint genes Genomics 58,181-187, 1999

Principais Componentes

- - BUB1BUB1 (=“budding uninhibited by benzimidazole”) codificada pelo gene de

mesmo nome localizado no cromossomo 2q12-143.

3Cahill DP et al Mutations of mitotic checkpoint genes in human cancer Nature 392, 300-303, 1998

Como funciona

O checkpoint do fuso mitótico monitora a ligação dos cromossomos aos

microtúbulos durante a divisão celular e está apto a impedir a progressão desse processo, garantindo, dessa maneira, a

segregação idêntica do material genético entre as células-filhas1.

Como funciona

No início da divisão celular, uma proteína especializada, chamada cinetócorocinetócoro,

localizada em cada cromátide na região centromérica, captura os microtúbulos que vêm de cada um dos dois pólos do

fuso.

Como funciona

Como funciona

O cinetócoro é essencial pois é a estrutura que sinaliza para a ativação do

checkpoint!

Como funciona

Para que a segregação cromossômica seja correta, cada cinetócoro deve estar ligado a microtúbulos que se originem em pólos pólos

opostosopostos do fuso.

Como funciona

Se a célula inicia a anáfase e começa a segregação cromossômica sem que todas as

cromátides-irmãs tenham estabelecido conexões com ambos os pólos do fuso,

algumas células irão herdar duas cópias de um cromossomo, enquanto outras,

nenhuma.

Como funciona

O ponto de checagem do fusoponto de checagem do fuso detecta a presença de até um único microtúbulo

que não esteja ligado ao cinetócoro correspondente e atrasa a progressão do atrasa a progressão do processo de divisão celularprocesso de divisão celular até que esse

cinetócoro capture o microtúbulo do pólo oposto do fuso 4.

4 Sluder G et al The Mad Ways of Meiosis Science 289, 254-255, 2000

Como funciona

Também, se um dos microtúbulos ligados a um cinetócoro não estiver exercendo tensão

suficiente neste, é ativado o ponto de checagem do fuso 4.

Como funciona

Para que a célula entre na anáfase, duas condições devem ser satisfeitas:

- o conjunto completo de microtúbulos deve estar ligado aos cinetócoros, garantindo a captura de todos os cromossomos pelo fuso

- deve haver ligação adequada entre os cinetócoros das cromátides-irmãs, garantindo que o cromossomo esteja alinhado na placa metafisária1.

Para entender como funciona a nível molecular a regulação pelos checkpoints, precisamos conhecer todo o mecanismo

molecular que rege a mitose.

Controle Molecular da Mitose

IntérfaseIntérfase: Checkpoint G2/M ativação do complexo promotor da mitose (MPF)

Início da MitoseMitose (prófase metáfase) Checkpoint Mitótico: OK!OK!

Ativação do complexo APC/Cdc20 início da anáfase e progressão do ciclo (telófase)

Fim do ciclo de divisão celular IntérfaseIntérfase

5Nigg E A et al Mitotic kinases as regulators of cell division and its checkpoints Nature Reviews 2, 21-31, 2001

Controle Molecular da Mitose

Mecanismo Molecular do Checkpoint Mitótico

Mudanças estruturais induzidas pela não-ligação do cinetócoro ao microtúbulo

(e/ou tensão adequada) são transmitidas como um sinal bioquímicosinal bioquímico, através de

reações de fosforilação, culminando em interações molecularesinterações moleculares entre entre BUB, MADBUB, MAD

e o cinetócoro e o cinetócoro 55..

Mecanismo Molecular do Checkpoint Mitótico

Os cinetócoros não ligados aos microtúbulos funcionam como locais de

contínua sinalização e liberação de complexos proteínas proteínas MAD2 - ciclinasMAD2 - ciclinas. Com a ligação dessas ciclinas à MAD2,

fica inativadoinativado o complexo APC – interrompendointerrompendo a progressão do ciclo

celular.

Mecanismo Molecular do Checkpoint Mitótico

Mecanismo Molecular do Checkpoint Mitótico

Quando o último cinetócoro livre se liga, cessa a produção de complexos

inibitórios, permitindo às ciclinas que se dissociem da MAD2 e se ligem ao APC,

ativando-o. O resultado desse processo é a degradação das proteínas inibidoras da degradação das proteínas inibidoras da

anáfaseanáfase (securinas e ciclinas), dando início a ela 5.

Mecanismo Molecular do Checkpoint Mitótico

Cinetócoro não-ligado/tensão inadequada !!Ativação do Checkpoint!!

Liberação de complexos MAD2/Cdc20

Inativação do APC STOPSTOP na Mitose ! !!OK!!OK das proteínas do Checkpoint mitótico!!

Dissociação do complexo MAD2/Cdc20 Ligação APC/Cdc20

Ativação do APC Progressão para a Anáfase

Erros no Ponto de Checagem do fuso

Erros no ponto de checagem do fuso, por mutações em genes que codificam

elementos que participam desse processo, produzem elevadas taxas de eventos de

segregação cromossômica desigualsegregação cromossômica desigual, formando células portadoras de um conjunto cromossômico alterado 4.

Erros no Ponto de Checagem do fuso

Durante a MITOSEMITOSE- perdas momentâneasperdas momentâneas da função da

MAD2 em mitoses pós-zigóticas podem levar mosaicismo cromossômico para determinada trissomia

- perdas definitivasperdas definitivas da função da MAD2 em mitoses somáticas podem desencadear processo neoplásico

Erros no Ponto de Checagem do fuso

Durante a MITOSEMITOSE

As mutações que comprometem o ponto de checagem do fuso durante o processo

mitótico contribuem para a instabilidade cromossômica, gerando anomalias

cariotípicas potencialmente severas 6.

6 Michel L S et al MAD2haplo-insufficiency causes premature anaphase and chromossome instability. Nature 409, 355-359, 2001

Erros no Ponto de Checagem do fuso

Durante a MITOSEMITOSE

Rearranjos cromossômicos e aneuploidias são marcadores de células tumorais, sugerindo que a falha no ponto de falha no ponto de

checagem do fusochecagem do fuso é o principal passo na conversão de uma célula normal em um

câncer ¹.

Erros no Ponto de Checagem do fuso

Durante a MEIOSEMEIOSE

A inativação do ponto de checagem durante o processo meiótico implica na

formação de gametas portadores de aneuploidias cromossômicas 4.

Erros no Ponto de Checagem do fuso

Durante a MEIOSEMEIOSE

Esses gametas alterados poderão dar origem a crianças portadoras de

síndromes cromossômicas ou ser uma das possíveis causas de abortos espontâneos,

pois o zigoto formado é incompatível com a vida 4.

Mutações na MAD2

Estudos7 mostraram que a inativação do ponto de checagem por uma mutação na

MAD2 leva a um grande aumento na taxa de segregação cromossômica desigual durante a meiose I, mas parece não

aumentar significativamente a taxa de erro para a meiose II.

7 Shonn M A et al Requirement of the Spindle checkpoint for proper chromossome segregation Science 289, 300-303, 2000

Mutações na MAD2

Uma possível explicação para o fato da ausência do ponto de checagem do fuso

íntegro comprometer a meiose I comprometer a meiose I diferentemente da meiose IIdiferentemente da meiose II é que os cromossomos são mantidos unidos de

maneiras diferentes nos dois processos 4,7.

Mutações na MAD2

Na meiose II, as cromátides-irmãs estão conectadas diretamente umas as outras

pelos seus centrômeros, o que pode evitar que ambos os cinetócoros se liguem a microtúbulos provenientes do mesmo

pólo do fuso 4,7.

Mutações na MAD2

Na meiose I, devido aos locais de recombinação , o par de homólogos é

mantido unido pelos quiasmas ao longo de seus braços, em locais específicos.

Quanto maior o cromossomo, maior a distância entre o centrômero e o local de recombinação, criando uma ligação mais

flexível entre os cinetócoros dos dois homólogos 4,7.

Mutações na MAD2

Essa flexibilidade pode fazer com que os cinetócoros dos dois homólogos se

tornem funcionalmente mais independentes, aumentando, assim, a

incidência de eventos onde ambos os pares de cromátides se liguem a microtúbulos provenientes do mesmo pólo do fuso 4,7.

Implicações Clínicas

As alterações no ponto de checagem do fuso estão relacionadas:

- à instabilidade cromossômica, característica processo neoplásicoprocesso neoplásico

- à formação de zigotos com conjunto conjunto cromossômico alteradocromossômico alterado, levando a abortos espontâneos ou nascimento de crianças sindrômicas.

Checkpoint e Câncer

Altos níveis de instabilidade cromossômica relacionados a alterações no mecanismo

do checkpoint mitótico foram encontrados em diversos tipos de células tumorais: adenocarcinoma e carcinoma

de pequenas células de pulmão, hepatocarcinoma e carcinoma ductal

invasor de mama1.

Catástrofe Mitótica

Processo de morte celularmorte celular que ocorre durante a mitose como resultado da deficiente ativação do checkpoint.

Mecanismo molecular que protege a célula contra a aneuploidização e,

conseqüentemente, a instabilidade cromossômica (característica das células

tumorais!)8.8Castedo M Cell death by mitotic catastrophe: a molecular definition

Oncogene 23(16):2825-37, 2004

Catástrofe Mitótica

Deficiente atuação dos checkpoints (principalmente checkpoint do fuso mitótico e checkpoint de dano do DNA)

Ativação da caspase-2 e citocromo C

Liberação de fatores indutores da apoptose

Morte celular durante a transição metáfase/anáfase

CATÁSTROFE MITÓTICACATÁSTROFE MITÓTICA88

Bibliografias Essenciais- Lopes CS and Sunkel CE The Spindle The Spindle

Checkpoint: from normal cell division to Checkpoint: from normal cell division to tumorigenesistumorigenesis Arch Med Res 34 (2003) 155-165.

- Castedo M et al Cell death by mitotic Cell death by mitotic catastrophe: a molecular definitioncatastrophe: a molecular definition Oncogene 23(16): 2825-37, 2004.

- Bharadwaj R et al The spindle checkpoint, The spindle checkpoint, aneuploidy and canceraneuploidy and cancer Oncogene 23(11):2016-27, 2004.

Bibliografias interessantes

Castro A Mitosis under control Med Sci 19(3):

309-17, 2003

Cleveland DW Centromeres and kinetochores: from epigenetics to mitotic checkpoint signaling Cell 112(4):407-21, 2003