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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