Checkpoint Mitótico
Camila Trevisan
Biomedicina/2008
Checkpoint
Mecanismo de controle que monitora a execução dos eventos celulares e impede o
início de eventos subseqüentes até que o processo anterior seja executado com
sucesso, garantindo estabilidade genética.
Estrutura
• De uma maneira geral, o checkpoint possui 3 componentes essenciais:– Sensor: monitora o processo.– Transdutor: sinaliza quando o processo não se
completa adequadamente.– Alvo: responde ao sinal inibindo eventos
subseqüentes.
Tipos de Checkpoint
• Checkpoint de dano do DNA
• Checkpoint de replicação do DNA
• Checkpoint do fuso mitótico
Checkpoint do Fuso Mitótico
• Monitorar a ligação dos cromossomos aos microtúbulos do fuso mitótico.
• Garantir a segregação idêntica do material genético entre as células-filhas.
• Preservar a integridade do genoma em nível cromossômico.
Todas as cromátides-irmãs devem estar ligadas aos microtúbulos.
Principais Componentes
• As principais proteínas envolvidas no ponto de checagem são:– MAD2 (mitotic arrest deficient), codificada
pelo gene de mesmo nome localizado no cromossomo 4q27;
– BUB1 (budding uninhibited by benzimidazole), codificada pelo gene de mesmo nome localizado no cromossomo 2q12-14.
Segregação Cromossômica Normal
Segregação Cromossômica Normal
IntérfaseIntérfase: ativação do Fator Promotor da Mitose (MPF)
Início da MitoseMitose (prófase metáfase)
Checkpoint Mitótico: OK!
Ativação do Complexo Promotor da Anáfase (APC/Cdc20) início da anáfase e progressão da divisão celular
Fim do ciclo de divisão IntérfaseIntérfase
Segregação Cromossômica Normal
Para que a célula entre em 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 com os cinetócoros das cromátides-irmãs, garantindo que o cromossomo esteja alinhado na placa metafisária.
Segregação Cromossômica Anormal
Quando não há ligação dos microtúbulos aos cinetócoros OU quando não há tensão
suficiente para separar as cromátides-irmãs.
Células-filhas Células-filhas
Segregação Cromossômica Anormal
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.
MEIOSE
Funcionamento do Checkpoint
O ponto de checagem do fuso mitótico, ao detectar a presença de um ou mais
cinetócoros não ligados aos microtúbulos, atrasa a segregação cromossômica.
O cinetócoro produz um sinal que ativa o mecanismo de checkpoint.
Funcionamento do Checkpoint
Cinetócoros não ligados aos microtúbulos (e/ou tensão inadequada) funcionam como locais de contínua sinalização bioquímica,
culminando em interações moleculares entre MAD, BUB e o APC (Anaphase
Promoting Complex).
Funcionamento do Checkpoint
Proteínas responsáveis pela manutenção das cromátides-irmãs unidas.
• Coesina – une as cromátides-irmãs.• Separase – lisa subunidades de coesina.• Securina – associada à separase, inativando-a.
Na anáfase, a securina é ubiquitinada pelo APC; Assim, ela não vai mais inativar a separase. A separase, então, vai lisar a coesina, permitindo a separação das cromátides-
irmãs, com progressão do ciclo celular.
Spindle Checkpoint Off
• APC/Cdc20 é o principal regulador do checkpoint mitótico. Anáfase depende do funcionamento deste complexo.
• APC/Cdc20 ubiquitina a securina, permitindo que a coesina seja clivada pela separase, com liberação das cromátides-irmãs e progressão da anáfase.
Spindle Checkpoint On
Falha na ligação dos microtúbulos ou tensão insuficiente permitem que os cinetócoros
não ligados emitam sinal a fim de que MAD e BUB inativem APC/Cdc20. A ausência
deste complexo impede a ligação da ubiquitina com a securina. Assim, a
separase permanece inativa e há atraso na separação das cromátides-irmãs.
Catalisa união MAD-BUB-Cdc20, que inativam APC.
Fosforila APC e promove sua associação com MAD-BUB-Cdc20. OU
Progressão do Ciclo Celular
Quando o último cinetócoro livre se liga, cessa a produção de complexos inibitórios, permitindo que APC/Cdc20 esteja ativo. O
resultado final desse processo é a degradação das securinas, , dando início à
anáfase.
Mecanismo Molecular do Checkpoint Mitótico
Erros no Checkpoint
Erros no ponto de checagem do fuso, por mutações em genes que codificam elementos
que participam desse processo (ex: Mad2, Bub1), produzem elevadas taxas de eventos
de segregação cromossômica desigual, formando células portadoras de um conjunto
cromossômico alterado.
Erros no Checkpoint
Rearranjos cromossômicos e aneuploidias são marcadores de células tumorais, sugerindo
que a falha no ponto de checagem do fuso é um passo fundamental na conversão de uma
célula normal em um câncer.
Erros no Checkpoint
Durante a MITOSE::- perdas momentâneas da função da MAD2
em mitoses pós-zigóticas podem levar a mosaicismo cromossômico para determinada trissomia (ex: S. Down).
- perdas definitivas da função da MAD2 em mitoses somáticas podem desencadear processo neoplásico.
Erros no Checkpoint
Durante a MEIOSE:
A inativação do ponto de checagem durante o processo meiótico implica na
formação de gametas portadores de aneuploidias cromossômicas.
MEIOSE
Erros no Checkpoint
Durante a MEIOSE:
Esses gametas alterados poderão dar origem a crianças portadoras de síndromes
cromossômicas (ex: 47, XX +21) ou ser uma das possíveis causas de abortos espontâneos, pois o zigoto formado é
incompatível com a vida (47, XX+16).
Mutações na MAD2
Estudos 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.
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.
Mutações na MAD2
Na meiose I, os cromossomos homólogos estão unidos pelos quiasmas. Seus centrômeros são
independentes e os cinetócoros de ambos podem se ligar a microtúbulos provenientes do mesmo
pólo do fuso.
Na meiose II, as cromátides-irmãs estão conectadas pelos seus centrômeros, o que pode evitar que
ambos os cinetócoros se liguem a microtúbulos provenientes do mesmo pólo do fuso.
Implicações Clínicas
As alterações no ponto de checagem do fuso estão relacionadas a:
• Mosaicismos;
• Neoplasias;
• Síndromes cromossômicas;
• Abortos espontâneos.
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, adenocarcinoma colorretal, hepatocarcinoma e carcinoma
ductal invasor de mama.
Catástrofe Mitótica
Tipo de morte celular que ocorre durante a mitose e que resulta de uma combinação de checkpoints
ineficientes e de dano celular. A célula morre em decorrência da ativação do mecanismo de
apoptose.
Este dispositivo molecular promove a morte da célula danificada, prevenindo a aneuploidia e,
conseqüentemente, a oncogênese.
Catástrofe Mitótica
• Mecanismo molecular:Citocromo c ativa caspases; elas interferem na permeabilidade da membrana mitocondrial. Há, então, retração do citoplasma, fragmentação
nuclear e cromatinólise.
CATÁSTROFE MITÓTICA
Catástrofe Mitótica
Deficiente atuação dos checkpoints (principalmente do fuso mitótico e de dano do DNA)
Liberação de fatores indutores da apoptose
Morte celular durante a transição metáfase/anáfase
CATÁSTROFE MITÓTICACATÁSTROFE MITÓTICA
Catástrofe Mitótica
Inibidores das caspases e agentes que inibam aumento na permeabilidade da membrana mitocondrial podem impedir o processo de
catástrofe mitótica.
Não havendo morte celular por meio deste mecanismo, estará favorecido o desenvolvimento neoplásico.
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