CICLO CELULAR E CARCINOGÊNESE Lívia Muniz, Lucas Freitas, Ludmila Viana, Luiz Fernando Andrade, Marcello Verde, Mariana Perazzo, Maurício Martini, Stéphanie Barreto, Verena Neiva Seminário de Onco-Hematologia Salvador, 2009

CICLO CELULAR Processo celular Mitoses- divisão nuclear, corresponde à separação dos cromossomos filhos Interfase- ocorrem o crescimento celular e a replicação do DNA

CICLO CELULAR Fases M: Mitose, finalizando com a citocinese G1: Intervalo entre a mitose e o início da replicação do DNA S: Replicação do DNA G2: Período pré-mitótico. Crescimento celular continua e síntese protéica G0: Repouso. Estágio inativo, metabolicamente ativa mas sem proliferação.

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CICLO CELULAR Seqüência ordenada de eventos: 1) Ligação fator crescimento (50) a receptor específico; 2) Ativação do receptor => ativa proteínas transdutoras de sinal; 3) Transmissão do sinal até o núcleo; 4) Ativa proteínas regulatórias nucleares; 5) Iniciação e progressão do ciclo celular

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CICLO CELULAR Regulação do ciclo celular Ponto de restrição no final de G1: - Verifica a disponibilidade dos fatores de crescimento. - Presença de fatores apropriados → células entram na fase S - Ausência de fatores apropriados → células em estágio inativo G0

CICLO CELULAR Chekpoint – Pontos de Verificação Mecanismo que monitora o ciclo celular Controle de qualidade: a correta execução dos eventos Impede início de eventos subsequentes até que o anterior seja executado com sucesso Reparo ou apoptose Se erros: cânceres, anomalias cariotípicas No fim de G1, G2 e na Mitose Mecanismo que monitora o ciclo celular; Controle de qualidade: a correta execução dos eventos; Impede início de eventos subseqüentes até que o anterior seja executado com sucesso; Reparo ou apoptose. Se erros: cânceres,

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CICLO CELULAR Pontos de verificação do ciclo celular Proteína p53: verificação em G1 - É induzida rapidamente em resposta ao DNA danificado. - Mutação no gene codificador de p53 → evita o bloqueio em G1 em resposta ao DNA danificado → replicação de DNA danificado que será passado para as células-filhas → aumento na freqüência de mutações e instabilidade do genoma celular→ CÂNCER

CICLO CELULAR Ligação da Fase S para a Fase M O ponto de verificação em G2 evita a iniciação da mitose antes da conclusão da fase S. Proteínas MCM : - restrição da replicação do DNA a uma por ciclo. - São capazes de se ligarem à origem de replicação somente durante a fase G1, permitindo que a replicação se inicie na fase s. - Iniciada a replicação, as proteínas MCM são deslocadas.

CICLO CELULAR Controladores Positivos CDKs (quinases dependentes de ciclina) - Presentes durante todo o ciclo; - São ativadas quando ligadas a ciclinas; - Fosforila e ativa proteínas específicas. Ciclinas - Quantidade varia durante as fases do ciclo; - Sintetizadas conforme necessidade; - Ligam-se às CDKs.

CICLO CELULAR Controladores Negativos CKIs (inibidores de CDKs) - Específicas: p15, p16, p18, p19 – Cic D-CDK4 e Cic D-CDK6 em G1. - Inespecíficas: p21, p27, p53, p57 – sobre vários tipos de complexos Ciclina-CDK. Complexo Ubiquitina - Degrada ciclinas e outras proteínas Fosfatases - Desfosforila CDKs e ciclina/CDKs, tornando-os inativos.

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CICLO CELULAR MPF Mólecula-chave responsável pela regulação da transição de G2 para M em todos os eucariotos. Regulação ocorre por fosforilação e desfosforilação de Cdc2. Complexos ativados pela fosforilação de Tre-161 Complexos mantém-se inativos pela fosforilação de Tre-14 e Tir-15. Desfosforilação da Tre-14 e Tir-15 → ativa MPF na transição de G2 para M.

CICLO CELULAR Ciclinas do tipo D e Fatores de Crescimento Síntese da ciclina D é induzida em resposta à estimulação dos fatores de crescimento. Fatores de crescimento presentes através de G1→ complexo Cdk4,6/ciclina D impele as células através do ponto de restrição. Mutações resultantes da contínua expressão irregular da ciclina D1→ desenvolvimento de câncer (linfoma, CA de mama).

CICLO CELULAR Proteína Rb Proteína substrato chave do complexo Cd4,6/ciclina D É frequentemente mutada em vários tumores humanos. A atividade de Rb é regulada por mudanças em suas fosforilações conforme a célula prossegue através do ciclo. Complexos fosforilam pRb, que se desliga de E2F ( proteína de regulação gênica) pRb ativa (fosforilada) permite progressão do ciclo. Se gene pRb mutado: perda do controle do ciclo→ associação com tumores.

TIPOS Benignos Malignos Bem circunscritos Podem ser encapsulados Não fixados a estruturas adjacentes Crescimento lento Malignos Margens difusamente infiltrativas Fixados a estruturas adjacente Crescimento rápido Invasão e metástase

Carcinoma Linfoma / Leucemia Segundo origem Sarcoma Células epiteliais Tecido conjuntivo Linfoma / Leucemia Células formadoras do sangue e sistema imune

DESENVOLVIMENTO Processo gradual por meio de uma série progressiva de alterações Mutações primarias Mutações adicionais ao longo do desenvolvimento

CAUSAS Agentes químicos Radiação Irritação crônica Infecções Hereditariedade Multifatorial

PROPRIEDADES DAS CÉLULAS CANCEROSAS Inibição dependente de densidade Reduzida necessidade de fatores de crescimento Estimulação autócrina de crescimento Fraca adesão intercelular Ausência de inibição por contato

PROPRIEDADES DAS CÉLULAS CANCEROSAS Secreção de proteases + Angiogênese ↓ METÁSTASES

PROPRIEDADES DAS CÉLULAS CANCEROSAS Falha na diferenciação Inibição da apoptose

ONCOGENES Genes específicos capazes de induzir o crescimento celular autônomo. Oncoproteínas: lembram os produtos normais dos protooncogenes mas não apresentam importantes elementos reguladores.

ONCOGENES Harold Varnus e Michael Bishop: descoberta dos oncogenes através do estudo de vírus tumorais. Retrovírus de transformação aguda (RSV) Dissecção molecular de seus genomas Sequências de transformação única (oncogenes virais v-onc), quase idênticas às encontradas no DNA celular normal.

ONCOGENES Evolução: oncogenes celulares sofreram transdução pelo vírus através de uma recombinação ao acaso com o DNA de uma célula hospedeira normal, que foi infectada pelo vírus. Mais de 40 tipos diferentes de retrovírus têm sido isolados Todos contém, como o RSV, pelo menos um oncogene.

ONCOGENES Oncogenes retrovirais: não envolvimento na replicação do vírus. Como se originaram? Protooncogenes: reguladores fisiológicos da proliferação celular e da diferenciação. Estão presentes em células normais e estão intimamente relacionados aos oncogenes virais. Proteínas src, ras, raf.

ONCOGENES Oncogenes: formas irregularmente expressas ou mutadas dos protooncogenes correspondentes. Protooncogene transformação em oncogenes desenvolvimento de tumores.

ONCOGENES Fatores de crescimento: diversas células neoplásicas desenvolvem auto suficiência do crescimento adquirindo a capacidade de sintetizar os mesmos fatores de crescimento a que respondem. Protooncogene SIS (cadeia  do PDGF) : produção excessiva em diversos tumores.

ONCOGENES Aumento na produção de fatores de crescimento aumento do risco de mutações espontâneas ou induzidas na população celular risco de transformação neoplásica.

ONCOGENES Proto-oncogenes -> mutações ou rearranjos de DNA -> Oncogenes. Oncogenes representativos do oncogenes humanos: abl: Leucemia mielogênica crônica, Leucemia linfocítica agua bcl-2: Linfoma folicular de células B

FAMÍLIA DO GENE RAS Proto-oncogene -> mutação pontual -> Oncogene ras rasH (tireóide); rasK (cólon, pulmão, pâncreas e tireóide); rasN ( tireóide, leucemias linfocítica e mielogênica aguda)

ATIVAÇÃO DE ONCOGENES Por translocação cromossômica: Oncogene c-myc: t 8,14 -> Linfomas de Burkitt humanos Oncogene abl: t 9,22 -> Proteína de fusão bcr/abl-> Leucemia Mielogênica Crônica

ATIVAÇÃO DE ONCOGENES Por amplificação gênica: Expressão gênica elevada. Gen N-myc: neuroblastoma Oncogene erb-2: CA de mama e ovário

FUNÇÕES DOS PRODUTOS DE ONCOGENES - Comportamento anormal das células malignas. Proto-oncogenes: Proliferação celular normal ↑ proteínas oncogênicas  Câncer Outras funções: Diferenciação celular; Falha da apoptose. Fonte: http://www.copewithcytokines.de/oncogenes.gif

FUNÇÕES DOS PRODUTOS DE ONCOGENES Oncoproteínas e suas atuações: Estimulação autócrina da célula: Atuação com proteínas oncogenes Mecanismo da estimulação autócrina Consequências da estimulação autócrina Fonte: http://epidemiologiamolecular.com/wp-content/uploads/2009/02/clip-image00441.gif

FUNÇÕES DOS PRODUTOS DE ONCOGENES Produção desregulada de um sinal proliferativo LEUCEMIAS HUMANAS Receptores de fatores de crescimento  Proteínas oncogenes PDGF e Tel PDGF  Oncogene Translocação cromossômica: PFGF – Tel Ativação constitutiva da proteína quinase oncogene

FUNÇÕES DOS PRODUTOS DE ONCOGENES Inibição da diferenciação celular LEUCEMIA PROMIELOCÍTICA AGUDA Ácido retinóico e PML/RARα Ácido retinóico  diferenciação de tipos celulares Atuação do receptor do ácido retinóico Formas mutadas do receptor  Proteínas oncogenes Atuação do receptor oncogene mutado Células leucêmicas em estado ativo de proliferação

FUNÇÕES DOS PRODUTOS DE ONCOGENES Fonte: http://antonini.med.br/blog/wp-content/gallery/hemato/8a.jpg

GENES SUPRESSORES DE TUMOR Genes que inibem a proliferação celular e o desenvolvimento tumoral. Henry Harris em 1969 – Célula híbrida Gene Rb História (Hereditária) Comprovação Neoplasias relacionadas

GENES SUPRESSORES DE TUMOR

GENES SUPRESSORES DE TUMOR Gene p53 Associado a vários tipos de câncer (Linfomas, leucemias, etc.) Responsável por 50% das neoplasias malignas Outros genes APC, TBRII, BRCA1, BRCA2, INK4, PTEN

Papéis dos Oncogenes e genes Supressores de Tumor no Desenvolvimento de Tumor Mutações na ativação de oncogenes e inativação de genes supressores de tumor, , Resulta em danos acumulados e proliferação aumentada Alteração nas vias de regulação , diferenciação e proliferação Exemplos destas alteração temos Câncer de Cólon , alguns carcinomas de mama e pulmão

Aplicações da Biologia molecular para Prevenção e Tratamento de Câncer Melhor prognóstico-Prevenção e detecção precoce Tratamentos menos invasivos e eficazes (pequenas cirurgias ,radioterapia) Taxa de cura Carcinomas em estágio inicial , in situ , é cerca de 90%

Aplicações da Biologia molecular para Prevenção e Tratamento de Câncer A biologia molecular ajuda no rastreio de pessoas suscetíveis ao desenvolvimento de Câncer Pesquisando alterações em genes supressores de tumor e em genes de reparo . Os testes genéticos detectam alterações genéticas específicas de alguns carcinomas. Monitoramento de pacientes de risco .

Aplicações da Biologia molecular para Prevenção e Tratamento de Câncer Pesquisa de herança familiar para alguns tipos de Cânceres . Ex.Câncer de cólon , não-poliposo hereditário, incidência de 15% nos CA de cólon . Alterações em genes supressores BRCA1 e 2 estão envolvidos em 5 a 10 % dos CA de mama. Monitorizarão e redução da mortalidade por CA.

Aplicações da Biologia molecular para Prevenção e Tratamento de Câncer Diagnóstico molecular:Busca de marcadores celulares . Ex:Translocação do gene abl , com o bcr, gerando a expressão do oncogene leucemia mieloide , que pode ser detectado pelo Método de PCR e é usada para monitorar resposta ao tratamento de pacientes com leucemia

Aplicações da Biologia molecular para Prevenção e Tratamento de Câncer Em algumas ocasiões a detecção de oncogenes pode dar informações valiosas da melhor escolha terapêutica . Além de nos dar também informações sobre prognóstico e tratamento .

Aplicações da Biologia molecular para Prevenção e Tratamento de Câncer Drogas atuais , danifica DNA e inibe a replicação de Dna, tóxicas para os indivíduos. Futuro:Desenvolvimento de drogas que inibem a angiogênese ,bloqueando a proliferação de células endoteliais. Uso de ácido retinóico , uso direto no combate a proteina oncogenica da leucemia promielocitica.