Camila Trevisan Biomedicina/2008 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 Intérfase: ativação do Fator Promotor da Mitose (MPF)  Início da Mitose (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  Intérfase

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.

OU 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 diferentemente 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.

As alterações no ponto de checagem do fuso estão relacionadas a: 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 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 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.