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.