Bioquímica

PROTEÍNAS DO CONTROLE DO CICLO CELULAR

A divisão celular é um evento necessário para a manutenção da vida. Para que as células continuem se multiplicando e criando formas celulares viáveis é necessário que esta multiplicação seja controlada. Por isso, fica bastante óbvia a presença de um mecanismo de controle de qualidade interno, que assegure que a divisão celular dê origem a duas células.

O termo ciclo celular é utilizado para descrever uma série de eventos ordenados que leva a duplicação de todos os componentes celulares e a partição fiel desses em duas partes filhas iguais. Para as células se dividirem precisam aumentar de tamanho, para que as células filhas não fiquem cada vez menores, o que normalmente ocorre na fase G1 do ciclo celular. Um outro passo crucial para a divisão celular é a duplicação do material genético, nessa fase a célula tem que ter todo o seu DNA duplicado, sem exceções e sem erros. Precisa também ter controle para que esse material só seja duplicado e não triplicado, ou quadruplicado, evento que ocorre na fase S. Na fase G2 a célula se prepara para a divisão e pára com o intuito de checar se está pronta para se dividir. A divisão propriamente dita ocorre na fase M, que também é chamada de mitose. Nessa fase, as seqüências duplicadas serão separadas e enviadas para cada uma das células filhas e a célula vai se dividir, seguindo, cada um dos produtos, o ciclo celular novamente.

Grande parte dos estudos dos mecanismos de controle do ciclo celular baseou-se nas leveduras Sacccharomycescerevisiae e Schizosaccharomyces4pombe, pela facilidade de se isolar rapidamente mutações que impedem processos biológicos específicos, como os eventos do ciclo celular. Outra característica importante foi a facilidade de se identificar a fase do ciclo em que se encontram, de forma que as mutações que interferiam no ciclo celular pudessem ser prontamente percebidas.

Algumas etapas do ciclo celular são cruciais para que o ciclo continue. Por isso, essas etapas são revisadas, e em caso de erros, o ciclo celular pode ser atrasado ou até desviado. Esses pontos de revisão referem-se principalmente a dois eventos: a duplicação do DNA e a segregação das cromátides. Nessas situações, as células podem sofrer os estímulos esternos de forma que o ciclo pode ser acelerado ou até parado.

As revisões funcionam provavelmente com estímulos negativos. Um exemplo fácil é a separação das cromátides: se a cada cinetocoro que se juntasse ao fuso a célula emitisse um sinal positivo para que o ciclo continuasse, seria difícil que a não-junção de apenas um pudesse impedir que o ciclo continuasse, já que a fração do estímulo que estaria faltando seria muito pequena. Por isso, acredita-se que a cada cinetocoro ligado ao fuso uma fração de estímulo negativo seja retirada, e, ao final, a célula fica livre para continuar a segregação das cromátides. Infelizmente esses pontos de revisão não são necessários para que a célula continue se dividindo, assim, se de alguma forma esses pontos não funcionarem devidamente o ciclo celular continuará. Essa é provavelmente a causa de grande parte dos cânceres: se o ciclo não pára, as mutações se acumulam e as chances de se criar uma célula cancerígena aumentam.

O controle do ciclo celular é realizado principalmente por proteínas que têm a capacidade de fosfatar outras proteínas, inibindo-as. Essas quinases são inativas quando formadas e necessitam de outro grupo de proteínas para que sejam ativadas. Apesar da concentração plasmática dessas quinases não variar durante o ciclo celular, a função varia de uma forma cíclica, propriedade conferida pelas proteínas que as ativam. Essa característica cíclica das proteínas que ativam as quinases foi responsável pelos seus nomes. Ciclinassão um grupo de proteínas relacionadas que contêm uma região homóloga conservada (cyclin Box). As ciclinas se ligam as quinases, que reorientam a configuração dos grupos fosfatos para facilitar a transferência de fosfatos para os substratos protéicos, levando a mudanças morfológicas de forma a bloquear a entrada das proteínas nos sítios ativos.

Por essa característica as quinases dependentes de ciclinas ou CdKs receberam esse nome. Cdks são proteínas de 30 a 40 KD que têm mais de 40% de identidade de seqüência, além de grandes similaridades funcionais e regulatórias.

Existem quatro tipos de Cdks ativadas: a Cdk G1/S que permite ao DNA duplicar-se, a Cdk S que também é importante para a duplicação do DNA, a Cdk M que promove vários eventos da mitose e a Cdk G1 que promove a passagem da célula pela fase G1 sem que essa entre em quiescência. De forma que cada fase do ciclo celular é caracterizada por um único padrão de atividade das Cdks. A Cdk G1/S precisa da ciclinaE para ser ativada em vertebrados e equivale a Cln1 e Cln2 em leveduras, a Cdk S precisa da ciclina A em vertebrados e equivale a Clb5 e Clb6 nas leveduras, a Cdk M da ciclina B nos vertebrados e equivale as Clb1, Clb2, Clb3 e 6 Clb4 nas leveduras, e por fim a Cdk G1 da ciclina D nos vertebrados (D1, D2, D3 nos mamíferos) que equivale a Cln3 nas leveduras.

Uma importante função das ciclinas é direcionar as Cdk de forma que a fosforilação ocorra por dois mecanismos: pela presença das ciclinas e pela presença do substrato. As Cdks não são ativadas somente pela ciclinas. As ciclinas primeiramente promovem uma ativação incompleta dessas Cdks e uma outraquinase, conhecida por quinase ativadora de Cdks ou CKA, fosforila um outro sítio promovendo assim a completa ativação das Cdks. Existe ainda uma sintonia fina da ação dessas Cdks, quinases como a Wee1 que fosforilam sítios inibindo a ação das Cdks enquanto a Cdc25 faz o papel inverso.

Algumas proteínas são capazes de se ligarem ao complexo Cdk-ciclinas inibindo a ação dessas, essas proteínas são conhecidas como Proteínas Inibidoras de Cdks ou CKIs. Em leveduras dois tipos de CKIs foram descritos: o primeiro pode ser induzido e liga a célula a estímulos extracelulares, o segundo é um componente intrínseco do ciclo mitótico. Um exemplo do primeiro tipo é a proteína FAR1 que é induzida por ferormônios e se liga inibindo a cln-cdk1 (cdk1 antigamente era conhecida como Cdc28 em leveduras de brotamento e Cdc2 nas de ficção) o que leva à parada do ciclo no START. O segundo tipo pode ser exemplificado pela Sic1 que é um elemento constitutivo do ciclo e não é conhecida indução por sinais externos. Em mamíferos, duas classes de CKIs distinguíveis pelo alvo são: a família Cip/Kip (p21, p27 e p57) que podem inibir todas as Cdks e as proteínas INK4 (p15, p16, p18 e p19) que só inibem as Cdks4 e 6.

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