Rang e Dale: Farmacologia
Proliferação celular
uso de novos fármacos.
PROLIFERAÇÃO CELULAR
A proliferação celular é, sem dúvida, um evento biológico fundamental.
Está envolvida em muitos processos fisiológicos e patológicos, incluindo
crescimento, cura, reparo, hipertrofia, hiperplasia e desenvolvimento de
tumores. A angiogênese (desenvolvimento de novos vasos sanguíneos)
acompanha necessariamente muitos desses processos, pois as células
necessitam de oxigênio e nutrientes para sobreviver.
As células em proliferação passam pelo que se denomina ciclo celular,
durante o qual a célula replica todos os seus componentes e, então, se divide
em duas células-filhas idênticas.1 O processo é rigidamente regulado por
meio das vias de sinalização, incluindo receptores tirosinoquinases ou
receptores ligados a quinases, e a cascata de proteinoquinase ativada por
mitógenos (MAP-quinase) (ver Capítulo 3). Em todos esses casos, as vias
culminam na transcrição de genes que controlam o ciclo celular.
CICLO CELULAR
Em um indivíduo adulto, poucas células se dividem repetidas vezes, pois a
maioria permanece em uma fase quiescente fora do ciclo celular, a fase
denominada G0 (Figura 6.1). Algumas células, como os neurônios e as
células da musculatura esquelética, passam todo o tempo de vida na fase G 0, enquanto outras, mais semelhantes a células-tronco no fenótipo, como as
células da medula óssea e as do trato gastrintestinal, se dividem
diariamente.
O ciclo celular é uma série de fases em sequência (ver Figura 6.1). Estas
são conhecidas como S (síntese), M (mitose) e G (gap entre as fases S ou M), e ocorrem sempre nesta ordem:
• G1: (gap1) preparação para a síntese de DNA
• S: (síntese) síntese do DNA e duplicação do cromossomo da célula
parental
• G2: (gap2) preparação para a divisão
• M: (mitose) divisão em duas células-filhas idênticas.
Em células que se encontram continuamente em divisão, as fases G 1, S e G2 compreendem a interfase – a fase entre uma mitose e a próxima.
A divisão celular requer o controle temporal dos eventos críticos: fase S
e fase M. A entrada em cada uma dessas fases é rigidamente regulada em
check points ou “pontos de controle” (pontos de restrição) no início das
fases S e M. Qualquer dano no DNA interrompe o ciclo em um ou outro
desses pontos de verificação para permitir a reparação e, assim, manter a
integridade da sequência de DNA em cada célula. Este processo é
fundamental para a manutenção da estabilidade genética. A falha dos
pontos de verificação para interromper o ciclo quando tal é apropriado leva
à instabilidade genética, que é uma característica do câncer.2
As células quiescentes (G0) entram na fase G1 após a exposição a mediadores químicos, estando alguns associados a uma lesão. Por exemplo,
um ferimento pode estimular uma célula quiescente da pele a se dividir e,
assim, reparar a lesão. O impulso para uma célula entrar no ciclo celular (i.
e., sair de G 0 para G1) pode ser a atuação dos fatores de crescimento em receptores próprios, embora a ação de outros ligantes em receptores
acoplados a proteínas G (ver Capítulo 3) também possa iniciar o processo.
Os fatores de crescimento estimulam a produção de reguladores
positivos do ciclo celular, os quais, por sua vez, controlam as alterações
necessárias à divisão celular, estimulando a produção de reguladores negativos, que contrabalanceiam os reguladores positivos. A manutenção
das quantidades normais de células nos tecidos e órgãos exige equilíbrio
entre os sinais regulatórios positivos e negativos. A apoptose3 também
controla o número de células.
Reguladores positivos do ciclo celular
O ciclo tem início quando um fator de crescimento atua em uma célula
quiescente, levando-a a se dividir. Os fatores de crescimento estimulam a
produção de duas famílias de proteínas, as ciclinas e as
serina/treoninoquinases, chamadas quinases dependentes de ciclina (cdk;
do inglês, cyclin-dependent kinases), que são codificadas pelos genes de
resposta tardia. As cdk fosforilam sequencialmente diversas proteínas –
ativando algumas e inibindo outras –, de modo a coordenar a progressão da
célula ao longo do ciclo.
Figura 6.1 Principais fases do ciclo celular das células em divisão.
Figura 6.2 Representação esquemática da ativação de uma quinase dependente de
ciclina (cdk). A. Uma cdk inativa. B. A cdk inativa é ativada por sua ligação a uma ciclina; agora, ela pode fosforilar um substrato proteico específico (p. ex., uma enzima). C. Após o evento da fosforilação, a ciclina é degradada.
Cada cdk permanece inativa e precisa ligar-se e formar um par com uma
ciclina antes de poder fosforilar a(s) sua(s) proteína(s)-alvo. Após o evento
de fosforilação, a ciclina é degradada (Figura 6.2) pelo sistema
ubiquitina/protease. Aqui, várias enzimas adicionam sequencialmente
pequenas moléculas de ubiquitina à ciclina. O polímero de ubiquitina
resultante atua como uma “etiqueta de endereçamento”, que direciona a
ciclina para o proteossomo, em que ocorre sua degradação.
Existem oito grupos principais de ciclinas. De acordo com o “modelo
clássico” do ciclo celular (Satyanarayana e Kaldis, 2009), aquelas que são
importantes ao controle do ciclo celular são as ciclinas A, B, D e E. Cada
ciclina provoca ativação e está associada a uma cdk específica. A ciclina A
ativa as cdk 1 e 2; a ciclina B ativa a cdk 1; a ciclina D, por sua vez, ativa as
cdk 4 e 6; e a ciclina E ativa a cdk 2. A precisão temporal de cada etapa é
essencial, e muitas proteínas do ciclo são degradadas após terem exercido
suas funções.4
A Figura 6.3 esquematiza as ações dos complexos ciclina/cdk no ciclo
celular.
A atividade desses complexos ciclina/cdk é modulada negativamente
em algum dos dois pontos de controle. Em células G0 quiescentes, a ciclina D encontra-se presente em baixas concentrações, e uma proteína regulatória
importante – a proteína Rb5 – está hipofosforilada. Isso interrompe o ciclo
celular no ponto de controle 1, por meio da inibição da expressão de
diferentes proteínas críticas para a progressão do ciclo celular. A proteína
Rb realiza essa restrição ligando-se a fatores de transcrição e impedindo-os
de promover a expressão dos genes que codificam para proteínas
necessárias para a replicação do DNA durante a fase S (como ciclinas E e
A, DNA polimerase, timidinoquinase e di-hidrofolato redutase). Essa
configuração é mantida até que uma célula seja instruída a se dividir.
• A ação do fator de crescimento em uma célula em G 0 impulsiona seu
ingresso na fase G1, preparando a célula para a fase S. A concentração
de ciclina D aumenta e o complexo ciclina D/cdk fosforila, ativando as
proteínas necessárias à replicação do DNA
• No meio da fase G 1, o complexo ciclina D/cdk fosforila a proteína Rb,
liberando um fator de transcrição que ativa os genes que codificam os
componentes essenciais à próxima fase do ciclo – a síntese de DNA. A
ação do complexo ciclina E/cdk é necessária para a transição da fase G 1
para a fase S, ou seja, após o ponto de controle 1
• Uma vez na fase S, os processos que tiveram início não podem ser
revertidos, e a célula é obrigada a fazer a replicação do DNA e a mitose.
Os complexos ciclina E/cdk e ciclina A/cdk regulam o progresso ao
longo da fase S, fosforilando e, portanto, ativando proteínas/enzimas
envolvidas na síntese do DNA
• Na fase G 2, a célula, que agora tem o dobro dos cromossomos, produz
os RNA mensageiros e as proteínas necessárias para duplicar todos os
outros componentes celulares que se destinam às duas células-filhas • Os complexos ciclina A/cdk e ciclina B/cdk estão ativos na fase G2 e
são necessários para que a célula entre na fase M, ou seja, para passar
do ponto de controle 2. A presença do complexo ciclina B/cdk no
núcleo é necessária para que o processo de mitose tenha início.
A mitose ocorre em quatro estágios:
• Prófase. Os cromossomos duplicados (que, neste momento, formam
massa emaranhada no núcleo) se condensam, cada um, nesse momento,
consistindo em duas cromátides-filhas (o cromossomo original e uma
cópia idêntica). Estas, então, são liberadas no citoplasma à medida que a
membrana nuclear se desintegra
• Metáfase. Os cromossomos alinham-se no equador da célula (ver Figura
6.3)
• Anáfase. Um dispositivo citoesquelético especializado, o aparelho
mitótico, captura os cromossomos e os conduz a polos opostos da célula
em divisão (ver Figura 6.3)
• Telófase. Forma-se uma membrana nuclear em torno de cada conjunto
de cromossomos. Finalmente, o citoplasma se divide entre as duas
células-filhas em formação. O último passo na mitose é a citocinese, em
que a membrana plasmática entre cada célula-filha é comprimida e
dividida.6 Cada célula-filha estará na fase G0 e permanecerá lá, a menos
que seja estimulada novamente na fase G1, como descrito anteriormente.
Figura 6.3 Diagrama esquemático do ciclo celular, mostrando o papel dos
complexos ciclinas/quinases dependentes de ciclinas. Os processos delineados no
ciclo ocorrem no interior de uma célula, tal como ilustrado na Figura 6.4. A célula quiescente (na fase G ), quando estimulada a se dividir pelos fatores de crescimento, é 0
levada à fase G e se prepara para a síntese de DNA. A progressão ao longo do ciclo é 1
determinada pela ação sequencial dos complexos ciclina/cdk – aqui representados pelas setas coloridas, nas quais estão indicados os nomes das ciclinas relevantes: D, E, A e B. As cdk aparecem próximo às ciclinas relevantes. A espessura de cada seta representa a intensidade de ação da cdk naquele ponto do ciclo. A atividade das cdk é regulada pelos inibidores de cdk. Em caso de lesão do DNA, os produtos do gene supressor de tumor p53 interrompem o ciclo no ponto de controle 1, permitindo o reparo. Se a tentativa de reparo
falhar, a apoptose (ver Figura 6.5) será iniciada. O estado dos cromossomos é mostrado esquematicamente em cada fase G – em G na forma de par único e, em G , como 1 2 duplicados, formando duas cromátides-filhas. Algumas alterações que ocorrem durante a mitose (metáfase, anáfase) são mostradas em um círculo subsidiário. Após a divisão mitótica, as células-filhas podem entrar ou na fase G ou na fase G . Rb, gene do 1 0 retinoblastoma.
Durante a metáfase, os complexos de ciclinas A e B fosforilam proteínas do
citoesqueleto, histonas nucleares e, possivelmente, componentes do fuso (os
microtúbulos pelos quais as cromátides são tracionadas durante a metáfase). Reguladores negativos do ciclo celular
Um dos principais reguladores negativos é a proteína Rb, que interrompe o
ciclo celular enquanto está hipofosforilada.
Os inibidores das cdk também funcionam como reguladores negativos,
sendo os pontos de controle seu principal local de atuação. Existem duas
famílias conhecidas de inibidores: a família CIP (cdk inhibitory proteins,
proteínas inibidoras de cdk, também denominadas KIP [kinase inhibitory
proteins], proteínas inibidoras de quinases) – proteínas p21, p27 e p57 – e a
família Ink (inhibitors of kinases, inibidores de quinases) – proteínas p16,
p19 e p15.
A proteína p21 é um bom exemplo do papel de um inibidor de
ciclina/cdk. A proteína p21 é controlada pelo gene p53 – um regulador
negativo particularmente importante que tem relevância na carcinogênese –,
que opera no ponto de controle 1.
■ Inibição do ciclo celular no ponto de controle 1
O gene p53 foi denominado “guardião do genoma”. Esse gene codifica a
proteína p53, um fator de transcrição encontrado apenas em baixas
concentrações nas células sadias normais. No entanto, quando ocorre lesão
do DNA, a proteína acumula-se e ativa a transcrição de diversos genes, um
dos quais codifica a proteína p21. A proteína p21 inativa os complexos
ciclina/cdk, pelo que a fosforilação da Rb é evitada, e torna-se
hipofosforilada (abaixo dos níveis normais de fosforilação). Isso causa a
parada do ciclo no ponto de verificação 1, possibilitando que o reparo do
DNA ocorra. Caso o reparo seja realizado com sucesso, o ponto de controle
1 é transposto e o ciclo prossegue, com ingresso na fase S. Se o reparo não
for bem-sucedido, o gene p53 desencadeia a apoptose ou suicídio celular.7 ■ Inibição do ciclo celular no ponto de controle 2
Uma lesão no DNA pode provocar interrupção do ciclo no ponto de
controle 2, porém os mecanismos envolvidos não estão bem elucidados.
Um dos fatores envolvidos parece ser a inibição do acúmulo do complexo
ciclina B/cdk no núcleo. Para mais detalhes sobre o controle do ciclo
celular, ver o item sobre Micro-RNA (p. 88) e Swanton (2004).
Ciclo celular
• O termo ciclo celular se refere à sequência de eventos na célula quando esta se prepara
para a divisão. O estado quiescente ou de repouso é denominado G0
• A ação do fator de crescimento estimula a célula em G a entrar no ciclo 0
• As fases do ciclo celular são:
– G : preparo para a síntese do DNA 1
– S: síntese do DNA
– G : preparo para a divisão 2
– Mitose: divisão em duas células- lhas
• Na fase G , uma proteína hipofosforilada, codi cada pelo gene Rb, detém o ciclo por meio 0
de inibição da expressão dos fatores críticos necessários à replicação do DNA
• O progresso do ciclo é controlado por quinases especí cas (quinases dependentes de
ciclinas; cdk), que são ativadas por ligação a proteínas especí cas denominadas ciclinas
• As quatro ciclinas principais, D, E, A e B, em conjunto com seu complexo cdk, comandam o
ciclo; o complexo ciclina D/cdk também libera a inibição mediada pela proteína Rb.
Existem inibidores proteicos de cdk na célula. A proteína p21 é particularmente importante;
esta é expressa quando a lesão do DNA desencadeia a transcrição do gene p53 e interrompe o
ciclo no ponto de controle 1.