O título dessa seção é a tradução do título do artigo From Molecular to Modular Cell Biology [9]. Os autores fazem uma revisão na qual se mostra que as funções celulares são executadas por módulos com- postos por várias moléculas que interagem entre si. Uma questão proposta é: como as funções biológicas emergem da complexa rede de interações? É sabido que alguns módulos funcionam isoladamente, mas grande parte deles in uenciam-se reciprocamente, seja através de componentes em comum, seja através de uma sinalização externa ao módulo. Além disso, um módulo não precisa exercer uma função especí ca durante todo o tempo, mas sua função pode ser regulada através de mecanismos outros. Funções podem
emergir em um nível mais alto, em que vários módulos integram-se a m de executar uma tarefa em comum.
Na concepção estrutural de módulo, módulo é um conjunto de nós altamente conectados entre si e pouco conectados com nós externos ao módulo [62, 63, 64]. Na concepção funcional, módulo é uma entidade discreta, cuja função é separável de outros módulos [9]. A questão da correlação entre ambos os conceitos, isto é, como o módulo estrutural se relaciona ao módulo funcional, é ainda um problema em aberto [10, 11].
Apesar de termos fornecido uma introdução geral à teoria de redes, em que as redes de transcrição, as redes de proteínas, entre outras, foram apresentadas como as redes de todas as transcrições, a rede de todas as interações de proteínas, entre outras, focar-nos-emos no estudo dos módulos funcionais. Veremos como a vinculação entre uma rede, que representa um módulo funcional, e um sistema dinâmico, que modela a evolução temporal das interações, pode nos fornecer propriedades que caracterizam o processo siológico.
Capítulo 7
Ciclo celular
Nos capítulos anteriores apresentamos como um processo biológico pode ser representado na forma de uma rede e que a vinculação de um sistema dinâmico à rede poderia capturar a evolução temporal do processo. Nos dois próximos capítulos, estudaremos as redes regulatórias de dois processos biológicos, os quais, através de uma análise via um modelo discreto bastante simples, podem ser bem caracterizados no que diz respeito a algumas propriedades, como robustez e estabilidade. Como seria desejável, o modelo reproduz o processo biológico de maneira dedigna. A aliança entre a reprodução do processo biológico e a capacidade de capturar propriedades importantes do sistema biológico conferem, ao modelo que será utilizado, a sua validade no estudo de redes regulatórias, sugerindo ser esse um bom modelo para um estudo inicial de redes regulatórias em geral.
7.1 Panorama geral do ciclo celular
Num âmbito mais geral, as células precisam gerar cópias delas mesmas a m de manterem a existência do sistema vivo ao qual pertencem1. Se o sistema vivo é um organismo unicelular, o processo de cópia signi ca
a própria reprodução desse organismo. Se o indivíduo é multicelular, o processo de cópia pode signi car, por exemplo, a reposição de células mortas em um tecido , ou, então, o desenvolvimento embrionário, no qual a partir de uma única célula, o indivíduo se forma através de vária replicações da célula seguidas de diferenciações quanto ao tipo celular. Independentemente dos detalhes com os quais ocorre o ciclo, um dos objetivos centrais a serem executados é copiar e transferir a informação genética para a próxima geração.
Uma célula é composta de unidades menores chamadas organelas, como os ribossomos, as mitocôndrias, o retículo endoplasmático etc. Em alguns organismos, conhecidos como eucariontes, a célula divide-se em dois compartimentos: o núcleo e o citosol. O material genético encontra-se no núcleo e a maquinaria básica, como as organelas, que executa as informações contidas no DNA situa-se basicamente no citosol. As informações genéticas podem ser divididas em mais de uma ta dupla de DNA. Cada ta dupla de DNA é conhecida como cromossomo. A questão da geração de cópias resume-se então a produzir uma cópia idêntica dos cromossomos e a dividir a célula em duas. Esse processo é conhecido como ciclo celular.
1A revisão teórica desse capítulo foi embasada em [57]
Figura 7.1: Etapas do ciclo celular.
O ciclo celular é dividido em duas grandes etapas: interfase e fase M. Durante a interfase, a célula aumenta seu tamanho e duplica seu material genético. Na fase M, o material genético duplicado é separado e a célula dividida em duas, de tal forma que cada célula resultante possui uma cópia completa do material genético.
A interfase é dividida em três fases: G1,S e G2. Na fase G1 a célula aumenta a quantidade de seus constituintes a m de poder gerar duas células lhas completas. Na fase S o material genético é duplicado. Na fase G2 ocorre uma veri cação das etapas anteriores, de tal forma que, se todas as etapas anteriores tiverem sido executadas com sucesso, então se pode dar início à fase M.
A fase M é dividida em duas etapas: mitose e citocinese. Na mitose ocorre a separação do material genético e na citocinese a célula é dividida em duas, cada uma com uma cópia do material genético. A mitose, por sua vez, se divide em prófase, pró-metáfase, metáfase, anáfase e telófase. Essas divisões da mitose caracterizam-se pelo estado de separação dos cromossomos duplicados. A gura 7.1 representa as etapas que compõem o ciclo celular.
Existe uma complexa maquinaria genética e molecular que executa o ciclo, cuja descrição pode ser encontrada em [57]. Em vista dessa imensa complexidade, geralmente elege-se um organismo modelo a m de se concentrar os esforços de pesquisa. O organismo modelo eucarionte mais simples é a levedura Saccharomyces cerevisiae, que é um organismo unicelular pertencente ao reino dos fungos. No presente trabalho apenas nos concentraremos no sistema de controle do ciclo celular da levedura. Não obstante essa restrição em nosso estudo, o ciclo celular da levedura é um bom modelo para os demais eucariontes.