Divisão Celular: Mitose e Meiose

Divisão Celular:

Mitose e Meiose

“

as células originam-se d e o u t r a s c é l u l a s preexistentes

Virchow, 1858, médico alemão.

Divisão Celular

- Base da continuidade e perpetuação das células e organismos ao longo do tempo.

- Ocorre em todos os organismos vivos, dos unicelulares aos multicelulares.

Divisão Celular

Eduard Strasburger, 1880: Primeiras figuras de células em divisão (célula ciliada de flor de Tradescantia)

Divisão Celular

Seqüência ordenada de eventos: crescimento celular, duplicação DNA e organelas e divisão da célula.

Ciclo Celular

Crescimento e desenvolvimento dos organismos: MITOSE

-Muitas rodadas de divisão celular produz um novo organismo a partir de uma célula ovo (zigoto).

-Crescimento do organismo.

Divisão Celular

Reprodução dos

organismos multicelulares:

MEIOSE

Divisão Celular

Divisão Celular

Reprodução dos

organismos multicelulares:

MEIOSE – produção de células

germinativas

Bactérias

Reprodução dos organismos unicelulares

Cada divisão celular produz um novo organismo.

Divisão Celular

Duplicação do DNA

Monitoramento e crescimento celular

Monitoramento e crescimento celular

Divisão Celular

Intérfase:

G1, S e G2

Divisão

- Divisão celular durante toda a vida: reposição de células mortas.

- Diferentes taxas de divisão celular entre as células.

Divisão Celular

M M M

S S S

Células embrionárias (blastômeros) menores a cada divisão celular:

Fases G1 e G2 drasticamente diminuídas.

Divisão Celular

Divisão Celular: Mitose

Compactação dos cromossomos

Prófase: transição entre G2 e mitose

Compactação dos cromossomos

Prófase

Arcabouço

Compactação dos cromossomos

Prófase

Condensina: principal componente estrutural do cromossomo

mitótico. Responsável pela condensação do cromossomo.

Condensinas Condensina

Compactação dos cromossomos

Prófase

Fosforilação da condensina

Ciclina B-Cdk1

Condensinas pertencem às Proteinas SMC (Structural Maintenance of Chromosomes)

Proteínas reguladoras

Compactação dos cromossomos

Prófase

Fosforilação da condensina

Ciclina B-Cdk1

Proteínas reguladoras

Proteína do arcabouço do cromossomo

Condensina

Proteína do arcabouço do cromossomo

DNA Condensina

DNA

Condensina

Compactação dos cromossomos

Prófase

Condensina

Distribuição da subunidade SMC2 da

em cromossomos metafásicos de galinha

DNA

Compactação dos cromossomos

Prófase

Topoisomerase II

Sua atividade enzimática permite desemaranhar e separar moléculas de DNA

Cromossomos plumosos

Topoisomerase II DNA

Topoisomerase II: a fitted mechanism for the chromatin landscape

Joaquim Roca, Nucleic Acids Research, 2009, Vol. 37, No. 3

Fragmentação do Golgi e RE

Prófase

Formação do fuso de divisão

Prófase

Início da formação do fuso de divisão

1

Microtúbulos

Microtúbulos: classe de filamentos grossos do

citoesqueleto

1 3 2

Microtúbulos

centrossomo

Início da formação do fuso de divisão

Polimerização dos microtúbulos

Início da formação do fuso de divisão

Rompimento do envoltório nuclear

Fibras do fuso ligam-se aos cromossomos

Prometáfase

Ciclina B-Cdk1

Rompimento do envoltório nuclear

Fosforilação das laminas nucleares

Complexos Ciclina B-

Cdk1 e seu papel na

prometáfase

Fosforilação das laminas nucleares

Fragmentação do envelope nuclear Degradação das ciclina B-Cdk1

Inativação de Cdk1

Defosforilação das lâminas e

remontagem do envelope

Ciclina B-Cdk1

Rompimento do envoltório nuclear

-Fosforilação da condensina – supertorsão dos filamentos de cromatina;

-Fosforilação de proteínas associadas ao RE e Golgi, interrompendo o tráfego vesicular.

-Fosforilação das laminas;

-Fosforilação das nucleoporinas;

-Fosforilação de proteína integrais da membrana nuclear interna que funcionam como âncoras das fibras de cromatina;

-Fosforilação de proteínas associadas aos microtúbulos;

Complexos Ciclina B-Cdk1 e seu papel na prometáfase

Prometáfase

Formação do fuso de divisão

Microtúbulos astrais ou livres

Microtúbulos do cinetocoro

Microtúbulos polares centrossomo cromátide cinetocoro

Cinesinas

- Três classes de microtúbulos:

1- polares 2- cinetócoro 3- astrais ou livres

Prometáfase

Estrutura do cromossomo

telômero

centrômero

cromátide Braço “p”

“petit”

Braço “q”

“subseqüente a p”

Coesinas

Fibras do fuso ligam-se ao cinetocoro do cromossomo

Prometáfase

Cinetocoro

Fibras do fuso Heterocromatina Ultra-estrutura do centrômero

Centrômero

DNA Proteínas do cinetocoro

Fibras do fuso ligam-se ao cinetocoro do cromossomo

CENP – Proteínas centroméricas

Ultra-estrutura do centrômero humano

heterocromatina centromérica

DNA alfóide CENP-B + heterocromatina

centromérica

Cinetocoro microtúbulos

Placa externa CENP-E Placa interna

DNA alfóide CENP-A + CENP-C

Cinetocoro

Estrutura do cinetocoro

Fibras do fuso ligam-se aos cromossomos

Coroa fibrosa

Microtúbulo Dineína

Placa interna

Placa externa Cinetocoro

Placa externa

Coroa fibrosa Microtúbulo

CENP-E (cinesina)

-Cromossomos alinhados no equador da célula

-orientação bipolar dos cromossomos

Metáfase

21

Metáfase

-Dinâmica dos microtúbulos -Oscilações cromossômicas

Cromossomo mantido no equador celular devido à dinâmica dos microtúbulos

Spindle assembly checkpoint signaling requires tension be- tween sister kinetochores (Nicklas and Ward, 1994; Biggins and Murray, 2001; Stern and Murray, 2001; Zhouet al., 2002;

Biggins and Walczak, 2003; Clevelandet al., 2003), and low tension could act to destabilize attachment of MTs to kinet- ochores (Nicklaset al., 2001; Biggins and Walczak, 2003;

Dewaret al., 2004).

Thus, a model where the kinetochore senses both spindle position to regulate kMT plus-end catastrophe frequency and tension generated via chromatin stretch to regulate kMT plus-end rescue frequency has the overall effect of limiting the range of tensions experienced at the kinetochore com- pared with a model with position-dependent switching fre- quencies only. Limiting the range of tensions to intermediate levels (Figure 6A, 2) may help the spindle avoid MT detach- ment by reducing high forces on the kinetochore and allow the checkpoint to be turned off by limiting low tension. The net result is that both high and low tension on kinetochores are unfavorable, resulting in a congressed state of approxi- mately uniform separation distance between sister kineto- chores.

In contrast to Cdc6p-depleted spindles, in which kineto- chore localization near the poles suggests that lack of tension results in net depolymerization of kMTs, loss of tension and kMT attachment inndc10kinetochore mutants does not result in significant MT depolymerization (Pearsonet al., 2003). Therefore, it may be that the kinetochore itself acts to depolymerize kMTs via a catastrophe gradient, an effect that could be antagonized by tension. Loss of attachment could thus allow for net polymerization of MTs, as is observed for interpolar MTs.

A Mechanism for Tension-dependent Regulation of kMT Dynamics

Our analysis shows that tension promotes kMT assembly by increasing rescue. What could be a mechanism by which tension promotes rescue? One possibility for tension-depen- dent regulation of kMT dynamics is a purely physical effect that could be mediated by the kinetochore. For example, recent work with the purified components of the Dam1p/

DASH complex shows that the complex forms rings around microtubules in vitro (Mirandaet al., 2005; Westermannet al., 2005). This type of structure could form a sleeve that surrounds the kMT tip and links to other kinetochore com- ponents (reviewed by Cheesemanet al., 2002), although the existence of rings in vivo remains an open question (Mc- Intosh, 2005). As shown schematically in Figure 7A, the kinetochore-associated sleeve could move toward the kMT minus-end during depolymerization via protofilament splaying and peeling. As a kinetochore moves away from its sister, tension will build in the intervening chromatin (green spring), and in the kinetochore itself (blue spring), advanc- ing the sleeve toward the kMT plus end. This would in turn force kMT protofilaments to straighten (Figure 7B). The straightening of protofilaments could suppress tubulin de- partures from the kMT tip and thereby promote rescue (Figure 7C).

force plausible? Previous analysis of chromatin stretching in budding yeast metaphase showed that the centromere prox- imal chromatin is highly stretched, to the point where indi- vidual nucleosomes are almost certainly forced off the chro- matin (Pearsonet al., 2001). Studies with laser tweezers in vitro show that!15–20 pN is required to force nucleosomes off of double-stranded DNA (Brower-Tolandet al., 2002).

Thus, the typical tension generated via chromatin stretch during yeast metaphase is approximately equal to that esti- mated as necessary for kMT protofilament straightening.

Models Lacking a Spatial Gradient in Catastrophe Frequency Result in Loss of Sister Kinetochore Separation at Metaphase

The catastrophe frequency gradient shown in Figure 2A is an essential model element. In a model that includes a spatial gradient in catastrophe frequency, kMT plus-ends experience a peak in catastrophe frequency at the spindle equator. This has the effect of destabilizing kMT plus-ends located at the spindle equator, such that kinetochores tend to Figure 7. A speculative mechanism for tension-dependent rescue.

(A) In this hypothetical mechanism, the kinetochore sleeve (possibly formed via the Dam1/DASH complex) is pushed toward the kMT minus end via protofilament splaying during depolymerization.

Simultaneous depolymerization at the sister kMT plus end tends to build tension, stretching the kinetochore (blue spring) and the chro- matin (green spring). (B) As tension builds, the sleeve is pulled toward the kMT plus-end to limit protofilament splay. (C) Proto- filament straightening stabilizes the tip against further depolymer- ization and so promotes rescue. The stabilized tip rescues and starts to polymerize.

Modeling of Yeast Microtubule Dynamics

Cinetocoro

Fibras do fuso

Cinetocoro Cromatina

- 

Separação das cromátides-irmãs

Anáfase

Separação das cromátides irmãs

Coesinas: mantém cromátides irmãs conectadas Separase

Coesinas

Separação das cromátides irmãs

Coesinas Separase

Proteína inibidora Separase

inativa

Coesinas

APC inativo APC ativo Separase

ativa Cdc20

Securina

Controle da separação das cromátides irmãs

Ciclina-Cdk M

fosforilação

Anáfase A

Cromátides irmãs movem-se para os polos opostos

Anáfase B

Distanciamento dos polos

Separação das cromátides-irmãs

Cinesinas

Telófase

Cromossomos-filhos chegam aos pólos das células

Reconstituição do envoltório nuclear

Início da formação do anel contrátil

Reconstituição do envoltório nuclear

1

2 Ubiquitinação das ciclinas B– Inativação de Cdk1 que fosforilava as laminas

Divisão do citoplasma:

Formação de anel contrátil em células animais

Citocinese

Estrangulamento do citoplasma

Anel Contrátil (células animais): actina e miosina

Anel Contrátil (células animais): actina e miosina

Formação do Fragmoplasto

Citocinese em células vegetais

1 célula 2n

Uma divisão nuclear e citoplasmática

Mitose

2 células 2n idênticas

Animações:

Ballet mitótico

http://www.youtube.com/watch?v=lPcrfpDE9Ys&NR=1 http://www.youtube.com/watch?v=sBcbXzamai4