Divisão celular
A Maravilha da Miniaturização

No século XIX descobriu-se que as células se reproduzem dividindo-se em duas células filhas, exactamente com o mesmo material genético que a célula mãe. Desde então, o processo da divisão celular tem sido amplamente investigado. Em primeiro lugar, porque entender este mecanismo é fundamental para o desenvolvimento de tratamentos de doenças como o cancro, que se caracteriza por uma divisão descontrolada das células. Em segundo lugar, porque, para realizar a divisão celular, a natureza criou uma “nanomaquinaria” extremamente precisa, o que a torna fascinante, sobretudo nesta era caracterizada pela miniaturização.

A divisão do material genético
A primeira etapa da divisão celular consiste na distribuição do material genético que foi previamente duplicado ou copiado 1. Este processo denomina-se mitose - palavra proveniente da raiz grega mitos (filamento) -, devido à aparência do material genético nessa fase do ciclo celular (Fig. 1). Imediatamente antes de ocorrer a mitose, o DNA enrola-se dando origem aos cromossomas. (Um cromossoma não é mais do que material genético condensado num pequenino pacote que pode ser transportado facilmente de um lado ao outro da célula.) Cada cromossoma duplicado possui dois filamentos, um cópia do outro, que são as chamadas cromátides-irmãs. A divisão do material genético consiste na separação destas duas cromátides, uma para cada célula filha. As nossas células contêm 23 pares de cromossomas; em cada par, um membro é proveniente do pai e o outro da mãe, ou seja, 46 pacotinhos para repartir… Imagine-se como é importante fazer isto com precisão!
A maquinaria responsável por levar cada cromátida de um cromossoma para cada extremo da célula, com o objectivo de originar os dois núcleos das células filhas, é o fuso mitótico. Essencialmente ele é constituído pelos microtúbulos e por umas proteínas motoras que caminham sobre eles. Os microtúbulos, como o nome indica, são uns tubos, largos e flexíveis, formados por unidades de uma proteína chamada tubulina (à semelhança de tubos construídos com peças Lego!). Estes tubos são dinâmicos: crescem continuamente, mediante a adição de mais unidades, ou encolhem, ao perder unidades nos seus extremos. Isto permite-lhes realizar um trabalho mecânico; por exemplo, empurrar um objecto quando crescem, ou puxar por um objecto a eles ligado, quando encolhem (Fig. 2).
Os microtúbulos também funcionam como “estradas” para as proteínas motoras. Estas funcionam como os nossos carros: queimam combustível e usam a energia produzida para caminhar sobre os microtúbulos, transportando a sua carga. Para além disso, contribuem para a organização do fuso, unindo uns microtúbulos a outros enquanto caminham sobre eles. A fim de melhor entendermos este processo, usaremos outra analogia: imagine-se um macaco (a proteína motora) caminhando sobre um ramo de uma árvore (um microtúbulo), e um outro macaco às cavalitas do primeiro, agarrando um outro ramo… Neste trajecto virtual, poderiam os macacos dispor os ramos de forma paralela, ou em leque. Passemos, pois, a imagem para o plano da realidade dos microtúbulos…
Os microtúbulos do fuso organizam-se de forma bipolar, ancorando-se, por uma das extremidades, a um centro organizador (Fig. 2); no outro extremo, crescem e encolhem rapidamente, o que lhes permite explorar o espaço celular e capturar os cromossomas. Fazem-no através de uma estrutura (uma espécie de plataforma unida aos cromossomas) conhecida por cinetocoro . O cinetocoro assemelha-se a uma equipa de trabalho: uns membros apanham os microtúbulos, enquanto outros vigiam, assegurando, em conjunto, que o cromossoma fique unido aos microtúbulos.
Cada cromossoma é capturado por microtúbulos provenientes dos dois pólos do fuso e, mediante um mecanismo de “puxa e relaxa”, é movido até ser colocado no centro da célula (Fig. 3). Até então, as cromátides-irmãs estavam unidas entre si pela coesina, uma espécie de anel que as rodeia e as mantém juntas. Quando todos os cromossomas estão unidos aos dois pólos do fuso mitótico e alinhados com o equador celular, os vigilantes do cinetocoro enviam um sinal verde para que se inicie a separação. Este sinal provoca a activação de uma proteína, a protease, que funciona tal como uma tesoura e que destrói outras proteínas. Ela corta, primeiro, o invólucro de outra proteína-tesoura que, por sua vez, ao ficar livre, corta o anel que mantém ligadas as duas cromátides-irmãs. Destrói, igualmente, a outra proteína motora que empurrava os cromossomas até ao equador celular. Eliminadas estas duas limitações, as cromátides-irmãs separam-se e movimentam-se para pólos opostos no fuso mitótico.
Este movimento caracteriza-se de duas maneiras: de um lado, os microtúbulos unidos aos túbulos sofrem um encurtamento; do outro, as proteínas motoras do cinetocoro, ao caminhar sobre os microtúbulos até aos pólos, fazem-no como se trepassem por uma corda (Fig.s 2 e 3). Se tudo funciona como é devido, consegue-se repartir o material genético em dois conjuntos exactamente iguais em ambos os extremos da célula - que serão agora rodeados por uma membrana, para dar lugar ao núcleo das duas células filhas.

Medicamentos antitumorais
O fuso mitótico é o alvo farmacológico de várias drogas utilizadas como medicamentos antitumorais. Todas essas drogas se unem à tubulina, porém, com efeitos diversos. O taxol (um composto oriundo das agulhas e casca do freixo) ou Taxus, é um dos medicamentos antitumorais de mais amplo espectro. Ele impede a despolimerização de microtúbulos, estabilizando-os.
Pelo contrário, os alcalóides derivados de uma planta chamada vinca - a vincristina e a vimblastina -, desestabilizam os microtúbulos e promovem a sua despolimerização. Para funcionarem correctamente, os microtúbulos do fuso mitótico devem encontrar-se em estado dinâmico, ou seja, crescendo e encolhendo continuamente. Por isso, as drogas acima referidas, ainda que tenham efeitos opostos, conduzem ao mesmo resultado final, o bloqueio da mitose. Quando as células estão submetidas a este bloqueio durante um longo período de tempo, sofrem apoptose e morrem 2. Consegue-se, assim, o objectivo do medicamento: matar as células cancerosas.
E quando o fuso não funciona correctamente?
É muito importante que cada célula filha receba exactamente o material genético que lhe corresponde; nem mais, nem menos. As células (que são muito espertas!) têm o seu próprio sistema de controlo de qualidade, tal como acontece em qualquer processo industrial. No caso das células, a importância desse controlo é ainda maior, pois a sua vida depende disso!
Para assegurar a repartição equitativa dos cromossomas, cada cromátide de um cromossoma deve estar unida a microtúbulos de um dos pólos do fuso mitótico, e os cromosomas devem estar alinhados no interior da célula. As proteínas vigilantes do cinetocoro monitorizam a união de todos os cromossomas a microtúbulos procedentes dos dois pólos do fuso e, para além disso, medem a tensão que se produz quando existe união entre os dois pólos. Uma vez assegurado que tudo esteja correcto, os vigilantes enviam um sinal verde que acciona a actividade das proteínas-tesoura antes referidas, separando-se, então, as cromátides-irmãs, que se movem em direcções opostas no fuso.
Quando uma célula não efectua correctamente este controlo, os microtúbulos puxam os cromossomas para os pólos sem esperar que estejam bem seguros. Essa falha dá lugar a perdas de cromossomas durante a divisão celular, originando-se a aneuploidia, ou seja, o surgimento de células com um número anormal de cromossomas (fig. 3). Uma tal anomalia é fatal para as células, podendo provocar defeitos pré-natais como o síndrome de Down (trissomia do cromossoma 21). A segregação desigual de cromossomas pode, igualmente, favorecer o desenvolvimento de cancro, tendo-se observado que a falta deste “controlo de qualidade” é uma característica típica da doença. A mutação ou a escassez de alguns dos vigilantes do cinetocoro estão relacionadas, por exemplo, com o desenvolvimento de carcinomas como o do cólon-rectal, da mama, do ovário ou do pulmão.

Como dividir a célula em duas…
Para além de dividir o material genético, as células têm que dividir o citoplasma e assegurar que cada célula filha resultante receba um núcleo - tal implicando que o plano de divisão deva ser perpendicular ao eixo segundo o qual se dá a separação dos cromossomas.
Para se dividir em duas, as células constróem uma outra peça de engenharia no equador celular. Desta vez, a maquinaria é um anel contráctil formado principalmente pelas proteínas actina e miosina, as mesmas que conformam os nossos músculos e permitem a sua contracção. A actina organiza-se em forma de polímero, de modo semelhante à tubulina, de que atrás falámos. A miosina é outro tipo de proteína motora que caminha especificamente sobre os filamentos de actina e, ao fazê-lo, pode também realizar um trabalho mecânico.
Os nossos músculos são constituídos por filamentos de actina unidos entre si por filamentos de miosina, que puxam pelos primeiros ao caminhar sobre eles, a fim de conseguir a contracção muscular (fig. 4). Acredita-se que o anel contráctil está organizado e funciona de modo semelhante a um mini-músculo, sendo a miosina a geradora da força necessária para a sua contracção. Este anel encontra-se unido à face interna da membrana que delimita a célula e, ao contrair-se, puxa por esta até dividir o citoplasma em dois.
Porém, esta contracção é insuficiente para conseguir a divisão da célula em duas; é também necessário que se produza uma nova membrana para aumentar a superfície disponível. A célula produz vesículas - pequenas esferas delimitadas por uma membrana - e transporta-as ao longo dos microtúbulos até zonas da superfície celular próximas do anel contráctil. Para saber onde devem ligar-se à membrana que rodeia a célula, as vesículas transportam uma “chave” na sua superfície. Esta chave só entra num tipo de fechadura, e esta fechadura está localizada precisamente na proximidade do anel de actina e miosina. Desta forma, quando a chave encaixa na fechadura, as vesículas fundem-se com a membrana plasmática contribuindo para aumentar a superfície necessária à “invaginação” desta. Quando a frente da invaginação está próxima, as vesículas produzem o fecho da ponte de união entre as células. E… urra! Completou-se, assim, a divisão celular.

Como nos ajudam as leveduras (para além de nos refrescarem no verão!)
Os processos descritos anteriormente não acontecem somente no interior das nossas células. Organismos muito mais simples, como as leveduras (esses pózinhos que se usam para preparar pão e, também, responsáveis pelo álcool da cerveja), utilizam as mesmas maquinarias que as nossas células com o fito de se dividirem. Tais organismos são de muita utilidade para se compreender como funciona a divisão celular.
As leveduras são fungos unicelulares microscópicos (fig. 5), sendo a levedura do pão ou da cerveja (de nome latino Saccharomyces cerevisiae) a mais vulgarmente utilizada em investigação. Menos usada, mas também considerada como sistema modelo, é a Schizosaccharomyces pombe, isolada numa cerveja proveniente do Este de África (pombe quer dizer cerveja em idioma swahili). Por diversas razões, estes microorganismos utilizam-se muito em investigação: são organismos eucariotas e, portanto, semelhantes a células humanas; são ‘GRAS’ (reconhecido geralmente como seguro), isto é, não são patogénicas e não nos provocam doenças; dividem-se relativamente depressa, pelo que, em pouco tempo, se podem observar várias gerações e estudar múltiplos processos; são ainda muito fáceis de manipular geneticamente, tendo-se desenvolvido numerosas ferramentas para o levar a efeito em laboratório.
Estas características permitem-nos utilizar as leveduras como sistemas modelo com o objectivo de estudar determinados processos biológicos, o que nos ajuda a entender o que ocorre em sistemas mais complexos, tais como as células humanas. Por esta razão, não é surpreendente que grande parte do conhecimento que hoje detemos, de como ocorre a divisão celular, seja proveniente de estudos realizados em leveduras! Dois investigadores que utilizaram a levedura para o estudo da divisão celular e descobriram os reguladores principais desse ciclo, receberam, em 2001, o prémio Nobel de Fisiologia e Medicina, juntamente com um terceiro que utilizava ouriços do mar para os seus estudos.
Vejamos um outro exemplo da sua utilidade: os vigilantes (atrás mencionados) do fuso mitótico são os componentes melhor conservados da maquinaria mitótica comum ao homem e à levedura. A maioria destes componentes foram descobertos na levedura da cerveja através de um estudo de mutantes nos quais não ocorria a mitose em presença de drogas que danificavam o fuso mitótico. Devido ao facto de o fuso não funcionar bem, ocorriam os defeitos na segregação dos cromossomas anteriormente descritos e, consequentemente, as células morriam.
Nos últimos anos, vêm sendo encontradas proteínas similares em outras leveduras, em outros organismos-modelo como a mosca do vinagre ou a larva, e em células de mamíferos como o rato e o homem. O facto destas proteínas permanecerem tão bem conservadas ao longo da evolução demonstra como a sua função é essencial.
Ainda nos resta muito a aprender sobre como funcionam estas incríveis, e pequeníssimas, máquinas… Continuaremos, deste modo, a olhar pelo microscópio, maravilhando-nos ante a sabedoria da Natureza!

Mercedes Pardo Calvo
Licenciada e doutorada em Farmácia pela Universidad Complutense de Madrid (Espanha). Actualmente
a efectuar um pós-doutoramento no laboratório do Sir Paul Nurse (Laboratório do Ciclo Celular), no Cancer Research UK, Londres, Reino Unido.

Notas:
1 Godinho Ferreira, M (2002), Biosofia 15:40-43
2 Costa Pereira, AP (2001), Biosofia 8:37-40

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