Fase G0 do Ciclo Celular

A fase G0 descreve um estado celular em que a célula se encontra fora do ciclo celular replicativo. Historicamente, acreditava-se que as células entravam em G0 primariamente devido a fatores ambientais, como a privação de nutrientes, que limitavam os recursos necessários para a proliferação, sendo, portanto, considerada apenas como uma "fase de repouso".

Atualmente, sabe-se que a fase G0 assume diferentes formas e ocorre por múltiplos motivos. Por exemplo, a maioria das células neuronais adultas, que estão entre as células metabolicamente mais ativas do corpo, residem em uma fase G0 terminal por serem totalmente diferenciadas. Nesses casos, a permanência nesse estado não se deve a estímulos estocásticos ou falta de nutrientes, mas faz parte do programa de desenvolvimento celular.

Origem e Conceito de G0

A existência do estado G0 foi sugerida a partir de estudos iniciais do ciclo celular. Utilizando técnicas de marcação radioativa, pesquisadores descobriram que nem todas as células de uma população proliferam na mesma taxa. Enquanto uma fração da população (chamada de "fração de crescimento") estava em proliferação ativa, outras células permaneciam em um estado não proliferativo.

Algumas dessas células não proliferativas podiam responder a estímulos extrínsecos e reentrar no ciclo celular. Surgiram, então, duas visões contrastantes: algumas consideravam que essas células estavam apenas em uma fase G1 prolongada, enquanto outras propunham a existência de uma fase distinta, denominada G0. Pesquisas subsequentes identificaram o ponto de restrição (R-point) na fase G1; as células podem entrar em G0 antes de atingirem esse ponto, mas, uma vez ultrapassado o ponto R, tornam-se comprometidas com a mitose.

Diversidade dos Estados G0

Existem três estados principais de G0, categorizados como reversíveis (quiescentes) ou irreversíveis (senescentes e diferenciadas). Todos podem ser acessados a partir da fase G1, antes do comprometimento celular com o próximo ciclo.

Quiescência

A quiescência é um estado G0 reversível. Subpopulações de células permanecem quiescentes até serem ativadas por sinais extrínsecos para reentrar no ciclo celular. Células quiescentes são frequentemente caracterizadas por baixo conteúdo de RNA, ausência de marcadores de proliferação celular e alta retenção de marcadores, indicando baixa renovação celular.

Senescência

Diferente da quiescência, a senescência é um estado irreversível. As células entram em senescência em resposta a danos no DNA ou degradação que tornariam a progênie da célula inviável. Esse dano pode ser causado por:

• Encurtamento dos telômeros após sucessivas divisões celulares;
• Exposição a espécies reativas de oxigênio (ROS);
• Ativação de oncogenes;
• Fusão célula-célula.

Embora não possam mais se replicar, as células senescentes mantêm a capacidade de realizar diversas funções celulares normais. A senescência atua frequentemente como uma alternativa bioquímica à apoptose (morte celular programada) para células gravemente danificadas.

Diferenciação Terminal

Células diferenciadas são células-tronco que progrediram através de um programa de diferenciação até atingirem um estado maduro. Essas células permanecem em G0 indefinidamente para desempenhar suas funções especializadas no organismo.

Características de Células-Tronco Quiescentes

Perfil Transcriptômico

Técnicas de alta performance, como microarranjos e sequenciamento de RNA (RNA-seq), revelaram que células-tronco quiescentes (como as hematopoiéticas, musculares e do folículo piloso) compartilham padrões comuns de expressão gênica. Isso inclui a downregulation (redução da expressão) de genes de progressão do ciclo celular, como as ciclinas A2, B1, E2 e a survivina, e a upregulation (aumento da expressão) de genes reguladores de transcrição e destino celular, como FOXO3 e EZH1. A redução do citocromo C mitocondrial também reflete o estado metabólico reduzido dessas células.

Aspectos Epigenéticos

Muitas células-tronco adultas quiescentes apresentam padrões epigenéticos semelhantes. Destacam-se as metilações de histonas H3K4me3 e H3K27me3, que formam domínios bivalentes próximos aos locais de iniciação da transcrição. Esses marcadores regulam decisões de linhagem em células-tronco embrionárias e controlam a quiescência em células-tronco musculares e do folículo piloso via modificação da cromatina.

Regulação da Quiescência

Reguladores do Ciclo Celular

Genes supressores de tumor funcionais, especialmente p53 e Rb, são essenciais para manter a quiescência das células-tronco e evitar a exaustão do pool de progenitores por divisões excessivas. A deleção de proteínas da família Rb, por exemplo, interrompe a quiescência em células-tronco hematopoiéticas. Da mesma forma, a ausência de p53 impede que essas células saiam do ciclo celular para entrar em G0, prejudicando a diferenciação.

Inibidores de quinases dependentes de ciclina (CKIs), como p21, p27 e p57, também são fundamentais. Em camundongos, o nocaute de p57 e p27 leva à saída de G0 através da importação nuclear da ciclina D1 e a subsequente fosforilação de Rb. Além disso, a via de sinalização Notch desempenha um papel crucial na manutenção desse estado.