Hanahan & Weimberg - Halmarks of cancer - Cell 100:57-70, 2000.

SINALIZAÇÃO CELULAR

FORMAS DE SINALIZAÇÃO CÉLULA-CÉLULA.

A sinalização celular pode ser realizada pelo contato direto entre as células ou mediado por moléculas sinalizadoras secretadas.

A) Sinalização endócrina, hormônios são transportados pelo sistema circulatório e agem em células em locais distantes.

B) Sinalização parácrina, uma molécula secretada por uma célula irá agir em outras células vizinhas.

C) Sinalização autócrina, uma célula produz uma molécula sinalizadora para a qual ela também responde.

Aspectos gerais da sinalização celular

Componentes de uma via de transdução de sinal Células respondem a combinações de sinais específicos

Moléculas de sinalização

FOSFORILAÇÃO DE PROTEÍNAS – MUDANÇA CONFORMACIONAL

QUINASE

FOSFATASE

Componentes de uma via de transdução de sinal

-mecanismo que permite a uma célula infuenciar o comportamento de outras -essencial à manutenção de organismos multicelulares

Células respondem a combinações de sinais específicos

-uma dada célula é exposta a centenas de sinais -sinais solúveis, sinais ligados à matriz extracelular, sinais ligados às células vizinhas -dependendo do sinal recebido a célula responderá de forma distinta

Estudos de mutagênese identificaram porções de aminoácidos no hormônio de crescimento e em seu receptor que determinam a interação entre as duas moléculas de maneira altamente específica.

Interação de moléculas com seu receptor na superfície celular

Hormônio do crescimento e seu receptor

Um mesmo sinal, por ex. Acetilcolina, pode originar diferentes respostas celulares

Células diferenciadas podem responder de maneira distinta para a mesma molécula sinalizadora e também utilizar o mesmo tipo de receptor na membrana.

Moléculas de sinalização

Neurotransmissores

Características das moléculas sinalizadoras: variado, de gases a proteínas.

Óxido nítrico

NO é uma molécula de sinalização parócrinaem sistema nervoso, imune e circulatório

Uma ação bem conhecida é a dilatação de vasos sanguíneos.

Óxido nítrico

NO é uma molécula de sinalização parócrinaem sistema nervoso, imune e circulatório

Uma ação bem conhecida é a dilatação de vasos sanguíneos.

Hormônios - sinalização endócrina

- Todas moléculas sinalizadoras agem por ligação com um receptor expresso na superficie celular, ou localizado no citoplasma ou núcleo.

- Hormônios esteróides e outros (Hormônio tireóide, vitamina D3 e ácido retinóico) que são de características hidrofóbicas atravessam a membrana plasmática por difusão e agem diretamente em receptores citoplasmáticos ou nucleares

Segundos mensageiros intracelulares

Visão geral das sete principais classes de receptores de superficie celular

RECEPTORES

•  Receptores nucleares ou intracelulares •  Receptores acoplados à proteína G •  Receptores Proteína tirosina quinase

•  Receptores canais iônicos •  Receptores de citocinas •  Receptores acoplado a outras atividades

enzimáticas

RECEPTORES

•  Receptores nucleares ou intracelulares •  Receptores acoplados à proteína G •  Receptores Proteína tirosina quinase

•  Receptores canais iônicos •  Receptores de citocinas •  Receptores acoplado a outras atividades

enzimáticas

Ação de estrógenos - receptores nucleares

Estrógenos difudem pela membrana plasmática e citoplasma e ligam-se a receptores no núcleo.

Na ausência do hormônio, o receptor está associado com uma proteína HSP90 na forma inativa.

A presença do hormônio promove a dissociação de HSP90 e dimerização do receptor que interage com um coativador HAT (histone acetyltransferase), esse complexo então é capaz de ligar-se ao DNA, promovendo assim a transcrição de genes. Família de proteínas receptores nucleares

Ação do hormônio da tireóide - receptores nucleares

Neste caso, o receptor está ligado ao DNA na presença ou ausência do hormônio.

Na ausência de hormônio, o receptor está associado a um co-repressor HDAC (histone deacetylase) impedindo a transcrição gênica.

Na presença do hormônio, o receptor muda sua associação para um ativador da transcrição gênica, HAT (histone acetyltransferase)

O receptor do hormônio da tireóide então exerce uma função regulatória da expressão de genes.

Família de proteínas receptores nucleares

RECEPTORES

•  Receptores nucleares ou intracelulares •  Receptores acoplados à proteína G •  Receptores Proteína tirosina quinase

•  Receptores canais iônicos •  Receptores de citocinas •  Receptores acoplado a outras atividades

enzimáticas

Sinalização por neurotransmissor liberado em uma sinapse. A chegada de um impulso nervoso ao terminal do neurônio sinaliza a fusão de vesículas sinápticas com a membrana plasmática, resultando em liberação do neurotransmissor da célula pré-sináptica para a junção. O neurotransmissor liga-se ao receptor e abre canais iônicos na membrana plasmática da outra célula, propagando assim o sinal.

RECEPTORES

•  Receptores nucleares ou intracelulares •  Receptores acoplados à proteína G •  Receptores Proteína tirosina quinase

•  Receptores canais iônicos •  Receptores de citocinas •  Receptores acoplado a outras atividades

enzimáticas

Ativação e desativação de proteínas G quando ligado GTP. A hidrólise de GTP para GDP torna a proteina G inativa. Esse mecanismo regula a sinalização de receptores acoplados a proteína G.

Função de receptores de superfície celular - ligado a proteína G

Muitos ligantes responsáveis pela sinalização entre as células ligam-se a receptores na superficie celular.

ESTRUTURA RECEPTOR ACOPLADO A PROTEÍNA G

sete segmentos transmembrana (α-hélices)

- Proteína G - heterotrimérica subunidades α e βγ

Ao ligar, o hormônio promove interação do receptor com a proteína G.

Proteína G é ativada, então subunidade α dissocia-se do receptor e estimula adenilato ciclase, o qual cataliza a conversão de ATP para AMP cíclico.

Função de receptores de superfície celular - ligado a proteína G

A atividade da subunidade α é terminada pela hidrólise de GTP para GDP, que ligado a α reassocia com o complexo βγ

Em estado inativo, a subunidade α é ligado para GDP, em um complexo com βγ

A subunidade α ligado à GTP dissocia-se do complexo βγ e do receptor e interage com outra proteína-alvo

A ligação do hormônio com o receptor induz uma interação do receptor com proteína G, estimulando a liberação de GDP e troca por GTP

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Receptor proteina G - Video 15_5.mov 1) Sinal liga no receptor

2) receptor muda de conformação e aumenta afinidade por proteína G

3) Proteína G liga-se ao receptor

4) GTP abundante no citoplasma é trocado por GDP e ativa Proteina G que dissocia-se

5) Subunidade alfa - liga-se a proteína alvo

7) RGS (proteína regulatória da proteína G) inativa por hidrólise de GTP para GDP (proteína G inativa)

8) Mesmo na presença de sinal uma proteína chamada ARRESTINA desliga o receptor, por ligar-se na posição ocupada por proteína G após fosforilação. Também essa proteína é responsável pela internalização e degradação do receptor.

Protein G β (azul) γ (roxo)

Tradução do sinal intracelular - 2ª PARTE

metabolismo

Proteína G ativa adenilato ciclase (ATP em cAMP)

cAMP - 2º mensageiro

cAMP promove ativação de proteína quinase A (PKA)

1º mensageiro

PKA

Unidade regulatória

Unidade catalítica

PKA irá fosforilar outras proteínas-alvo

Proteina quinase A (PKA)

Tradução do sinal intracelular - amplificação

Tradução e amplificação de um sinal extracelular. Neste exemplo, a ligação de uma molécula de epinefrina resulta na síntese de um grande número de moléculas de cAMP, o qual, por sua vez, ativa múltiplas moléculas de enzimas

Efeito de aumento de cAMP induz a quebra de glicogênio

Efeito de diminuição de cAMP induz a formação de glicogênio

Regulação do metabolismo do glicogênio por cAMP nos hepatócitos e nas células musculares.

Tradução do sinal intracelular - Expressão de genes induzíveis por AMP ciclíco

Aumento de cAMP ativa a transcrição de genes específicos contendo uma sequência regulatória chamada CRE (cAMP response element) ou elemento de resposta ao cAMP.

PKA ativada por cAMP entra no núcleo e fosforila um fator de transcrição chamado CREB (CRE-binding protein)

A regulação de expressão gênica por cAMP tem papel importante no controle da proliferação, sobrevivência e diferenciação de ampla variedade de células animais.

15.4

Palczewski K. G Protein–Coupled Receptor Rhodopsin. Annual review of biochemistry. 2006;75:743-767. doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142743

Spehr M, Munger SD. Olfactory receptors: G protein-coupled receptors and beyond. J Neurochem. 2009 Jun;109(6):1570-83

Neuroscience. 2nd edition. Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., editors. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2001.

Examples of various channels and G-protein-coupled receptors that activate taste transduction in response to various compounds. When stimulated, each of these channels or receptors changes neurotransmitter release via either direct changes in depolarization or second messenger-mediated changes in intracellular Ca2+ concentration.

RECEPTORES

•  Receptores nucleares ou intracelulares •  Receptores acoplados à proteína G •  Receptores Proteína tirosina quinase

•  Receptores canais iônicos •  Receptores de citocinas •  Receptores acoplado a outras atividades

enzimáticas

Função de receptores de superfície celular - receptor tirosina quinase

Organização de receptor proteína-tirosina quinase

- N terminal extracelular (região de ligação com moléculas sinalizadoras)

- Segmento transmembrana simples (α-hélice)

- Domínio C-terminal intracelular com atividade enzimática de fosforilação de tirosinas (tirosina quinase)

- Sub-familias de receptores proteína-tirosina-quinase

- EGF-R e Insulina-R = domínio rico em cisteína

- PDGF-R - domínio tipo imunoglobulina

Função de receptores de superfície celular - receptor tirosina quinase

Dimerização e autofosforilação - A ligação do fator de crescimento (insulina, EGF e PDGF) induz a dimerização do receptor, e consequente autofosforilação pelo domínio intracelular com atividade enzimática tirosina quinase.

Associação com moléculas de sinalização intracelular via porção contendo tirosina fosforilada e domínios SH2

SH2 consiste de uma centena de aminoácidos em proteínas que é responsável pela ligação a porção peptídica do receptor-tirosina quinase.

Este domínio SH2 foi descoberto em uma proteína oncogênica de Rous sarcoma virus (SRV)

Receptores diferentes podem ativar a mesma via de sinalização gerando os mesmo 2◦ mensageiros

•  Ativação de fosfolipase C-γ por receptor tirosina quinase

•  Ativação de fosfolipase C- beta por proteína G

Ativação de fosfolipase C-γ por receptor tirosina quinase

PLC (fosfolipase C-γ) liga-se ao receptor via domínio SH2 e sendo fosforilado, isto aumenta a atividade de PLC produzindo a hidrólise de PIP2 (fosfatidil-inositol-4,5-bi-fosfato) em diacilglicerol (DAG) e inositol-tri-fosfato (IP3)

DAG recruta a Proteína quinase C

IP3 mobilização de Ca+2

PIP2 pode ser ativado tanto com receptor tirosina-quinase como por receptor acoplado a proteína G, sendo que em ambos o resultado é a hidrólise do inositol-fosfolipideo em IP3 e DAG (2º mensageiros)

DAG ativa proteína quinase C - fatores de transcrição - expressão de genes - proliferação celular

IP3 promove liberação de Cálcio que ativa várias proteínas dependentes de Ca+2 propagando o sinal intracelular.

Ativação de fosfolipase C- β por proteína G

Video 15_6.mov

Diferenciação de células B para células produtoras de anticorpo

Via Calcio e DAG - Proteína quinase C (PKC)

Conclusões Os sistemas de sinalização discutidos aqui são somente alguns exemplos e suas descrições são extremamente simplificadas porque muitos dessas vias de sinalização são interconectadas umas as outras (criando uma conversa cruzada). Enquanto essa conversa cruzada parece criar problemas (para nossa compreensão, bem como para as células), de fato, isto é essencial para modular respostas gênicas para uma variedade de ligantes que entram em contato com a célula ao mesmo tempo e em diferentes intensidades (quantidade/concentração dos ligantes).