NUTRIENTES E EXPRESSÃO DE GENES
Augusto Schneider Faculdade de Nutrição
Universidade Federal de Pelotas
FATORES DE TRANSCRIÇÃO
Sensores do estado metabólico do organismo
FATORES DE TRANSCRIÇÃO
SERBP (Sterol regulatory element binding proteins) Proteínas de ligação do elemento de regulação do esterol ChREBP (Carbohydrate sensitive response element binding protein) Proteínas de ligação do elemento de resposta sensível a carboidratos Superfamília de Receptores Nucleares Vitaminas e ácidos graxos RXR – Retinoid X Receptor RAR – Retinoic Acid Receptor PPAR – Peroxisome proliferator-activated receptor … LXR, FXR, VDR, PXR
FATORES DE TRANSCRIÇÃO
SREBPs Sterol regulatory element binding proteins
Regula a expressão de mais de 30 genes ligados ao metabolismo do colesterol, ácidos graxos, triacilglicerol e síntese de fosfolipídeos. Possui 3 isoformas: SREBP-1a e SREBP-1c – indução de enzimas lipogênicas SREBP-2 – controla a biosíntese de colesterol Sintetizado como precursores inativos ligados ao retículo endoplasmático Sua ativação envolve o transporte para o complexo de Golgi pela SCAP (sterol sensor SREBP cleavage activating protein)
SREBPs Sterol regulatory element binding proteins
SREBPs Sterol regulatory element binding proteins
O SREBP ativa a transcrição de genes se ligando como homodímero ao SRE (sterol response element) na molécula de DNA Sequência reconhecida no DNA (SRE): YCAYnYCAY Y → pirimidina (C ou T)
SREBPs Sterol regulatory element binding proteins
O fígado sintetiza colesterol e ácidos graxos
Síntese de colesterol regulada pelos níveis intracelulares
Síntese de ácidos graxos depende da disponibilidade de carboidratos
SREBPs controlam estas duas vias
Dois grupos de genes alvo:
- Genes envolvidos na biossíntese de colesterol (SREBP2)
- Genes de enzimas lipogênicas (SREBP1)
SREBPs Sterol regulatory element binding proteins
SREBP-1a e 1c → expressão de genes para síntese de ácidos graxos, bem como sua incorporação em triglicerídeos e fosfolipídeos ATP-citrato liase, acetil-CoA sintetase, acetil-CoA carboxilase, ácido graxo sintase, stearoil CoA desaturase
Síntese de acetil CoA
Induzido pela insulina
Inibido por ácidos graxos poliinsaturados
SREBPs Sterol regulatory element binding proteins
SREBP-2 → expressão de genes envolvidos na retirada do colesterol das lipoproteínas e na cascata da biosíntese de colesterol LDLR, farnesil pirofosfato sintase, HMG-CoA sintase, HMG CoA redutase, SREBP2 Enzima marcapasso da
sintese de colesterol
Responsiva ao colesterol ↑ colesterol inibe ativação do SREBP
= inibição da sintese de colesterol
ChREBP Carbohydrate sensitive response element binding protein
Resposta induzida por carboidratos para expressão de genes ligados a glicólise e lipogênese → Conversão de carboidratos em TAG, assim permitindo armazenamento de longo prazo para esta energia derivada dos carboidratos Resposta não dependente da presença de insulina Muito expresso no tecido hepático e adiposo
ChREBP Carbohydrate sensitive response element binding protein
ChREBP Carbohydrate sensitive response element binding protein
Em altas concentrações de glicose é translocado para o núcleo, no jejum está presente no citoplasma A glicose regula sua desfosforilição permitindo a importação do ChREBP para o núcleo onde ativa a trancrição gênica No DNA se liga ao ChRE (elementos de resposta aos carboidratos) Sequência no DNA: CACGGG(5n)CCCGTG
ChREBP Carbohydrate sensitive response element binding protein
Controla a glicólise e lipogênese Ingestão de excesso de carboidratos ativa rotas de sintese de TAG hepático Inibição do ChREBP melhora consequências da sindrome metabólica Notavel aumento da sensibilidade a insulina
ChREBP Carbohydrate sensitive response element binding protein
Regulação da expressão de insulina nas células β-pancreáticas não é mediada somente por ChREBP … envolve uma série de outros fatores de transcrição responsivos a glicose também.
SREBPs E ChREBP Genes chave para a lipogênese repondem tanto ao SREBP quanto ChREBP SREBP → regulado pelo colesterol/ácidos graxos/insulina ChREBP → regulado pela glicemia
Receptores no núcleo regulam a expressão gênica em resposta a nutrientes lipossolúveis e seus metabólitos Esta família de receptores contem 48 membros Podem se ligar a vitaminas lipossolúveis, ácidos graxos e metabólitos do colesterol → Atuam como sensores de lipídeos
RECEPTORES NUCLEARES
Ativação Função 1 Ativação Função 2 Recrutamento do co-ativador
Dimerização
Ligação ao DNA Ligação ao ativador
AGGTCA n AGGTCA
RECEPTORES NUCLEARES
R X R
O R
RAR PPAR LXR FXR VDR PXR
Elemento de resposta no DNA Repetição invertida (IRn) AGGTCA – Nn – ACTGGA RAR/RXR (n=0), FXR/RXR (n=1) Repetição evertida (ERn) ACTGGA – Nn – AGGTCA RAR/RXR (n=8), VDR/RXR (n=9) Repetição direta (DRn) AGGTCA – Nn – AGGTCA RAR/RXR (n=2/5), PPAR/RXR (n=1)
RECEPTORES NUCLEARES
HNF-4 (Hepatocyte nuclear factor 4) Tem como ligante os ácidos graxos de cadeia longa (varia com tamanho e saturação) Mutações no gene do HNF-4 associadas ao diabetes (atua na trancrição da insulina) Se liga na forma de homodímero (diferente dos outros receptores) a DR1 Regula a expressão de genes (222 genes diferentes só no fígado) – muito amplo – regula produção de apolipoproteínas - Metabolismo de carboidratos - Metabolismo de lipídeos - Metabolismo de aminoácidos
RECEPTORES NUCLEARES
PPAR (Peroxissome Proliferator Activated Receptors) Tem como ligante os ácidos graxos poliinsaturados - α-linolenico - Eicosapentanoico - Linoleico - Araquidônico Possui 3 isoformas que diferem no padrão de expressão e função biológica PPARα, PPARβ e PPARγ
RECEPTORES NUCLEARES
Ômega-3
Ômega-6
GPR120 exclusivo
Inibe a inflamação e aumentaa sensibilidade a insulina
PPARα (Peroxissome Proliferator Activated Receptor α) Expresso no fígado, rim, coração e muscúlo Estimulado por fosfolipídeo - 16:0/18:1-GPC (produzido pela FAS) Regulador global da homeostase energética – catabolismo de lipídeos – responde aos ácidos graxos e acelera o metabolismo deles Regula a expressão de genes que facilitam a entrada de ácidos graxos e transporte intracelular de ácidos graxos na mitocôndria e peroxissomos para oxidação, além de enzimas catabólicas como as relacionadas a β-oxidação mitocondrial São alvos dos fibratos Drogas que diminuem o TAG e aumentam o HDL
RECEPTORES NUCLEARES
PPARγ (Peroxissome Proliferator Activated Receptor γ) Principal responsável pelo controle da diferenciação dos adipócitos Envolvido no processo de sensibilidade a insulina e adipogênese Promove acúmulo de gordura aumentando diferenciação dos adipócitos e estimulando a lipogênese Sofre splicing → PPARγ1 e PPARγ2 1 – Expresso em vários tecidos, mais no adiposo, macrófagos e células endoteliais 2 – Exclusivamente no tec. adiposo
RECEPTORES NUCLEARES
PPARγ (Peroxissome Proliferator Activated Receptor γ) Ligantes do PPARγ: TZDs (tiazolidinicos) Derivado do ác. aracdônico: Derivado do LDLox:
RECEPTORES NUCLEARES
PPARγ (Peroxissome Proliferator Activated Receptor γ) Sensibilizam a insulina através de efeitos no metabolismo da glicose e lipídeos no músculo, fígado e tecido adiposo Afetam a expressão de hormônios scretados pelo tecido adiposo: leptina, TNF-α, Plasminogen activator inhibitor-1, interleucina-6 e adiponectina Reduzem os níveis de ácidos graxos livres, aumentando a captação pelo tecidos adiposo e previnindo sua liberação Estimulam a lipólise do TAG circulante e captação pelo adipócito Genes: Lipase lipoproteica, FATP, LDLR – captura de ác. graxos e LDL PEPCK e GyK9 – síntese de TAG e armazenamento de ác. Graxos GLUT4 – captura de glicose dependente de insulina
RECEPTORES NUCLEARES
PPARβ (Peroxissome Proliferator Activated Receptor β) ou PPARδ Estimulado pelos ác. graxos de cadeia longa Agonistas do PPARβ tem efeito para aumentar a oxidação dos ácidos graxos no músculo esquelético, reduzir triglicérideos no soro, aumento de HDL e estimular aspectos de transporte reverso de colesterol, melhoram a homeostase da glicose e estimulam e perda de peso.
RECEPTORES NUCLEARES
PPARβ (Peroxissome Proliferator Activated Receptor β) ou PPARδ
RECEPTORES NUCLEARES
LXR (Liver X Receptor) Alta expressão no fígado Estimulado pelos intermediários da síntese do colesterol Ác. Graxos insaturados podem inibir a ativação do LXR LXRs são essencias na regulação da homeostase do colesterol, bem como lipoproteínas circulantes São ativados pelo colesterol aumentado e atuam na expressão de genes
RECEPTORES NUCLEARES
LXR (Liver X Receptor) Alto nível de colesterol intracelular inicia o processo de efluxo de colesterol (primeiro e passo limitante no processo de transporte reverso de colesterol) Este processo é mediado pelo LXR através da indução de ATP-binding cassete transporter e genes das principais apolipoproteínas (apoE, C-I/C-IV, C-II) Aumenta a troca de lipídeos entre lipoproteínas, além de atuar na expressão do receptor do HDL, facilitando a captação de colesterol pelas células hepáticas e consequente eliminação via ácidos biliares
RECEPTORES NUCLEARES
RAR (Retinoic Acid Receptor) Ativados pelos retinóides – derivados do metabolismo da vitamina A Influencia vários processos: metabolismo de colesterol, ácidos graxos e carboidratos Possui 3 isoformas: RARα – fígado, rim, baço e placenta RARβ – todos tecidos RARγ – muscúlo cardíaco e esquelético Genes que contém elementos de resposta ao RAR, normalmente respondem a outros fatores como PPARs, LXR, FXR, PXRs
RECEPTORES NUCLEARES
VDR (Vitamin D Receptor) Ativado pela forma ativa da vitamina D (1,25 dihidroxivitaminaD3) Encontrado principalmente no tecido ósseo, renal, intestinal e glândulas paratireóides Vitamina D → aborção intestinal de cálcio e mobilização de cálcio ósseo Genes que influencia: Proteínas ligadoras do cálcio – calbindina-D28k e D9k (rim e intestino) Proteínas da matriz óssea – osteocalcina e osteopoetina Mineralização óssea Remodelação óssea Vitamina D 24-hidroxilase – quebra da vitamina D ativa
RECEPTORES NUCLEARES
FATORES DE TRANSCRIÇÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Fatores de transcrição são importantes reguladores da atividade metabólica São capazes de responder com ativação/inativação ao estado metabólico do organismo Ativação de fatores de trancrição ativa rotas metabólicas por aumentar a expressão do gene da enzima envolvida nesta rota Estudo e desenvolvimento de agonistas dos fatores de transcrição para tratamento de doenças metabólicas Ex.: TZD e diabetes tipo II