AULA 10 - SINALIZAÇÃO CELULAR E MECANISMOS DE AÇÃO HORMONAL

AULA 10

SINALIZAÇÃO CELULAR E MECANISMOS DE AÇÃO HORMONAL

1- INTRODUÇÃO A SINALIZAÇÃO CELULAR

Sinais químicos podem modular o processo de proliferação e diferenciação celular; podem regular as vias metabólicas; podem regular processos celulares; e podem induzir a apoptose.

FORMAS DE COMUNICAÇÃO ENTRE CÉLULAS:

I) Junção comunicante (entre células justapostas) → formação um poro proteico (conexinas) entre a célula produtora do sinal e a célula-alvo. A célula produtora de sinal libera a molécula sinalizadora (que geralmente é um íon, ou cAMP) que atravessa o poro da junção comunicante e alcança a célula-alvo. Esse canal (ou poro) formado não necessariamente faz transporte passivo, eles podem abrir e fechar dependo de situações fisiológicas das células (aumento da concentração de Ca++, aumento do pH intracelular, etc).

II) Liberação do mensageiro químico pela célula sinalizadora para o meio extracelular → Esse ligante interage com receptores da célula-alvo (de superfície, citoplasmáticos e nucleares); e o receptor transmite o sinal de forma a desencadear uma resposta celular. Esse tipo de sinalização pode ser autócrina (quando o ligante interage com receptores da própria célula que o secretou); parácrina (quando o ligante interage com receptores de células da vizinhança); endócrina (quando o ligante hormonal é liberado na corrente sanguínea e circula sistemicamente até alcançar seu receptor-específico); ou neural (quando o ligante neutrotransmissor é liberado na fenda sináptica e se liga a um receptor, que pode estar em outro neurônio ou num órgão efetor)

III) Liberação de mensageiro químico para o meio externo (ar e água) → É o caso dos feromônios. Eles serão difundidos pelo meio externo até alcançar sua célula alvo, que normalmente é captado por outros animais. → Demarcação de território, feromônios sexuais.

EFEITOS DOS SINALIZADORES:

Um mesmo sinalizador pode gerar diferentes respostas dependendo da célula em que ele está atuando. Um exemplo pode ser a acetilcolina, que atua a) reduzindo a velocidade de contração do músculo cardíaco, b) estimulando a secreção de glândula salivar, c) como neurotransmissor nas placas motoras, induzindo a contração do M.E.E.

ESTRUTURA QUÍMICA DOS MENSAGEIROS X TIPOS DE TRANSDUÇÃO DE SINAL

Moléculas sinalizadoras hidrofílicas (polares) ou grandes demais têm dificuldade de atravessar a membrana celular fosfolipídica. Nesse sentido, elas precisam de um receptor de superfície. Quando essas moléculas sinalizadoras se ligam ao receptor, muitas vezes ele está acoplado a uma proteína G, que vai desencadear a liberação de segundo mensageiros (como o cAMP). Esse segundo mensageiro atua sobre enzimas pré-existentes no citoplasma celular, modulando a atividade dessas enzimas e alterando a atividade da célula. Normalmente, esse tipo de mecanismo é rápido, mas dura menos tempo.

Moléculas sinalizadoras hidrofóbicas (apolares) ou pequenas o suficiente passam com facilidade pela membrana celular fosfolipídica. Nesse sentido, não é necessário um receptor de superfície (embora ele possa estar presente). Essas moléculas sinais se ligam a receptores intracelulares (citosólicos ou nucleares), especialmente aqueles que estão associados diretamente na transcrição gênica de DNA. Quando o sinalizador se liga ao seu receptor no DNA, é estimulada a transcrição de mRNA e sua seguinte tradução nos ribossomos, de forma a alterar a quantidade de proteínas (que podem ser enzimas) expressas por essa célula. Normalmente, esse tipo de mecanismo é mais lento e vai durar o tempo de meia-vida dessa proteína recém-sintetizada.

OBS: Nada impede que uma molécula sinalizadora que se liga a receptores de superfície aja na transcrição gênica. Basta que o segundo mensageiro, por exemplo, atue numa proteína de transcrição gênica.

2- AÇÃO HORMONAL

CLASSIFICAÇÃO DOS MENSAGEIROS QUANTO A NATUREZA QUÍMICA

- Hormônios nitrogenados:

I) aminas → compostos de pequeno peso molecular, derivados do aminoácido tirosina. Incluem a adrenalina e a noradrenalina da medula adrenal (hidrossolúveis), e os hormônios tireoideanos (lipossolúveis)

II) peptídeos → compostos de aminoácidos, incluem todos os hormônios do hipotálamo e da hipófise; e os hormônios pancreáticos insulina, glucagon e somatostatina.

Os hormônios peptídicos são sintetizados pelos ribossomos do retículo endoplasmático rugoso, como grandes pré-pró-hormônios a partir da tradução de mRNA. O pré-pró-hormônio é direcionado ao interior do RER onde ele terá sua sequência sinalizadora removida, formando o pró-hormônio. O pró-hormônio resultante é empacotado dentro de vesículas que se movem em direção ao complexo de Golgi para serem processadas e distribuídas. No complexo de Golgi, o pró-hormônio é empacotado em uma nova vesículas secretora, dentro da qual ele é clivado originando o hormônio ativo e um ou mais fragmentos do peptídeo. As vesículas secretoras se fundem com a membrana plasmática, liberando o seu conteúdo por exocitose.

- Hormônios esteroides:

São substâncias lipossolúveis, incluindo hormônios do córtex adrenal (glicocorticóides, mineralocorticóides), as formas hormonais da vitamina D e os antrógenos e estrígenos. Eles se movimentam na corrente sanguínea ligados a proteínas transportadoras específicas.

OBS: Diferentemente dos hormônios esteroides, os hormônios peptídeos podem ser armazenados no complexo de Golgi para serem liberados em uma condição de interesse.

→ Na sinalização autócrina e parácrina, desde que não sináptica: proteínas, peptídeos pequenos, moléculas orgânicas simples (histamina, ATP, adenosina), derivados de ácidos graxos (prostaglandinas)

→ Na sinalização endócrina: proteínas grandes, glicoproteínas, aminas, esteroides

→ Na sinalização neural: moléculas pequenas e simples, como aminoácidos, aminas, nucleotídeos e peptídeos pequenos

RECEPTORES DE SUPERFÍCIE CELULAR

Inicialmente, é importante salientar que há ligantes agonistas (ativa uma via de transdução de sinal) e antagonistas (impede a via de transdução de sinal).

I) Receptores ionotrópicos: é um receptor que está acoplado a um canal iônico. Esse tipo de sinalização é rápida e é feita partir da ligação de um biossinalizador (geralmente um neurotransmissor) no receptor ionotrópico que vai permitir a passagem de íons pelo canal, alterando o potencial de membrana da célula. São muito encontrados em células nervosas e na junção neuromuscular.

→ Sinalização excitatória: se o íon que entra pelo canal apresenta carga positiva (cátion), ele vai despolarizar a membrana da célula e gerar um potencial de ação.

→ Sinalização inibitória: se o íon que entra pelo canal apresenta carga negativa (ânion), ele vai hiperpolarizar a membrana da célula e dificultar a geração de potencial de ação.

Exemplo de sinalizadores: acetilcolina, serotonina, glutamato, gaba, entre outros.

II) Receptores metabotrópicos: é um receptor acoplado a proteína G, que quando estimulado pelo receptor, muda de conformação e ativa ou inibe a proteína G (a partir da troca do GDP pelo GTP; ou a partir da troca do GTP pelo GDP, respectivamente). Quando ativada, há a separação das subunidades Beta-Gama da subunidade Alfa, e normalmente é a subunidade Alfa da proteína G que vai agir na proteína efetora, estimulando ou inibindo-a. Essa proteína efetora pode ser um canal, que pode se abrir ou fechar; pode ser uma enzima produtora de segundos mensageiros (como a adenilil ciclase, a fosfolipase C); ou pode ser uma enzima que catalisa uma reação qualquer.

→ Receptores muscarínicos: como o receptor de acetilcolina

→ Receptores adrenérgicos: alfa1, alfa2, beta1, beta2

→ Receptores dopaminérgicos: D1, D2, D3

→ Receptores serotonérgicos: 5-HT1, 5HT-2, 5-HT3

→ Receptores peptídicos: como o receptor de glucagon

Mecanismo de atuação das vias de ativação da proteína G: Adenililciclase e Fosfolipase C

→ Adenililciclase: 

A epinefrina (ou outro biossinalizador, como o glucagon) se liga a um receptor específico acoplado a proteína Gs. Esse receptor ocupado sofre uma mudança conformacional que induz a troca GDP ligado a proteína Gs por um GTP. Quando isso acontece, a proteína Gs é ativada, e a subunidade alfa pode se deslocar pela membrana até alcançar a enzima adenilato ciclase. Essa enzima é responsável por catalisar a formação do cAMP a partir de ATP. Quando a concentração intracelular de cAMP aumenta pela atividade da adenilato ciclase, a proteína cinase dependente de cAMP (PKA) é ativada. 

A PKA é uma enzima com quatro subunidades, tal que duas são subunidades reguladoras e duas são subunidades catalíticas. É necessário que moléculas de cAMP se liguem na porção reguladora da PKA para ela ser ativada. Quanto ativada, a PKA libera suas duas subunidades catalíticas, que realizam a fosforilação de outras proteínas celulares. Assim, dá-se a resposta celular desencadeada pela epinefrina.

É importante salientar que a nucleotídeo cíclico fosfodiesterase degrada o cAMP, revertendo a ativação da proteína cinase A, parando a sinalização quando necessário.

Além disso, o mecanismo da adenilil ciclase pode sofrer grande amplificação a partir de cascata enzimática de fosforilação. Para cada molécula de epinefrina ligada, uma molécula de adenilato ciclase é ativada. No entanto, essa única adenilato ciclase pode liberar vários cAMP (x100). Por sua vez, cada cAMP pode ativar uma PKA. E cada PKA pode fosforilar várias proteínas (como por exemplo a fosforilase cinase) (x100). Cada fosforilase cinase pode fosforilar 100 glicogênios fosforilase. Por fim, a glicogênio fosforilase, quando fosforilada, é ativada; e cada glicogênio fosforilase consegue fosforilar 100 glicogênios. Então uma única molécula de epinefrina pode liberar 100.000.000 glicose 1-fosfato.

Fosfolipase C: o hormônio biossinalizador (TRH, ocitocina, entre outros) se liga a um receptor específico acoplado a proteína Gq. Esse receptor ocupado sofre uma mudança conformacional que induz a troca GDP ligado a proteína Gq por um GTP. Quando isso acontece, a proteína Gq é ativada, e a subunidade alfa pode se deslocar pela membrana até alcançar a enzima Fosfolipase C. Essa enzima é responsável por clivar fosfatidil-inositol-bifosfato de membrana em inositol trifosfato (IP3) e diacilglicerol (DG). O IP3 se liga a receptores específicos no retículo endoplasmático, abrindo um canal para cálcio, que inunda o citoplasma. O cálcio liberado, conjuntamente ao diacilglicerol anteriormente liberador irão ativar a proteína cinase C (PKC) na superfície interna da membrana celular. A PKC então é responsável por fosforilar proteínas, induzindo a resposta celular ao hormônio.    

            

III) Receptores acoplados a enzimas

O receptor é proteico transmembrana que tem um domínio para ligação do sinalizador e um domínio catalítico com enzima específica.

a) Receptor tirosina-cinase: um exemplo é o receptor de insulina ou do fator de crescimento. O receptor de insulina apresenta uma subunidades alfa que tem o sítio de ligação da insulina, e uma subunidade beta que é porções catalítica transmembrana. A ligação da insulina nas cadeias alfas em dois receptores de insulina resulta na condensação de ambos, dimerizando-os. Ao ser dimerizados, esses dois receptores atuam como uma única unidade tetramérica. Quando nesta conformação, desencadeia-se a autofosforilação dos resíduos de tirosina no domínio carboxiterminal (intracelular) das duas subunidades beta, que permitem aos domínios da tirosina cinase catalisarem a fosforilação de outras proteínas-alvo. No caso do fator de crescimento, a proteína cinase da subunidade catalítica fosforila a proteína Ras. Essas proteínas, quando ligadas ao GDP estão em sua forma inativa, e quando ligadas ao GTP, estão em sua forma ativa. A Ras vai ativar um mecanismo de cascata enzimatica relacionada a serina-treonina.

b) Receptor guanilato-ciclase: existe os tipos de guanilato-ciclase que estão posicionados na membrana celular e o tipo que é solúvel, que é um receptor para óxido nítrico. O ligante liga-se a um receptor guanilato-ciclase; o receptor ativado catalisa a conversão d GTP em cGMP; o cGMP atua como segundo mensageiro e liga-se a PKG; a proteína cinase G ativada fosforila proteínas nos resíduos de serina ou treonina.

c) Receptor serina/treonina-cinase

d) Receptores tirosina-fosfatase

RECEPTORES INTRACELULARES

Quando o sinalizador é uma molécula hidrofóbica, na corrente sanguínea ele vai precisar de uma proteína transportadora. No entanto, para atravessar a membrana celular, não vai haver necessidade de transportadores. Essa molécula sinal então se liga a um receptor intracelular (citosólico ou nuclear) que apresenta um domínio de ligação ao DNA.

Exemplos: hormônios esteroides (cortisol, estrogênio, testosterona), tireoides, retinoide e vitamina D.

O ligante hidrofóbico atravessa a membrana celular. Dentro da célula, o ligante se liga ao seu domínio nos receptores intracelulares. A ligação do ligante muda a forma do receptor. Quando a molécula sinal se liga ao receptor intracelular no domínio de interação com o ligante; o receptor sofre uma mudança conformacional que faz a porção de proteínas inibidoras se desprender. Com isso, expõe-se o domínio de ligação ao DNA.  O complexo ligante-receptor transloca-se para o núcleo. Esse domínio de ligação ao DNA se associa ao DNA da célula na porção “elemento responsivo” com auxílio de proteínas coativadoras. Com isso, desencadeia-se a modulação (ativação ou inativação) de fatores de transcrição de mRNA, que, caso ativado, segue para o ribossomo dando origem a uma nova proteína.