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SINALIZAÇÃO CELULAR Prof. Dr. Cleber Machado de Souza As células individualmente precisam “sentir” e “responder” completamente ao seu ambiente Introdução Estes aspectos são importantes no contexto da sinalização celular Introdução Introdução E coli Introdução Estilos de sinalização Tomando por base... Estilos de sinalização A fonte de origem da molécula sinal/ligante A localização dos receptores Autócrina Parácrina Endócrina Estilos de sinalização Dependente de contato Existem pelo menos quatro modelos gerais de sinalização Células neoplásicas Sinalização autócrina Sinalização parácrina Processo inflamatório Sinalização endócrina Sinalização por contato Desenvolvimento embrionário Ainda existe outro estilo... Neuronal Estilos de sinalização Sinalização neuronal Neurotransmissores liberados nas sinapses Princípios gerais da sinalização celular Princípios da sinalização 1 2 3 4 Princípios gerais: As moléculas sinalizadoras Princípios gerais: as moléculas sinalizadoras Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais A célula que está sinalizando... Produz uma molécula-sinal Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Mediador local Célula sinalizadora Natureza química Algumas ações Fator de crescimento de epiderme (EGF) Vários tipos celulares Proteína Estimula a proliferação de células epidérmicas Fator de crescimento e transformação-β (TGF-β) Vários tipos celulares Proteína Inibe a proliferação celular; estimula a produção de MEC Fator de crescimento de plaquetas (PDGF) Vários tipos celulares Proteína Estimula a proliferação de muitos tipos celulares Óxido nítrico (NO) Células endoteliais Gás dissolvido Relaxamento da musculatura lisa Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Transmitem os sinais via rotas intracelulares de sinalização Primeiros mensageiros Receptores Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Dependem das características das moléculas sinalizadoras... Tamanho (menores ou maiores) Solubilidade (hidrofílica ou hidrofóbica) Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Menores e hidrofóbicas Hormônios esteróides Hormônios da tireóideos Retinóis Vitamina D Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Menores e hidrofóbicas Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Menores e hidrofóbicas Moléculas sinalizadoras... Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... Menores e hidrofóbicas Princípios gerais Moléculas sinalizadoras... São muito grandes ou muito hidrofílicas Características desfavoráveis para atravessar a membrana Maiores e hidrofílicas Princípios gerais: receptores de superfície Princípios gerais Receptores de superfície... Princípios gerais Receptores de superfície... Células-alvo... Reconhecer Responder à molécula-sinal Possuem proteínas receptoras... Princípios gerais Receptores de superfície... A maioria desses receptores pertencem a três famílias: Receptores associados a canais iônicos Receptores associados a proteína G Receptores associados a enzimas Transformam o sinal químico... Em sinais elétricos Receptores de superfície... Princípios gerais Receptores associados a canais iônicos... Com a ligação do neurotransmissor O receptor muda sua conformação Receptores de superfície... Receptores associados a canais iônicos... Princípios gerais Abrindo os canais para a passagem dos íons... Receptores de superfície... Receptores associados a canais iônicos... Princípios gerais Receptores de superfície... Princípios gerais Receptores associados a canais iônicos... Receptores de superfície... Princípios gerais Receptores associados a proteína G... Receptores de superfície... Princípios gerais Receptores associados a enzimas... Princípios gerais: proteínas de sinalização intracelular Princípios gerais Proteínas de sinalização intracelular... Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Os sinais recebidos por receptores localizados na superfície da célula São transmitidos para o seu interior Utilizando uma combinação de moléculas de sinalização... Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Normalmente realizam a ativação da sinalização pelo sistema de cascata de ativação... Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Vários tipos de proteínas de sinalização intracelular Várias funções Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Proteínas transmissoras Proteínas mensageiras Proteínas moduladoras Proteínas amplificadoras Proteínas transdutoras Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Proteínas adaptadoras Proteínas de ancoramento Proteínas de suporte Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Domínios de ligação São as regiões onde ocorrerão as interações entre as proteínas de sinalização intracelular... Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Domínios de ligação Cada um desses domínios de ligação se ligam a um “motivo estrutural particular” na proteína (ou no lipídeo) Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Domínios de ligação Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais -> resíduos de tirosina fosforilados SH2 (domínios de homologia com src 2) -> seqüência pequena rica em prolina SH3 (domínios de homologia com src 3) Importantes domínios de ligação... PTB (domínios de ligação à fosfotirosina) Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Outras proteínas de sinalização intracelular são pequenas... Mediadores intracelulares pequenos Segundos mensageiros Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Algumas proteínas de sinalização intracelular comportam-se como Comutadores moleculares Ao receber um sinal elas passam do estado inativo para o estado ativo Até que algum outro processo as torne novamente inativas... Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Proteínas de sinalização intracelular... Princípios gerais Princípios gerais: proteínas efetoras Princípios gerais Proteínas de sinalização intracelular... Proteínas efetoras... Princípios gerais São as que efetuam a mudança de comportamento da célula... Os receptores de superfície Receptores de superfície A maioria desses receptores pertencem a três famílias: Receptores associados a proteína G Receptores associados a enzimas Receptores associados a canais iônicos Receptores associados a proteína G Eles formam a família mais numerosa dos receptores de superfície celular... Receptores associados a proteína G Todos esses receptores possuem uma estrutura semelhante... Receptores associados a proteína G Cadeia polipeptídica única Atravessa 7vezes bicamada A ligação de um sinal extracelular ao receptor da proteína G... Receptores associados a proteína G Desencadeia uma mudança conformacional no receptor... Que torna o mesmo capaz de... Ativar a proteína G Receptores associados a proteína G Receptores associados a proteína G É uma proteína intracelular de sinalização... Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Porém, elas se “ativam” da mesma forma... Existem vários tipos de proteínas G... Receptores associados a proteína G Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Proteína G Proteína G Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Todas são semelhantes na sua estrutura geral Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Três subunidades (α-β-γγγγ) Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Subunidades α e γγγγ Estão ligadas à membrana por curtas caudas lipídicas A subunidade α possui um GDP Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Essa ativação separa as subunidades da proteína G Subunidade α Complexo βγγγγ Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Muda sua conformação... Não muda sua conformação... No estado ativado (separado)... As subunidades poderão interagir diretamente... Proteínas-alvo da membrana Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Proteína-alvo Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Como se “desliga” a proteína G ativada? Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G A subunidade α é uma GTPase... Proteína G Proteína G Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Subunidade α acaba influenciando o tempo de ação da proteína G Dessa forma... Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Proteína-alvo Proteína G ou proteína de ligação ao GTP... Receptores associados a proteína G Regulador da proteína G sinalizadora (RGS) A proteína G e suas rotas Os alvos mais freqüentes das proteínas G são as enzimas: Adenilato ciclase Fosfolipase C Proteína G_ativam enzimas Produzem moléculas sinalizadoras intracelular - Diacilglicerol - AMP cíclico -Trifosfato inositol Segundos mensageiros A rota do AMP cíclico pode ativar enzimas e genes Rota do AMP cíclico A subunidade α da proteína G ativa a enzima adenilato ciclase Induzindo a síntese de AMP cíclico a partir do ATP Rota do AMP cíclico O AMP cíclico induzirá a ativação de uma quinase... Proteinoquinase dependente de AMP cíclico (PKA) Rota do AMP cíclico A PKA possui duas subunidades catalíticas e duas reguladoras Rota do AMP cíclico Rota do AMP cíclico A ligação do AMP cíclico força uma mudança de conformação na subunidade regulatória... Rota do AMP cíclico Essa mudança... Libera as duas subunidades catalíticas deixando a PKA ativa Rota do AMP cíclico PKA “ativada” catalisa a fosforilação de aminoácidos específicos em proteínas intracelulares específicas Molécula sinalizadora extracelular Tecido-alvo Resposta inicial Adrenalina Coração ↑ ritmo cardíaco e na força de contração Adrenalina Músculo Degradação do glicogênio Adrenalina, ACTH e Glucagon Tecido adiposo Degradação da gordura ACTH Glândula adrenal Secreção de cortisol Rota do AMP cíclico Rota do AMP cíclico Enzima inativa envolvida no metabolismo do glicogênio Respostas rápidas Enzima ativada ATP ADP P P Molécula sinalizadora extracelular Tecido-alvo Resposta inicial Adrenalina Coração ↑ ritmo cardíaco e na força de contração Adrenalina Músculo Degradação do glicogênio Adrenalina, ACTH e Glucagon Tecido adiposo Degradação da gordura ACTH Glândula adrenal Secreção de cortisol Rota do AMP cíclico Rota do AMP cíclico Controla a síntese de hormônios Respostas lentas Rota do AMP cíclico Uma segunda enzima... Desativando a sinalização Fosfodiesterases de AMP cíclico Ao atingir o fim a que se destina... Converte o AMP cíclico em AMP Importância biológica http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Distribution_of_the_cholera.PNG Proteína G � cólera Importância biológica Bactéria (vibrio cholerae) produz no intestino a toxina colérica que traduz uma intensa diarréia... A subunidade αααα perde a capacidade de hidrolisar o GTP Importância biológica Proteína G, adenilato ciclase e AMPc Proteína G, adenilato ciclase e AMPc Importância biológica Os alvos mais freqüentes das proteínas G são as enzimas: Adenilato ciclase Fosfolipase C Proteína G_ativam enzimas - Diacilglicerol - AMP cíclico -Trifosfato inositol A rota da fosfolipase C Rota da fosfolipase C Rota da fosfolipase C Fosfolipase C Fosfatidilinositol bi-fosfonado [PI(4,5)P2] Fosfatidil-inositol Rota da fosfolipase C 4 4 5 Rota da fosfolipase C “A cascata sinalizadora” Proteína G ativa � fosfolipase C Segundos mensageiros Fosfatidilinositol bi-fosfonado [PI(4,5)P2] Rota da fosfolipase C Inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) Diacilglicerol (DAG) Segundos mensageiros Rota da fosfolipase C Retículo endoplasmático Inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) Canais de cálcio Liberando cálcio para o citosol � abertura Rota da fosfolipase C Recruta uma proteinoquinases Diacilglicerol (DAG) Rota da fosfolipase C Recruta proteinoquinases Diacilglicerol (DAG) PKC (proteoquinase C) PKC (ativada) + cálcio Rota da fosfolipase C PKC ativada Fosforila várias proteínas Rota da fosfolipase C Molécula sinalizadora extracelular Tecido-alvo Resposta inicial Vasopressina Fígado Glicogenólise Acetilcolina Pâncreas Secreção de amilase Acetilcolina Músculo liso Contração Trombina Plaquetas Agregação Rota da fosfolipase C O cálcio funciona como um mensageiro intracelular Após a fertilização Contração muscular Secreção de neurotransmissores O aumento do cálcio cotossólico é responsável O cálcio na rota da fosfolipase C A ligação da molécula- sinal ao receptor da proteína G regulam canais iônicos Proteína G_regulam canais iônicos Proteína G_regulam canais iônicos Visão e olfato dependem desses receptores... Rotas de sinalização Rotas de sinalização Receptores associados a enzimas Crescimento Proliferação Diferenciação Sobrevivência Receptores associados a enzimas Foram identificados pelo seu papel na regulação de respostas celulares Fatores de crescimento As respostas desse tipo de sinalização são muito lentas* Necessitando ocorrer muitas etapas de sinalização celular Receptores associados a enzimas Alterações gênicas Receptores associados a enzimas Proteína G A porção citossólica do receptor se associa diretamente a uma enzima ou tem atividade enzimática... Receptores associados a enzimas Classes dos receptores... Receptor serino-treonino-quinase Receptor associados a histidino- quinase Receptor guanilil-ciclase Receptores associados a enzimas Classes dos receptores... Receptor tirosino-quinase Receptor associado a enzima (com atividade de tirosino-quinase) Receptor tirosino-fosfatase Receptores tirosino-quinase São proteínas transmembranas... Possuem dois domínios... Receptores tirosino-quinase (RTK)Com apenas uma α-hélice Receptores tirosino-quinase (RTK) Enzima tirosino-quinase O domínio intracelular possui um sítio que funcionará como... A ligação da molécula sinal ao domínio extracelular... Induzirá a formação Receptores tirosino-quinase (RTK) Homodímero Propiciando que as caudas dos 2 receptores interajam... Ativando a função de quinase Fosforilando mutuamente as tirosinas das caudas citoplasmáticas dos receptores Receptores tirosino-quinase (RTK) Receptores tirosino-quinase (RTK) ATP ADP P ATP ADP P A ativação das tirosina-quinases criam ao longo da cauda dos receptores de tirosina-quinase Sítios específicos Receptores tirosino-quinase (RTK) Além disso... Para a ligação de proteínas de sinalização intracelular... Receptores tirosino-quinase (RTK) P P P P P P P P Proteínas de sinalização intracelular Receptores tirosino-quinase (RTK) Algumas vezes acaba sendo necessário a criação de um maior número de sítios específicos... Receptores tirosino-quinase (RTK) Pois, os sítios específicos criados na cauda desse receptor são insuficientes Para os receptores de insulina e IGF-1 Nesses receptores os sítios específicos são criados por uma proteína de ancoramento... Substrato-1 do receptor de insulina – IRS1 Receptores tirosino-quinase (RTK) Receptores tirosino-quinase (RTK) No receptor apenas 1 sítio Na IRS-1 pelo menos 4 sítios Rota dos receptores de tirosina-quinases Essa rota, a partir da ligação do sinal ao receptor, efetuará... Rota dos RTKs Proteína Ras Grupo de quinases (MAPK) Proteínas adaptadoras Recrutamento de várias proteínas de sinalização intracelular... Proteínas adaptadoras Proteínas de sinalização intracelular Proteínas adaptadoras Proteínas adaptadoras Ligadas diretamente aos sítios criados nas caudas citossólicas dos receptores GEFs Proteínas adaptadoras Podem ter “função de ancoramento” para outras proteínas envolvidas A proteína Ras Todas as proteínas Ras pertencem a superfamília das GTPases monoméricas Proteína Ras A proteína Ras “alterna” entre dois estados conformacionais Que são modulados por duas proteínas relacionadas a Ras... Proteína Ras GEF e GAP Ras Ras Proteína Ras GAP GEF A proteína GEF necessita estar corretamente ancorada em proteínas adaptadoras... Proteína Ras Para assim conseguir “ajudar” na ativação proteína Ras GEFs Proteína Ras A proteína Ras em seu estado ativado conduz a... Ativação de quinases... Proteína Ras Família das MAP-quinases MAP-quinases São quinases ativadas pela proteína Ras... MAP-quinase Que fosforilam aminoácidos serinas, tirosinas e treoninas em proteínas-alvo... Promover: cascata de sinalização Muitas quinases participam dessa cascata de fosforilação MAP-quinase Mas 3 dessas quinases constituem o módulo central dessa cascata... Raf Mek Erk GEFs MAP-quinase Vamos partir daqui... MAP-quinase MAP-quinase MAP-quinase A última quinase (Erk) “fosforila” proteínas específicas... Que podem mudar a sua atividade protéica (1) MAP-quinase Podem mudar o padrão de expressão gênica (2) MAPK MAPKK MAPKKK MAP-quinase Receptores associados a tirosino-quinase dependem de enzimas tirosino-quinases citoplasmáticas Receptores associados a enzimas Proteína G A porção citossólica do receptor se associa diretamente a uma enzima ou tem atividade enzimática... Muitas vias de sinalização intracelular agem a partir dos receptores de superfície... Receptores associados a enzimas Alterando a transcrição gênica Diretamente para o núcleo Receptores associados diretamente enzimas tirosino-quinase citoplasmáticas A via de sinalização conhecida por Jak-STAT É uma das rotas mais diretas Essa rota foi estudada com base no entendimento das respostas às infecções provocadas por vírus... Receptores associados a enzimas Os receptores para interferon quando ativados... Por sua vez, ativam uma classe de enzimas tirosino-quinases que são residentes no citoplasma Janus quinase Receptores associados a enzimas Receptores associados a enzimas Janus Existem 4 tipos de Jaks: Jak1 Jak2 Jak3 Tyk2 Receptores associados a enzimas Receptores associados a enzimas Após a ativação das Jak´s... STAT Faz-se necessário outro grupo de proteína para ocorrer o processo de sinalização Receptores associados a enzimas Existem 7 tipos de STAT E cada uma delas possui um domínio SH2 Ligação a cauda do receptor... A rota Jak-STAT Após a ligação do sinal ao receptor ocorre a autofosfotilação das Jaks interferons Receptores associados a enzimas Jaks-ativas fosforilam e ativam sítios na cauda do receptor... interferons Receptores associados a enzimas (TK) Esses sítios específicos, na cauda do receptor, atraem a proteína STAT interferons Receptores associados a enzimas (TK) Agora... Receptores associados a enzimas Jak irá fosforilar a cauda da proteína STAT Receptores associados a enzimas Proteína STAT fosfatada... Irá “soltar” da cauda do receptor... Formando uma estrutura em dímero Esse dímero irá até o núcleo... interferons Receptores associados a enzimas Receptores associados a enzimas Que funcionará como fator de transcrição... Tirosino-fosfatases (PTPs) Receptores associados a enzimas Para desligar as Para desligar as Para desligar as Para desligar as JaksJaksJaksJaks............ De todas as tirosino-fosfatases... Duas são importantes... Essas tirosinos-fosfatases são chamadas de SHP-1 e SHP-2 Receptores associados a enzimas Elas possuem domínios SH-2 As tirosino-fosfatases (PTP) agem por dois mecanismos... Receptores associados a enzimas Por competição com os sítios de ligação das STATs Desfosrorila e desliga a Jak weees weees interferons Tirosino-fosfatase (SHP-1 ou SHP-2) Receptores associados a enzimas (RATK) P P • 837(parte)-838(parte)-849-850-851- 852(parte)- • 862 (parte), 863, 864 • 868-869-870- • 879,880,881 • 887(parte)- 888-889-890-891-892-893-896(parte)-897 SINALIZAÇÃO CELULAR Prof. Dr. Cleber Machado de Souza
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