sinalização celular

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Sinalização Celular
(parte 1)
Mariana S. Silveira
Inst.de Biofísica Carlos Chagas Filho
SINALIZAÇÃO CELULAR
Figure 15-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Diversos Sinais Iniciam a Sinalização Intracelular
FATORES DE 
CRESCIMENTO
MATRIZ 
EXTRACELULAR
HORMÔNIOS
CITOCINAS
MOLÉCULAS SINALIZADORAS 
NA MEMBRANA 
DE OUTRAS CÉLULAS
NEUROTRANSMISSORES
MORFÓGENOS
Figure 15-9 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 15-10 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Ex. Shh
Morfógenos: concentrações diferentes geram efeitos diferentes
(duração e exposição a multiplos sinais também são relevantes)
Fonte do 
morfógeno
gradiente do morfógeno
Células 
não comprometidas
Células 
comprometidas
Altaba et al., 2003.
Combinações de Sinais Induzem 
Respostas Celulares Diferentes
Complexidade e Sinalização Celular
http://www.mfpl.ac.at/index.php?cid=51
Max Perutz Laboratories
Conceitos Gerais em Sinalização 
Celular
Sinal A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Sinal B
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Receptor 2
Sinal C1
Receptor 3
Sinal D
Receptor 4
Receptor 1
Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos
Sinal C2
1500 genes no genoma humano codificam receptores
+splicing alternativo
+modificações pós traducionais….
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Receptor 1
Interação do Ligante ao Receptor induz mudanças 
conformacionais e alteração funcional do Receptor
Sinal A
Receptor 1
Sinal (Ligante) Ambiente 
Extracelular
Membrana 
PlasmáticaReceptor 
Moléculas Sinalizadoras
Intracelulares 
Proteína Reguladora 
da Expressão Gênica
Enzima 
Metabólica
Proteínas
Estruturais
ALTERAÇÃO
MORFOLÓGICA
ALTERAÇÃO
METABÓLICA
ALTERAÇÃO DA
EXPRESSÃO GÊNICA
Alteração da transcrição
gênica Independente da transcrição gênica
Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
CURSO TEMPORAL DA SINALIZAÇÃO
Ligante Ambiente 
Extracelular
Membrana 
Plasmática
Receptor 
SEGUNDOS MENSAGEIROS são 
Moléculas Sinalizadoras Intracelulares
Molécula Sinalizadora
Intracelular, cujos níveis
são alterados após 
ativação do receptor pelo ligante, 
chamado de “1º mensageiro”
Segundo
Mensageiro
EFEITOS BIOLÓGICOS
Exemplos: 
Cálcio, AMPc, GMPc, DAG, IP3
SÍNTESE E 
DEGRADAÇÃO 
DE 
NUCLEOTÍDEOS 
CÍCLICOS
MÉTODOS DE ESTUDO
Adenilil ciclase
Fosfodiesterase
Receptor 
Em algumas vias, a Ativação do Receptor Resulta em Indução 
de Atividades Enzimáticas Específicas
Molécula Sinalizadora
Intracelular, cuja atividade é 
regulada por uma alteração 
pós-traducional, como 
fosforilação (cinase)
desfosforilação (fosfatase).
Ligante
Receptor 
EFEITOS BIOLÓGICOS
Cascata Sinalizadora
Cinases e fosfatases constituem 
2-4% do genoma na maioria dos 
eucariotos! 
Resíduos alvo:
Tyr
Ser
Thr
Modificações pós-traducionais (exemplificadas aqui por
Fosforilação/desfosforilação) podem afetar atividade, mas
também:
-Localização de proteínas;
- meia vida de proteínas (sinal para degradação);
- sítios específicos de interação.
Outras Modificações Pós-traducionais
Seet et al., 2006.
Lys ou Arg
Lys
KATs x KDACs
Outras Modificações Pós-traducionais
Seet et al., 2006.
Prolina
Lys
Outras Modificações Pós-traducionais
Yang XJ, 2005.
Importância atribuída à ubiquitinação vem 
crescendo...
Crosetto et al., 2006.
(Leva a ativação de IKK)
Importância atribuída à ubiquitinação vem 
crescendo...
Seet et al., 2006.
# SUMO- small 
ubiquitin-like 
modifier.
OBS. Modificações não estão restritas a 
proteínas, lipídeos também sofrem 
modificações com impacto importante 
na transdução de sinal.
Figure 15-18 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Proteínas G: Importante Classe de Moléculas 
Sinalizadoras Intracelulares
- PtnG são proteínas monoméricas ou triméricas, capazes de se ligar a GTP ou GDP;
- Quando ligadas a GTP estão ativas e quando ligadas a GDP inativas;
- A atividade das PtnG é regulada por 2 classes de proteínas;
GAP GTPase activating protein
INATIVAM,
pois induzem hidrólise do GTP
GEF guanidine exchange factor
ATIVAM
pois induzem ligação ao GTP
- PtnG têm atividade GTPásica intrínseca;
Capacidade de hidrolisar GTP, gerando GDP e Pi > auto-inativação
Animação RAS
RAS
Karnoub & Weinberg, 2008.
FAMÍLIA RAS
Karnoub & Weinberg, 2008.
Sinal A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Sinal B
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Receptor 2
Sinal C1
Receptor 3
Sinal D
Receptor 4
Receptor 1
Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos
Sinal C2
1500 genes no genoma humano codificam receptores
+splicing alternativo/edição de RNA
+modificações pós traducionais….
Sinal A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Sinal B
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Sinal C
Sinal D
TIPOS DE RECEPTORES
Maioria dos Receptores Intracelulares são Fatores de 
Transcrição ativados por Ligantes Hidrofóbicos
Dimerização é comum a vários receptores intracelulares!
Figure 15-12b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
GUANILIL CICLASE ATUA COMO UM RECEPTOR INTRACELULAR PARA NO
Viagra- inibe a fosfodiesterase 
de GMPc, mantendo níveis 
elevados deste 2o mensageiro
Fluxo sanguíneo e 
manutenção da 
ereção
Sinal A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Sinal B
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Sinal C
Sinal D
TIPOS DE RECEPTORES
Ligante A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Canais Iônicos
Fluxo de íons depende
da seletividade do canal iônico
e do gradiente eletroquímico do íon
- Receptores oligoméricos que formam poros permeáveis a íons na Membrana Plasmática
- Alteração do potencial elétrico já é uma forma de sinalização intracelular
- Se ativados, abrem-se, permitindo entrada de íons
Ligante A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Canais Iônicos
Fluxo de íons depende
da seletividade do canal iônico
e do gradiente eletroquímico do íon
Segundo
mensageiro
Neurotransmissor Glutamato
Ca++
Proteína alvo X
- Receptores oligoméricos que formam poros permeáveis a íons na MP
- Alteração do potencial elétrico já é uma forma de sinalização intracelular
- Se ativados, abrem-se, permitindo entrada de íons
- O íon cálcio também atua como segundo mensageiro
Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.
Manutenção de baixas concentrações citoplasmáticas: 10-7 M.
Calmodulina é uma proteína ligadora de cálcio capaz de ativar 
diferentes Moléculas Sinalizadoras Intracelulares
Calmodulina e seus sítios
de ligação ao Cálcio
Ativação da CaMKII pela Ca2+/Calmodulina 
Existem outras vias de sinalização reguladoras dos níveis de cálcio
Memória molecular
Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.
Roderick & Cook, 2008.
Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.
Roderick & Cook, 2008.
Figure 15-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Junções Comunicantes
GAP JUNCTIONS- JUNÇÕES COMUNICANTES
VÍDEO Ca2+
Sinal A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Sinal B
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Sinal C
Sinal D
TIPOS DE RECEPTORES
-Interação do ligante ao receptor altera sua conformação e induz 
ligação da subunidade α a GTP> Ativação da PtnG
-Em seguida, há dissociação da subunidade α do dímero β/γ
-A inativação da PtnG ocorre quando a subunidade α
hidrolisa GTP a GDP, retornando ao seu estado inativadoe 
se reassociando a β/γ
-Tanto a subunidade α ativada, quanto o dímero β/γ, 
interagem e regulam alvos celulares distintos 
denominados proteínas efetoras
RECEPTORES ACOPLADOS A PTN G (GPCR)
Sinalização Celular
(parte 2)
Mariana S. Silveira
Inst.de Biofísica Carlos Chagas Filho
AMP 
cíclico
Neurotransmissor Dopamina, Neuropeptídeos, Hormônios
Receptor
Adenilato
CiclaseGs
ATP
+
PKA
inativa PKA ativada Núcleo
BDNF
Creb
Creb
Via Gs, Adenilato Ciclase, AMPc no Controle de Sobrevivência Celular
1º segundo mensageiro descrito
Table 15-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Canais Iônicos Regulados por Nucleotídeos Cíclicos Participam da 
Transdução de Sinais Sensoriais: Sabor, Odor e Luz
AMP 
cíclico
Odorantes (cheiros)
Receptor
Adenilato
Ciclase 3
Golf
ATP
+
Despolarização
Disparo
de 
Potencial de Ação
Liberação 
de
Neurotransmissores
Na+Ca++
EPAC EPACAs proteínas Epac são também alvos diretos de AMPc
Grandoch et al, 2010.
Epacs são GEFs!
Ptn Gq ativa a enzima Fosfolipase Cβ que induz a Produção dos 
Segundos Mensageiros IP3 e DAG a partir de PIP2
Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.
Roderick & Cook, 2008.
Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora 
Intracelular
Mackay & Twelves, 2007.
Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora 
Intracelular
Mackay & Twelves, 2007.
Ser/Thr Cinases
GPCR
Amplificação do Sinal Inicial é uma Característica Importante das Vias 
de Sinalização mediada por Segundos Mensageiros
Sinal A
Núcleo
Ambiente 
Extracelular
Sinal B
Membrana 
Plasmática
Citoplasma
Sinal C
Sinal D
TIPOS DE RECEPTORES
Receptores acoplados a enzimas
1- Receptores tirosina cinase 
(atividade intrínseca ou associada)
2- Receptores serina/treonina cinase
(atividade intrínseca)
3- Receptores guanilato ciclase
único domínio transmembrana
4- Receptores histidina cinase (atividade associada)
5- Receptores-”like” tirosina fosfatase (ligantes específicos ainda não foram identificados)
1-Receptores Tirosina Cinase (RTKs)
Figure 15-53a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
DIMERIZAÇÃO DE RTKs
Aumento da 
atividade de cinase
+
Geração de sítios de 
alta afinidade para 
ligação de outras 
proteínas
Diferentes Domínios de Associação de um mesmo receptor podem Recrutar 
Diferentes Componentes Ativadores de Vias de Sinalização
Figure 15-55a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
PI3K é uma cinase de Lipídeos que Regula vias de Proliferação, 
Sobrevivência e Crescimento Celular
Ligantes que ativam Pi3K 
Via das MAP Cinases (mitogen-activated protein kinases)
Via das MAP Cinases (mitogen-activated protein kinases)
SOSGrb2
Raf
MEK
Erk
Torii et al., 2006.
Fatores de Crescimento Regulam a Expressão de Moléculas 
Necessárias para a Progressão no Ciclo Celular
Torii et al., 2006.
Sinalização Ativada por Tirosina Cinases Solúveis
Ligantes que sinalizam pela via Jak-Stat incluem:
Interleucinas, interferon, GH, prolactina e a eritropoetina
Serina treonina cinase
TGF 
SMAD 
2-Receptores para proteínas da Superfamília TGF-β Têm Atividade 
Intrínseca de Serina/Treonina Cinase
Importância crucial no controle de expressão da 
proteína reguladora de proliferação celular p15Ink4b.
SINALIZAÇÃO MEDIADA POR 
RECEPTORES QUE NÃO SE ENCAIXA 
NAS CATEGORIAS DISCUTIDAS 
ANTERIORMENTE
(participação de proteólise):
• Notch-delta
• Wnt
• HH/Shh
Outros tipos de receptores de membrana
Via Notch-Delta
Sinalização Intracelular Regulada por Proteólise
Receptor Transmembrana 
ativado por proteínas TM de 
células adjacentes (Delta, 
Jagged)
Notch é crucial para o 
desenvolvimento de vários 
sistemas, especialmente o 
sistema nervoso 
>sinalização anti-
neurogênica
Fascinante possibilidade de 
sinalização bidirecional
Figure 15-75 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
INIBIÇÃO LATERAL 
EM DROSOPHILA
Figure 15-77 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Sinalização Intracelular Regulada por Proteólise
ex. c-myc
VIA CANÔNICA
VIAS NÃO CANÔNICAS DE WNT
Inestrosa e Arenas, 2009.
Shh
SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA
Figure 15-78b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA
D
SINALIZAÇÃO DE SHH EM MAMÍFEROS
São 3 os fatores de 
transcrição envolvidos:
Gli1- ativador
Gli2- ativador ou repressor
Gli3 - repressor (ativador?)
Sinalização é descrita 
como ocorrendo no cílio 
primário (primary 
cilium).
Adaptado de Dessaud et al., 2008. 
block
enhance
OUTROS CONCEITOS DA MODULAÇÃO DA 
SINALIZAÇÃO DE RECEPTORES DE MEMBRANA
Sofrem dessensibilização:
GPCRs
Receptores com atividade catalítica
Canais iônicos
DESSENSIBILIZAÇÃO DE RECEPTORES
Endocitose e Sinalização Intracelular 
Endocitose termina a sinalização 
DESSENSIBILIZAÇÃO de receptores
acoplados a PtnG
PORÉM, ALÉM DISSO...
Sinalização por receptores endocitados
gera sinalização diferente dos 
receptores localizados na membrana
Descrito para receptores Trk e GPCR.
Sorkin & von Zastrow, 2002.
Endocitose e Sinalização Intracelular 
Adaptado de Rajagopal et al., 2005.
DIMERIZAÇÃO DE RECEPTORES
T
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TRANSATIVAÇÃO DE RECEPTORES
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2
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7
.
IMPORTANTE:
Pense numa teia, não em linhas paralelas
A Sinalização Intracelular NÃO É LINEAR! 
Comunicação Cruzada entre Vias de Sinalização
Como Restringir?
COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE SINAIS
COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE SINAIS
Proteínas Adaptadoras
Diferentes Domínios de Associação de um mesmo receptor podem Recrutar 
Diferentes Componentes Ativadores de Vias de Sinalização
BALSAS LIPÍDICAS E CAVÉOLAS
(“Lipid rafts”)
Compartimentalização de Sinais
Domínios de Membrana
MAP cinases e conceitos importantes em sinalização celular
Shaul & Seger, 2007.
Complexidade e Sinalização Celular
http://www.mfpl.ac.at/index.php?cid=51
Max Perutz Laboratories
Fimia & Sassone-Corsi, 2001