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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 e rr ill o n & B o u v ie r, 2 0 0 4 . TRANSATIVAÇÃO DE RECEPTORES D e lc o u rt e t a l. , 2 0 0 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
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