7 Sinalização Celular

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SINALIZA˙ˆO CELULAR
Cap. 7
Nos organismos multicelulares, as cØlulas co-
municam-se por meio de uma elaborada rede de
comunicaçªo que coordena os mœltiplos proces-
sos nos diversos tecidos e órgªos, assegurando
assim o pleno funcionamento do organismo
como um todo. Essa sinalizaçªo celular ocorre
por meio de uma grande variedade de molØcu-
las que incluem derivados de aminoÆcidos, pro-
teínas, nucleotídeos, esteróides, derivados de
Æcidos graxos.
A cØlula responde a uma determinada molØ-
cula sinalizadora (ligante) se possuir receptores
específicos para o ligante. Ao ligar-se a um re-
ceptor, presente na superfície da cØlula-alvo ou
localizado internamente, a molØcula sinalizado-
ra desencadeia uma cascata de eventos intrace-
lulares que altera o comportamento da cØlula.
 Grande parte das molØculas de sinalizaçªo
Ø secretada, podendo agir sobre cØlulas adjacen-
tes ou localizadas a distância, enquanto outras,
firmemente ligadas à superfície da cØlula sinali-
zadora, exercem o seu efeito por contato direto
cØlula-cØlula. Os neurotransmissores, que estªo
envolvidos na conduçªo de impulsos elØtricos de
uma cØlula nervosa para outra, sªo um exemplo
de substâncias que afetam cØlulas que sªo adja-
centes às cØlulas sinalizadoras. JÆ os hormônios,
secretados por cØlulas endócrinas, sªo levados
Sinalizaçªo Celular
pela circulaçªo atØ as cØlulas-alvo específicas dis-
tribuídas pelo corpo. As cØlulas podem tambØm
secretar molØculas sinalizadoras que se ligam a
seus próprios receptores.
Diferentes tipos de cØlulas podem responder
diferentemente a um mesmo ligante. Por exem-
plo, o neurotransmissor acetilcolina estimula a
contraçªo da cØlula muscular esquelØtica, enquan-
to diminui o ritmo e a força de contraçªo do
mœsculo cardíaco, e tem o efeito de induzir em
cØlula acinar pancreÆtica a exocitose de grânulos
secretores contendo enzimas digestivas.
Vamos discutir aqui as molØculas de sinaliza-
çªo, os receptores de superfície celular, as vias de
transduçªo de sinal e a funçªo de mediadores in-
tracelulares, assim como os mecanismos pelos
quais a interaçªo ligante-receptor leva à ativaçªo
de fatores de transcriçªo e mudança na expres-
sªo gŒnica. Em vista do grande nœmero de molØ-
culas sinalizadoras, receptores e mediadores
intracelulares, serÆ dada Œnfase às molØculas cuja
funçªo em cØlulas animais Ø bem conhecida.
MOLÉCULAS SINALIZADORAS
Entre as principais classes de molØculas si-
nalizadoras incluem-se: a) pequenas molØculas
lipofílicas que se difundem pela membrana plas-
Nobuko Yoshida
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VOL. 1 — BASES MOLECULARES DA BIOLOGIA, DA GENÉTICA E DA FARMACOLOGIA
Cap. 7
mÆtica e interagem com receptores intracelula-
res, tais como hormônios esteróides, hormônios
tiroidianos, retinóides e vitamina D; b) molØcu-
las hidrofílicas que se ligam a receptores da su-
perfície celular, como as catecolaminas, que sªo
derivados de aminoÆcidos, e os hormônios pep-
tídicos como insulina, fatores de crescimento e
glucagon. Essas molØculas, algumas das quais
relacionadas na Fig. 7.1, ligam-se a seus recep-
tores com alta afinidade, com KD da ordem de
10-12 a 10-6 M.
Os hormônios hidrofóbicos, que circulam no
sangue ligados a proteínas carreadoras, persis-
tem na corrente sangüínea ou nos fluidos tissu-
lares durante horas ou dias e medeiam respostas
de longa duraçªo. Eles regulam o metabolismo,
crescimento e diferenciaçªo de tecidos específi-
cos, atividade reprodutora, etc. Embora estru-
turalmente distintos, os esteróides (que sªo
derivados do colesterol), os hormônios tiroidia-
nos, os retinóides e a vitamina D atuam por me-
canismos similares. A interaçªo dessas molØcu-
las com os seus receptores, que podem estar lo-
calizados no citosol ou no nœcleo, leva à ligaçªo
do receptor a seqüŒncias de DNA que contro-
lam a transcriçªo (Fig. 7.2), afetando desta ma-
neira a expressªo de genes específicos. Esses
receptores protØicos sªo estruturalmente seme-
lhantes, indicando que sªo codificados por mem-
bros de uma superfamília de genes que evoluíram
de um precursor ancestral comum. Cada uma
dessas proteínas contØm um domínio hidrofóbi-
co próximo à porçªo C-terminal que presumi-
velmente se liga ao hormônio esteróide, assim
como um domínio central que se liga ao DNA.
As molØculas sinalizadoras solœveis em Ægua
ligam-se a receptores da superfície celular. Mui-
tas delas sªo sintetizadas e armazenadas em ve-
sículas secretórias, sendo liberadas das cØlulas
sinalizadoras por exocitose após estimulaçªo por
hormônio ou neurotransmissor. A ligaçªo des-
sas molØculas a receptores da superfície celular
Fig. 7.1 — Alguns exemplos de molØculas sinalizadoras.
MolØculas que se ligam a receptores nucleares
Progesterona
Testosterona
MolØculas que se ligam a receptores de superfície celular
Epinefrina
Insulina Polipeptídeo composto de cadeias
A e B com 21 a 30 aminoácidos
respectivamente
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SINALIZA˙ˆO CELULAR
Cap. 7
leva, em muitos casos, a um rÆpido aumento na
concentraçªo de mediadores intracelulares, tam-
bØm denominados mensageiros secundÆrios. En-
tre as funçıes controladas por esses mensageiros
podem ser citadas a captaçªo e utilizaçªo de gli-
cose, armazenamento e mobilizaçªo de gordu-
ras, secreçªo de produtos celulares, crescimento
e diferenciaçªo de cØlulas, contraçªo e relaxa-
mento de mœsculo liso, processos de lipólise e
glicogenólise.
RECEPTORES
 Embora os receptores que medeiam os pro-
cessos de sinalizaçªo pela membrana geralmen-
te constituam menos que 0,01% da massa total
de proteína na cØlula, sendo, portanto, extrema-
mente difíceis de serem purificadas, a sua ca-
racterizaçªo tem sido enormemente acelerada
pela utilizaçªo da tecnologia do DNA recombi-
nante. Grande parte dos receptores da superfície
celular aqui referidos teve a sua seqüŒncia de pro-
teína deduzida da seqüŒncia de cDNA que a co-
difica e a expressªo de cDNA em linhagens
celulares tem permitido a produçªo de proteína
em grande quantidade, assim como o estudo de
sua funçªo. Os receptores localizados na superfí-
cie celular podem ser agrupados basicamente em
trŒs superfamílias: a) receptores com sete segmen-
Fig. 7.3 — Principais classes de receptores da superfície
celular. Os receptores com sete segmentos transmembrana
geralmente associam-se com a proteína G atravØs de sua
porçªo citoplasmÆtica. Entre os receptores com um œnico
segmento transmembrana incluem-se as proteínas com ati-
vidade tirosina quinase ou guanilil ciclase no seu domínio
intracelular. Os canais iônicos, que consistem em vÆrias su-
bunidades, permitem a entrada de íon após interaçªo com
o ligante.
Fig. 7.2 — Efeito de molØculas sinalizadoras lipofílicas.
Ligantes, como os hormônios esteróides difundem-se atra-
vØs da membrana plasmÆtica e ligam-se a receptores intra-
celulares. Estes receptores ativados migram para o nœcleo,
onde interagem com o DNA ou com fatores de transcriçªo,
e regulam assim a transcriçªo gŒnica.
tos transmembrana; b) receptores com um só seg-
mento transmembrana com atividade enzimÆtica
intrínseca ou sem atividade catalítica, mas direta-
mente associados com proteína tirosina quinases
citosólicas; c) canais iônicos (Fig. 7.3).
CANAIS IÔNICOS
As proteínas de membrana que constituem
os canais iônicos sªo formadas por associaçıes
de subunidades (Fig. 7.3). Essas estruturas oli-
gomØricas respondem a sinais apropriados e con-
trolam a passagem de íons, e existem canais
distintos para K+, Na+ e Ca2+. A interaçªo com
um ligante específico tipicamente abre o canal
iônico. Na sinalizaçªo sinÆptica entre cØlulas
eletricamente excitÆveis, por exemplo, a liga-
çªo do neurotransmissor induz a abertura ou o
fechamento do canal iônico transientemente,
alterando brevemente a permeabilidade a íon da
membrana plasmÆtica e conseqüentemente a ex-
citabilidade da cØlula pós-sinÆptica.
Ligante Meio extracelular
LiganteLigante
Domínio
catalítico Íon
Receptor com
7 segmentos
transmembrana
Receptor
tirosina quinase
(guanilil ciclase)
Canal
iônico
Citosol
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VOL. 1 — BASES MOLECULARES DA BIOLOGIA, DA GENÉTICA E DA FARMACOLOGIA
Cap. 7
RECEPTORES DE SUPERF˝CIE CELULAR
ASSOCIADOS A PROTE˝NA G
Os membros da superfamília de recepto-
res ligados à proteína G sªo proteínas inte-
grais de membrana que consistem na œnica
cadeia polipeptídica com sete segmentos hi-
drofóbicos (20-25 aminoÆcidos), em a -hØli-
ce, inseridos na membrana (Fig. 7.3). Esses
receptores respondem a uma grande variedade
de molØculas sinalizadoras, incluindo hormô-
nios, neurotransmissores e mediadores locais.
Apesar de se ligarem a molØculas estrutural e
funcionalmente muito variadas, os receptores
com sete segmentos transmembrana tŒm es-
trutura similar. Cada receptor tem uma se-
qüŒncia N-terminal extracelular, cuja extensªo
pode variar de menos de dez aminoÆcidos atØ
vÆrias centenas, seguida de sete domínios hi-
drofóbicos conectados por alças hidrofílicas e
uma seqüŒncia C-terminal intracelular. O sí-
tio de ligaçªo das diversas molØculas sinaliza-
doras que ativam essas proteínas estÆ contido
pelo menos em parte na regiªo inserida na
membrana. Rodopsina, a proteína ativada pela
luz, os receptores olfatórios e os receptores a -
e b -adrenØrgicos sªo alguns exemplos de re-
ceptores associados à proteína G.
PROTE˝NAS G HETEROTRIMÉRICAS
As proteínas G heterotrimØricas, localizadas na
porçªo citoplasmÆtica da membrana plasmÆtica,
interagem com os receptores ligados ao agonista e
regulam uma gama de sistemas efetores e de men-
sageiros secundÆrios. Elas sªo compostas de su-
bunidades a , b e g codificadas por genes distintos.
Sªo pelo menos 17 genes para Ga , quatro para
Gb e seis para Gg . No estado nªo ativado, a prote-
ína G existe como heterotrímero com GDP ligado
à cadeia a . Quando o receptor Ø ativado pela inte-
raçªo com um ligante, ocorre a troca de GDP por
GTP em Ga , o que leva à dissociaçªo de Ga e Gbg
e à separaçªo do receptor (Fig. 7.4). A ativaçªo de
Ga promove a associaçªo com uma proteína efe-
tora tal como a adenilil ciclase. Com a hidrólise de
GTP a ADP, pela atividade GTPase intrínseca da
Ga , esta dissocia-se da adenilil ciclase e reassocia-
se com o dímero Gbg , regenerando assim o com-
plexo Gabg inativo. Os processos regulados pela
proteína G podem ser estimulados ou inibidos.
Assim, por exemplo, a adenilil ciclase Ø ativada em
seguida à interaçªo com a subunidade a da prote-
ína G estimulatória (Ga s), enquanto a interaçªo
com Ga i inibe a enzima.
A maioria dos receptores associados à pro-
teína G ativa uma cadeia de eventos que altera a
Fig. 7.4 — Ativaçªo de receptores associados à proteína G. A mudança conformacional do receptor, resultante da intera-
çªo com o seu ligante, leva à troca de GDP por GTP em G a acarretando a dissociaçªo de G a e G bg . O complexo G a (GTP)
promove a associaçªo com a proteína efetora, por exemplo adenilil ciclase. Com a hidrólise de GTP a ADP, pela atividade
GTPase intrínseca da Ga , esta dissocia-se da enzima e reassocia-se com o dímero G bg , regenerando assim o complexo
Gabg inativo.
Ligante
Receptor
Proteína G
Adenilil
ciclase
Receptor Adenilil
ciclase
Proteína G
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SINALIZA˙ˆO CELULAR
Cap. 7
concentraçªo de um ou mais mediadores intra-
celulares. O AMP cíclico (cAMP), sintetizado por
adenilil ciclase a partir de ATP, Ø um dos media-
dores mais utilizados e regula funçıes tªo varia-
das quanto transcriçªo gŒnica, mitogŒnese,
contraçªo muscular e atividade de canal iônico.
Para funcionar como mediador intracelular, sua
concentraçªo intracelular (normalmente £ 10-7 M)
deve ser capaz de mudar rapidamente em res-
posta a sinais externos e, a rÆpida síntese de
cAMP, induzida pelo ligante, deve seguir-se a sua
rÆpida destruiçªo por uma ou mais cAMP fosfo-
diesterases, que hidrolisam cAMP a adenosina
5’-monofosfato. Com a dissociaçªo do ligante
de seu receptor, a ativaçªo da adenilil ciclase Ø
revertida como resultado da atividade GTPase
de Ga s. O que se observa em pacientes com có-
lera ilustra bem a importância dessa atividade
GTPase da proteína G. A toxina bacteriana cata-
lisa a ADP-ribosilaçªo de G a s, tornando-a inca-
paz de hidrolisar GTP e fazendo com que a
adenilil ciclase ligada à Ga s alterada permaneça
em estado ativo. A prolongada elevaçªo de cAMP
dentro das cØlulas epiteliais do intestino causa
um grande efluxo de Na+ e Ægua que Ø respon-
sÆvel por severa diarrØia.
PAPEL DO cAMP NA REGULA˙ˆO
METABÓLICA EM DIFERENTES TIPOS
CELULARES
O cAMP atua como mensageiro secundÆrio
em muitos processos ativados por hormônio. Em
virtualmente todas as cØlulas eucarióticas estu-
dadas, os diversos efeitos do cAMP parecem ser
mediados por proteína quinases cAMP-depen-
dentes (PKAs). Essas enzimas sªo molØculas
tetramØricas compostas de duas subunidades re-
guladoras e duas subunidades catalíticas. A li-
gaçªo de cAMP às unidades reguladoras de PKA
causa a dissociaçªo e ativaçªo de subunidades
catalíticas, que transferem o grupo fosfato ter-
minal do ATP para grupo hidroxila em resíduos
de serina, treonina e tirosina de substratos pro-
tØicos, modificando dessa maneira a atividade
de muitas enzimas em vÆrios tipos celulares. A
fosforilaçªo de muitas enzimas aumenta a sua
atividade catalítica, enquanto a de outras resulta
na diminuiçªo de atividade. A resposta de um
tipo particular de cØlula depende da especifici-
dade do substrato dessas proteínas quinases.
Nas cØlulas hepÆticas e musculares, por exem-
plo, a elevaçªo no nível de cAMP induzida por
epinefrina aumenta a conversªo de glicogŒnio em
glucose 1-fosfato, atravØs da inibiçªo de síntese
do glicogŒnio e da estimulaçªo da glicogenólise.
A PKA ativada por cAMP fosforila a glicogŒnio
sintase, que Ø convertida em uma enzima menos
ativa, e assim a síntese de glicogŒnio Ø inibida.
Por outro lado, a PKA fosforila e ativa a glicogŒ-
nio fosforilase quinase. Esta, por sua vez, fosfori-
la a glicogŒnio fosforilase, convertendo-a na forma
ativa que degrada glicogŒnio a glucose 1-fosfato.
Todo esse processo Ø revertido quando a epinefri-
na Ø removida e o nível de cAMP cai, sendo a
reversªo mediada por fosfatase que remove os
resíduos de fosfato das trŒs enzimas.
Em cØlulas adiposas, a ativaçªo de receptores
a -adrenØrgicos desencadeia um aumento do cAMP
citosólico e a ativaçªo de PKA. A enzima ativada
hidrolisa triacilgliceróis a Æcidos graxos, que sªo
liberados para o sangue e ligam-se à albumina,
Dessa forma, os Æcidos graxos sªo transferidos para
outros tecidos, como coraçªo, mœsculos e rins,
onde sªo utilizados como fonte de ATP.
RECEPTORES COM ATIVIDADE GUANILIL
CICLASE
Relativamente poucos receptores com ativida-
de guanilil ciclase sªo conhecidos. Esses recepto-
res, que estªo presentes nas cØlulas renais e nas
cØlulas musculares lisas dos vaso sangüíneos, pos-
suem um domínio extracelular que interage com o
ligante, um œnico segmento transmembrana em a -
hØlice e um domínio catalítico intracelular (Fig. 7.3).
Uma variedade de peptídeos estimula os receptores
com atividade guanilil ciclase, entre eles os peptíde-
os natriurØticos atriais (ANPs), que sªo secretados
pelas cØlulas musculares no Ætrio do coraçªo e re-
gulam a homeostase e a funçªo cardiovascular. A
ligaçªo de ANP ao seu receptor ativa a guanilil ci-
clase e conseqüentemente a produçªo de cGMP.
Por sua vez, o cGMP ativa a proteína quinase
cGMP-dependente, que fosforila proteínas especí-
ficas nos resíduos serina ou treonina.
RECEPTORES COM ATIVIDADE TIROSINA
QUINASE (RTKS)
Hormônios peptídicos como insulina e fa-
tores de crescimento (da epiderme, fibroblasto,
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VOL. 1 — BASES MOLECULARES DA BIOLOGIA, DA GENÉTICA E DA FARMACOLOGIA
Cap. 7
Fig. 7.5 — Ativaçªo de proteína tirosina quinases (RTKs). A interaçªocom o seu ligante induz a dimerizaçªo e ativaçªo da
maioria de RTKs, o que resulta na autofosforilaçªo de resíduos de tirosina do domínio citoplasmÆtico. As tirosinas fosforila-
das de RTKs sªo reconhecidas, de maneira específica, por diferentes classes de proteínas intracelulares que possuem
domínios conhecidos como SH2. Essas proteínas sªo, por sua, vez fosforiladas e ativadas. Como diferentes RTKs ligam
diferentes combinaçıes de molØculas sinalizadoras, desencadeiam respostas diferenciadas.
hepatócito, cØlula nervosa) ligam-se a recepto-
res com atividade tirosina quinase (RTKs). To-
dos os RTKs sªo constituídos de um domínio
extracelular contendo o sítio de ligaçªo à molØ-
cula sinalizadora, um domínio hidrofóbio consis-
tindo na œnica a hØlice inserida na membrana,
e um domínio intracelular com atividade cata-
lítica (Fig. 7.3). A atividade tirosina quinase dos
RTKs Ø induzida pela interaçªo com o ligante,
que leva à dimerizaçªo da maioria dos RTKs e
à fosforilaçªo de mœltiplos resíduos de tirosina
no seu domínio citoplasmÆtico (Fig. 7.5).
As tirosinas fosforiladas de RTKs funcio-
nam como sítios de ligaçªo para diferentes
classes de proteínas intracelulares, entre elas
as proteínas adaptadoras que acoplam os
receptores ativados a outras molØculas sinaliza-
doras e às enzimas envolvidas nas vias de si-
nalizaçªo. Cada uma dessas proteínas liga-se
a um sítio fosforilado diferente do receptor,
por meio de domínios conservados denomi-
nados SH2, presentes nas proteínas sinaliza-
doras intracelulares distintas estrutural e
funcionalmente. Cada domínio SH2, com a
sua seqüŒncia œnica de aminoÆcidos, determi-
na os resíduos de tirosina específicos aos quais
se liga. Uma vez ligadas, muitas dessas prote-
ínas tornam-se elas próprias tirosina fosfori-
ladas, como Ø o caso da fosfolipase C- g , sen-
do conseqüentemente ativadas. Diferentes
RTKs ligam diferentes combinaçıes de molØ-
culas sinalizadoras e assim desencadeiam res-
postas diferentes.
PAPEL DAS PROTE˝NAS RAS NAS CASCATAS
DE SINALIZA˙ˆO INTRACELULAR ATIVADAS
POR RTKS
As proteínas Ras, pertencentes à superfamí-
lia de GTPases monomØricas, desempenham
papel importante na transmissªo de sinais de
muitos RTKs atØ o nœcleo, que resulta na esti-
mulaçªo do crescimento e diferenciaçªo celular.
Assim como outras GTPases, a proteína Ras al-
terna dois estados conformacionais. Ela Ø ativa
quando GTP estÆ ligado a ela e inativa quando
GDP estÆ ligado. A transiçªo entre estado ativo
e inativo da proteína Ras, que se ancora na mem-
brana plasmÆtica no seu lado citoplasmÆtico, Ø
regulada por proteínas ativadoras de GTPase que
aumentam a hidrólise de GTP ligado a Ras, ina-
tivando-a, e por proteínas que promovem a per-
da de GDP e a captaçªo de GTP. As proteínas
Ras mutantes, que ligam, mas nªo sªo capazes
109
SINALIZA˙ˆO CELULAR
Cap. 7
de hidrolisar GTP, estªo associadas com muitos
tipos de câncer humano.
Grande parte do que se conhece hoje sobre
as cascatas de sinalizaçªo desencadeadas por
RTKs e intermediadas por Ras Ø resultante de
estudos bioquímicos e genØticos em mosca Dro-
sophila, verme Caenorhabditis elegans e mamí-
feros. A ativaçªo de RTK pela ligaçªo de um fator
de crescimento, por exemplo, promove a asso-
ciaçªo do receptor com a proteína intracelular
GRB2 que, por meio de seu domínio SH2, re-
conhece os resíduos de tirosina fosforilados. Essa
associaçªo induz a relocalizaçªo da proteína ci-
toplasmÆtica Sos, aproximando-a de Ras ligada
à membrana plasmÆtica (Fig. 7.6). Ras Ø entªo
ativada e liga-se à serina/treonina quinase Raf,
que fosforila MEK, uma quinase que fosforila
resíduos serina e tirosina. MEK ativa MAP qui-
nase, uma outra serina/treonina quinase. Quan-
do ativada, a MAP quinase migra para o nœcleo
e fosforila diferentes proteínas, entre elas fato-
res de transcriçªo que regulam a expressªo de
proteínas envolvidas no ciclo celular e na dife-
renciaçªo (Fig. 7.6).
OUTROS MENSAGEIROS SECUND`RIOS
IMPORTANTES
AlØm de cAMP, cujas síntese e degradaçªo
sªo reguladas por diversos receptores ligados à
proteína G, mas nªo por RTKs, trŒs outras mo-
lØculas — Ca2, inositol 1,4,5-trifosfato e 1,2-
diacilglicerol — funcionam como mensageiros
secundÆrios nas vias de sinalizaçªo iniciadas tan-
to por receptores com sete segmentos transmem-
brana como por RTKs.
C`LCIO COMO SEGUNDO MENSAGEIRO
Grande parte dos íons Ca2+ da cØlula Ø se-
qüestrada na mitocôndria, retículo endoplas-
mÆtico e outras vesículas citoplasmÆticas. A
concentraçªo de Ca2+ livre no citosol da cØlula Ø
muito baixa (<10-7 M) e para manter esse baixo
nível de Ca2+ a cØlula dispıe de uma Ca2+-ATPase
que bombeia íons Ca2+ para fora da cØlula pela
membrana plasmÆtica, ou para o lœmen dos com-
partimentos intracelulares que armazenam Ca2+.
Quando a cØlula Ø ativada por um sinal extracelu-
lar, os níveis de Ca2+ citoplasmÆtico podem au-
Fig. 7.6 — Ativaçªo de Ras e a cascata de proteína quina-
ses. RTK ativado associa-se à proteína GRB2, que por meio
de seu domínio SH2 reconhece os resíduos de tirosina fos-
forilados. Em seguida, a GRB2 liga-se à proteína Sos, que
interage com RAs.GDP gerando a forma ativa Ras.GTP. Uma
sØrie de proteína quinases Ø fosforilada em cascata após
ligaçªo da proteína Raf a Ras.GTP, culminando na geraçªo
de MAP quinase ativa. Esta fosforila diversos fatores de
transcriçªo que regulam a expressªo gŒnica.
mentar transientemente e desencadear uma sØrie
de respostas celulares, como, por exemplo, exo-
citose de vesículas sectetórias e liberaçªo de in-
sulina em cØlulas b do pâncreas, contraçªo
muscular, proliferaçªo celular e transformaçªo,
degradaçªo de glicogŒnio em cØlulas muscula-
res e hepÆticas, fertilizaçªo, sinal neuronal, etc.
O Ca2+ pode ligar-se a diversas proteínas in-
tracelulares. Uma delas, conhecida como calmo-
dulina, altamente conservada e encontrada em
todas as cØlulas eucarióticas, medeia muitos efei-
tos do Ca2+. Cada molØcula de calmodulina liga
quatro íons Ca2+ formando o complexo Ca2+/
calmodulina, que nªo possui atividade enzimÆ-
tica, mas se liga a outras proteínas na cØlula, al-
terando as suas atividades. Entre as enzimas
ativadas pelo complexo podem ser citadas a
cAMP fosfodiesterase, que degrada cAMP, e vÆ-
rias proteínas quinase que, por sua vez, fosfori-
lam outras proteínas-alvo. Em muitas cØlulas, o
complexo Ca2+/calmodulina ativa a Ca2+-ATPa-
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VOL. 1 — BASES MOLECULARES DA BIOLOGIA, DA GENÉTICA E DA FARMACOLOGIA
Cap. 7
se da membrana plasmÆtica que bombeia Ca2+
para fora da cØlula.
INOSITOL 1,4,5-TRIFOSFATO (IP3) INDUZ A
LIBERA˙ˆO DE CA2+ DO RET˝CULO
ENDOPLASM`TICO
A estimulaçªo de receptores de superfície
em cØlulas hepÆticas, musculares, adiposas e
outras, induz a liberaçªo de Ca2+ do retículo
endoplasmÆtico de maneira dependente de IP3.
Esta molØcula, gerada pela hidrólise de fosfati-
dil inositol-4,5-bifosfato (PIP2) mediada pela
fosfolipase C, Ø solœvel em Ægua e se difunde
rapidamente pelo citosol. Na superfície do re-
tículo endoplasmÆtico, o IP3 liga-se a um re-
ceptor IP3-específico que Ø um canal de Ca2+.
A ligaçªo de IP3 induz a abertura do canal per-
mitindo a saída do Ca2+ para o citosol (Fig. 7.7).
O aumento de Ca2+ citosólico, juntamente com
IP3, faz com que mais canais de Ca2+ se abram
e mais Ca2+ seja liberado, num processo de
feedback positivo possivelmente responsÆvel pe-
los complexos padrıes de ondas e oscilaçıes
de Ca2+. O significado biológico dessas oscila-
çıes de Ca2+, que podem persistir enquanto os
receptores da superfície celular estiverem ati-
vados, nªo estÆ claro.
Dentro de um segundo de sua formaçªo,
grande parte do IP3 Ø hidrolisado a inositol 1,4-
bifosfato, incapaz de liberar íons Ca2+ do retí-
culo endoplasmÆtico. Este processo, juntamente
com o bombeamento de Ca2+ de volta para o
retículo endoplasmÆtico, dÆ fim à resposta de
Ca2+. Uma parte do IP3 pode ser fosforiladapara formar inositol 1,3,4,5-tetrafosfato (IP4),
que pode mediar respostas mais lentas e pro-
longadas ou promover a reposiçªo de reserva-
tórios intracelulares de Ca2+ a partir do fluido
extracelular.
AlØm de canais de Ca2+ IP3-dependentes,
as cØlulas musculares e os neurônios possu-
em canais de Ca2+ denominados receptores
de rianodina por causa de sua sensibilidade à
rianodina, um alcalóide de planta. Esses dois
receptores sªo estrutural e funcionalmente si-
milares, existindo como tetrâmeros, com as re-
giıes C-terminal cooperando para formar o
canal de Ca2+, e o domínio N-terminal livre no
citoplasma.
DIACILGLICEROL ATIVA PROTE˝NA QUINASE C
AlØm de IP3, a hidrólise de PIP2 por fosfoli-
pase C gera um outro segundo mensageiro, o
1,2-diacilglicerol (DAG), que permanece asso-
ciado à membrana (Fig. 7.7). A principal fun-
çªo de DAG Ø ativar a proteína quinase C (PKC),
uma enzima que estÆ presente no citosol na for-
ma inativa e Ø translocada para a face citoplas-
mÆtica da membrana plasmÆtica, onde Ø ativada
por íons Ca2+ e DAG. Em diferentes tipos de
cØlula, a PKC ativada fosforila especificamente
resíduos serina ou treonina das proteínas-alvo.
A PKC fosforila os canais de Ca2+ de cØlulas
nervosas no cØrebro, a glicogŒnio sintase nas
cØlulas do fígado tornando-a inativa, tambØm fos-
forila vÆrios fatores de transcriçªo e induz ou
reprime a transcriçªo de genes específicos.
DAG e IP3 sªo exemplos de mensageiros se-
cundÆrios que agem de maneira coordenada para
produzir uma resposta celular plena. No caso
do metabolismo do glicogŒnio, DAG medeia a
inibiçªo da síntese de glicogŒnio por meio da
ativaçªo de PKC, enquanto IP3 induz um au-
mento de Ca2+ citosólico que resulta na ativaçªo
de glicogŒnio fosforilase quinase, uma enzima-
chave na glicogenólise.
ATIVA˙ˆO DE FATORES DE TRANSCRI˙ˆO
PELAS VIAS DE SINALIZA˙ˆO ACOPLADAS A
RECEPTORES DA SUPERF˝CIE CELULAR
Muitos hormônios e fatores de crescimento
solœveis em Ægua, que se ligam a receptores da
superfície celular, tambØm podem induzir mu-
danças de longa duraçªo no comportamento
celular pela estimulaçªo da expressªo gŒnica.
Nesse processo de ativaçªo, fatores de transcri-
çªo específicos sªo fosforilados em seus resíduos
de serina, treonina ou tirosina por proteína qui-
nases. Essas enzimas podem ser estimuladas pela
interaçªo do ligante tanto com receptores asso-
ciados à proteína G quanto com RTKs.
A ligaçªo de molØculas sinalizadoras a re-
ceptores associados à proteína G, como jÆ discu-
tido, ativa a adenilil ciclase e leva ao aumento dos
níveis de cAMP. A ligaçªo de cAMP às subunida-
des reguladoras de PKA libera as subunidades
catalíticas que se translocam para o nœcleo. Um
dos substratos nucleares majoritÆrios para PKA
Ø o fator de transcriçªo CREB, uma proteína que,
111
SINALIZA˙ˆO CELULAR
Cap. 7
na sua forma fosforilada, se liga a uma seqüŒn-
cia de DNA conhecida como elemento de res-
posta ao cAMP (CRE) e que estÆ contida na
regiªo reguladora de muitos genes. A CREB,
fosforilada em um œnico resíduo de serina, au-
menta a transcriçªo desses genes induzidos por
cAMP. Entre os genes de cØlulas de mamífero
ativados por CREB incluem-se o gene da soma-
tostatina em certas cØlulas endócrinas, e genes
do fígado codificando vÆrias enzimas envolvidas
na gliconeogŒnese. Outras vias de transduçªo
de sinal, alØm daquela envolvendo cAMP, podem
estar tambØm associadas com CREB. Em deter-
minadas cØlulas, a ativaçªo de quinase estimulada
por Ca2+/calmodulina, decorrente do aumento
nos níveis de Ca2+ citosólico, fosforila CREB e
induz a transcriçªo gŒnica.
Quando ativados, os receptores de citocinas,
pertencentes à superfamília que inclui os recep-
tores para interferon e que nªo tŒm atividade
proteína quinase intrínseca, associam-se por meio
de seu domínio citoplasmÆtico com proteína qui-
nases presentes no citosol. Essas enzimas fosfo-
rilam os resíduos tirosina de fatores de transcriçªo
STATs, que entªo dimerizam e vªo para o nœcleo.
Sªo diferentes STATs, cada qual fosforilado por
um conjunto particular de proteína quinases. Por
sua vez, sªo vÆrios os membros de proteína qui-
nases e cada um associa-se com um conjunto es-
pecífico de receptores de citocina, determinando
assim a especificidade da resposta. Por exemplo,
a ligaçªo de interferon gama (IFNg ) a seu recep-
tor faz com que este se associe a duas proteína
quinases conhecidas como JAK1 e JAK2, e estas
fosforilam STAT1 que forma um homodímero que
se liga a uma seqüŒncia específica de DNA e in-
duz a transcriçªo gŒnica.
Os estudos sobre transduçªo de sinal em
diversos organismos, da bactØria ao homem,
prosseguem em ritmo acelerado e o avanço no
conhecimento sobre os mecanismos de sinaliza-
çªo, que regulam praticamente todos os processos
biológicos, tem sido enorme. Recentemente, os
achados resultantes da pesquisa sobre criptocro-
mos e os receptores órfªos tŒm sido destacados.
Os criptocromos, os fotorreceptores inicialmente
caracterizados em plantas e que sªo requeridos
para o crescimento em resposta à luz azul, pare-
cem desempenhar um papel importante nos rit-
mos circadianos nªo somente em plantas, mas
tambØm em moscas e mamíferos. Por outro lado,
alØm de ampliar a compreensªo sobre vias de
sinalizaçªo, a descoberta de que alguns recepto-
res órfªos regulam vias metabólicas essenciais e
Fig. 7.7 — Controle da liberaçªo de Ca2+ por canais de Ca2+ IP3-dependentes. A interaçªo de um ligante com o seu
receptor desencadeia a sua associaçªo com a proteína G heterotrimØrica que, por sua vez, ativa a fosfolipase C, gerando
IP3 e DAG a partir de PIP2. IP3 difunde pelo citosol e interage com canais de Ca2+ sensíveis a IP3, levando à liberaçªo de
Ca2+. DAG, que permanece na membrana, ativa proteína quinase C.
Meio extracelularligante
Receptor
proteína G
canal de Ca2+
fosfolipase C proteína
quinase C
Retículo endoplasmático
Ca2+
112
VOL. 1 — BASES MOLECULARES DA BIOLOGIA, DA GENÉTICA E DA FARMACOLOGIA
Cap. 7
a identificaçªo de ligantes naturais e sintØticos
para esses receptores, pela estratØgia da “endo-
crinologia reversa”, podem abrir perspectivas
para o desenvolvimento de novas drogas para o
tratamento de uma sØrie de doenças.
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