Vias de sinalização da insulina

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Pâncreas - tem uma atividade exócrina e
uma porção endócrina que é organizada
em ilhotas, tem 4 tipos de células que vão
variar de acordo com a atividade, o
produto das células e ao número das
células:
Células alfa - são as células que vão ter
como produto o glucagon;
Células beta - são as células que estão
em maior número e também mais
centralizadas em cada uma das ilhotas.
São as células que vão produzir insulina;
Células gama - tem um número bastante
reduzido e serão importantes para
produzir a somatostatina (hormônio
inibitório, tem ação inibitória também no
sistema gástrico).
Células F - tem uma célula F por ilhota,
que vai produzir o polipeptídeo
pancreático.
Ilhotas de Langerhans - são pequenos
grupos de células endócrinas
disseminadas pelo pâncreas e que
segregam a insulina. As ilhotas são
bastante vascularizadas, são inervadas
pelo sistema nervoso autônomo (recebe
inervação tanto simpática quanto
parassimpática)
Secreção da insulina - vai ser dada por
estímulos simpáticos e parassimpáticos,
bem como a concentração de glicose
plasmática (principal estímulo),
concentração de aminoácidos e ácidos
graxos.
Tanto a concentração de elementos no
plasma, bem como estímulos simpáticos e
parassimpáticos, vão ser fundamentais
para a estimular a síntese e a secreção da
insulina.
Glicose - é o principal estímulo. Nas
ilhotas, especialmente nas células beta,
são captadas as moléculas de glicose
independente da atividade de insulina
pelo GLUT 2. A glicose é utilizada como
principal fonte de ATP por produzir de
maneira mais rápida, mas não é a única,
também tem os aminoácidos e ácidos
graxos.
O aumento do ATP dentro das células
beta vai modular a atividade de um canal
de potássio sensível à concentração de
ATP. Quando isso acontece, a
concentração de potássio dentro da célula
faz com que haja a despolarização da
membrana, que ativa um canal de cálcio
voltage-dependent e com isso tem o
influxo de cálcio para as células beta, que
faz a exocitose dos grânulos de insulina.
Os ácidos graxos e os aminoácidos
também produzem ATP nas células Beta,
modulando da mesma forma o canal SUR
de potássio. Esse canal SUR promove a
despolarização da célula, abrindo os
canais de cálcio dependente. A
concentração de cálcio também aumenta
pela produção de hormônios dos
enterócitos (GLP-1 ou Incretina), que
agem via proteína Gs, aumentam o AMPc,
por sua vez, aumenta a proteína quinase
A e, assim, aumenta a concentração de
cálcio
Mecanismo do cálcio:
Maneiras de aumentar o cálcio
plasmático:
Acetilcolina (ACh) - através da sua
atividade no receptor muscarínicos,
podem agir via receptores Gq, que ativa
fosfolipase C e que pode aumentar a
concentração de cálcio e realizar a
mesma atividade de secreção da insulina.
GLP-1 (incretina) - hormônio produzido no
intestino, também podem agir via proteína
GF nas células beta, e estimula através
de proteína Cinase-A o aumento do cálcio
intracelular.
Adrenalina e noradrenalina - agem em
receptores adrenérgicos ligados à
proteína G inibitória e bloqueiam o
mecanismo via AMPc.
obs: O GLP-1 é utilizado em várias drogas
para que haja a secreção de insulina.
Outras drogas, como as sulfonilureias,
agem no canal SUR. O problema é que
essa última droga impede a saída do
potássio, aumenta e muito a sua
concentração dentro da célula. Assim, a
forte despolarização faz com que haja
uma secreção exagerada da insulina. Por
isso, hoje só é utilizada se os níveis
glicêmicos forem muito altos.
Estrutura da insulina: a insulina é um
hormônio polipeptídico que tem duas
cadeias, alfa(A) e beta (B) que são
estabilizadas por pontes de sulfeto. É
totalmente expressa na transcrição como
uma sequência gênica de
pré-pró-insulina. Na tradução, as cadeias
são ligadas e estabilizadas.
A sequência sinal é perdida no RE
formando a pró-insulina, isso demora em
volta de 5-10 min. No golgi, formam
vesículas com enzimas que fazem a
separação da cadeia A, B e do peptídeo
C, e essa separação ocorre em volta de
1h.
Atividade da insulina: Ao longo do dia, a
insulina sempre é estimulada pela dieta,
variando O ideal é que essa variação
ocorra sem que haja picos muito fortes.
Quando o alimento é ingerido, há duas
fases de liberação de insulina. Ao sentir o
cheiro e o gosto do alimento, na primeira
fase, por causa da inervação simpática e
parassimpática, já tem liberação da
insulina esperando a glicose que ainda vai
chegar. Assim, quando a glicose chega de
fato, já tem liberação dos grânulos
maduros de insulina. No entanto, é
preciso que haja a reposição desses
grânulos, e nesse momento ficará
caracterizada a segunda fase. Essa
segunda fase demora em torno de 90-120
min, o tempo que demora o período
pós-prandial ou anabólico. Ou seja, a
primeira fase é pela atividade cefálica, a
inervação simpática ou parassimpática.
Além disso, aminoácidos, drogas,
diminuição do glucagon e os hormônios
gastrointestinais, também estimulam a
fase 1, ou seja, o estímulo imediato para a
secreção de hormônios já produzidos. Já
na segunda fase é prioritariamente pelo
aumento do ATP via glicose, para que
haja a reposição desses grânulos.
Clivagem da insulina - a insulina como
todo hormônio peptídico, é expressa
como uma sequência gênica pré e
pró-hormônio (pré, pró insulina). A
sequência de sinal é perdida no retículo
endoplasmático, formando a pró insulina,
que no golgi vai ser formada a vesícula
junto com enzimas que vão fazer a
separação do peptídeo C da cadeia alfa e
beta da insulina. Quando acontece a
exocitose das vesículas (grânulos de
insulina), vai ser liberado tanto a insulina,
quanto o peptídeo C
Receptor da insulina: É enzimático, de
membrana. Mediam a atividade de
moléculas proteicas. O receptor de
insulina tem a sua atividade ligada a
tirosina quinase, da subunidade
intracelular. Então, tem um domínio
tirosina quinase citoplasmático que possui
atividade enzimática e promove a
transdução do sinal. Essa resposta
depende dos subtipos do receptor e das
moléculas que vão ser ativadas por essa
atividade enzimática, ou seja, que vão ser
fosforilado pela proteína quinase. O gene
do receptor de insulina é expresso
somente nas células beta do pâncreas. E
alguns dos seus domínios podem sofrer
splicing alternativo, mudando a
combinação da sequência. Isso pode
modificar a atividade desses receptores.
A insulina se liga ao receptor, permitindo a
dimerização dele. Pode ativar vias
mitogênicas ou vias metabólicas.
Via mitogênica - Via de sinalização da
MAP quinase. Leva ao crescimento,
proliferação celular e a expressão de
genes.
Via metabólica - via de sinalização da
Pl-3K. Leva a síntese de lipídios,
proteínas e glicogênio; a sobrevivência e
a proliferação celular. Além da fusão da
vesícula do GLUT4 na membrana, o único
receptor que não está desde sempre na
membrana.
O domínio citosólico da subunidade Beta
do receptor é uma tirosina cinase, que é
ativada pela ligação da insulina a porção
alfa do receptor. Isso resulta tanto na
autofosforilação do receptor, quanto na
fosforilação sequencial dos elementos
responsáveis pela transdução do sinal.
A tirosina fosforilada age em proteínas
alvo específicas, e a ação dessas
proteínas ativa a resposta intracelular. O
splicing alternativo é uma combinação
diferenciada dos genes na sequência.
Assim, se dá uma atividade semelhante
mas diferenciada para receptores do
mesmo gene. Podem ter uma atividade
mitogênica prioritária (Insulina Tipo A),
metabólica prioritária (Insulina Tipo B).
Assim, a insulina garante um misto de
atividades mitogênicas (RAS e Raf - ativa
MAPK, que são fatores de transcrição
gênica) e metabólicas (PI3K modula
fosfolipídios de membrana, PIP, e ativa a
PKB) nas células.
O receptor da insulina pode ter uma
subunidade de uma isoforma e outra
subunidade de outra isoforma. O requisito
para que haja a atividade do receptor, é
ter a ligação da insulina para dimerizar as
duas unidades. A fosforilação de um
resíduo de tirosina atrai os IRSs
(Substrato do Receptor de Insulina),
proteínas amplificadoras do sinal que ao
serem fosforilados passam a reconheceroutras quinases. Os IRS são diferentes (4
tipos) a depender da isoforma, o que atrai
diferentes proteínas.
Transportadores de glicose: se diferencia
quanto à concentração de glicose.
GLUT 1 - Absorção basal de glicose. Em
qualquer concentração, transporta para
dentro da célula. Localizado em todos os
tecidos e mamíferos.
GLUT 2 - KM mais elevado. É o sensor de
glicose presente no pâncreas e no fígado.
Induz a glicogênese hepática, quanto a
síntese e secreção de insulina. Tem no
intestino também, onde age transportando
glicose do lúmen para dentro da célula.
GLUT 3 - Presente em todos os tecidos,
faz absorção basal conforme a
necessidade das células.
GLUT 4 - Único que a atividade de
captação de glicose depende da insulina,
porque ele está dentro da vesícula.
GLUT 5 - Também transporta frutose. No
intestino delgado. Lá também tem na
membrana apical outro transportador, que
é o SGLT1, transportador de glicose
acoplado ao sódio (ativo secundário). No
lúmen intestinal, vem para dentro da
célula através desse transportador. E da
célula para o sangue é via GLUT 5.
GLUT 6 - Sem função.
GLUT 7 - Transportador microssômico de
glicose, transportando-a dentro da célula.
GLUT 8 - Não sabe.
Vias de sinalização: A ligação de insulina
ao seu receptor inicia uma cascata
complexa de sinalização de fosforilação e
desfosforilação protéica, culminando nos
efeitos metabólicos e mitogênicos já
conhecidos.
Uma molécula de insulina se liga
permitindo a dimerização. Isso permite a
fosforilação das proteínas tirosina
quinases na subunidade intracelular. A
fosforilação de tirosina permite a atração
de domínios homólogos com substratos
de receptores de insulina. Ou seja, ativa
os IRSs que promovem o acoplamento do
GLUT4 na membrana, a síntese de
proteínas, lipídios, glicose, e o
crescimento e expressão gênica. Além da
metabolização da glicose e até apoptose.
O IRS também atrai proteínas que podem
se acoplar à fosforilação, através de
domínios homólogos. Ampliando a
resposta.
IRS 1 - Desencadeia tanto uma resposta
metabólica quanto uma resposta
mitogênica.
IRS 3 - Só resposta mitogênica.
Diante de uma única resposta, há
comprometimento da sensibilização da
insulina com o seu receptor.
Mecanismo de ação da insulina: No
fígado, pela via PI3K, ativa-se a AKT e
promove a ativação da glicogênio sintase.
Assim, há síntese de glicogênio a partir da
glicose. Ao mesmo tempo, no fígado, a
ativação de quinases que executam a via
glicolítica. Usando a glicose como fonte
de energia para a glicólise.
1. A IRS-1, fosforilada pelo receptor de
insulina, ativa a PI-3K ligando-se ao
domínio SH2. A PI-3K converte PIP2 em
PIP3.
2. A PKB ligada ao PIP3 é fosforilada pela
PDK1. Uma vez ativada, a PKB fosforila a
GSK3 em um resíduo de Ser,
inativando-a.
3. A GSK3, inativada por fosforilação, não
consegue converter a glicogênio sintase à
sua forma inativa por fosforilação, de
maneira que a GS permanece ativa.
4. A síntese de glicogênio a partir de
glicose é acelerada.
5. A PKB estimula o movimento do
transportador GLUT4 de vesículas
membranosas internas para a membrana
plasmática, aumentando a captação de
glicose.
Ou seja, no fígado e em outras células,
mesmo que não dependa de insulina para
captar glicose, depende da insulina para
que as enzimas da via glicolítica, que
degradam a glicose, sejam ativadas. Sem
insulina, a glicose entra, não é utilizada, e
acaba escapando da célula. A insulina é
importante para a captação e a utilização
da glicose! obs: No tecido muscular, o
AKT também faz a fusão do GLUT4 na
membrana.
No fígado, a insulina também induz a
expressão de um gene, um elemento
regulatório da transcrição de esteróides
(SREBP). Esse elemento, por sua vez,
estimula a expressão de muitos genes
ligados a colesterol, glicose e hormônios
esteroidais. Inclusive a síntese de
enzimas que promovem a formação de
ácidos graxos. A insulina, assim, se faz
importante a partir de atividades
mitogênicas e metabólicas. Só a atividade
mitogênica, como acontece na resistência
insulínica, a cada vez mais a síntese de
ácidos graxos sem que haja o estímulo
metabólico para isso. Como
consequência, pode levar à obesidade
Resistência à insulina: O diabetes tipo 2
tem diminuição da atividade metabólica e
aumento da atividade mitogênica. Não
significa que a insulina não está
funcionando, significa que não está
contemplando os dois tipos de atividade.
É uma resposta metabólica atenuada a
uma alta concentração desse hormônio.
Há insulina, há receptor, mas não é
possível exercer atividades. A modulação
dos sinais intracelulares pode ocorrer de
forma negativa e a IRS ao invés de ser
atraída por uma tirosina fosforilada, é
atraída por uma serina fosforilada. Então,
o aminoácido que é fosforilado tanto pelo
receptor quando do IRS é a serina. Essa
fosforilação não promove efeitos
metabólicos, permitindo só alguns efeitos
mitogênicos. Inibe a IRS1 mas estimula a
expressão de genes pró-inflamatórios. A
única forma de bloquear isso é através de
exercícios e medicamentos, como a
metformina, que induz a redução da
produção hepática de glicose, e aumenta
a captação da glicose pelos músculos
esqueléticos. Efeito semelhante à
atividade física. Aumenta a eletronegativa,
e faz uma alteração conformacional
radical. O que não permite a ligação com
outras proteínas com domínios homólogos
e, assim, a falta de respostas. No tecido
muscular, ao fosforilar serina ao invés de
tirosina, não tem a resposta esperada. Ou
seja, não tem a transformação de glicose
em glicogênio e nem a fusão da GLUT4
na membrana. Ativa-se outra quinase, a
serina treonina, o que induz a síntese de
ácidos graxos e a diminuição da utilização
de ácidos graxos como fonte de energia.
Assim, há enfraquecimento do tecido
muscular, e acumulamento de gordura
entre as células. O exercício físico reduz a
expressão de efeitos negativos,
aumentando a sensibilidade à insulina, e
aumentando a translocação do GLUT4
que está prejudicada. Coordena a
coordenação errada, inibindo-a e
estimulando a correta, via AKT. No fígado,
a resistência insulínica prejudica a
atividade da glicogênio sintase,
diminuindo-a. Diminui a utilização da
glicose e a sua reserva. O fígado entende
assim que precisa realizar
gliconeogênese, liberando mais glicose
para fora da célula, aumentando a sua
concentração no plasma. Além de
aumentar a síntese de ácidos graxos e
diminuir a sua utilização, podendo ocorrer
esteatose hepática.