Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Transdução de sinal: Fundamentos gerais das principais vias de transdução de sinais: mecanismo de ação da insulina (via PI3/Akt), mecanismo de ação da leptina (via JAK2/STAT3) e mecanismo de ação via proteína G (GPCRs). 1. ASSOCIADOS À PROTEÍNA G. 2. ASSOCIADOS A ENZIMAS – tipo tirosina quinase. PRINCÍPIOS GERAIS DE COMUNICAÇÃO CELULAR - BIOSSINALIZAÇÃO Os sinalizadores associados a proteína G são os chamados GPCR’s. Eles são sensíveis por um hormônio peptídico como o glucagon, por exemplo (via 1 GPCR), e os hormônios aminas. Os receptores associados a enzimas tirosina quinase justificam o mecanismo molecular de ação, tanto de insulina, quanto de um hormônio proteico chamado leptina. 2 Diferenças entre hormônios esteróides e peptídicos/aminas Hormônios esteróides Hormônios peptídicos e aminas Reservas celulares Nenhuma Vesículas secretórias Locais de síntese Adrenais, gônadas e placenta Hipotálamo, hipófise, ilhotas pancreáticas, placenta, paratireóide, TGI Transporte no sangue Ligados a proteínas Livres Interação com a membrana celular Difusão através da membrana Ligação a um receptor da membrana Receptor No citoplasma ou núcleo Na membrana celular Ação Regulação da transcrição Ativação de enzimas que afetam vários processos Vias de ação • Autócrina: ocorre quando o hormônio é secretado por uma célula e vai regular funções dentro da própria célula que o produziu. • Parácrina: o hormônio atua nas células do próprio tecido que o produziu. • Endócrina: o hormônio é secretado por uma glândula, alcança a circulação sistêmica e vai exercer sua ação numa célula ou num órgão que está DISTANTE - vai atuar exatamente naquela célula alvo onde ele vai desencadear alguma ação. RECEPTORES HORMONAIS SUPERFÍCIE CELULAR GRUPO A (TK) GRUPO B (PROTEÍNAG) INTRACELULARES CITOSSÓLICOS (esteróides) NUCLEARES (T4 T3) INSULINA LEPTINA ADENILATO CICLASE FOSFOLIPASE C FOSFOLIPASE A2 MECANISMO DE AÇÃO HORMONAL • Todos os através específicos hormônios atuam de receptores presentes nas células - alvo. • Os receptores não são componentes fixos, podendo variar o número de receptores para cada tipo de célula, com isso variando o grau de resposta. • Agonistas possuem estruturas análogas a hormônios. O GRUPO A POSSUI DOMÍNIO CATALÍTICO; O GRUPO B NÃO POSSUI DOMÍNIO CATALÍTICO VAI ATIVAR/SENSIBILIZAR ENZIMAS ALVO. Os hepatócitos possuem tanto receptores tanto para hormônios peptídicos quanto para hormônios aminas. Assim ele tem um receptor para insulina, um outro diferente para glucagon e outro para adrenalina. No entanto, a quantidade de receptores variam com o tipo de célula/órgão/ tecido, assim um hepatócito será muito mais sensível ao glucagon do que o músculo esquelético, por exemplo, uma vez que a célula do musculo apresentará um número muito menor de receptores ao glucagon. Por sua vez, o músculo será muito mais sensível a adrenalina, haja vista que terá muito mais receptores para essa espécie. Dos intracelulares, há os citossólicos, que são os receptores esteroides (o receptor do hormônio esteroide é citossólico, e sua ação ação é nuclear), e o nucleares, que são os hormônios da tireóide, por exemplo, a forma inativa (T4) e a forma ativa (T3) (O receptor do hormônio T3 é associado ao material genético, então a resposta do controle da expressão gênica, é in loco do T3). Já os hormônios derivados do colesterol (esteroides), ele tem receptor citossólico, e só por mio de um complexo ele consegue atingir o núcleo. A insulina é um peptídeo? Por ter 51 resíduos de aminoácidos em sua forma funcional, ela entra na categoria de proteínas. O glucagon de 29 resíduos, sendo assim um peptídeo. 3 Ação da insulina – RECEPTOR TIROSINA QUINASE 1.Ligação da INSULINA. 2.Dimerização do receptor. 3.Autofosforilação de Tyr. O receptor de insulina é composto por quatro subunidades, duas subunidades alfa (α) idênticas que estão voltadas para a face externa da membrana plasmática e duas subunidades beta (β) transmembranares que estão projetadas para o citosol. Este receptor é acoplado a uma enzima do tipo tirosina-quinase, isto que dizer que uma das subunidades do receptor está ligada a uma enzima que faz a fosforilação de um resíduo de tirosina. Esta fosforilação é feita pelo receptor e no próprio receptor e por isto denominado autofosforilação. Assim que a insulina se liga, a autofosforilação do resíduo de tirosina ativa o receptor e deflagra vias bioquímicas intracelulares. Akt ou PKB Regula várias funções celulares DESCONTROLE DA VIA: DCV, diabetes, câncer, doenças neurológicas. PIP2 PIP3 Quando a insulina se liga a seu receptor, inicia-se várias vias bioquímicas através da ativação de proteínas denominadas substrato do receptor de insulina (IRS). As IRS's ativam duas importantes vias, a via da proteína cinase ativada por mitógenos (MAP cinase) e da fosfatidilinositol-3-cinase (PI3 cinase). A via da MAP cinase tem papel importante no crescimento, diferenciação e aumento do tempo de vida das células pela inibição da apoptose (papel antiapoptótico). A via da PI3 cinase também possui as funções que a MAP cinase, porém em menor intensidade. Além destas funções, a PI3 cinase aumenta a síntese de proteínas e glicogênio (papel anabólico). Outra ação muito importante da PI3 cinase é a ativação da proteinocinase B (PKB, também chamada de Akt) que por 4 sua vez leva a translocação de vesículas contendo transportadores de glicose tipo 4 (GLUT-4) para a membrana plasmática. Uma vez na membrana, estes canais oferecem uma passagem para a glicose, aumentando a permeabilidade da membrana plasmática a este substrato energético e diminuindo sua concentração no meio extracelular (papel hipoglicemiante). Sinais Intracelulares e Ações da Insulina Nos tecidos (via IP3/Akt) Aumentando a permeabilidade da membrana plasmática à GLICOSE. Efeito hipoglicemiante GLUT 4 Glicólise ativada Gliconeogênese inativada. Descontrole dessa via pode causar diabetes tipo 2. Atividade física estimula a migração dessas vesículas contendo GLUT para a membrana, haja vista que requer um maior aporte energético. (Aumenta a janela metabólica da célula) Ação da insulina –RECEPTOR TIROSINA QUINASE • FATORES MOLECULARES DE RESISTÊNCIA À INSULINA – T2D. • A) MUTAÇÃO - troca de G-996-V. • B) VARIANTES DE IRS 1/2. • C) AÇÃO DE FOSFATASES. • D) ALTERAÇÃO DA AUTOFOSFORILAÇÃO DO RECEPTOR REVERSÃO DA DIABETES • Experimentos in vivo: TIROSINA FOSFATASE DE BAIXO PESO MOLECULAR DESFOSFORILA O RECEPTOR PROMOVE RESISTÊNCIA À INSULINA Stanford et al. 2017 Deleção da enzima no fígado de camundongos protege os animais da diabetes induzida pelo excesso de gordura na dieta, sem afetar o ganho de peso corporal. Inibidor não-competitivo para o tratamento da T2D: Aumenta fosforilação do receptor e a tolerância à glicose em animais obesos. 5 Reversão da diabetes Tipo 2, induzida em ratos com dieta rica em gordura, por meio da inibição da enzima tirosina fosfatase de baixo peso molecular. (Excesso de gordura na dieta superexpressão da enzima tirosina fosfatase.). ALTERAÇÃO DA FOSFORILAÇÃO DO RECEPTOR DE INSULINA • Redução drástica da síntese do glicogênio e gliconeogênese. • Quadro hiperglicemia. BLOQUEIO DA VIA IP3/Akt X FBP-2 REGULAÇÃO COORDENADA DA GLICÓLISE E GLICONEOGÊNESE: Insulina – Desfosforilação – Ativação da PFK-2* – F2,6BiP = (+) GLICÓLISE Prevalece ação da INSULINA Diminuição de AMP-c (PKA inativa) Desfosforila a enzima Bifuncional (PFK-2) AUMENTO DE F2,6 BiP GLICÓLISE GLICONEOGÊNESE A diminuição nos níveis de glucagon, juntamente com níveis elevados de insulina, como ocorre após uma refeição rica em carboidratos, causa um aumento na frutose-2,6-bisfosfato e, portanto, na velocidade da glicólise no fígado. Dessemodo, a frutose-2,6-bisfosfato atua como um sinal intracelular, indicando abundância de glicose. 1- Uma razão insulina/glucagon elevada causa uma diminuição no AMPc e redução nos níveis de proteína-cinase A ativa. 2-Diminuição na atividade da proteína cinase A favorece a desfosforilação do complexo PFK-2/FBP-2. 3- A PFK-2 desfosforilada é ativa, enquanto a FBP-2 é i nativa; isso favorece a produção da frutose-2,6-bisfosfato. 4- Outro mecanismo de resistência a insulina é a autofosforilação em resíduos de serina e não de tirosina. POR QUE PACIENTES OBESOS CORREM MAIS RISCO DE DESENVOLVEREM DIABETES TIPO 2? A literatura traz dois mecanismos: 1- superexpressão da fosfatase 2- fosforilação em resíduos de serina erroneamente (PKC) reduz a sensibilidade do receptor de insulina 6 Concentrações elevadas de frutose-2,6-bisfosfato ativam a PFK- 1, levando a um aumento na velocidade da glicólise. ATIVADORES DA AMPK – AUMENTAM A SENSIBILIDADE À INSULINA A ativação da AMPK é resultado do decréscimo do estado energético celular. Na situação em que a relação AMP:ATP aumenta, ocorre uma mudança conformacional na molécula, deixando-a suscetível à fosforilação e ativação pela AMPK quinase (AMPKK). A AMPK fosforilada ativa vias que geram o aumento de ATP, tais como a oxidação de ácidos graxos, ao mesmo tempo que desativa as vias anabólicas que consomem o ATP, como a síntese de ácidos graxos. Esse aumento da atividade da AMPK em resposta a uma necessidade em gerar ATP durante o exercício físico promove a translocação das vesículas contendo Glut-4, facilitando o transporte de glicose para o músculo de maneira semelhante à da insulina, embora isso ocorra por vias de sinalização diferentes e independentes. AÇÃO DA METFORMINA NA CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS DO HEPATÓCITO – ativação da AMPK O aumento da captação de glicose pelo músculo esquelético é um dos efeitos comuns tanto da metformina quanto do exercício físico. O provável mecanismo pelo qual isso ocorre deve envolver a AMPK. Já foi demonstrado que a metformina ativa AMPK, da mesma forma que a atividade física e a contração muscular também levam ao aumento da atividade da AMPK. Observou-se que o exercício aumenta a transcrição do gene do GLUT4 e de proteínas da musculatura esquelética. Existem evidências consideráveis de que esse mecanismo também envolve a ativação da AMPK. É importante lembrar que a atividade da AMPK depende de duas taxas metabólicas – AMP–ATP e creatina– fosfocreatina – as quais se encontram aumentadas durante o exercício físico. A ativação da AMPK, 7 seja por exercício seja por metformina, está relacionada com aumento da captação de glicose pelo músculo esquelético, via translocação de GLUT4, independentemente de insulina. Em busca das relações moleculares entre a AMPK e a metformina, inicialmente considerou-se a capacidade dessa droga de inibir o complexo 1 da cadeia mitocondrial provocando dessa forma alteração na carga energética intracelular, a qual ativaria a AMPK. ATIVAÇÃO DA AMPK: UM ALVO TERAPÊUTICO PARA T2D Coughlan, et al. 2014 Mecanismos moleculares de sensibilidade à insulina A AMPK estimula a captação de glicose pelos tecidos e bloqueia rotas de síntese. Tudo o que envolve aporte energético é bloqueado pela AMPK. Produção de ATP para liberação de insulina. Manutenção da homeostase glicêmica. “Controle” do diabetes mellitus tipo 2. A AMPK aumenta a sensibilidade ao receptor de insulina, mas bloqueia a secreção de insulina. EFEITO HIPOGLICEMIANTE: ela aumenta a sensibilidade a insulina que já está circulante Não é contraditório, haja vista que a liberação de insulina pelas células beta pancreáticas requer aporte energético. ASSOCIAR A ATIVIDADE DA AMPK COM O EFEITO HIPOGLICEMIANTE COM O BLOQUEIO DA SECREÇÇÃO DE INSULINA. Como a leptina controla o metabolismo energético? Em que circunstâncias a Leptina é liberada? 8 Sabe-se agora que o tecido adiposo branco é o maior sítio de produção da leptina. Uma vez na circulação sangüínea ela se liga a receptores específicos no cérebro, levando ao sistema nervoso central um sinal de saciedade que reflete a quantidade existente de energia em forma de gordura no organismo. Em que circunstâncias a leptina é liberada? Quando há um desbalanço no metabolismo energético ↑ 𝑖𝑛𝑔𝑒𝑠𝑡ã𝑜 > ↓ 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 Como a leptina controla o metabolismo energético? Agindo por intermédio de receptores que fazem uso da via JAK/SAT de transdução do sinal intracelular, a leptina modifica a expressão e a atividade de inúmeros peptídeos hipotalâmicos que regulam o apetite e o gasto de energia. Fatores que interferem na secreção de leptina: Ciclo alimentação/jejum. IMC. Exercício físico. Exposição ao frio. Consumo de álcool. LEPTINA- regulador da Homeostase energética TECIDO ADIPOSO – ÓRGÃO ENDÓCRINO Ciclo alimentação/jejum varia de acordo com hábitos alimentares e exercícios. Exposição ao frio ativação de termogênese tecidos que dissipam energia sob forma de calor. Consumo de álcool interfere em uma via importante de consumo e produção de glicose. Ciclo alimentação/jejum. IMC. Exercício físico. Exposição ao frio. Consumo de álcool. LEPTINA- regulador da Homeostase energética A diminuição dos níveis de leptina levam a comportamento e fisiologia de jejum: 1. Incapacidade de se manter aquecido. 2. Déficit de crescimento. 3. Apetite exacerbado. 4. Hipogonadismo. TECIDO ADIPOSO – “ÓRGÃO” ENDÓCRINO Fatores que interferem na secreção de leptina: Obesidade: Duas situações de agravo: Deficiência ou ausência do gene que expressa a proteína leptina. Produz a leptina, no entanto não há receptor na base do hipotálamo Resistência periférica a ação da insulina. Intensifica a internalização de glicose e estimula o consumo de lipídio como combustível energético 9 RECEPTOR DE LEPTINA E VIAS DE SINALIZAÇÃO ATIVADAS PELA LEPTINA 1.Ligação da leptina. 2.Dimerização do receptor. 3.Associação de JAK2. 4. JAK2 fosforila Tyr do receptor. 5.Autofosforilação de JAK2. 6.União de ptn STAT3 e IRS2. 7.JAK2 fosforila STAT3. 8.Fosforilação de IRS-2 Associação de duas vias de sinalização: JAK2/STAT3 IP3/AKT Seis isoformas do receptor da leptina foram descritas: Ra, Rb, Rc, Rd, Re e Rf. A ligação da leptina ao seu receptor promove o recrutamento de outra unidade de receptor, formando assim uma estrutura transitoriamente dimérica. A modificação conformacional induzida pela ligação da leptina e pela dimerização de receptores induz a atividade catalítica da enzima JAK2 associada, a qual se autofosforila em vários resíduos tirosina, tornando-se assim ativa para que a seguir fosforile e ative a outra molécula de JAK2 ligada ao segundo receptor. Subsequentemente as JAK2 ativas catalisam a fosforilação dos receptores. Desta forma criam-se três sítios ativos que darão continuidade ao sinal da leptina. O primeiro sítio encontra-se na molécula de JAK2 fosforilada. Este sítio promove o recrutamento e a fosforilação das proteínas da família dos substratos do receptor de insulina (IRSs). Os IRSs (principalmente IRS-2) fosforilados são responsáveis pela ativação da enzima fosfatidilinositol 3- quinase (PI3K) que desempenha um papel relevante na transdução do sinal da leptina em direção ao controle do ritmo de disparos neuronais, o que, em última instância, regula a liberação de neurotransmissores relacionados ao controle da fome e da termogênese nos terminais sinápticos. O segundo sítio encontra-se na adjacência do resíduo tirosina 985 fosforilado no ObRb. Este sítio é responsável pelo recrutamento e ativação da enzima SHP-2 (proteína tirosina fosfatase contendo o domínio SH2), a qual atua como intermediário na ativação de p21ras e da via MAP quinase (MAPK, mitogen-activated protein kinase) culminando com a ativação das ERKs (extracellular-signal- regulated kinase). Por fim, o terceiro sítio encontra-senas adjacências da tirosina 1138 do ObRb fosforilado. Este sítio promove o recrutamento de moléculas da família de transdutores-de-sinal-e-ativadores- detranscrição (STATs, predominantemente STAT-3), responsáveis por conduzir o sinal gerado pela leptina ao núcleo onde coordenarão a transcrição de genes de neurotransmissores responsivos ao sinal hormonal. ∴ Um hormônio, que age na periferia da célula, induz uma resposta intracelular, em quem executa a ação á o dímero STAT, que vai executar o efeito da leptina no controle de saciedade. 10 O dímero STAT3 controla a expressão gênica de proteínas metabólicas importantes que vão controlar o dispêndio e entrada de nutrientes (o metabolismo energético). A via de ativação de leptina (JAK/STAT) tem um efeito sinérgico (ação concomitante) com a via de ativação de insulina (IP3/AKT). Efeitos fisiometabólicos da ativação de MC4Rs: MC4Rs ATIVO DIMINUI A INGESTÃO ALIMENTAR AUMENTA O GASTO ENERGÉTICO REDUÇÃO DO PESO CORPORAL Leptina AUMENTO alfa-MSH-- AgRP ++ POMC A leptina contribui para a diminuição no consumo de alimentos e aumento do gasto energético. Este mecanismo ocorre via ativação dos receptores da melanocortina-4 (MC4Rs) que estão envolvidos na regulação da ingestão alimentar, na atividade do sistema nervoso simpático e na função das glândulas adrenal e tireóide. Via sistêmica AÇÃO DA LEPTINA Controle da saciedade Controle do metabolismo energético. Ação moduladora sobre o funcionamento e desenvolvimento de glândulas mamárias A leptina estimula a liberação de GH Via Local: A leptina atuando no receptor ativa POMC (neuropeptídio precursor de uma melancortina impotante, a alfa-MSH). Estimulou a alfa-MSH estimula o receptor MC4R. PROTEÍNA G Mecanismos moleculares gerais Hormônio 11 Subtipos de Proteínas G Gs estimula a via da PKA Gq estimula a via da PKC Os receptores podem ser classificadoscomo: IONOTRÓPICOS. METABOTRÓPICOS. NT = neurotransmissor AC = adenilato ciclase Receptores Hormonais Ligados à Proteína G - GPCRs Proteína G Proteínas Heterotriméricas de Ligação ao GTP (trifosfato de guanosina) A proteína G só estará ativa se ela tiver ligada a GTP. Complexo αβγ liga o GTP Complexo αβγ acopla-se ao receptor GEF Gαs, Gαi, Gαq, Gα12 Receptores Hormonais Ligados à Proteína G - GPCRs Gαs modulada por Gαi 12 Via PKA ativaGs Glicose-6-fosfato - Fígado: GLICOSE-6-FOSFATASE* = glicose livre - Músculo: GLICOSE-6-FOSFATO – GLICÓLISE. Via PKA ativa manutenção da homeostase glicêmica hepatócito. Essa via estimula a degradação de glicogênio, liberando glicose livre. CLIVAGEM DE GLICEROFOSFOLIPÍDIO DE MEMBRANA: FOSFATIDILINOSITOL E SINALIZAÇÃO CELULAR. (GPCRs = cerca de 350 codificados pelo genoma humano. Metade de fármacos tem como alvo Algum GPCR Moléculas que podem se associar aos GPCRs: - Acetilcolina; - Angiotensina; - Angiotensina II; - Histamina; - Peptídeo liberador de gastrina; - Ocitocina; - Fator de crescimento derivado de plaquetas; - Serotonina; - Hormônio antidiurético; - Glutamato; -Luz (Drosophila) - estímulos visuais, Gustativos e auditivos. Fonte: Nelson & Cox, 2011. Gq VIA PKC Como as enzimas ancoradas a membrana vão agir se não se deslocam? Elas hidrolisam. Hidrolisam fosfolipídios de membrana, então ela não precisa sair de onde ela está. Ai libera IP3 e DAG (essa via é muito ativa no músculo esquelético, por conta da necessidade do cálcio para a contração muscular). Então ativa a fosfolipase C e libera IP3, que fica livre da célula, e DAG, que fica ancorado a membrana e vai ativar a PKC que vai promover a resposta celular (seja transcrição gênica, seja no metabolismo energético). O IP3 sensibiliza o retículo endoplasmático que aumenta a liberação de cálcio, e esse cálcio, além da função envolvida na contração muscular, há o efeito sinérgico com DAG. 13 RESPOSTAS CELULARES: Cálcio aumenta a vasoconstrição e a contração muscular. É também cofator de muitas enzimas (quinases) intracelulares. Ativação da PKC Alvos da PKC: ptns do citoesqueleto, enzimas e ptns nucleares que regulam a expressão gênica. Afetam a função neuronal e imunológica, e a regulação da divisão celular. Liberação de IP3 Liberação de CÁLCIO Cálcio-calmodulina Mão EF Transdução de sinal: Em biologia, transdução de sinal refere-se a qualquer processo através do qual uma célula converte um tipo de sinal ou estímulo em outro. A maioria dos processos de transdução de sinal envolvem sequências ordenadas (chamadas tambem de cascatas) de reacções bioquímicas dentro da célula, que são levadas a cabo por enzimas activadas por mensageiros secundários, resultando numa via de transdução de sinal. Tais processos são usualmente rápidos, levando cerca de milisegundos a realizarem-se, no caso do fluxo de ions, ou minutos para a activação de cascatas de quinases mediadas por proteínas e lípidos, mas podem durar horas, e mesmo dias, a completar. O número de proteínas e outras moléculas participantes nos eventos envolvendo transdução de sinal aumenta à medida que o processo emana do estímulo inicial, resultando numa cascata de sinal, começando com um relativo pequeno estímulo que desenvolve uma grande resposta. Isto é referido como amplificação de sinal. É o mecanismo no qual as células empregam mensageiros secundários para se comunicarem, coordenando as diferentes atividades nos diversos tipos de tecidos e órgãos. Características: Especificidade; Cooperatividade; Afinidade entre sinal e receptor; Amplificação. https://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula https://pt.wikipedia.org/wiki/Enzima https://pt.wikipedia.org/wiki/Mensageiro_secund%C3%A1rio
Compartilhar