Receptores e Sinalização celular I (PARTE 2 de 2)

Receptores e Sinalização celular I (PARTE 2 de 2)

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14 Receptores de membrana e princípios de sinalização celular I

Ao fi nal desta aula, você deverá ser capaz de: • Entender os mecanismos de geração de mensageiros secundários. • Entender a dinâmica de uma cascata de sinalização.

• Associar fenômenos como a resposta infl amatória

• Entender as principais vias de sinalização por receptores enzimáticos. e o câncer a fenômenos de sinalização.

aula OBJETIVOS

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Na aula anterior, vimos que a comunicação entre as células se baseia no reconhecimento de uma molécula sinalizadora (também chamada ligante) por uma proteína receptora. Vimos também que um sinalizador que seja uma molécula pequena e hidrofóbica pode atravessar a bicamada lipídica e ser reconhecido no citoplasma, ou mesmo chegar ao núcleo da célula. Já os ligantes hidrofílicos são reconhecidos por proteínas expostas na superfície da célula-alvo, desencadeando uma cascata de sinalização no citossol. Das três vias de sinalização desencadeadas por ligantes hidrofílicos, já foram estudadas na Aula 13 os canais ativados por ligantes e os princípios de sinalização via proteína G. O que estudaremos a partir de agora são os eventos que a proteína G dispara no meio intracelular. A seguir, abordaremos o funcionamento das vias enzimáticas de sinalização de receptores.

Adenilciclase

Volte à Figura 13.10. Note que as proteínas ali esquematizadas parecem estar brincando de telefone sem fi o, aquela brincadeira em que o primeiro da fi la diz uma frase para o segundo, que repete para o terceiro e assim por diante até o último da fi la repetir a frase inicial. Na brincadeira, o engraçado é a distorção da mensagem inicial; já na vida celular, a mensagem deve ser encaminhada sem erros para que o resultado fi nal seja o esperado. A adenilciclase, uma vez ativada por proteína G, hidrolisa ATP de um modo especial, retirando dois fosfatos de uma vez só (Figura 14.1). O que sobra, o AMP (adenosina monofosfato), torna-se uma molécula cíclica, sendo chamado AMP cíclico (AMPc).

Figura 14.1: A proteína G ativa a adenilciclase, levando-a a formar AMPc a partir de ATP.

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MÓDULO 3 O AMPc, como todo mensageiro secundário, normalmente está presente em concentrações muito baixas no citoplasma das células. Assim, quando uma mensagem chega e é reconhecida por um receptor que ativa proteína G, que por sua vez ativa adenilciclase, que produz AMPc, a elevação súbita da concentração desse mensageiro é prontamente percebida pela célula. Muitas enzimas citoplasmáticas são ativadas por AMPc e reagem a esse pico de concentração. Para esse mecanismo funcionar bem, é preciso que a concentração de AMPc baixe tão rápido quanto subiu, assim, a célula poderá perceber o próximo sinal. A enzima responsável por isso é a AMPcfosfodiesterase, que faz com que a molécula fi que linear (passando a se chamar AMP-5monofosfato), perdendo a função. Mas ela não vira lixo, não! Pode mais tarde receber outros fosfatos, voltando a ser o precioso ATP.

E o AMPc? Faz o quê?

O AMPc dispara uma enorme diversidade de eventos, ativando enzimas, abrindo canais iônicos etc. com muitas conseqüências em termos da atividade celular. Uma das enzimas mais importantes ativadas por AMPc é a proteína quinase A (PKA). Uma proteína quinase é uma enzima que fosforila outras proteínas. A proteína quinase A ganhou esse nome por causa de seu modo de ativação, o A é de AMPc.

Dê uma paradinha!

Esse negócio está fi cando confuso, não? Tudo aconteceu por causa de um ligante que nem mesmo entrou na célula! Vamos resumir a seqüência de eventos para que fi que mais claro:

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Figura 14.2: Cascata de eventos entre o reconhecimento pelo receptor de superfície e a resposta fi nal.

E que diferença faz uma proteína ser fosforilada?

Muita! Proteínas que podem ser fosforiladas alternam entre um estado ativado e outro inativo, um deles com fosfato e outro sem. É o mesmo mecanismo liga/desliga da proteína G em relação ao GTP, lembra (Figura 13.9)? Essa mudança de estado das proteínas é que vai mudar fi nalmente o comportamento da célula, em resposta àquela mensagem que ela recebeu do ligante lá na membrana. A PKA também pode entrar no núcleo e ativar genes que passarão a ser transcritos, o que também vai mudar o comportamento celular, só que mais lentamente, já que depende de mudanças de expressão gênica.

A seqüência de eventos entre o receptor e a mudança de comportamento da célula é chamada cascata de sinalização (Figura 14.2).

Bonita e cheirosa? Depende da proteína G. Uma das funções mais interessantes do AMPc é servir de mensageiro em neurônios olfativos. Esses neurônios possuem centenas de receptores acoplados à proteína G (cada neurônio tem receptores para apenas um tipo de odor). Quando as moléculas odorífi cas se ligam aos receptores, eles ativam uma proteína G especial, que ativa adenilciclase, que produz AMPc (até aqui, tudo igual). Esse mensageiro abre canais de sódio especiais desses neurônios, despolarizando-os e levando o impulso nervoso adiante até que o “cheiro” atinja o cérebro. Os impulsos nervosos do sistema visual também são gerados por fotorreceptores acoplados à proteína G em neurônios especiais da retina, mas ao invés de ativar adenilciclase ela interfere com a atividade de guanilil ciclase (que forma GMP cíclico, GMPc) e a fosfodiesterase correspondente. Os bastões, neurônios responsáveis pela visão na penumbra, têm canais de sódio ligados à GMPc permanentemente abertos no escuro. Quando os fotorreceptores (que têm o nome especial de rodopsina) recebem um fóton, a proteína G acoplada ativa a GMPc fosfodiesterase, que lineariza o GMPc, soltando-o dos canais de sódio, que se fecham. Com isso, o neurônio hiperpolariza, transmitindo o impulso. Quantos GMPcs será que sua retina produziu enquanto você lia isto aqui?

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MÓDULO 3 Fosfolipase C, outra enzima ativada por proteína G

Outra enzima freqüentemente ativada por proteína G é a fosfolipase C. Como seu nome está dizendo, essa enzima hidrolisa um fosfolipídio. Uma fosfolipase é classifi cada como A, C ou D de acordo com o local onde ela corta o fosfolipídio. A fosfolipase C corta entre o fosfato e o glicerol (para lembrar a estrutura do fosfolipídio, veja a Aula 7). Não é qualquer fosfolipídio que pode ser clivado pela fosfolipase C. O alvo da fosfolipase C ativada por proteína G é um fosfolipídio da face interna da membrana plasmática, o fosfatidilinositol 4,5 bifosfato, mais conhecido pela sigla PIP2. A clivagem gera duas moléculas: 1) o diacilglicerol, também conhecido como DAG, um glicerol com duas caudas de ácido graxo, que permanece na membrana; e 2) o inositol trifosfato (IP3), que é liberado para o citoplasma (Figura 14.3).

Figura 14.3: Modo de ação da fosfolipase C ativada por proteína G.

DAG e IP3, separados, mas trabalhando em conjunto

As duas moléculas produzidas, DAG e IP3, terão funções diferentes em locais diferentes.

O DAG permanece na bicamada interna da membrana plasmática, onde se movimenta com grande velocidade e vai recrutar do citoplasma uma proteína quinase ainda no estado inativo. Ela só será ativada por cálcio depois de recrutada, por isso se chama proteína quinase C (PKC). E de onde vem o cálcio que vai ativá-la? Isso é função da outra molécula produzida pela fosfolipase, o IP3. Ele difunde rápido pelo citoplasma e vai encontrar seu receptor na membrana do retículo endoplasmático. Esse receptor é do tipo canal, e quando o IP3 se liga ele abre um canal que deixa vazar cálcio para o citoplasma, ativando a PKC e várias outras proteínas (Figura 14.3).

Nesse tipo de cascata de sinalização, o cálcio é o mensageiro secundário e pode afetar diretamente componentes do citoesqueleto, como os microtúbulos, disparar mecanismos de secreção ou prosseguir a cascata, ativando diretamente enzimas como proteína quinase C, que vai fosforilar outras proteínas passando o sinal adiante.

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Figura 14.4: A concentração intracelular de cálcio é mantida baixa por vários mecanismos, como trocadores iônicos e ATPases cálcio dependentes presentes na membrana plasmática (MP) e na membrana do retículo endoplasmático, ou também por transporte ativo da membrana mitocondrial interna ou proteínas que se ligam ao cálcio no citossol.

Favoreça-me com sua ausência! Todo mensageiro secundário que se preza normalmente está presente em baixíssimas concentrações no citoplasma. Quando ocorre uma sinalização, a súbita elevação de concentração (um pico de concentração) é prontamente percebida e provoca modifi cações no comportamento celular.

O cálcio pode ser apenas um intermediário na cascata

Nem sempre o efeito do cálcio é direto, ele também modifi ca o comportamento de várias outras proteínas depois de se complexar com proteínas ligadoras de cálcio. A mais importante delas é a calmodulina: uma vez ligada ao cálcio, ela modifi ca o comportamento de muitas enzimas, inclusive quinases.

Como todo mensageiro de verdade, a concentração do cálcio tem de baixar rápido para que a célula esteja pronta a perceber o próximo sinal. Você sabe como o íon cálcio é rapidamente expulso do citossol? É um verdadeiro "salve-se quem puder" com várias vias de escape distribuídas na célula. Veja na Figura 14.4 como o cálcio tanto pode ser expulso para fora da célula como pode fi car escondido no retículo endoplasmático e na mitocôndria ou mesmo desaparecer ao associar-se a uma proteína citosólica.

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MÓDULO 3 A concentração de cálcio é de cerca de 10-7M no citoplasma e da ordem de 10-3M no meio extracelular. Uma diferença de 10.0 vezes! Para manter essa diferença, vários mecanismos funcionam permanentemente. Na membrana plasmática, há uma proteína trocadora de cálcio por sódio que usa a energia do gradiente de sódio gerado pela bomba de sódio e potássio para, sem gasto suplementar de energia, botar cálcio para fora. Além dela, há uma outra bomba de cálcio na membrana plasmática que hidrolisa ATP para obter a energia necessária (aí sim, transporte ativo) e proteínas ligadoras de cálcio no citoplasma que tornam o íon indisponível para outras reações.

Quando ocorre um pico de cálcio proveniente de sinalização, a concentração normal aumenta 100 vezes, chegando a 10-5M. Nessa situação, além das bombas na membrana plasmática, entra em funcionamento a bomba de cálcio do retículo endoplasmático, que recolhe de volta o cálcio liberado, mas se surgir algum problema, como uma lesão na membrana plasmática (que logo será selada), e a concentração subir mais, chegando a 10-3M, a mitocôndria passa a bombear cálcio para dentro usando a energia do gradiente de prótons, deixando temporariamente de produzir ATP. Isso é um mecanismo de emergência, que raramente ocorre.

Mitocôndrias e cálcio, uma relação questionada Durante muito tempo se pensou que as mitocôndrias eram as principais (senão as únicas) responsáveis pela manutenção da baixa concentração citoplasmática de cálcio, já que essas organelas deixavam até de fazer ATP para seqüestrar cálcio. Essa idéia estava baseada em experimentos em que mitocôndrias isoladas eram colocadas em soluções com concentração fi siológica de cálcio, ou seja, os mesmos níveis do plasma sanguíneo, 5x10M. Como resultado, as mitocôndrias bombeavam cálcio para dentro, formando precipitados de fosfato de cálcio. O detalhe é que essa situação experimental está muito longe da fi siológica. O que podemos concluir desse exemplo é que a biologia da célula está muito longe de ter todos os seus mistérios solucionados, o que é mais um estímulo para seu estudo: há sempre novidades surgindo nesta área!

Resumimos na Figura 14.5 as duas principais vias de sinalização ativadas por proteína G: a da adenilciclase e a da fosfolipase C. Repare que, apesar dos nomes diferentes, há muita analogia entre os dois processos.

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Figura 14.5: Uma vez acoplados ao ligante, receptores ativam diferentes proteínas G, que ativam adenilciclase, que gera AMPc, ou fosfolipase C que gera IP3 e libera cálcio do retículo endoplasmático.

Receptores enzimáticos

Um receptor desse tipo passa a informação recebida por meio de atividade enzimática, e para fazê-lo tem de ter dois domínios especiais: o que reconhece o ligante, exposto na superfície da célula, e o sítio catalítico, voltado para o citoplasma (Figura 14.6). Quando o ligante é reconhecido pela parte exposta do receptor, a mudança conformacional resultante torna ativo o sítio catalítico intracelular. É como o ferro de passar: liga em cima e esquenta embaixo...

Figura 14.6: Esquema de operação de um receptor enzimático.

Tirosinas quinase, receptores enzimáticos da maior importância

O principal tipo de receptor enzimático são os receptores tirosina quinase. Estes são enzimas que fosforilam (adicionam um radical fosfato) ao aminoácido tirosina em cadeias laterais de proteínas. Curiosamente, seu primeiro substrato é uma molécula igual a ela: os receptores tirosina quinase formam dímeros em que uma molécula fosforila a

Proteínas-alvo

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14 MÓDULO 3

Figura 14.7: Funcionamento dos receptores tirosina quinase.

outra, reciprocamente (Figura 14.7). Depois que um receptor fosforila o outro, várias proteínas são recrutadas do citoplasma pelas fosfotirosinas dos receptores. Esse fenômeno dura apenas alguns segundos, já que a fosforilação pelas tirosina quinases é logo revertida por proteínas tirosina fosfatases. As proteínas recrutadas passam a estar ativas e vão, assim, passar o sinal adiante.

Um exemplo de sinalização por tirosina quinase: a proteína Ras

Algumas das proteínas recrutadas pelas tirosinas fosforiladas não têm atividade enzimática, são apenas adaptadoras que vão permitir o encaixe com outras proteínas. A mais importante dessas proteínas é a Ras, uma proteína associada ao folheto interno da membrana capaz de hidrolisar uma molécula de GTP a GDP (Figura 14.8). Quando certos receptores tirosina quinase são fosforilados, eles recrutam proteínas adaptadoras e uma ativadora de Ras, que vai fazer com que ela libere o GDP, que logo será substituído por um GTP. A Ras-GTP fi ca ativa e vai propagar um sinal em cascata que terminará por promover, na maioria das vezes, a proliferação ou a diferenciação celular.

Os receptores que ativam essa via são os receptores de fatores de crescimento, como o EGF (fator de crescimento epidérmico), NGF (fator de crescimento neuronal), o PDGF (fator de crescimento derivado de plaquetas), o VEGF (fator de crescimento vascular, que estimula a angiogênese).

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Figura 14.8: Ativação de Ras por receptores tirosina quinase.

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