Sinalização Celular (parte 1) Mariana S. Silveira Inst.de Biofísica Carlos Chagas Filho

Transcrição

1 Sinalização Celular (parte 1) Mariana S. Silveira Inst.de Biofísica Carlos Chagas Filho

2 SINALIZAÇÃO CELULAR

3 Figure 15-4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

4 Diversos Sinais Iniciam a Sinalização Intracelular FATORES DE CRESCIMENTO NEUROTRANSMISSORES CITOCINAS HORMÔNIOS MORFÓGENOS MOLÉCULAS SINALIZADORAS NA MEMBRANA DE OUTRAS CÉLULAS MATRIZ EXTRACELULAR

5 Figure 15-9 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

6 Morfógenos: concentrações diferentes geram efeitos diferentes (duração e exposição a multiplos sinais também são relevantes) Fonte do morfógeno Ex. Shh gradiente do morfógeno Células não comprometidas Células comprometidas Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

7 Altaba et al., 2003.

8 Combinações de Sinais Induzem Respostas Celulares Diferentes

9 Complexidade e Sinalização Celular Max Perutz Laboratories

10 Conceitos Gerais em Sinalização Celular

11 Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos Sinal A Sinal B Sinal C1 Sinal C2 Ambiente Extracelular Receptor 1 Receptor 2 Receptor 3 Membrana Plasmática Sinal D 1500 genes no genoma humano codificam receptores +splicing alternativo +modificações pós traducionais. Receptor 4 Citoplasma Núcleo

12 Interação do Ligante ao Receptor induz mudanças conformacionais e alteração funcional do Receptor Sinal A Ambiente Extracelular Receptor 1 Receptor 1 Membrana Plasmática Citoplasma Núcleo

13 Sinal (Ligante) Ambiente Extracelular Receptor Membrana Plasmática Moléculas Sinalizadoras Intracelulares Proteína Reguladora da Expressão Gênica Enzima Metabólica Proteínas Estruturais ALTERAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA ALTERAÇÃO METABÓLICA ALTERAÇÃO MORFOLÓGICA Alteração da transcrição gênica Independente da transcrição gênica

14 CURSO TEMPORAL DA SINALIZAÇÃO Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

15 SEGUNDOS MENSAGEIROS são Moléculas Sinalizadoras Intracelulares Ligante Ambiente Extracelular Receptor Membrana Plasmática Molécula Sinalizadora Intracelular, cujos níveis são alterados após ativação do receptor pelo ligante, chamado de 1º mensageiro Segundo Mensageiro Exemplos: Cálcio, AMPc, GMPc, DAG, IP3 EFEITOS BIOLÓGICOS

16 SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS CÍCLICOS Adenilil ciclase Fosfodiesterase MÉTODOS DE ESTUDO

17 Em algumas vias, a Ativação do Receptor Resulta em Indução de Atividades Enzimáticas Específicas Ligante Receptor Receptor Molécula Sinalizadora Intracelular, cuja atividade é regulada por uma alteração pós-traducional, como fosforilação (cinase) desfosforilação (fosfatase). Cinases e fosfatases constituem 2-4% do genoma na maioria dos eucariotos! EFEITOS BIOLÓGICOS Cascata Sinalizadora Resíduos alvo: Tyr Ser Thr

18 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.

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20 Outras Modificações Pós-traducionais Lys ou Arg Lys KATs x KDACs Seet et al., 2006.

21 Outras Modificações Pós-traducionais Lys Prolina Seet et al., 2006.

22 Outras Modificações Pós-traducionais Yang XJ, 2005.

23 Importância atribuída à ubiquitinação vem crescendo... (Leva a ativação de IKK) Crosetto et al., 2006.

24 Importância atribuída à ubiquitinação vem crescendo... # SUMO- small ubiquitin-like modifier. Seet et al., 2006.

25 OBS. Modificações não estão restritas a proteínas, lipídeos também sofrem modificações com impacto importante na transdução de sinal.

26 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

27 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; - PtnG têm atividade GTPásica intrínseca; Capacidade de hidrolisar GTP, gerando GDP e Pi > auto-inativação - 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

28 Animação RAS

29 Karnoub & Weinberg, RAS

30 FAMÍLIA RAS Karnoub & Weinberg, 2008.

31 Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos Sinal A Sinal B Sinal C1 Sinal C2 Ambiente Extracelular Receptor 1 Receptor 2 Receptor 3 Membrana Plasmática Sinal D 1500 genes no genoma humano codificam receptores +splicing alternativo/edição de RNA +modificações pós traducionais. Receptor 4 Citoplasma Núcleo

32 TIPOS DE RECEPTORES Sinal A Sinal B Sinal C Ambiente Extracelular Membrana Plasmática Sinal D Citoplasma Núcleo

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34 Maioria dos Receptores Intracelulares são Fatores de Transcrição ativados por Ligantes Hidrofóbicos

35 Dimerização é comum a vários receptores intracelulares!

36 GUANILIL CICLASE ATUA COMO UM RECEPTOR INTRACELULAR PARA NO Viagra- inibe a fosfodiesterase de GMPc, mantendo níveis elevados deste 2 o mensageiro Fluxo sanguíneo e manutenção da ereção Figure 15-12b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

37 TIPOS DE RECEPTORES Sinal A Sinal B Sinal C Ambiente Extracelular Membrana Plasmática Sinal D Citoplasma Núcleo

38 Canais Iônicos - Receptores oligoméricos que formam poros permeáveis a íons na Membrana Plasmática - Se ativados, abrem-se, permitindo entrada de íons - Alteração do potencial elétrico já é uma forma de sinalização intracelular Ligante A Ambiente Extracelular Membrana Plasmática Fluxo de íons depende da seletividade do canal iônico e do gradiente eletroquímico do íon Citoplasma Núcleo

39 Canais Iônicos - Receptores oligoméricos que formam poros permeáveis a íons na MP - Se ativados, abrem-se, permitindo entrada de íons - Alteração do potencial elétrico já é uma forma de sinalização intracelular - O íon cálcio também atua como segundo mensageiro Ca ++ Segundo mensageiro Neurotransmissor Ligante A Glutamato Fluxo de íons depende da seletividade do canal iônico e do gradiente eletroquímico do íon Ambiente Extracelular Membrana Plasmática Citoplasma Proteína alvo X Núcleo

40 Ca 2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR. Manutenção de baixas concentrações citoplasmáticas: 10-7 M.

41 Calmodulina é uma proteína ligadora de cálcio capaz de ativar diferentes Moléculas Sinalizadoras Intracelulares Memória molecular Calmodulina e seus sítios de ligação ao Cálcio Ativação da CaMKII pela Ca 2+ /Calmodulina Existem outras vias de sinalização reguladoras dos níveis de cálcio

42 Ca 2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR. Roderick & Cook, 2008.

43 Ca 2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR. Roderick & Cook, 2008.

44 Junções Comunicantes Figure 15-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

45 GAP JUNCTIONS- JUNÇÕES COMUNICANTES

46 VÍDEO Ca 2+

47 TIPOS DE RECEPTORES Sinal A Sinal B Sinal C Ambiente Extracelular Membrana Plasmática Sinal D Citoplasma Núcleo

48 -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 -Tanto a subunidade α ativada, quanto o dímero β/γ, interagem e regulam alvos celulares distintos denominados proteínas efetoras -A inativação da PtnG ocorre quando a subunidade α hidrolisa GTP a GDP, retornando ao seu estado inativado e se reassociando a β/γ

49 RECEPTORES ACOPLADOS A PTN G (GPCR)

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51 Sinalização Celular (parte 2) Mariana S. Silveira Inst.de Biofísica Carlos Chagas Filho

52 Via Gs, Adenilato Ciclase, AMPc no Controle de Sobrevivência Celular Neurotransmissor Dopamina, Neuropeptídeos, Hormônios Receptor Gs + Adenilato Ciclase 1º segundo mensageiro descrito ATP AMP cíclico Creb PKA Creb BDNF inativa PKA ativada Núcleo

53 Table 15-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

54 Canais Iônicos Regulados por Nucleotídeos Cíclicos Participam da Transdução de Sinais Sensoriais: Sabor, Odor e Luz Odorantes (cheiros) Ca ++ Na + Receptor Golf + Adenilato Ciclase 3 ATP AMP cíclico Despolarização Disparo de Potencial de Ação Liberação de Neurotransmissores

55 As proteínas Epac EPAC são também alvos EPAC diretos de AMPc Epacs são GEFs! Grandoch et al, 2010.

56 Ptn Gq ativa a enzima Fosfolipase Cβ que induz a Produção dos Segundos Mensageiros IP3 e DAG a partir de PIP2

57 Ca 2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR. Roderick & Cook, 2008.

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59 Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora Intracelular Mackay & Twelves, 2007.

60 Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora Intracelular Ser/Thr Cinases Mackay & Twelves, 2007.

61 GPCR

62 Amplificação do Sinal Inicial é uma Característica Importante das Vias de Sinalização mediada por Segundos Mensageiros

63 TIPOS DE RECEPTORES Sinal A Sinal B Sinal C Ambiente Extracelular Membrana Plasmática Sinal D Citoplasma Núcleo

64 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)

65 1-Receptores Tirosina Cinase (RTKs)

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67 DIMERIZAÇÃO DE RTKs Aumento da atividade de cinase + Geração de sítios de alta afinidade para ligação de outras proteínas Figure 15-53a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

68 Diferentes Domínios de Associação de um mesmo receptor podem Recrutar Diferentes Componentes Ativadores de Vias de Sinalização

69 Figure 15-55a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

70 PI3K é uma cinase de Lipídeos que Regula vias de Proliferação, Sobrevivência e Crescimento Celular Ligantes que ativam Pi3K

71 Via das MAP Cinases (mitogen-activated protein kinases)

72 Via das MAP Cinases (mitogen-activated protein kinases) Grb2 SOS Raf MEK Erk Torii et al., 2006.

73 Fatores de Crescimento Regulam a Expressão de Moléculas Necessárias para a Progressão no Ciclo Celular Torii et al., 2006.

74 Sinalização Ativada por Tirosina Cinases Solúveis Ligantes que sinalizam pela via Jak-Stat incluem: Interleucinas, interferon, GH, prolactina e a eritropoetina

75 2-Receptores para proteínas da Superfamília TGF-β Têm Atividade Intrínseca de Serina/Treonina Cinase Serina treonina cinase TGF SMAD Importância crucial no controle de expressão da proteína reguladora de proliferação celular p15 Ink4b.

76 SINALIZAÇÃO MEDIADA POR RECEPTORES QUE NÃO SE ENCAIXA NAS CATEGORIAS DISCUTIDAS ANTERIORMENTE (participação de proteólise): Notch-delta Wnt HH/Shh

77 Outros tipos de receptores de membrana

78 Sinalização Intracelular Regulada por Proteólise Via Notch-Delta 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 antineurogênica Fascinante possibilidade de sinalização bidirecional

79 INIBIÇÃO LATERAL EM DROSOPHILA Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

80 Sinalização Intracelular Regulada por Proteólise VIA CANÔNICA Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) ex. c-myc

81 VIAS NÃO CANÔNICAS DE WNT Inestrosa e Arenas, 2009.

82 SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA Shh

83 SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA D Figure 15-78b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

84 SINALIZAÇÃO DE SHH EM MAMÍFEROS block enhance 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.

85 OUTROS CONCEITOS DA MODULAÇÃO DA SINALIZAÇÃO DE RECEPTORES DE MEMBRANA

86 DESSENSIBILIZAÇÃO DE RECEPTORES Sofrem dessensibilização: GPCRs Receptores com atividade catalítica Canais iônicos

87 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.

88 Endocitose e Sinalização Intracelular Adaptado de Rajagopal et al., 2005.

89 Terrillon & Bouvier, DIMERIZAÇÃO DE RECEPTORES

90 TRANSATIVAÇÃO DE RECEPTORES Delcourt et al., 2007.

91 IMPORTANTE: A Sinalização Intracelular NÃO É LINEAR! Pense numa teia, não em linhas paralelas

92 Comunicação Cruzada entre Vias de Sinalização Como Restringir?

93 COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE SINAIS

94 COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE SINAIS Proteínas Adaptadoras

95 Diferentes Domínios de Associação de um mesmo receptor podem Recrutar Diferentes Componentes Ativadores de Vias de Sinalização

96 BALSAS LIPÍDICAS E CAVÉOLAS ( Lipid rafts )

97 Domínios de Membrana Compartimentalização de Sinais

98 MAP cinases e conceitos importantes em sinalização celular Shaul & Seger, 2007.

99 Complexidade e Sinalização Celular Max Perutz Laboratories

100 Fimia & Sassone-Corsi, 2001