Sinalização celular
Importância dos processos de sinalização Seres unicelulares Seres multicelulares Moléculas sinalizadoras (proteínas, peptídeos, aminoácidos, nucleotídeos, hormônios, derivados de ácidos graxos, gases) Receptores (de superfície ou intracelulares) Alvo: geralmente proteínas efetoras
Cada célula é programada para responder a combinações específicas de moléculas sinalizadoras
Princípios Gerais da comunicação Celular 1. Uma molécula sinalizadora se liga a um receptor 2. Ativação da cadeia de sinalização 3. Uma ou mais proteínas sinalizadoras interagem com proteína alvo 4. Alteração da proteína alvo - efeito
Etapas da Sinalização 1) Síntese e liberação da molécula sinalizadora pela célula sinalizadora 3) Detecção do sinal pela célula alvo através de um receptor específico 2) Transporte da molécula sinalizadora até a célula alvo Resposta celular 4) Modificação do metabolismo, da função ou do desenvolvimento celular acionada pelo complexo sinal-receptor
Sinalização Contato-Dependente (Importante durante o desenvolvimento e resposta imune) Proteínas ligadas à membrana plasmática de uma célula podem interagir com receptores de uma célula adjacente. Ex: Fator de crescimento epidérmico (EGF) Proteína Resposta celular Receptor Célula sinalizadora Célula-alvo
Sinalização Parácrina As moléculas sinalizadoras (mediadores locais) agem em múltiplas células-alvo, próximas do local de sua síntese. Ex: fatores de crescimento, citocinas, interleucinas, eicosanóides e neurotransmissores Receptor Receptor Célula-alvo Resposta celular Resposta celular Célula-alvo Célula sinalizadora Célula-alvo Resposta celular Receptor Meio extracelular
Sinalização Autócrina A célula responde a substâncias liberadas por ela mesma. As moléculas sinalizadoras são os mediadores locais, como por exemplo alguns fatores de crescimento Meio extracelular Receptor Resposta celular
Sinalização Endócrina A molécula sinalizadora (hormônio) age na célula alvo distante do sítio de síntese Célula (glândula) endócrina Receptor Corrente sanguínea Resposta celular Célula-alvo
Sinalização Sináptica A molécula sinalizadora (neurotransmissor) age em uma célula alvo próxima de onde ela foi formada. Sinapse Fenda Sináptica Axônio Vesícula Sináptica Receptor Resposta celular Neurônio pré-sináptico Célula pós-sináptica
Moléculas sinalizadoras Óxido nítrico (gás) Neurotransmissores (acetilcolina, adrenalina, etc) Hormônios esteroidais (receptores intracelulares nucleares) Hormônios peptídicos e não peptídicos
Um mesmo sinal pode causar diferentes efeitos em diferentes células Célula muscular cardíaca Célula muscular esquelética acetilcolina acetilcolina acetilcolina Diminuição na contração Célula de glândula salivar acetilcolina contração secreção
Receptores Receptores na superfície celular A maioria das moléculas sinalizadoras são hidrofílicas e se ligam a receptores na superfície celular. Receptores intracelulares Algumas moléculas podem se difundir pela membrana (hidrofóbicas) e chegar ao núcleo, transportadas por carreadores.
Sinalização por NO (óxido nítrico) Terminal nervoso ativado acetilcolina Ativa a NO sintase NO ligado a proteína alvo (guanilil ciclase) Célula endotelial Difusão rápida do NO através da membrana Relaxamento rápido da célula muscular lisa Célula muscular
Ação do medicamento Viagra Terminais nervosos NO Célula da musculatura lisa da parede do vaso sanguíneo
Sinalização por Hormônios Receptor inativo Receptor ativo Sinais têm baixa solubilidade em água: transporte via proteínas carregadoras Os receptores são intracelulares (citosólicos ou nucleares) e irão regular a expressão gênica quando ativados pelos ligantes
Receptores de superfície celular A maioria das moléculas sinalizadoras são grandes demais ou muito hidrofílicas; Não atravessam a membrana e ligam-se a receptores transmembrana. Agem na transdução do sinal: convertem um evento extracelular em sinal intracelular
Principais classes de receptores de superfície celular Receptor associado a canal iônico Molécula sinalizadora Receptor Receptor associado associado à à proteína a canal G iônico G Molécula sinalizadora Enzima Proteína G Proteína G ativada Receptor associado a a enzimas Enzima ativada Molécula sinalizadora em forma de dímero Molécula sinalizadora ou Domínio catalítico inativo Domínio catalítico ativo Enzima ativada
Quem são os atores intracelulares que participam da sinalização? Moléculas pequenas: segundos mensageiros; Ex. camp, cgmp, Cálcio, etc. Proteínas de sinalização intracelular: Ex.: quinases/fosfatases; proteínas de ligação a GTP
Diferentes tipos de proteínas de sinalização intracelular
Mediadores intracelulares pequenos: segundos mensageiros Pequenas moléculas liberadas ou formadas no citosol em resposta a um sinal extracelular; Ajudam a propagar o sinal dentro da célula.
Muitas proteínas de sinalização atuam como interruptores moleculares Há 2 classes principais de proteínas que funcionam como interruptores moleculares: Controladas por fosforilação; Ligadoras de GTP
Receptor ligado a canal iônico: exemplo da acetilcolina
Receptores ligados à proteínas G (GPCR) Receptores de superfície a família + numerosa Grande diversidade de moléculas sinalizadoras Sinalização através de receptores associados à proteínas G RECEPTOR Proteína transmembrana sete-passos PROTEÍNA G
Nobel Prize - 2012 Robert Lefkowitz and Brian Kobilka are awarded the 2012 Nobel Prize in Chemistry for groundbreaking discoveries that reveal the inner workings of an important family of such receptors: G- protein-coupled receptors (GPCR). An illustration shows the crystal structure of an activated beta-adrenergic receptor, as mapped out by Brian Kobilka and his colleagues. R. J. Lefkowitz & B. Kobilka
Sinalização via proteína G
Inativação da subunidade α da proteína G http://www.youtube.com/watch? v=v_0ecur_txk&list=pleebfceebb32a537a
Proteínas G podem : - regular canais iônicos; - ativar enzimas Exemplo: adenilil ciclase AMP-cíclico exerce seus efeitos na maioria das células animais principalmente pela ativação da proteína kinase AMPc dependente (PKA)
Ativação da PKA (proteína quinase dependente de AMP-cíclico) PKA fosforila Ser ou Thr específicas em proteínas-alvo
Molécula sinal Adenilil ciclase ativada Proteínas G agindo em conjunto com a adenilil ciclase receptor Subunidade α da proteína G ativada CITOSOL AMP cíclico Complexo PKA inativa PKA ativa Ativação de outras enzimas no citosol ou PKA = proteinaquinase dependente de AMPc CREB= proteína regulatória NÚCLEO Proteína de ligação à CREB CREB fosforilada é ativada PKA ativa CREB inativa Gene alvo ativado CRE: Elemento de resposta ao camp Nova proteína TRANSCRIÇÃO TRADUÇÃO
Ação da toxina da cólera A toxina altera a subunidade α da proteína Gs (por ribosilação); ê Impede a hidrólise do GTP; ê Aumenta a [camp] ê Provoca efluxo de Cl- e água para a luz intestinal Ação da toxina da cólera: A, B (subunidades da toxina); GM1 (GM1 receptor gangliosidio); G s α (subunidade alpha da proteína G estimulatória); AC (adenilato ciclase); G i (subunidade alpha da proteína G inibitória); camp (AMP cíclico); CFTR (regulador de condutância transmembrana de fibrose cística).trends Pharmacol Sci. 26, J. R. Thiagarajah and A. S. Verkman, New Drug Targets for Cholera Toxin, PP. 172-5, 2005.
Proteínas G podem agir em conjunto com a fosfolipase C
O Ca 2+ na sinalização intracelular As células mantêm um baixo nível de Ca 2+ no citosol bombeando-o para fora da célula, para dentro do ER e mitocôndria e ligando-se a proteínas intracelulares
O complexo Ca 2+ -calmodulina Várias proteínas citosólicas auxiliam na transmissão do sinal de Ca2+, a calmodulina é a mais importante.
Receptores ligados a enzimas Tirosina quinase (RTK) Associados à tirosina quinase Tirosina fosfatase Serina-Treonina quinase Guanilil ciclase cgmp Associados à histidina quinase Respondem às proteínas extracelulares que regulam crescimento, proliferação, diferenciação e sobrevivência das células e tecidos animais; Medeiam reconfigurações rápidas do citoesqueleto;
Receptores tirosina-quinase EGF Fator de crescimento epidermal IGF Fator de crescimento tipo insulina NGF Fator de crescimento neuronal PDGF Fator de crescimento derivado de plaquetas FGF Fator de crescimento de fibroblastos VEGF Fator de crescimento do endotélio vascular
Diferente dos receptores de proteína G, os receptores associados à enzimas possuem uma única hélice transmembrana
Ativação de um receptor Tirosina - quinase pode resultar na agregação e ativação de diversas proteínas e amplificação do sinal Molécula sinal ESPAÇO EXTRACELULAR CITOSOL Proteínas sinalizadoras intracelulares ligadas a tirosinas fosforiladas Receptor tirosinaquinase ativado Desativação do sinal: por tirosinofosfatases, comumente, ou endocitose e degradação do receptor.
A rota principal de sinalização dos receptores tirosinoquinases para o núcleo segue a rota de ativação da Ras
As vias de sinalização usam componentes em comum
A organização da via MAP-kinase por proteínas de suporte
Moléculas Sinalizadoras extracelulares Sinalização celular Necessitam de receptores extracelulares (não atravessam a membrana livremente): proteínas, peptídeos, neurotransmissores, etc. Atravessam livremente a membrana: moléculas pequenas hidrofóbicas (gases, hormônios) Tipos de sinais Endócrinos Sinápticos Parácrinos Autócrinos Dependentes de contato Associados a canais iônicos superfície celular Associados à proteína G Sinalização por receptores Intracelulares Associados a enzimas Tirosina-quinase/ou associados Serina/treonina-quinase Guanilil ciclase
Cultura de Células Desvantagens A proliferação in vitro difere daquela in vivo. A adesão célula-célula e célula-matriz é reduzida não possui heterogeneidade e arquitetura tridimensional de um tecido in vivo. O meio favorece o espalhamento, a migração e a proliferação de células. Vantagens Controle do ambiente; Homogeneidade da amostra, É o principal modelo alternativo para a substituição dos animais em experimentos de pesquisa.
Tipos de Cultura Cultura primária é estabelecida a partir do crescimento de células de um fragmento de tecido obtido por desagregação mecânica ou enzimática. Céls. possuem as características do tecido de origem, podem crescer em cultura por um determinado período de tempo Células transformadas: morfologica e geneticamente diferentes do tecido original podem ser transformadas em cultura utilizando-se substâncias químicas, vírus ou agentes físicos como a luz UV A transformação permite mutações em genes responsáveis pelo controle do ciclo celular, cujo reflexo é a presença da telomerase ativa. Podem ser obtidas diretamente de tecidos tumorais.
Células aderentes Aderentes oriundas de tecidos duros e, por isso, dependentes de ancoragem (necessitam de adesão a uma superfície de contato para que possam iniciar a sua proliferação). As garrafas de cultura devem possuir uma carga negativa. se espalham por todo o fundo da garrafa formando uma monocamada celular.
Células aderentes x não aderentes Não aderentes podem ser cultivadas em suspensão no meio são derivadas de tecidos que não necessitam de ancoragem para proliferar e sobreviver. Restrita às células hematopoiéticas, às linhagens transformadas ou às células de tecido tumoral. Linhagem K562 (eritroleucemia)