Sinalização Celular - lance-ufrj.orglance-ufrj.org/uploads/3/2/2/5/3225660/aula_sinalizao_celular... · Respostas Celulares Diferentes. ... Liberação de Neurotransmissores Ca++

Sinalização Celular(parte 1)

Mariana S. SilveiraInst.de Biofísica Carlos Chagas Filho

SINALIZAÇÃO CELULAR

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

Diversos Sinais Iniciam a Sinalização Intracelular

FATORES DE CRESCIMENTO

MATRIZ EXTRACELULAR

HORMÔNIOS

CITOCINAS

MOLÉCULAS SINALIZADORAS NA MEMBRANA

DE OUTRAS CÉLULAS

NEUROTRANSMISSORES

MORFÓGENOS



Ex. Shh

Morfógenos: concentrações diferentes geram efeitos diferentes(duração e exposição a multiplos sinais também são relevantes)

Fonte do

morfógeno

gradiente do morfógeno

Células

não comprometidas

Células

comprometidas

Altaba et al., 2003.

Combinações de Sinais Induzem Respostas Celulares Diferentes

Complexidade e Sinalização Celular

http://www.mfpl.ac.at/index.php?cid=51

Max Perutz Laboratories

Conceitos Gerais em Sinalização Celular

Sinal A

Núcleo

Ambiente Extracelular

Sinal B

Membrana Plasmática

Citoplasma

Receptor 2

Sinal C1

Receptor 3

Sinal D

Receptor 4

Receptor 1

Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos

Sinal C2

1500 genes no genoma humano codificam receptores+splicing alternativo+modificações pós traducionais….

Núcleo



Citoplasma

Receptor 1

Interação do Ligante ao Receptor induz mudanças conformacionais e alteração funcional do Receptor

Sinal A

Receptor 1

Sinal (Ligante) Ambiente Extracelular

Membrana PlasmáticaReceptor

Moléculas SinalizadorasIntracelulares

Proteína Reguladora da Expressão Gênica

Enzima Metabólica

ProteínasEstruturais

ALTERAÇÃOMORFOLÓGICA

ALTERAÇÃOMETABÓLICA

ALTERAÇÃO DAEXPRESSÃO GÊNICA

Alteração da transcriçãogênica Independente da transcrição gênica


CURSO TEMPORAL DA SINALIZAÇÃO

Ligante Ambiente Extracelular


Receptor

SEGUNDOS MENSAGEIROS são Moléculas Sinalizadoras Intracelulares

Molécula Sinalizadora

Intracelular, cujos níveis

são alterados após

ativação do receptor pelo ligante,

chamado de “1º mensageiro”

SegundoMensageiro

EFEITOS BIOLÓGICOS

Exemplos:

Cálcio, AMPc, GMPc, DAG, IP3

SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS CÍCLICOS

MÉTODOS DE ESTUDO

Adenilil ciclase

Fosfodiesterase

Receptor

Em algumas vias, a Ativação do Receptor Resulta em Indução de Atividades Enzimáticas Específicas

Molécula Sinalizadora

Intracelular, cuja atividade é

regulada por uma alteração

pós-traducional, como

fosforilação (cinase)

desfosforilação (fosfatase).

Ligante

Receptor

EFEITOS BIOLÓGICOS

Cascata Sinalizadora

Cinases e fosfatases constituem

2-4% do genoma na maioria dos

eucariotos!

Resíduos alvo:

Tyr

Ser

Thr

Modificações pós-traducionais (exemplificadas aqui porFosforilação/desfosforilação) podem afetar atividade, mas

também:

-Localização de proteínas;- meia vida de proteínas (sinal para degradação);

- sítios específicos de interação.

Outras Modificações Pós-traducionais

Seet et al., 2006.

Lys ou Arg

Lys

KATs x KDACs


Seet et al., 2006.

Prolina

Lys


Yang XJ, 2005.

Importância atribuída à ubiquitinação vem crescendo...

Crosetto et al., 2006.

(Leva a ativação de IKK)

Importância atribuída à ubiquitinação vem crescendo...

Seet et al., 2006.

# SUMO- small

ubiquitin-like

modifier.

OBS. Modificações não estão restritas a proteínas, lipídeos também sofrem

modificações com impacto importante na transdução de sinal.


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;

- 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

ATIVAMpois induzem ligação ao GTP

- PtnG têm atividade GTPásica intrínseca;

Capacidade de hidrolisar GTP, gerando GDP e Pi > auto-inativação

Animação RAS

RAS

Karnoub & Weinberg, 2008.

FAMÍLIA RAS

Karnoub & Weinberg, 2008.

Sinal A

Núcleo


Sinal B


Citoplasma

Receptor 2

Sinal C1

Receptor 3

Sinal D

Receptor 4

Receptor 1

Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos

Sinal C2

1500 genes no genoma humano codificam receptores+splicing alternativo/edição de RNA+modificações pós traducionais….

Sinal A

Núcleo


Sinal B


Citoplasma

Sinal C

Sinal D

TIPOS DE RECEPTORES

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

Dimerização é comum a vários receptores intracelulares!

Figure 15-12b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

GUANILIL CICLASE ATUA COMO UM RECEPTOR INTRACELULAR PARA NO

Viagra- inibe a fosfodiesterase

de GMPc, mantendo níveis

elevados deste 2o mensageiro

Fluxo sanguíneo e

manutenção da

ereção

Sinal A

Núcleo


Sinal B


Citoplasma

Sinal C

Sinal D

TIPOS DE RECEPTORES

Ligante A

Núcleo



Citoplasma

Canais Iônicos

Fluxo de íons dependeda seletividade do canal iônicoe do gradiente eletroquímico do íon

- Receptores oligoméricos que formam poros permeáveis a íons na Membrana Plasmática

- Alteração do potencial elétrico já é uma forma de sinalização intracelular

- Se ativados, abrem-se, permitindo entrada de íons

Ligante A

Núcleo



Citoplasma

Canais Iônicos

Fluxo de íons dependeda seletividade do canal iônicoe do gradiente eletroquímico do íon

Segundomensageiro

Neurotransmissor Glutamato

Ca++

Proteína alvo X

- Receptores oligoméricos que formam poros permeáveis a íons na MP

- Alteração do potencial elétrico já é uma forma de sinalização intracelular

- Se ativados, abrem-se, permitindo entrada de íons

- O íon cálcio também atua como segundo mensageiro

Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.

Manutenção de baixas concentrações citoplasmáticas: 10-7 M.

Calmodulina é uma proteína ligadora de cálcio capaz de ativar diferentes Moléculas Sinalizadoras Intracelulares

Calmodulina e seus sítiosde ligação ao Cálcio

Ativação da CaMKII pela Ca2+/Calmodulina

Existem outras vias de sinalização reguladoras dos níveis de cálcio

Memória molecular


Roderick & Cook, 2008.




Junções Comunicantes

GAP JUNCTIONS- JUNÇÕES COMUNICANTES

http://cellbiology.med.unsw.edu.au/units/images/gap_junction1.jpg

VÍDEO Ca2+

Sinal A

Núcleo


Sinal B


Citoplasma

Sinal C

Sinal D

TIPOS DE RECEPTORES

-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

-A inativação da PtnG ocorre quando a subunidade α

hidrolisa GTP a GDP, retornando ao seu estado inativado e

se reassociando a β/γ

-Tanto a subunidade α ativada, quanto o dímero β/γ,

interagem e regulam alvos celulares distintos

denominados proteínas efetoras

RECEPTORES ACOPLADOS A PTN G (GPCR)

Sinalização Celular(parte 2)

Mariana S. SilveiraInst.de Biofísica Carlos Chagas Filho

AMP cíclico

Neurotransmissor Dopamina, Neuropeptídeos, Hormônios

ReceptorAdenilato

CiclaseGs

ATP

+

PKA

inativa PKA ativada Núcleo

BDNF

Creb

Creb

Via Gs, Adenilato Ciclase, AMPc no Controle de Sobrevivência Celular

1º segundo mensageiro descrito

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

Canais Iônicos Regulados por Nucleotídeos Cíclicos Participam da Transdução de Sinais Sensoriais: Sabor, Odor e Luz

AMP cíclico

Odorantes (cheiros)

Receptor

AdenilatoCiclase 3

Golf

ATP

+

Despolarização

Disparode

Potencial de Ação

Liberação de

Neurotransmissores

Na+Ca++

EPAC EPACAs proteínas Epac são também alvos diretos de AMPc

Grandoch et al, 2010.

Epacs são GEFs!

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



Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora Intracelular

Mackay & Twelves, 2007.

Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora Intracelular

Mackay & Twelves, 2007.

Ser/Thr Cinases

GPCR

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

Sinal A

Núcleo


Sinal B


Citoplasma

Sinal C

Sinal D

TIPOS DE RECEPTORES

Receptores acoplados a enzimas

1- Receptores tirosina cinase (atividade intrínseca ou associada)

2- Receptores serina/treonina cinase(atividade intrínseca)

3- Receptores guanilato ciclaseúnico domínio transmembrana

4- Receptores histidina cinase (atividade associada)

5- Receptores-”like” tirosina fosfatase (ligantes específicos ainda não foram identificados)

1-Receptores Tirosina Cinase (RTKs)

Figure 15-53a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

DIMERIZAÇÃO DE RTKs

Aumento da

atividade de cinase

+

Geração de sítios de

alta afinidade para

ligação de outras

proteínas

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

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

PI3K é uma cinase de Lipídeos que Regula vias de Proliferação, Sobrevivência e Crescimento Celular

Ligantes que ativam Pi3K

Via das MAP Cinases (mitogen-activated protein kinases)

Via das MAP Cinases (mitogen-activated protein kinases)

SOSGrb2

Raf

MEK

Erk

Torii et al., 2006.

Fatores de Crescimento Regulam a Expressão de Moléculas Necessárias para a Progressão no Ciclo Celular

Torii et al., 2006.

Sinalização Ativada por Tirosina Cinases Solúveis

Ligantes que sinalizam pela via Jak-Stat incluem:Interleucinas, interferon, GH, prolactina e a eritropoetina

Serina treonina cinase

TGF

SMAD

2-Receptores para proteínas da Superfamília TGF-β Têm Atividade Intrínseca de Serina/Treonina Cinase

Importância crucial no controle de expressão da proteína reguladora de proliferação celular p15Ink4b.

SINALIZAÇÃO MEDIADA POR RECEPTORES QUE NÃO SE ENCAIXA

NAS CATEGORIAS DISCUTIDAS ANTERIORMENTE

(participação de proteólise):

• Notch-delta

• Wnt

• HH/Shh

Outros tipos de receptores de membrana

Via Notch-Delta

Sinalização Intracelular Regulada por Proteólise

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 anti-neurogênica

Fascinante possibilidade de sinalização bidirecional


INIBIÇÃO LATERAL EM DROSOPHILA


Sinalização Intracelular Regulada por Proteólise

ex. c-myc

VIA CANÔNICA

VIAS NÃO CANÔNICAS DE WNT

Inestrosa e Arenas, 2009.

Shh

SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA

Figure 15-78b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA

D

SINALIZAÇÃO DE SHH EM MAMÍFEROS

São 3 os fatores de transcrição envolvidos:Gli1- ativadorGli2- ativador ou repressorGli3 - repressor (ativador?)

Sinalização é descrita

como ocorrendo no cílio

primário (primary

cilium).Adaptado de Dessaud et al., 2008.

blockenhance

OUTROS CONCEITOS DA MODULAÇÃO DA SINALIZAÇÃO DE RECEPTORES DE MEMBRANA

Sofrem dessensibilização:

GPCRs

Receptores com atividade catalítica

Canais iônicos

DESSENSIBILIZAÇÃO DE RECEPTORES

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.

Endocitose e Sinalização Intracelular

Adaptado de Rajagopal et al., 2005.

DIMERIZAÇÃO DE RECEPTORESTerr

illo

n &

Bouvie

r, 2

004.

TRANSATIVAÇÃO DE RECEPTORES

Delc

ourt

et al., 2007.

IMPORTANTE:

Pense numa teia, não em linhas paralelas

A Sinalização Intracelular NÃO É LINEAR!

Comunicação Cruzada entre Vias de Sinalização

Como Restringir?

COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE SINAIS

COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE SINAIS

Proteínas Adaptadoras

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

BALSAS LIPÍDICAS E CAVÉOLAS

(“Lipid rafts”)

Compartimentalização de Sinais

Domínios de Membrana

MAP cinases e conceitos importantes em sinalização celular

Shaul & Seger, 2007.

Complexidade e Sinalização Celular

http://www.mfpl.ac.at/index.php?cid=51

Max Perutz Laboratories

Fimia & Sassone-Corsi, 2001

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