Aula 1 introdução à sinalização celular

Sinalização celular e receptores de membrana

1. Introdução à Sinalização Celular Profª Ms Adriana Feltrin Bioquímica Farmacêutica e Molecular Curso: Farmácia - 4º Semestre

2. Sinalização Celular INTRODUÇÃO Em organismos multicelulares, é essencial que as células se comuniquem, possibilitando ações coordenadas. Essa comunicação se dá através de moléculas que uma determinada célula produz e coloca no meio extracelular para serem então percebidas pelas outras células.

3. Sinalização Celular INTRODUÇÃO chamamos a célula que lançou a molécula de célula sinalizadora , a molécula que leva a informação de ligante e a célula que percebeu a presença do ligante no meio de célula-alvo

4. Sinalização Celular - Tipos de sinalização De acordo com a meia-vida* da molécula sinalizadora e de quais células possuem receptores para aquele sinal , podemos classificar os tipos de sinalização como Parácrina , Autócrina , Dependente de contato , Endócrina e Neuronal . * meia-vida de uma substância é o tempo que leva para que uma determinada quantidade dela perca metade de sua atividade .

5. Sinalização Celular - Tipos de sinalização Parácrina A molécula sinalizadora tem vida curta e os receptores estão nas células próximas . Nesse caso, a molécula sinalizadora é chamada de mediador local .

6. Sinalização Celular - Tipos de sinalização b) Autócrina A molécula sinalizadora tem vida curta e o receptor está na própria célula que emitiu o sinal.

7. Sinalização Celular - Tipos de sinalização c) Dependente de Contato A molécula sinalizadora não é secretada, ficando exposta na superfície da célula sinalizadora, e a célula-alvo precisa fazer contato para que o receptor possa se ligar

8. Sinalização Celular - Tipos de sinalização d) Endócrina molécula sinalizadora tem vida longa, é lançada na corrente sanguínea e vai atingir células-alvo em locais distantes. Nesse caso, a molécula sinalizadora é chamada de hormônio.

9. Sinalização Celular - Tipos de sinalização e) Neuronal Nessa situação, a molécula sinalizadora, chamada neurotransmissor, viaja grandes distâncias, mas não no sangue ou no meio extracelular e sim dentro de prolongamentos celulares dos neurônios, os axônios . Atinge a célula-alvo longe do corpo celular do neurônio que emitiu o sinal, mas próximo do axônio onde a molécula sinalizadora foi secretada

10. Um sinal pode gerar muitas respostas diferentes Quando a molécula sinalizadora é secretada no meio extracelular , ela entrará em contato com várias células, mas apenas um pequeno número restrito delas responderá ao sinal, porque apenas algumas expressam o receptor capaz de reconhecer a molécula sinalizadora Na corrente sanguínea circulam muitos hormônios , secretados por diferentes células , que atingirão várias células, mas só algumas expõem o receptor adequado .

11. Um sinal pode gerar muitas respostas diferentes Um neurônio possui diferentes prolongamentos para alcançar as células que possuem os receptores capazes de reconhecer o neurotransmissor

12. Um sinal pode gerar muitas respostas diferentes Um exemplo disso é o neurotransmissor acetilcolina , que serve de sinalizador para células-alvo diversas, que reagem de modo diferente ao mesmo sinal : Uma célula muscular esquelética vai se contrair quando seu receptor de acetilcolina reconhecer esse neurotransmissor no meio; Já no músculo cardíaco , a freqüência de contração da célula muscular cardíaca diminui na presença dessa molécula; A célula da glândula salivar , que expressa o mesmo receptor da célula cardíaca , vai provocar uma resposta diferente: a secreção de saliva.

13. Diferentes tipos celulares respondem diferentemente à mesma molécula-sinal extracelular

14. Um sinal pode gerar muitas respostas diferentes Diferentes sinais recebidos por uma célula-alvo podem modular seu comportamento . A célula que não recebe nenhum sinal acaba morrendo . A simples manutenção da vida celular já depende de várias informações sinalizadas pelas moléculas A, B e C.

15. Um sinal pode gerar muitas respostas diferentes Comportamentos mais complexos, como a proliferação e a diferenciação , requerem sinalizadores específicos , representados por D, E, F e G.

16. Tipos de receptores Qual o tipo de receptor mais adequado para receber um determinado sinal? Isso depende de que tipo de molécula esse sinal for: a ) se a molécula sinalizadora for pequena e/ou hidrofóbica (Lipossolúvel) o suficiente para atravessar a membrana , o receptor deve ser intracelular ;

17. Tipos de receptores b ) se a molécula sinalizadora não puder atravessar a membrana, o receptor terá de estar obrigatoriamente na membrana plasmática, exposto na superfície celular.

18. Tipos de receptores Moléculas-sinal Incluem: proteínas , peptídeos pequenos, aminoácidos , nucleotídeos , esteróides , retinóis , derivados de ácidos graxos, gases dissolvidos: como o monóxido nítrico (NO) e monóxido de carbono (CO).

19. Receptores Intracelulares: ligantes hidrofóbicos O exemplo mais notável desse tipo de sinalização é o do óxido nítrico (NO). O gás NO é produzido pela desaminação do aminoácido arginina, catalisada pelas enzimas chamadas de óxido nítrico- sintases (NOS) Três NO- sintases já foram identificadas e NOS – endotélio; n NOS – neural e muscular; i NOS – (hepatócitos, macrófagos, monócitos e neutrófilos)

20. O NO possui uma meia vida curta , e 5 a 10 segundos no espaço extracelular antes de se converter em nitrato e nitrito pela ação do oxigênio e água Receptores Intracelulares: ligantes hidrofóbicos

21. NO Fosfodiesterase PDE5 5`-GMP relaxamento da musculatura lisa dos vasos sanguíneos do corpo cavernoso GTP – guanilato trifosfato GMP – guanilato monofosfato EREÇÃO Receptores Intracelulares: ligantes hidrofóbicos

22. Outras moléculas sinalizadoras hidrofóbicas também são capazes de atravessar membranas e têm vida muito mais longa (são moléculas muito mais estáveis). Elas são produzidas e secretadas por células glandulares , viajando grandes distâncias pela corrente sanguínea até achar células-alvo. Essas moléculas sinalizadoras são chamadas hormônios . Como são hidrofóbicas, têm problemas para viajar pela corrente sanguínea e o meio extracelular, que são aquosos. Receptores Intracelulares: ligantes hidrofóbicos

23. As moléculas sinalizadoras hidrofóbicas precisam associar-se a moléculas hidrofílicas que tenham um sítio capaz de acomodá-la . Essa molécula hidrofílica, que chamamos carreadora , freqüentemente é a albumina do soro. Receptores Intracelulares: ligantes hidrofóbicos

24. O receptor para este ligante deve estar no citoplasma e, com a chegada deste, fica ativo, desempenhando suas funções . É muito freqüente , porém, que o receptor seja um fator de transcrição , isto é, uma molécula que , com a chegada do ligante, forma um complexo que entra no núcleo e vai ativar a transcrição Receptores Intracelulares: ligantes hidrofóbicos

25. Hormônio esteróides , tireóideos, retinóis e a vitamina D Se ligam às suas respectivas proteínas receptoras intracelulares e alteram a capacidade delas de controlar a transcrição de genes específicos Receptores Intracelulares: ligantes hidrofóbicos

26. Quando a molécula sinalizadora é hidrofílica e/ou grande , não podendo, portanto, atravessar a bicamada lipídica, o receptor vai ter de funcionar como um verdadeiro “ garoto de recados ”, mas sem sair da membrana onde tem de estar obrigatoriamente exposto Quando o receptor recebe a molécula sinalizadora , ele invariavelmente muda de conformação . A mudança conformacional passa a informação adiante porque muda o comportamento do receptor Receptores Extracelulares: ligantes hidrofílicos

27. Sinalização por ligantes hidrofílicos Existem três tipos de receptor de sinalização na membrana plasmática : Em comum eles possuem o fato de serem proteínas transmembrana e de não entrarem na célula. a) os receptores do tipo canal; b) os associados à proteína G c) os receptores enzimáticos

28. São os canais controlados por ligante . Esses receptores podem ser os próprios canais ou estarem associados a um canal iônico, de modo que a mudança conformacional induzida pelo ligante ativa o canal associado, que se abre. Os canais iônicos ativados por ligante possuem sítios receptores para o ligante que mudam sua conformação, abrindo o canal iônico. a) Receptores do tipo canal;

29. O receptor de acetilcolina ( ACh ) da membrana plasmática é composto de cinco subunidades — duas subunidades α , uma subunidade β , uma subunidade γ e uma subunidade δ . Quando a ACh liga-se a ambas as subunidades α , o canal abre-se, e o sódio pode seguir ao longo de seu gradiente de concentração para dentro da célula. a) Receptores do tipo canal

30. a) Receptores do tipo canal https:// www.youtube.com/watch?v=Du-BwT0Ul2M

31. São proteínas transmembrana multipasso A mudança conformacional ao receberem o ligante os faz ativar uma segunda proteína, que também muda de conformação, passando o sinal adiante. Esses receptores são bastante variados, mas a segunda proteína que é ativada não varia muito: chamada proteína G porque pertence a uma família de proteínas que ligam GTP , ficando ativadas , e depois hidrolisam o GTP a GDP + P , voltando ao estado inativado. b) Receptores associados à proteína G

32. Muitas moléculas são ativadas ou inativadas (comutadores) por fosforilação, ligação à GTP Modificado: ALBERTS, 2010 b) Receptores associados à proteína G

33. Consistem em uma única cadeia polipeptídica que atravessa sete vezes a bicamada lipídica ( fosfolipídeos ). Além de sua orientação característica na membrana plasmática, todos usam as proteínas G para transmitir o sinal para o interior da célula. b) Receptores associados à proteína G

34. b) Receptores associados à proteína G Ativação do complexo GPCR ALBERTS, 2010

35. b) Receptores associados à proteína G Existem vários tipos de proteína G ligadas à receptores extracelulares Proteínas Gs , Gi , G , Gq e G 12/13 Por exemplo: A Adrenalina pode se ligar as receptores α 1-adrenérgicos (ligados à proteína Gq ) ou à receptores β -adrenérgicos musculares (ligados à proteína Gs ) O Glucagon também se liga à receptores do tipo β -adrenérgicos no fígado.

36. b) Receptores associados à proteína G

37. b) Receptores associados à proteína G

38. b) Receptores associados à proteína G Ativação de uma proteína G mediada por receptor e a sua interação resultante com efetores. No estado de repouso , as subunidades e de uma proteína G estão associadas entre si, e o GDP está ligado à subunidade; A ligação de um ligante extracelular (agonista) ao receptor acoplado à proteína G determina a troca de GDP por GTP na subunidade alfa ; A subunidade alfa dissocia-se das subunidades beta e gama , e se difunde para interagir com proteínas efetoras . A subunidade alfa possui atividade intrínseca de GTPase , que resulta em hidrólise do GTP a GDP. Isso leva à reassociação da subunidade alfa com ass subunidades beta e gama , dando início a um novo ciclo.

39. b) Receptores associados à proteína G Ativação da Adenil- Ciclase (AC) e da Fosfolipase C (PLC) através de Receptores Aclopados à Proteínas G (GPCR) As proteínas G têm a propriedade de interagir com vários tipos diferentes de moléculas efetoras .

40. b) Receptores associados à proteína G Uma vez ativada, a PKC fosforila proteínas-alvo que variam dependendo do tipo celular p.e. adrenalina 2º s Mensageiros

41. b) Receptores associados à proteína G FONTE: Bioquímica Ilustrada 4 ed.

42. b) Receptores associados à proteína G Ativação de PKA , proteína cinase dependente de AMPc através de receptores ligados à proteína Gs . Podemos utilizar como exemplo as moléculas-sinal Adrenalina ou Glucagon em receptores β -adrenérgicos.

43. b) Receptores associados à proteína G Proteína – cinase dependente de AMP cíclico (PKA)

44. b) Receptores associados à proteína G

45. b) Receptores associados à proteína G Cell Signalling Biology - Michael J. Berridge - www.cellsignallingbiology.org - 2009

46. b) Receptores associados à proteína G O Receptores ligados à Proteína Gs , que ativam Proteínas Cinases A (PKA) dependentes de AMPc , também podem ser utilizados como exemplo de amplificação de sinal : Ligante X 100 X 100

47. b) Receptores associados à proteína G

48. b) Receptores associados à proteína G A dessensibilização dos receptores associados à proteína G depende da fosforilação do receptor Quando as células-alvo são expostas, por um longo período , a altas concentrações de um ligante estimulador, elas se tornam dessensibilizadas , ou adaptadas , de várias maneiras diferentes

49. b) Receptores associados à proteína G No caso dos GPCRs existem 3 formas gerais de dessensibilização : Na inativação, eles se alteram de forma a não mais interagir com as proteínas G ; (2)No sequestro, eles são temporariamente removidos para o interior da célula ( internalizados ) de forma a não terem mais acesso ao seu ligante; (3) Na retrorregulação , eles são destruídos nos lisossomos após a internalização.

50. https:// www.youtube.com/watch?v=vO7BmPeJNDQ

51. Mecanismo da fosforilação protéica e da cascata das quinases R eceptor para vários hormônios, citocinas e fatores de crescimento A interação com o ligante induz a dimerização das cadeias do receptor aproximando os domínios de cinase de dois receptores c) Receptores enzimáticos : Se tornam ativados e fosforilam reciprocamente múltiplas tirosinas, um processo conhecido como transautofosforilação

52. c) Receptores enzimáticos : Existem cinco categorias principais de receptores transmembrana com domínios citosólicos enzimáticos . O maior grupo é constituído pelos receptores com tirosinocinases (TKR) .

53. c) Receptores enzimáticos : O receptor de insulina e a proteína BCR- Abl fornecem exemplos de receptores com tirosinocinases . Após ativação induzida pelo ligante, esses receptores sofrem dimerização e transfosforilam resíduos de tirosina no receptor e, com freqüência , em proteínas citosólicas alvo.

54. Os resíduos de tirosina fosforilados servem então como sítios de ancoragem de alta afinidade para outras proteínas intracelulares , que constituem o próximo passo na cascata de transdução de sinal

55. Diferentes proteínas sinalizadoras intracelulares podem se ligar às fosfotirosinas dos RTKs ativados As proteínas de sinalização intracelular que se ligam às fosfotirosinas dos RTKs ativados e das proteínas de ancoragem têm estruturas e funções variadas

56. Grb2 ( Growth factor receptor- bound protein 2) Receptores tirosina quinase e proteínas Ras Proteína Ras : proteína ligadora de GTP ( GTPase ) e semelhante à subunidade  da proteína G.

57. Proteínas Ras : desencadeiam uma cascata de reações MAP: M itogen A ctivated P rotein Ras : descoberta em células cancerosas Mutações nos genes Ras : responsável por cerca de 30% dos cânceres humanos

58. c) Receptores enzimáticos : Alguns receptores podem atuar como tirosinofosfatases . Esses receptores desfosforilam resíduos de tirosina em outros receptores transmembrana ou em proteínas citosólicas . Muitas células do sistema imune possuem receptores com tirosinofosfatases .

59. c) Receptores enzimáticos : Os receptores com serina / treoninocinases fosforilam resíduos de serina e de treonina em determinadas proteínas-alvo citosólicas . Os membros da superfamília de receptores do TGF- β (fator de transformação do crescimento - β ) pertencem a essa categoria.

60. Resumindo... https:// www.youtube.com/watch?v=HU2sXd5H48Q https:// www.youtube.com/watch?v=nyvu2euX8tM

61. Obrigada!