Sinalização Celular
(parte 1)
Mariana S. Silveira
Inst.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
NEUROTRANSMISSORES
CITOCINAS
HORMÔNIOS
MOLÉCULAS SINALIZADORAS
NA MEMBRANA
DE OUTRAS CÉLULAS
MORFÓGENOS
MATRIZ
EXTRACELULAR
Figure 15-9 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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 15-10 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Altaba et al., 2003.
Combinações de Sinais Induzem
Respostas Celulares Diferentes
Complexidade e Sinalização Celular
Max Perutz Laboratories
http://www.mfpl.ac.at/index.php?cid=51
Conceitos Gerais em Sinalização
Celular
Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos
Sinal A
Receptor 1
Sinal B
Receptor 2
Ambiente
Extracelular
Sinal C1 Sinal C2
Membrana
Plasmática
Receptor 3
Sinal D
1500 genes no genoma humano codificam receptores
+splicing alternativo
+modificações pós traducionais….
Receptor 4
Citoplasma
Núcleo
Interação do Ligante ao Receptor induz mudanças
conformacionais e alteração funcional do Receptor
Sinal A
Receptor 1
Receptor 1
Ambiente
Extracelular
Membrana
Plasmática
Citoplasma
Núcleo
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
CURSO TEMPORAL DA SINALIZAÇÃO
Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
SEGUNDOS MENSAGEIROS são
Moléculas Sinalizadoras Intracelulares
Ligante
Ambiente
Extracelular
Receptor
Membrana
Plasmática
Molécula Sinalizadora
Segundo
Mensageiro
Intracelular, cujos níveis
são alterados após
Exemplos:
Cálcio, AMPc, GMPc, DAG, IP3
ativação do receptor pelo ligante,
chamado de “1º mensageiro”
EFEITOS BIOLÓGICOS
SÍNTESE E
DEGRADAÇÃO
DE
NUCLEOTÍDEOS
CÍCLICOS
MÉTODOS DE ESTUDO
Adenilil ciclase
Fosfodiesterase
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
Cascata Sinalizadora
pós-traducional, como
fosforilação (cinase)
desfosforilação (fosfatase).
Cinases e fosfatases constituem
2-4% do genoma na maioria dos
eucariotos!
EFEITOS BIOLÓGICOS
Resíduos alvo:
Tyr
Ser
Thr
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.
Outras Modificações Pós-traducionais
Lys ou Arg
Lys
KATs x KDACs
Seet et al., 2006.
Outras Modificações Pós-traducionais
Lys
Prolina
Seet et al., 2006.
Outras Modificações Pós-traducionais
Yang XJ, 2005.
Importância atribuída à ubiquitinação vem
crescendo...
(Leva a ativação de IKK)
Crosetto et al., 2006.
Importância atribuída à ubiquitinação vem
crescendo...
# SUMO- small
ubiquitin-like
modifier.
Seet et al., 2006.
OBS. Modificações não estão restritas a
proteínas, lipídeos também sofrem
modificações com impacto importante
na transdução de sinal.
Figure 15-18 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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,
GEF guanidine exchange factor
ATIVAM
pois induzem hidrólise do GTP
pois induzem ligação ao GTP
Animação RAS
RAS
Karnoub & Weinberg, 2008.
FAMÍLIA RAS
Karnoub & Weinberg, 2008.
Sinais Distintos Reconhecem Receptores Específicos
Sinal A
Receptor 1
Sinal B
Receptor 2
Ambiente
Extracelular
Sinal C1 Sinal C2
Membrana
Plasmática
Receptor 3
Sinal D
1500 genes no genoma humano codificam receptores
+splicing alternativo/edição de RNA
+modificações pós traducionais….
Receptor 4
Citoplasma
Núcleo
TIPOS DE RECEPTORES
Sinal A
Sinal B
Sinal C
Ambiente
Extracelular
Membrana
Plasmática
Sinal D
Citoplasma
Núcleo
Maioria dos Receptores Intracelulares são Fatores de
Transcrição ativados por Ligantes Hidrofóbicos
Dimerização é comum a vários receptores intracelulares!
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
Figure 15-12b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
TIPOS DE RECEPTORES
Sinal A
Sinal B
Sinal C
Ambiente
Extracelular
Membrana
Plasmática
Sinal D
Citoplasma
Núcleo
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
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
Neurotransmissor
Glutamato
Ligante A
Ambiente
Extracelular
Membrana
Plasmática
Segundo
++
mensageiro
Ca
Proteína alvo X
Fluxo de íons depende
da seletividade do canal iônico
e do gradiente eletroquímico do íon
Citoplasma
Núcleo
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
Memória molecular
Calmodulina e seus sítios
de ligação ao Cálcio
Ativação da CaMKII pela Ca2+/Calmodulina
Existem outras vias de sinalização reguladoras dos níveis de cálcio
Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.
Roderick & Cook, 2008.
Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.
Roderick & Cook, 2008.
Junções Comunicantes
Figure 15-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
GAP JUNCTIONS- JUNÇÕES COMUNICANTES
VÍDEO Ca2+
TIPOS DE RECEPTORES
Sinal A
Sinal B
Sinal C
Ambiente
Extracelular
Membrana
Plasmática
Sinal D
Citoplasma
Núcleo
-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
RECEPTORES ACOPLADOS A PTN G (GPCR)
Sinalização Celular
(parte 2)
Mariana S. Silveira
Inst.de Biofísica Carlos Chagas Filho
Via Gs, Adenilato Ciclase, AMPc no Controle de Sobrevivência Celular
Neurotransmissor Dopamina, Neuropeptídeos, Hormônios
Receptor
Gs
+
ATP
Adenilato
Ciclase
1º segundo mensageiro descrito
AMP
cíclico
Creb
Creb
PKA
inativa
PKA ativada
BDNF
Núcleo
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
Odorantes (cheiros)
Ca++
Na+
Receptor
Golf
+
Adenilato
Ciclase 3
ATP
AMP
cíclico
Despolarização
Disparo
de
Potencial de Ação
Liberação
de
Neurotransmissores
EPAC são também alvosEPAC
As proteínas Epac
diretos de AMPc
Epacs são GEFs!
Grandoch et al, 2010.
Ptn Gq ativa a enzima Fosfolipase Cβ que induz a Produção dos
Segundos Mensageiros IP3 e DAG a partir de PIP2
Ca2+ COMO SINALIZADOR INTRACELULAR.
Roderick & Cook, 2008.
Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora
Intracelular
Mackay & Twelves, 2007.
Proteína Cinase C (PKC) é outra importante Molécula Sinalizadora
Intracelular
Ser/Thr Cinases
Mackay & Twelves, 2007.
GPCR
Amplificação do Sinal Inicial é uma Característica Importante das Vias
de Sinalização mediada por Segundos Mensageiros
TIPOS DE RECEPTORES
Sinal A
Sinal B
Sinal C
Ambiente
Extracelular
Membrana
Plasmática
Sinal D
Citoplasma
Núcleo
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)
1-Receptores Tirosina Cinase (RTKs)
DIMERIZAÇÃO DE RTKs
Figure 15-53a
Aumento da
atividade de cinase
+
Geração de sítios de
alta afinidade para
ligação de outras
Molecular Biology of the Cell (© Garland
Science 2008)
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)
Grb2
SOS
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
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 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
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
INIBIÇÃO LATERAL
EM DROSOPHILA
Figure 15-75 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Sinalização Intracelular Regulada por Proteólise
VIA CANÔNICA
Figure 15-77 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
ex. c-myc
VIAS NÃO CANÔNICAS DE WNT
Inestrosa e Arenas, 2009.
SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA
Shh
SINALIZAÇÃO DE HH EM DROSOPHILA
D
Figure 15-78b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
SINALIZAÇÃO DE SHH EM MAMÍFEROS
block
São 3 os fatores de
transcrição envolvidos:
Gli1- ativador
Gli2- ativador ou repressor
Gli3 - repressor (ativador?)
enhance
Sinalização é descrita
como ocorrendo no cílio
primário (primary
cilium).
Adaptado de Dessaud et al., 2008.
OUTROS CONCEITOS DA MODULAÇÃO DA
SINALIZAÇÃO DE RECEPTORES DE MEMBRANA
DESSENSIBILIZAÇÃO DE RECEPTORES
Sofrem dessensibilização:
GPCRs
Receptores com atividade catalítica
Canais iônicos
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.
Terrillon & Bouvier, 2004.
DIMERIZAÇÃO DE RECEPTORES
Delcourt et al., 2007.
TRANSATIVAÇÃO DE RECEPTORES
IMPORTANTE: A Sinalização Intracelular NÃO É LINEAR!
Pense numa teia, não em linhas paralelas
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
Max Perutz Laboratories
http://www.mfpl.ac.at/index.php?cid=51
Fimia & Sassone-Corsi, 2001