A Função da proteína CFTR e as alterações produzidas pelas
diferentes classes de mutações do gene CFTR
Giselda MK Cabello – Laboratório de Genética Humana – IOC/Fiocruz
Função da CFTR
N
Cromossomo 7
Cl-
ATP
ATP
CFTR+
CFTR+
C
ClA proteína CFTR:
1480 aa, 5 domínios, canal de cloro, regulado por
ATP
3’
5’
TM1
NBF
R
TM2
NBF
O gene CFTR: 230 Kb; mRNA 6,5 Kb; 27 exons.
A proteína CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Regulation) é responsável pela
regulação de um canal de cloretos, regulados pelo cAMP. Têm sido descritas outras
funções celulares da CFTR, como a regulação de outros canais iônicos, funções de
exocitose e de formação de complexos moleculares na membrana plasmática.
A proteína codificada pelo gene da fibrose cística:
Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR)
Um canal de Cl2 séries de 6 domínios transmembranares
2 “ATP-binding cassettes” (ou “ABC transport protein”)
Cl-
out
in
N
ATP
ATP
1 Domínio Regulador único entre canais e entre
transportadores ABC
R-domain
C
CFTR é um canal de Cl- ativado pela fosforilação e pela quebra de ATP
out
in
R-domain
N
cAMP-activated
protein kinase
ATP
ATP
C
A proteína CFTR ajuda a controlar o fluxo de água através do epitélio
Epitélio: camada de células intimamente ligadas umas as
outras em forma de folha contínua.
lumen
“superfície
apical” Cl-
Na+ água
Na+
Cl-
A superfície dos vasos sanguíneos geralmente é
permeável aos íons
1. Os canais de Na+
geralmente estão
abertos, mas seu fluxo
extensivo requer um
fluxo de íons de carga
oposta.
2. Se canal CFTR está
aberto, o Cl- torna-se o
contra-íon e o NaCl flui
através da membrana.
3. A água então flui
entre as células para
manter a pressão
osmótica.
4. Resultado: fluxo de
solução isotônica de
NaCl do sangue para o
lumen (ou vice-versa)
As diversas mutações no gene CFTR, atualmente cerca de 1700 descritas no
Cystic Fibrosis Mutation Database (http://www.genet.sickkids.on.ca/), têm
efeitos sobre a síntese da proteína, sendo estas classificadas em seis
grupos:
As classes de mutações do gene CFTR
Existem 6 classes de mutações que afetam o gene CFTR.
- classe I (A e B): proteína CFTR não é sintetizada
- classe II: proteína CFTR não é corretamente sintetizada
- classe III: proteína CFTR é mal regulada
- classe IV: a condução iônica através do canal é alterada
- classe V e VI: síntese da proteína CFTR é reduzida
As mutações de classe I e classe II caracterizam-se pela inexistência de
moléculas de CFTR, enquanto nas restantes está presente a atividade
residual da molécula.
Classe I: (alteração da biossíntese) Existe uma ausência total da
CFTR, devido a uma terminação precoce do RNA (inclui muitos alelos
nulos e os fenótipos mais graves, por exemplo, G542X).
Classe I-A: nenhuma proteína é expressa
Cromossomo 7
Classe I-A :
CFTR-
Mutações que afetam a produção da
proteína: CFTR não é produzida.
CFTR-
Por causa de mutações « sem sentido »:
códon de terminação precoce.
Ex: G542X, W1282X
3’
5’
UGG
Trp
UGA
Stop
Classe I-B: nenhuma proteína é expressa
Classe I-B :
Cromossomo 7
CFTRCFTR-
Mutações que afetam a produção da
proteína: CFTR não é produzida.
Por causa de mutações que alteram a fase de
leitura. Adição ou deleção de um ou dois
pares de base.
A proteína produzida será truncada. Ex:
444delA
3’
5’
5’ GGA AGA ATC ATA GCT TCC 3’
Gly Arg Ile Ile Ala Ser
5’ GGA AGA TCA TAG CTT CC 3’
Gly Arg Ser stop
Classe II: (alteração na maturação) A CFTR é sintetizada, mas não
sofre o processo de maturação e migração adequada até a membrana,
ocorrendo degradação prematura. A mutação ∆F508 é a mais
relevante, ocorre no primeiro domínio que liga ATP (NBF1) e é
resultante de uma deleção de três pares de bases que causa a perda
de um resíduo de fenilalanina na posição 508 da proteína.
Provavelmente uma proteína parcialmente glicosilada é produzida,
mas é reconhecida como anormal por um mecanismo de controle
celular e é conseqüentemente degradada.
Classe II: proteína mal sintetizada
Cromossomo 7
CFTRCFTR-
Classe II:
A proteína não tem função N
porque ela não foi sintetizada
corretamente.
A proteína não é
corretamente encaminhada
até a membrana plamática Ex:
F508.
C
3’
5’
ATC ATC TTT GGT
ATC ATT GGT
F508: A deleção de uma trinca CTT no éxon 10 produz uma
proteína com um aminoácido a menos: a fenilalanina.
Classe III: (alteração na regulação) a proteína não responde a
estimulação pelo cAMP, com diminuição da ligação do ATP à CFTR e
hidrólise. A consequência é a alteração da regulação do canal iônico e
diminuição de sua atividade, como é o caso da mutação G551D.
Classe III: a proteína é mal regulada
N
Classe III:
mutação dos sítios de fixação
ATP
do ATP.
Sem sinal de abertura.
Cromossomo 7
CFTR-
Exemplo : na mutação de
falso sentido (ou significado
trocado) G551D
a glicina na posição 551 é
trocada pelo ácido aspártico.
CFTR-
ATP
C
Cl-
3’
5’
GGU
Gly
GAU
Asp
Classe IV: (alteração da condutância) identificam-se moléculas de
CFTR na superfície celular, mas o fluxo dos eletrólitos através dos
canais iônicos é menor (incluem numerosos alelos brandos, por
exemplo, R117H).
Classe IV: a condutividade iônica é alterada
N
Cromossomo 7
CFTRCFTR-
Cl-
Classe IV:
mutações que alteram a
ATP
condutividade e a
seletividade iônica. Essas
são as mutações das regiões
transmembranares.
Cl- ou outros
ATP
C
Exemplo : mutações de falso sentido dentro das
regiões TM1 e TM2 - R117H (troca da Arginina por
Histidina) e R334W (troca da Arginina por Triptofano)
O fluxo de Cl- é reduzido e a seletividade é
modificada.
5’
3’
Classe V: existe uma menor síntese de CFTR, mas a sua função
é normal.
Classe V: menos proteína é produzida
N
Cromossome 7
CFTRCFTR-
Classe V:
Diminuição do número de
canais de cloro por defeito
na síntese da proteína
CFTR.
Defeito de excisão-junção
altera a estabilidade do
RNA mensageiro CFTR.
Cl-
ATP
ATP
C
Cl-
Exemplo: defeito da excisão-junção entre o íntron 8 e
o éxon 9, o mRNA torna-se instável.
3’
5’
Mutações que afetam a estabilidade da proteína é uma classe adicional
(Classe VI) proposta por Haardt et al. (1999). Esta nova classe inclui
proteínas que perdem resíduos da região C terminal ou que são resultantes
de deleções de grandes resíduos de aminoácidos que às vezes não são
essenciais, mas que levam a redução drástica da estabilidade da proteína e
potencialmente levam a fenótipos severos (exemplo, Q1412X) (Rowntree
and Harris, 2003).
Classe VI: produção de CFTR normal, mas com remoção rápida
da superfície celular. Molécula com menor estabilidade, como é
também o caso da mutação Q1418X que leva a remoção de 50
resíduos de aminoácidos no C terminal.
Classe VI: menos proteína é produzida
N
Cromossomo 7
CFTR-
Classe VI:
Mutações que afetam a
estabilidade da proteína.
Cl-
ATP
C
CFTR-
ClExemplo: Deleção da porção C-terminal da
proteína que a torna instável
5’
Em síntese:
3’
ATP
As seis classes de mutações do gene CFTR
classes V e VI: menos proteína
Clé produzida
Cl- ou outros
Cl-
Cl-
Cl- ou outro
classe I:
proteína CFTR
não expressa
classe II:
proteína CFTR mal
sintetizada
Cromoss. 7
classe IV: a condução iônica é
alterada
gene CFTR
CFTRCFTR-
classe III:
a função da
proteína CFTR é
mal regulada
3’
5’
TM1
NBF
R
TM2
NBF
Referências Bibliográficas
Haardt M, Benharouga M, Lechardeur D, Kartner N, Lukacs GL 1999. C-terminal
truncations destabilize the cystic fibrosis transmembrane conductance
regulator without impairing its biogenesis. A novel class of mutation. J Biol
Chem 274:21873-77.
Rowntree RK, Harris A 2003. The phenotypic consequences of CFTR mutations.
Ann Hum Genet 67:471-485.
Créditos de imagens:
Philippe Rousseau - La Mucoviscidose et le gène cftr