TRANSDUÇÃO DE SINAIS Um guia teórico-prático para compreender a sinalização celular
Outline • I – Introdução à Sinalização Celular • II - A sinalização celular no controlo de processos celulares e processos fisiológicos • III – Alterações da sinalização celular na origem de doenças • IV - Técnicas usadas para o estudo da sinalização celular
I – Introdução à Sinalização Celular A célula enquanto unidade básica da vida – Multicelularidade e a necessidade de comunicação
O processo de sinalização celular – Definição e Overview – Tipos de comunicação celular – Intervenientes – Mensageiro Primário – Recetor – Mensageiro Secundário
Multicelularidade e a necessidade de comunicação Organismos
Órgãos
Sistemas
Tecidos Células Sinais “internos”
Transducção de Sinais Sinais
Resposta
Luz Som Calor Nutrientes Sinais “externos”
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Sinalização Celular – Definição e Overview Sistema complexo de comunicação que coordena as atividades e funções celulares. Como? 1
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1. Molécula sinalizadora – Mensageiro primário extracelular ativa um recetor na célula-alvo 2. O recetor ativo altera moléculas intracelulares - mensageiros secundários 3. Respostas celulares 4. Terminação do sinal
Intervenientes na Sinalização Celular
Mensageiros Secundários
Recetores
Mensageiros Primários
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Tipos de Comunicação Celular Dependente do contacto •Moléculas ligadas à superfície celular [ex.: integrinas] Célula sinalizadora
Célula alvo
Neurotransmissão •Neurónios transmitem sinais eléctricos ao longo dos axónios •Libertam os neurotransmissores nas sinapses (distantes do corpo celular).
Sinalização autócrina
Sinalização parácrina •Moléculas secretadas na vizinhança da célulaalvo [ex.: factores de crescimento]
Sinalização endócrina •Produção numa célula distante •Secretadas na corrente sanguínea, onde viajam até à célula-alvo [ex.: hormonas]
As próprias células-alvo produzem a molécula sinalizadora para atuar nela própria [ex.: células cancerígenas]
Mensageiros Primários
Hormonas
Fatores de Crescimento
• Moléculas libertadas por um órgão em pequenas quantidades; • Efeitos duram segundos a horas; • Influenciam células distantes; • Sinalização endócrina • Ex: Insulina
• Controlam o crescimento, a apoptose, a diferenciação e a expressão génica; • Efeitos podem durar vários dias; • Influenciam células próximas; • Sinalização parácrina • Ex: EGF
Neurotransmissores e neuropéptidos • Moléculas libertadas em grande quantidade para a fenda sináptica ; • Atuam localmente, nos recetores do neurónio pós-sináptico; • Neurotransmissão • Ex: Adrenalina
Recetores • Moléculas muito específicas para um ligando; • São produzidos consoante a função da célula; • Quando ativados, iniciam a resposta ao sinal para o qual são específicos.
Recetores Intracelulares Extracelulares • Proteínas lípidos solúveis; com domínio intracelular e extracelular; Proteínasou transmembranares • Localizadas no citoplasma ou noaonúcleo; Ligandos hidrofílicos: ligam-se domínio extracelular; • Ligandos hidrofóbicos: atravessam a membrana (difusão passiva); Acoplados a: • Recetores • Iões, Proteína nucleares: diretamente G ou Enzimas associados a sequências do promotor Meiodo extra-celular dos genes ou a associados proteínas que, na presença ligando,Ligando viajam Hormona até ao núcleo. Membrana citoplasmática
Citoplasma
Núcleo
Mensageiros Secundários • Envolvidos na transdução do sinal: Informação
Insulina cGMP
Resposta
NOS
AKT
cAMP
Divisão celular Sobrevivência celular Síntese proteíca, lipídica e de glícidos
• Exemplos destes mensageiros secundários: cAMP, cGMP, o cálcio (Ca2+).
II – A sinalização celular no controlo de processos celulares e processos fisiológicos
Processos celulares – Metabolismo e expressão génica - regulação do metabolismo pela insulina e glucagon – Renovação de tecidos - Papel da eritropoeitina
Processos fisiológicos – Reprodução e Embriogénese: comunicação oócitoespermatozóide – Homeostasia do cálcio no organismo
Regulação do metabolismo pela insulina e glucagon ácinos Ilhotas
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Insulina
Pâncreas: • Células β Insulina • Células α Glucagon • Hormonas proteícas • Efeitos profundos e opostos • Metabolismo de lípidos, hidratos de carbono e proteínas Glucagon
Entrada de Glucose, Aminoácidos e certos iões da célulaArmazenamento de energia sob a forma de gordura e de glicogénio no músculo
Saída de Glucose, Aminoácidos e certos iões da célula
Aumento da síntese proteíca e diminuição do catabolismo proteíco
Diminuição da síntese proteíca e utilização de proteínas para gluconeogénese Promoção da glucogenólise e consumo de gorduras como fonte de energia
Inibição da gluconeogénese Associado a Excesso de Energia
Promoção da gluconeogénese Associado ao estado de jejum
Regulação do metabolismo pela insulina e glucagon Como é que a insulina induz estas profundas alterações no metabolismo celular? Insulina
Recetores Membrana citoplasmática
Tirosina cinase
Tirosina cinase Fosforilação de alvos
Transporte de glucose Síntese de proteínas, lípidos e glícidos
Genes alterados
Renovação tecidual – Papel da Eritropoietina • No início do século XX – existência de uma hormona capaz de controlar a eritropoiese é proposta • 1977 a eritropoietina é purificada por Miyake • Eritropoietina é uma glicoproteína • Assegura 3 funções: • produção contínua de eritrócitos • recuperação após hemorragia • resposta à hipóxia
• Em casos de anemia grave os níveis de EPO aumentam 1000x!
Hipóxia
Expressão de Eritropoietina
Estimulação da diferenciação em hemácias
Reprodução e embriogénese
Motilidade e quimiotaxia
Proliferação celular Ativação do oócito
Oscilação de cálcio intra celular
Reacção Acrossómica
PLCz introduzido Entrada do núcleo masculino
Kashir, J., et al., Oocyte activation, phospholipase C zeta and human infertility. Hum Reprod Update, 2010. 16(6): p. 690-703.
Homeostasia do cálcio: PTH, calcitonina, Vit.D • [Cálcio] intracelular é amplamente regulada • Funções celulares Células • Apoptose • Exocitose
13000 mg
• Funções fisiológicas
• Hipocalcémia 1000 mg/dia
Fluído extracelular 1300 mg
• Tetania • Problemas de coagulação
• Hipercalcémia
9880 mg/dia
• Contração muscular • Condução nervosa300 Sistema mg/dia • Osteogénese Digestivo
• Litíase renal ou biliar Rins • Doenças neurogenerativas100 mg/dia • Choque osmótico
500 mg/dia
Ossos 1000000 mg
Homeostasia do cálcio: PTH, calcitonina, Vit.D PTH
Vitamina D3
Calcitonina
Péptido de 84 aa Células-chefe da paratiróide Negative feedback [Cálcio] Ressorção de cálcio dos ossos Absorção de cálcio no intestino e rins Produção de Vitamina D3
Esteróide
Péptido de 32 aa Células parafoliculares da tiróide Paralelo a [iCa2+]
Pele fígado rim Negative feedback [PTH] e [Cálcio] Ressorção de cálcio dos ossos Absorção de cálcio no intestino e rins Promove diferenciação de osteoclastos Diminui excreção renal
Aumento de [Ca2+] Aumento de [Ca2+]
Inibição de ressorção de cálcio dos ossos Diminuição da formação de osteoclastos
Diminuição de [Ca2+]
III. Alterações da sinalização celular na origem de doenças
Alterações da sinalização celular na origem de doenças – Diabetes mellitus – Infertilidade masculina
Diabetes mellitus
• • • •
Doença crónica Metabolismo da glucose e de outras fontes de energia Alta prevalência e incidência Morbilidade – aterosclerose, neuropatia e nefropatia
• Mortalidade – importante factor de risco para doenças cardiovasculares Diabetes Tipo I
Diabetes Tipo II
5-10% Jovens Maior componente genética Autoanticorpos; destruição de células beta pelo sistema imunitário
90-95% Adultos Menor componente genética Resistência à insulina; destruição de células beta por excesso de trabalho
Baixos níveis de Insulina
Altos níveis de Insulina (inicialmente)
Infertilidade masculina •
Morfologia e mobilidade dos espermatozóides: parâmetros fundamentais para a execução correta das suas funcionalidades.
• Controladas por vias de sinalização
Desequilíbrio entre cinases e fosfatases
Comprometimento da capacidade de fertilizar o oócito
Infertilidade
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IV. No Laboratório… http://www.nih.gov
Cultura de Células Mortalidade celular
Proliferação celular
Ensaio do MTT: • MTT (amarelo) é reduzido a um composto púrpura na mitocôndria •
Esta redução ocorre apenas em células vivas
•
Medição da viabilidade e proliferação
Trypan Blue: • Um cromoforo negativamente carregado •
Apenas interage com células mortas (com membrana) lesada
•
Medição do número de células mortas
Conclusões • Todas as células necessitam de comunicar para manter a homeostasia do organismo • Diversas vias de sinalização existem e tem como intervenientes: – Mensageiros primários (hormonas, fatores de crescimento, neurotransmissores, citocinas) – Recetores (extracelulares ou intracelulares) – Mensageiros secundários (cAMP, IP3, cGMP, cálcio) – Transdutores intracelulares (JAK/STAT, Smads)
• Controlo de processos celulares – Apoptose, divisão celular, diferenciação, exocitose, metabolismo
• Controlo de processos fisiológicos – Renovação de tecidos, fertilização, morfogénese, homeostasia de substâncias
• Desregulação de vias de sinalização em diversos níveis como causa de doenças – Infertilidade masculina, cancro, diabetes mellitus