Recetores

Visão Geral

Definição

Os recetores são proteínas localizadas na superfície ou dentro de uma célula que podem ligar-se a moléculas sinalizadoras conhecidas como ligantes (e.g., hormonas) e causar algum tipo de resposta dentro da célula.

Fisiologia geral

• O ligante liga-se ao recetor → induz uma mudança conformacional na proteína recetora
• O ligante pode ter origem:
  • Contacto direto, através de junções comunicantes
  • Sinalização endócrina e parácrina (via hormonas)
  • Sinalização sináptica (via neurotransmissores)
• A via de transdução de sinalização dentro da célula é geralmente um processo complexo de várias etapas.
• Os resultados finais podem incluir:
  • Alteração da expressão génica (↑ ou ↓ produção de proteínas específicas)
  • Abertura e/ou oclusão de canais de membrana
  • Libertação de produtos celulares no líquido extracelular (LEC) ou na corrente sanguínea
  • Contração muscular

Classificação: Superfície Celular vs. Recetores Intracelulares

Os recetores podem ser divididos em 2 categorias principais: recetores de superfície celular (transmembranares) e recetores intracelulares.

Recetores de superfície celular (recetores transmembranares)

• Localizados dentro da membrana plasmática (MP)
• Compostos por 3 domínios:
  • Domínio de ligação ao ligante extracelular
  • Domínio hidrofóbico dentro da MP
  • Domínio intracelular
• Os ligantes que usam recetores transmembranares, geralmente, são incapazes de atravessar a própria membrana porque são hidrofílicos e/ou grandes.
• O domínio intracelular comunica o sinal para o interior da célula através da:
  • Modificação covalente de outras moléculas:
    • Geralmente via fosforilação, desencadeando uma cascata de fosforilação
    • Cascata de fosforilação: sequência de várias etapas nas quais um grupo fosfato é transportado de uma molécula para a próxima, por uma série de enzimas conhecidas como cinases
  • Geração de mensageiros secundários , dos quais os mais comuns incluem:
    • AMP cíclico (cAMP)
    • GMP cíclico (cGMP)
    • Trifosfato de inositol (IP₃, pela sigla em inglês)
    • Diacilglicerol (DAG)
    • Iões Ca²⁺
• Subtipos de recetores de superfície celular:
  • Recetores de canais iónicos controlados por ligantes (quimicamente controlados)
  • Recetores acoplados à proteína G (GPCRs, pela sigla em inglês)
  • Recetores ligados a enzimas (tipo mais comum: recetores tirosina cinase (RTKs, pela sigla em inglês))

Recetores intracelulares

• Localizados dentro da célula; podem estar no:
  • Citoplasma
  • Núcleo
• Compostos por 3 domínios:
  • Domínio de ligação ao ligante
  • Domínio de ligação ao ADN
  • Domínio que pode interagir com outros fatores de transcrição (e.g., coativadores, repressores)
• Os ligantes são geralmente pequenas moléculas hidrofóbicas que podem atravessar a membrana celular.
• Exemplos de recetores intracelulares:
  • Recetores nucleares de hormonas esteroides
  • Recetor de vitamina D
  • Guanilato ciclase (recetor de NO que funciona como uma enzima, gerando cGMP)

Recetores de Canais Iónicos Controlados por Ligantes

Os recetores de canais iónicos controlados por ligantes (quimicamente controlados) são um subtipo de recetores de superfície celular.

Estrutura

• Consistem em múltiplas subunidades transmembranares em torno de um canal central condutor de iões
• Possuem um sítio de ligação ao ligante extracelular (ou intracelular)

Fisiologia

• O ligante (e.g., ACh) liga-se ao recetor do canal iónico.
• Induz uma alteração conformacional → o canal abre-se
• Os iões fluem a favor do seu gradiente eletroquímico através dos canais (e.g., Na⁺, K⁺, Ca²⁺ e/ou Cl⁻).
• Isto pode resultar em:
  • Transmissão de sinais nervosos
  • Contração muscular
  • Libertação de hormonas
  • Ativação de células T
• Quando o ligante se dissocia → o canal fecha-se

Exemplo de relevância clínica

Miastenia gravis (MG): distúrbio neuromuscular autoimune caracterizado por fraqueza e fadiga dos músculos esqueléticos, causada por disfunção/destruição de recetores de acetilcolina (AChRs) na junção neuromuscular (JNM) (tipo de recetor de canal iónico controlado por ligante). Quando a ACh se liga, os canais abrem-se, permitindo um influxo de Na⁺ para o interior da célula, resultando em despolarização que, por fim, leva à contração muscular. Sem AChRs normais, a contração muscular fica alterada e a MG apresenta-se com fadiga, ptose, disfagia, dificuldades respiratórias e fraqueza progressiva nos membros, levando à dificuldade nos movimentos.

Recetores Ligados a Enzimas

Visão geral

• Recetores que possuem algum tipo de atividade enzimática quando “ativados” pelo seu ligante
• Frequentemente são cinases: enzimas que catalisam a transferência de um grupo fosfato de uma molécula para outra
  • RTKs:
    • Tipo mais comum
    • Mais de 90 genes RTK identificados
  • Cinases serina-treonina (STKs, pela sigla em inglês)
• Recetores associados à cinase: Os recetores não possuem atividade de cinase intrínseca, mas ligam-se a cinases quando ativados.
• Os RTKs estão envolvidos em vários processos frequentemente associados à função celular geral:
  • Ciclo da célula
  • Crescimento e proliferação celular
  • Migração celular
  • Metabolismo celular

Estrutura do RTK

• Domínio extracelular que contém o local de ligação ao ligante
• Domínio da cinase intracelular
• Hélice transmembranar única que liga componentes extracelulares e intracelulares

Via de sinalização de RTKs

• O ligante liga-se aos recetores RTK individuais, o que despoleta a:
  • Dimerização: 2 RTKs vizinhos unem-se.
  • Autofosforilação:
    • Os dímeros fosforilam-se uns aos outros.
    • Um monómero RTK transfere um grupo fosfato do trifosfato de adenosina (ATP) para o outro monómero RTK (agora conhecido como fosfotirosinas).
• As fosfotirosinas atuam como locais de ancoragem para outras proteínas envolvidas na cascata de transdução de sinal.
• A resposta celular da ativação de RTK depende das proteínas que estão presentes a jusante.
• A vantagem de uma cascata de cinase é que um pequeno sinal externo pode ser amplificado muitas vezes dentro da célula.
• A disfunção desta cascata pode levar ao cancro devido à falência do controlo da função celular geral.

Exemplos de RTKs

Recetores de insulina:

• Os recetores de insulina maduros começam como um dímero inativo, contendo 2 subunidades alfa e 2 beta que estão ligadas por pontes dissulfeto:
  • Subunidades alfa: domínios extracelulares que contém o local de ligação do ligante
  • Subunidades beta: domínio de tirosina cinase transmembranar e intracelular
• A insulina liga-se aos domínios alfa RTK → desencadeia a autofosforilação rápida
• Via de sinalização:
  • O substrato de resposta à insulina 1 (IRS-1, pela sigla em inglês) liga-se às fosfotirosinas →
  • Ativa a fosfatidilinositol (PI₃, pela sigla em inglês) cinase →
  • Resulta na formação de fosfatidilinositol (3,4,5)-trifosfato (PIP₃, pela sigla em inglês) →
  • A PIP₃ ativa a proteína cinase 1 dependente de 3-fosfoinositídeo (PDK1, pela sigla em inglês), que ativa a Akt quinase →
  • Causa a translocação do transportador de glicose 4 (GLUT4, pela sigla em inglês) (um canal proteico que permite a entrada de glicose na célula) para a membrana plasmática →
  • ↑ A glicose que pode entrar na célula
• Outra via de sinalização de insulina resulta num aumento da transcrição e tradução da glicogénio sintase (GS) → ↑ conversão de glicose em glicogénio dentro da célula

Recetores do fator de crescimento epidérmico (EGFRs, pela sigla em inglês) e a via de sinalização RAS:

• O fator de crescimento epidérmico (EGF, pela sigla em inglês) liga-se aos EGFRs → causa dimerização e autofosforilação
• Ocorre a montagem de um complexo de sinalização de proteínas nas fosfotirosinas.
• Este complexo de sinalização transfere um grupo fosfato da guanosina trifosfato (GTP, pela sigla em inglês) para a RAS guanosina difosfato (RAS-GDP, pela sigla em inglês), resultando na RAS-GTP, que é a forma ativa do RAS.
• Via de sinalização RAS:
  • RAS-GTP → ativa a RAF cinase → ativa a MEK cinase → ativa a MAP cinase (MAPK, pela sigla em inglês)
  • A MAPK ativa a MNK e a RSK, que fosforilam fatores de transcrição específicos necessários para a divisão celular.
• O próprio RAS é uma GTPase lenta:
  • O RAS-GTP irá clivar lentamente um grupo fosfato, inativando-se de volta em RAS-GDP.
  • Mutações pontuais podem remover a sua atividade GTPase, resultando num RAS ativado perpetuamente → promove a divisão celular continuaamente
  • As mutações no RAS estão associadas a múltiplas neoplasias no ser humano.

Exemplos de relevância clínica

Alterações nos RTKs são conhecidas por causarem uma série de diferentes síndromes de malformações congénitas e neoplasias, especialmente se associadas a mutações de ganho de função, causando divisão celular excessiva. Alguns exemplos incluem:

• Leucemia mielóide crónica (LMC): proliferação maligna da linhagem de células granulocíticas devido a uma translocação recíproca (9;22)(q34;q11). O cromossoma contém um gene de fusão BCR-ABL1 (ABL1 no cromossoma 9 e BCR no cromossoma 22), que produz tirosinas cinases constitutivamente ativas e, consequentemente, produção granulocítica descontrolada. Os doentes podem ser assintomáticos ou apresentar sintomas constitucionais, dor esternal e esplenomegalia.
• Acondroplasia: displasia óssea autossómica dominante causada por mutações de ganho de função no gene do recetor 3 do fator de crescimento de fibroblastos (FGFR3, pela sigla em inglês), que codifica um RTK. Como resultado, o recetor FGFR3 é ativado permanentemente, inibindo a proliferação de condrócitos, o que resulta numa formação óssea alterada e em anomalias esqueléticas.

Recetores Acoplados à Proteína G

Visão geral

Os recetores acoplados à proteína G (GPCRs, pela sigla em inglês) são proteínas transmembranares que se ligam a ligantes hormonais no seu lado extracelular, o que induz uma alteração conformacional dentro da célula, ativando uma proteína G associada, que desencadeia uma cascata de sinalização via mensageiros secundários.

• Maior família de recetores, com mais de 800 genes GPCR identificados
• Frequentemente envolvidos em mudanças metabólicas e estruturais dentro de uma célula
• Exemplos:
  • Recetores beta-adrenérgicos
  • Muitos recetores olfativos

Estrutura

• Domínio extracelular: contém os locais de ligação ao ligante
• Domínio transmembranar:
  • Ancora o recetor na MP
  • Frequentemente compostos por 7 alfa-hélices (conhecidas como recetores de sete domínios transmembranares (7TM))
• Domínio intracelular: ligado a uma proteína G
• Proteínas G:
  • Proteínas que se ligam a nucleotídeos de guanina (GTP e GDP)
  • Consistem em 3 subunidades: alfa, beta e gama
  • Subunidade alfa:
    • Liga os nucleotídeos de guanina: GTP (estado ativo) e GDP (estado inativo)
    • Hidrolisa lentamente o GTP em GDP → uma vez ativada pela GTP, a subunidade alfa acabará por se inativar através da conversão hidrolítica em GDP
  • Beta e gama: ajudam o alfa‒GDP a associar-se ao GPCR

Via de ativação

• O ligante liga-se ao seu local de ligação na porção externa do recetor → induz uma alteração conformacional no GPCR
• Isto causa a fosforilação do GDP ligado à subunidade alfa → torna-se alfa‒GTP (proteína G ativada)
• O alfa‒GTP separa-se da subunidade beta e gama → vai e fosforila a próxima proteína na cascata de sinalização conhecida como proteína efetora
• Proteínas efetoras:
  • Enzimas, muitas vezes ligadas à membrana
  • A fosforilação pode ser ativadora ou inativadora
  • Geram, com frequência, segundos mensageiros

Adenilato ciclase (AC) e o sistema do 2º mensageiro cAMP

A adenilato ciclase (também denominada adenilil ciclase) é uma proteína efetora de GPCR comum. Uma proteína G ativada fosforila a AC, ativando-a para converter ATP em AMPc, um segundo mensageiro comum.

Exemplo 1: Via do glucagon

• O glucagon liga-se ao seu recetor, que é um GPCR → alteração conformacional
• A subunidade alfa da proteína G ligada à superfície interna do GPCR troca o GDP por GTP e separa-se das subunidades beta e gama.
• A alfa‒GTP (forma ativa) fosforila a AC, ativando-a.
• A AC gera cAMP a partir de ATP.
• O AMPc fosforila as subunidades reguladoras da proteína cinase A (PKA, pela sigla em inglês) → isso faz com que as subunidades reguladoras se dissociem das subunidades catalíticas, “ativando” a PKA
• A PKA fosforila:
  • A GS, inativando-a → a síntese de glicogénio é interrompida
  • A fosforilase quinase (PK, pela sigla em inglês), ativando-a → a PK ativa a glicogénio fosforilase → estimula a quebra do glicogénio
• Resumo: O glucagon estimula a quebra de glicogénio em glicose e simultaneamente inibe a síntese de glicogénio.

Exemplo 2: Via da epinefrina (1 molécula com efeitos diferentes dependendo das proteínas presentes na célula alvo)

• No músculo esquelético: a epinefrina liga-se a um GPCR, que ativa a AC de forma idêntica ao glucagon → ↑ degradação do glicogénio em glicose
• No músculo cardíaco: o AMPc produzido pela AC resulta num ↑ força de contração
• Nos intestinos: a epinefrina liga-se a um GPCR que inibe a AC, causando relaxamento dos músculos intestinais e desaceleração da digestão

Fosfolipase C (PLC, pela sigla em inglês) (proteína efetora) e mensageiros secundários IP ₃ e DAG

• O ligante liga-se ao GPCR → alteração conformacional
• A subunidade alfa da proteína G troca GDP por GTP e separa-se das subunidades beta e gama.
• O alfa‒GTP (ativo) fosforila a PLC, ativando-a.
• A PLC cliva o fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP_2,, pela sigla em inglês) em IP₃ e DAG.
• O IP₃ viaja para o RE e liga-se a um canal iónico controlado por um ligante, fazendo com que esse canal se abra e liberte Ca no citoplasma.
• O Ca²⁺:
  • Exerce uma resposta celular
  • Faz com que o DAG ative a proteína cinase C (PKC, pela sigla em inglês), que passa a fosforilar proteínas adicionais
• Por exemplo, nas células parietais do estômago, a ACh liga-se a um GPCR muscarínico → ativa a PLC → gera IP₃ e DAG → o Ca²⁺ do RE e o DAG ajudam ambos a ativar a ATPase H⁺ /K⁺, que secreta iões H⁺ no lúmen do estômago

Exemplo de relevância clínica

Mais de 30 doenças humanas diferentes podem estar ligadas a mutações em GPCRs. Estas mutações podem ser ativadoras ou inativadoras. Um exemplo é a diabetes insipidus nefrogénica (DIN).

Diabetes insipidus nefrogénica: distúrbio causado por alterações no recetor da hormona antidiurética (ADH, pela sigla em inglês), levando à resistência à ADH. O recetor de ADH é um GPCR que normalmente desencadeia a inserção de canais de aquaporinas nas membranas das células do ducto coletor renal, permitindo a reabsorção de água. Na presença de um recetor alterado, o GPCR transmite de forma ineficaz o sinal da ADH para o interior da célula, resultando em resistência à ADH e diminuição da capacidade de concentrar a urina.

Receptores Nucleares

Visão geral

• Um subtipo de recetor intracelular
• Atuam como fatores de transcrição ativados por ligantes, que acabam por afetar a expressão génica
• Embora sejam conhecidos como recetores nucleares, são frequentemente encontrados no citoplasma, e deslocam-se para o núcleo.

Estrutura

• Região de ligação ao ligante C-terminal
• Domínio de ligação ao ADN central (DBD, pela sigla em inglês), que se liga aos elementos de resposta hormonal (HREs, pela sigla em inglês) no ADN
• Regiões que interagem com outros fatores de transcrição

Via de ativação

• O ligante liga-se ao recetor intracelular (geralmente no citoplasma).
• O complexo ligante-recetor viaja para o núcleo (se já não estiver lá) para se ligar aos HREs no ADN.
• Interagem com outros fatores de transcrição para afetar a expressão génica (podem atuar como potenciadores ou repressores)

Exemplo de relevância clínica

Síndrome de insensibilidade androgénica completa (SIA): condição recessiva ligada ao cromossoma X em que uma mutação genética afeta a função dos recetores androgénicos, levando à resistência à testosterona. Os recetores androgénicos são recetores nucleares, localizados no citoplasma, que se movem para o núcleo quando ligados aos androgénios e aumentam a transcrição de proteínas que causam efeitos androgénicos. Na presença de recetores alterados, os indivíduos terão um cariótipo 46,XY e testículos não descidos, com genitália feminina externa e desenvolvimento mamário (devido à conversão periférica do excesso de testosterona em estrogénio).