4.3. Caminho JAK-STAT
A sinalização JAK-STAT medeia a transferência de mensagem ou sinal do exterior da célula para o núcleo através de um grande número de citocinas, hormônios e fatores de crescimento causando alteração na transcrição de genes específicos. A via consiste em receptores de citocinas, um subtipo de receptores enzimáticos que dependem de citoplasmas para transferir sinais para a célula. A ativação intracelular e a multimerização dos receptores ocorre quando ligandos como interferon, interleucinas se ligam com o receptor. Como resultado, Jaks (uma tirosina citoplasmática quinase) associada ao receptor é ativada.
Em mamíferos, quatro tipos de Jaks são conhecidos – Jak1, Jak2, Jak3, e Tyk – e cada um está associado com receptores específicos de citoquinas que constituem duas ou mais cadeias de polipeptídeos. A dimerização (em alguns casos multimerização) traz o Jak (Janus kinase) associado de duas unidades receptoras em estreita proximidade, auxiliando ambas a se cruzarem, aumentando assim a atividade de seus domínios de tirosina cinase. A tirosina fosforilada atua como um local de acoplamento para STATs e outras vias de sinalização. STATs (Signal Transducer and Activator of Transcription) são fatores de transcrição latentes que se limitam ao citoplasma quando inativos. Existem muitos tipos de STATs cada um com um domínio SH2 que desempenha um papel crucial na transdução do sinal. O domínio SH2 do STAT liga-se com o resíduo de fosfotirosina do receptor de citoplasma ativado. Além disso, o Jak phosphorylate o STAT sobre o resíduo de tirosina no terminal C, levando à sua liberação do receptor. O domínio SH2 do STAT dissociado facilita a sua ligação com um resíduo de fosfotirosina da segunda proteína STAT, resultando na formação de um homodímero ou um heterodímero. O dímero STAT transloca para o núcleo, onde se liga às sequências reguladoras específicas e estimula a sua transcrição para a sobrevivência, proliferação e diferenciação da célula.
Besidesides efectores positivos, existem vários reguladores negativos que muitas vezes desligam a resposta. Alguns deles são os seguintes:
- Suppressores de sinalização de citocinas (SOCs) : O STAT ativado inicia a transcrição dos SOCs e por fim a proteína SOCs se associa aos Jaks fosforilados e por este processo termina o caminho.
- Inibidores de proteína de STAT ativado (PIAS) : A proteína PIAS se liga com dímeros STAT e inibe a interação do STAT com o elemento de resposta do DNA, inibindo assim a transcrição das proteínas alvo.
- PTPs (Protein Tyrosine Phosphatases): Os PTPs desfosforilam a molécula efetora, tornando-os inativos, assim, regulando negativamente a sinalização.
4.4. TGF-β Pathway
O fator de crescimento transformador β é uma enzima multifuncional que pode atuar como hormônios, molécula efetora, ou mediadores locais para regular muitas respostas celulares. O ligante para a sinalização pode ser TGFβ, proteínas morfogenéticas ósseas (BMPs), hormônio anti-müllerian (AMH), Activin e proteína nodal. Estas proteínas procedem com a ajuda de receptores ligados a enzimas que contêm um domínio serina/teronina quinase no lado citoplasmático da membrana. Estes receptores compreendem principalmente duas classes – tipo I e tipo II que se associam de forma específica, necessárias para a sinalização. SARA (The SMAD Anchor for Receptor Activation) e HGS (Hepatocyte Growth Factor-regulated Tirosine kinase Substrate) são a proteína que medeia ainda mais a via TGF β. A via de sinalização procede da seguinte forma:
- TGF- β ligand ligand liga-se ao homodímero tipo II causando a fosforilação e activando o receptor tipo I. Assim, formando um complexo tetramérico.
- Na ativação, o complexo receptor liga-se e a proteína reguladora dos fosforilatos, Smad 1, Smad 2, Smad 3. O Smad fosforilado dissocia-se do receptor e combina-se com o Smad 4.
- O complexo Smad dissocia-se e entra no núcleo e liga-se ao sítio específico no DNA e regula a expressão dos genes alvo.
A sinalização TGF β está envolvida em vários processos celulares incluindo o crescimento celular, diferenciação celular, proliferação e apoptose. O mecanismo é regulado pela inibição de feedback através de várias vias como a endocitose mediada pela clatrina, bloqueando a formação do complexo Smad, fechando assim a via TGF- β.
4.5. Receptores Hormonais Intracelulares
A família de receptores hormonais esteróides e tireoidianos funciona como fatores de transcrição, pois após a ligação dos hormônios eles ativam a expressão gênica. A superfamília receptora do hormônio esteróide-tiróide Seu receptor está localizado no citoplasma e ligam seus ligandos lipofílicos neste compartimento, pois estes hormônios são capazes de penetrar livremente na membrana plasmática hidrofóbica. Ao ligar os ligandos, o complexo hormonal-receptor transloca para o núcleo e liga-se a sequências específicas de ADN denominadas elementos de resposta hormonal (EAR). A ligação do complexo a um HRE resulta em taxas de transcrição alteradas do gene associado. A análise do genoma humano revelou 48 genes receptores nucleares.
Muitos destes genes são capazes de produzir mais de uma isoforma receptora. Todos os receptores nucleares contêm um domínio ligante ligante (LBD) e um domínio ligante de DNA (DBD). O receptor esteróide III liga-se ao DNA como homodímeros, por exemplo, receptor de estrogênio (ER), receptor mineralocorticoide (MR), receptor de progesterona (PR), receptor de androgênio (AR) e o receptor de glicocorticóides (GR). O receptor de esteróides I liga-se ao ADN como heterodímeros. Os receptores retinóides X (RXRs), os receptores hepáticos X (LXRs), os receptores farnesóides X (FXRs) e os receptores peroxisómicos activados por proliferadores (PPARs) são o exemplo do receptor que se liga aos ligandos lipofílicos tal como os receptores de hormonas esteróides e os receptores de hormonas da tiróide.
Os hormonas esteróides são todos derivados do colesterol. Além disso, com exceção da vitamina D, todos eles contêm o mesmo anel ciclopentanofenantreno e o mesmo sistema de numeração atômica que o colesterol. Os esteróides com 21 átomos de carbono são conhecidos como pregnanes, enquanto os que contêm 19 e 18 átomos de carbono são conhecidos como androstanes e estranes, respectivamente. O ácido retinóico e a vitamina D não são derivados da pregnenolona, mas da vitamina A e do colesterol, respectivamente, todos são hormônios esteróides derivados da pregneolona.
Todos os hormônios esteróides exercem sua ação passando pela membrana plasmática e ligando-se aos receptores intracelulares. O complexo hormonal – receptor funciona como fator de transcrição. O complexo move-se para o núcleo liga-se às suas sequências de DNA conhecidas como elementos de resposta hormonal e activa os genes.
4.6. Sistema de dois componentes :
Em bactérias e plantas, a transdução de sinal é mediada por dois sistemas componentes (TCS), envolve na comunicação célula-célula e para responder ao sinal extracelular. Em bactérias os sistemas de dois componentes são omnipresentes. TCS não está presente em humanos e outros mamíferos, tornando-se assim alvo de drogas.
Os dois sistemas componentes contêm um sensor, que é uma proteína transmembrana homodimérica chamada Histidina quinase colocada, que está tendo atividade auto-fosforilante juntamente com um resíduo conservado de histidina e um regulador de resposta localizado após a histidina quinase, que contém um resíduo de aspartato conservado. A histidina quinase (HK) tem dois domínios, um domínio de transferência de histidina fosfato, que possui histidina específica e o segundo domínio de ligação ATP. O regulador de resposta (RR) também tinha dois domínios, um domínio receptor conservado, que compreende o aspartato conservado e o segundo domínio efetor.
Quando um ligante vem e se liga ao terminal N da histidina quinase, por sua vez provoca a ativação da atividade auto-fosforilante da histidina quinase. Como resultado, causa a transferência de um resíduo de fosfato de ATP para a histidina conservada presente no domínio da cinase presente no terminal C. Isto leva à transferência deste fosfato da histidina para a conservação do aspartato presente no domínio do receptor conservado do regulador de resposta. A fosforilação do aspartato resulta em mudança conformacional na RR, por sua vez causa a ativação do domínio effector da RR, como resultado o sinal é gerado para mediar a resposta celular especificamente fora ou na expressão gênica.
Histidina quinase também presente na forma híbrida chamada histidina quinase híbrida, a qual histidina quinase também contém um domínio receptor interno, como ligando à histidina quinase híbrida, ela se auto-fosforila da histidina pelo mesmo mecanismo. Em seguida, transfere este fosfato para o resíduo de aspartato do domínio receptor interno, após o que esta transferência de fosfato para a proteína de histidina fosfotransferase ou histidina fosfotransferase, que transferem este fosfato para o regulador de resposta terminal contendo o resíduo de aspartato conservado. Este sistema é chamado de sistema fosforelay.
4.7. Quorum sensing
Quorum sensing define como um mecanismo através do qual a regulação do processo fisiológico (motilidade, competência, conjugação, simbiose, virulência, esporulação e produção de antibióticos) e a atividade cooperativa ocorre em bactérias porque controla a expressão gênica. Através deste mecanismo, a comunicação entre as células bacterianas ocorre através da detecção e resposta a uma pequena molécula secretada de baixo sinal molecular, que é difusível na natureza e conhecida como auto-indutor, cuja concentração define a densidade de células bacterianas, pois ambas tinham correlação diretamente proporcional. Este mecanismo ajuda as bactérias a desempenhar várias funções como, por exemplo, permitir que as células bacterianas identifiquem a sua densidade populacional, na formação de biofilmes, na colonização de bactérias, durante a protecção contra concorrentes e proporcionar capacidade de adaptação a ambientes em mudança. Vibrio fischeri, um bioluminescente marinho, é o primeiro em que a detecção do quórum é descrita.
A detecção do quórum responsável pelo início da atividade coordenada que rege a expressão gênica, que é feita quando a expressão gênica que rege o ativador transcripcional ou sensor interage com seu respectivo autoindutor, devido a este autoindutor de sinalização também induz a sua própria expressão gênica. A detecção do quorum realizada em resposta à densidade e mudança da população bacteriana de acordo com a flutuação ocorre na população bacteriana, por sua vez a atividade coordenada que governa a expressão gênica também ocorre porque nesta situação a interação da expressão gênica que governa o ativador transcricional ou sensor com seu autoindutor também se altera em relação à situação. A alteração na expressão gênica ocorre quando a concentração do autoindutor é detectada como limiar mínimo de concentração estimulante. O mecanismo de detecção de quorum é usado tanto por bactérias gram negativas quanto por bactérias gram positivas.
Em bactérias estão presentes três classes de detecção de quorum que são mencionadas abaixo:
A primeira classe é governada pelo sistema LuxI/LuxR que possui acyl-homoserine lactone (AHL) como sua molécula de sinal e este tipo de detecção de quorum presente em bactérias Gram-negativas. LuxI como proteína chamada ALH synthase responsável pela síntese da lactona acil-homoserina (AHL), a AHL é formada pelo acoplamento da metionina homocystein de S-adenosilmetionina (SAM) a uma proteína transportadora acil-acyl específica (acyl-ACP), neste acoplamento a metionina homocystein une-se à cadeia lateral acil-ACP e a lactonização deste intermediário resulta na formação da acil-HSL juntamente com a liberação da metiltioadenosina. A AHL única é produzida por cada espécie bacteriana como resultado da resposta de um determinado membro da espécie bacteriana e do reconhecimento de uma molécula de sinal específico. Após a síntese ela se difunde e é reconhecida e ligada por uma proteína cognata LuxR, por sua vez a ativação do LuxR ocorre então o complexo de AHL-LuxR se liga ao promotor do gene alvo e se inicia a transcrição desse gene.
Este é o diagrama da detecção do quórum em bactérias Gram-negativas, definir a ativação transcripcional requer a concentração limite particular para ativar a transcrição do gene, abaixo dessa concentração não ocorre qualquer tipo de transcrição.
Segunda classe governa o sistema de dois componentes mediados por oligopeptídeo que possui pequeno peptídeo como molécula de sinal e este tipo de detecção de quorum presente nas bactérias Gram-positivas. Em bactérias Gram-positivas o auto-indutor não é capaz de atravessar a membrana plasmática e o sensor ou receptor deste indutor chamado peptídeo auto-indutor (AIP- 5 a 25 aminoácidos) são proteína transmembrana, aqui o sistema de transdução de sinal de dois componentes que contém receptor de AIP é chamado de proteína histidina quinase juntamente com um regulador de resposta citoplasmática que procede a transdução do sinal por meio da regulação da expressão gênica via sinal peptídeo. A PIA é secretada no interior da célula em ambiente externo por um transportador ABC.
Terceira classe governa por luxS autoindutor codificado 2 e este tipo de detecção de quorum presente em Gram-negativo bem como bactérias Gram-positivas.
Now LET’S TALK sobre o exemplo de Vibrio fischeri, um bioluminescente marinho. Vibrio fischeri reside em uma relação simbiótica com um número de hospedeiros de animais marinhos. Vibrio fischeri produz luz através da produção da enzima luciferase. Assim chamadas bioluminescentes e bactérias produzem luminescência que é luz azul-esverdeada, quando as bactérias estão presentes em grande concentração em resposta à detecção de quorum AHLs. A produção de luz ocorre em órgão especializado presente no organismo marinho chamado de órgão leve quando as bactérias são colonizadas em alta concentração neste órgão leve, mas Vibrio fischeri não produz luminescência quando presente em estado livre e esta luminescência aparece no escuro.
Chemotaxis em bactérias
Chemotexis é um fenômeno que explica o movimento das bactérias em resposta ao estímulo químico, na direção específica. A quimiotaxia tem um papel importante no movimento de flagelos das bactérias, na busca de alimentos e em caso de proteção como a sensação de venenos. Se o movimento ocorre em direção a uma maior concentração de produtos químicos, é chamado de quimiotaxia positiva, como inversa, Se o movimento ocorre em direção oposta à maior concentração de produtos químicos, é chamado de quimiotaxia negativa. Indutor de quimiotaxia em células móveis chamado quimioattratante (quimiocinas e peptídeos formil) e quimiorepelente (aminoácido, sais inorgânicos e algumas quimiocinas), se o quimioattratante está presente a célula se move na direção oposta e se o quimiorepelente está presente, então a célula se move na direção oposta ou longe do químico. Ambos os químicos realizam sua sinalização interagindo com seu receptor, que é uma proteína transmembrana. A quimiotaxia é realizada por dois sistemas componentes, que contém a proteína histidina quinase como receptor transmembrana juntamente com um regulador de resposta citoplasmática que procede a transdução do sinal por meio da regulação da expressão gênica em resposta a uma determinada substância química.
Rotação flagelar em E.coli governada pela quimiotaxia e movimento de flagelo correlacionado com o comportamento de natação das bactérias, durante a rotação flagelar no sentido anti-horário, as bactérias se movem para frente, o que também é chamado de corrida junto com esta bactéria nadam em linha reta, este tipo de movimento é obtido porque a rotação no sentido anti-horário causa o alinhamento do flagelo em um único feixe rotativo. Durante a rotação flagelar no sentido dos ponteiros do relógio, o movimento das bactérias no sentido da marcha para a frente é interrompido juntamente com esta bactéria, e a bactéria cai no lugar. Este tipo de movimento ocorre porque a rotação no sentido horário quebra o feixe de flagelos separadamente, aqui cada flagelo aponta em direção separada. Se o gradiente químico não estiver presente, o movimento das bactérias é aleatório, neste caso as bactérias movem-se para a frente/correr. Assim, nada e depois de algum tempo fica parado, assim, cai. Se o gradiente químico estiver presente, no caso da presença de quimiotracção é menos frequente e ocorre uma corrida mais longa ou no caso da presença de quimiorepelente, ocorre uma corrida mais longa em direcção oposta juntamente com uma queda menor.
O movimento flagelar é realizado por dois sistemas componentes, como mencionado acima, aqui o receptor é conhecido como proteína quimiotaxisceptora de Metil-aceitação (MCP) e a metiltransferência do receptor é feita por um nome de metiltransferase CheR, CheW uma proteína adaptadora liga-se ao receptor de um lado e liga-se ao CheA do outro lado, ligando assim o CheA com uma proteína sensor. CheA um sensor de histidina quinase possui um resíduo de histidina conservado. Quando um quimiorepelente vem e se liga ao MCP, por sua vez, ativar o MCP, que ativam o CheW e que ativam o CheA de forma em cascata, CheA ativado causar auto-fosforilação do seu próprio resíduo de histidina conservada e, em seguida, CheA transferir o fosfato para CheY, que é um regulador de resposta e possui um resíduo de aspartato conservado, como resultado a difusão de ChsY tem lugar e interage com a proteína FliM do interruptor flagelar ou proteína do motor flagelar, isto leva à mudança da rotação do flagelar de forma anti-horária para a rotação horária.
CheY é responsável pelo controle do motor flagelar. Como a mudança de rotação de um único flagelar ocorre, ela causa a interrupção de todo o conjunto de flagelos, o que resulta em uma queda. O estado de fosforilação do CheY persiste por alguns segundos, e o CheY desfosforato por CheZ, que é responsável pela terminação do sinal e conhecido como fosfatise específico de Asp. Inactivação do CheY feito por CheZ. A ligação do atrativo exerce efeito oposto, causa inativação do receptor, por sua vez a fosforilação de CheA e CheY é diminuída, como resultado a rotação do flagelo em contra-relógio ocorre assim as bactérias correm e nadam na direção da frente. As bactérias ficam dessensibilizadas se houver maior concentração de ligand e que é mais do que a concentração normalmente maior.
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