Rang e Dale: Farmacologia
Tipo 3 | Receptores ligados a quinases e receptores correlatos
particular:
• Um gene, por meio de splicing alternativo, edição de RNA etc., pode dar
origem a mais de uma proteína de receptor
• Uma proteína GPCR pode associar-se a outras, ou a outras proteínas
como as RAMP, e dar origem a mais de um tipo de receptor funcional
• Diferentes agonistas podem afetar o receptor de diversas maneiras e
produzir respostas qualitativamente diferentes
• A via de transdução de sinal de “GPCR” não requer invariavelmente
proteínas G, e pode haver ligação cruzada com os receptores ligados à
tirosinoquinase.
Os GPCR são moléculas evidentemente versáteis e aventureiras, ao redor das
quais gira boa parte da farmacologia moderna, e ninguém deve imaginar que
tenhamos chegado ao fim da história.
TIPO 3 | RECEPTORES LIGADOS A QUINASES E
RECEPTORES CORRELATOS
Esses receptores de membrana são bastante diferentes dos canais controlados
por ligantes e dos GPCR, tanto em estrutura quanto em função. Eles medeiam
as ações de uma ampla variedade de proteínas mediadoras, incluindo fatores
de crescimento e citocinas (ver Capítulo 19), e hormônios como a insulina
(ver Capítulo 32) e a leptina (ver Capítulo 33), cujos efeitos são exercidos
principalmente em nível de transcrição gênica. A maioria desses receptores é
constituída de grandes proteínas que consistem em uma cadeia única de até
1.000 resíduos, com uma única região helicoidal transmembranar, a qual liga
um amplo domínio extracelular de ligantes a um domínio intracelular de
tamanho e função variáveis. A estrutura básica é mostrada na Figura 3.3C, porém existem muitas variantes (ver adiante). Mais de 100 receptores desse
tipo foram clonados e existem muitas variações estruturais. Para mais
detalhes, ver a revisão Hubbard e Miller (2007). Esses receptores têm papel
importante no controle da divisão celular, metabolismo intermediário, no
crescimento, na diferenciação, na inflamação, na reparação tecidual, na
apoptose e nas respostas imunológicas, assuntos discutidos mais adiante nos
Capítulos 6 e 19.
Os principais tipos são os seguintes:
Receptores tirosinoquinase (RTK). Esses receptores têm a estrutura
básica mostrada na Figura 3.17A, incorporando uma porção de
tirosinoquinase na região intracelular. Estão incluídos receptores para muitos
fatores de crescimento, como o fator de crescimento epidérmico e o fator
de crescimento neuronal, e também o grupo de TLR, que reconhecem
lipopolissacarídios bacterianos e têm importante participação na reação do
organismo à infecção (ver Capítulo 7). O receptor de insulina (ver Capítulo
32) também pertence à classe dos RTK, embora tenha uma estrutura dimérica
mais complexa e se ligue indiretamente à tirosinoquinase intracelular.
Receptor de serina/treoninoquinases. Essa pequena classe é similar aos
RTK em estrutura, porém fosforila resíduos de serina e/ou treonina em vez de
tirosina. O principal exemplo é o receptor para o fator de crescimento
transformador (TGF; do inglês, transforming growth factor).
Receptores de citocinas. Esses receptores (Figura 3.17B) carecem de
atividade enzimática intrínseca. Quando ocupados, ativam várias
tirosinoquinases, tais como Jak (Janus quinase). Os ligantes para esses
receptores incluem citocinas como interferonas e fatores estimulantes de
colônia, envolvidos nas respostas imunológicas, bem como no crescimento e
na diferenciação celulares.
Figura 3.17 Mecanismos de transdução de receptores acoplados a quinases. A
primeira etapa que ocorre após a ligação do agonista é a dimerização, que leva à autofosforilação do domínio intracelular de cada receptor. Então, proteínas com domínio SH2 ligam-se ao receptor fosforilado e são, elas próprias, também fosforiladas. Duas vias bem caracterizadas são mostradas. A. Via do fator de crescimento (Ras/Raf/proteinoquinase
ativada por mitógeno [MAP]) (ver Capítulo 6). O Grb2 também pode ser fosforilado, mas isso altera negativamente sua sinalização. B. Esquema simplificado da via da citocina (Jak/Stat)
(ver Capítulo 19). Alguns receptores de citocina podem existir previamente como dímeros em vez de sofrerem dimerização na ligação à citocina. Várias outras vias existem, e essas cascatas de fosforilação interagem com componentes dos sistemas de proteínas G.
Receptores ligados a quinases
• Receptores para diversos fatores de crescimento incorporam a tirosinoquinase em seu
domínio intracelular
• Receptores de citocinas contêm um domínio intracelular que liga e ativa quinases citosólicas
quando o receptor é ocupado
• Todos os receptores compartilham uma arquitetura comum, que consiste em um grande
domínio extracelular de ligação ao ligante, conectado ao domínio intracelular através de
uma única hélice transmembrana
• A transdução de sinais geralmente envolve a dimerização de receptores, seguida de
autofosforilação de resíduos de tirosina. Os resíduos de fosfotirosina atuam como aceptores
dos domínios SH2 de várias proteínas intracelulares, permitindo, dessa maneira, o controle
de muitas funções celulares
• Estão envolvidos principalmente em eventos que controlam o crescimento e a diferenciação
celulares, e atuam indiretamente por regulação da transcrição gênica
• Duas vias importantes são:
– A via Ras/Raf/proteinoquinase ativada por mitógenos (MAP), que é importante na
divisão, no crescimento e na diferenciação celulares
– A via Jak/Stat, ativada por muitas citocinas, controla a síntese e a liberação de muitos
mediadores in amatórios.
Mecanismos da fosforilação proteica e da cascata das quinases
A fosforilação de proteínas (Cohen, 2002) é um mecanismo-chave para
controlar a função de proteínas (p. ex., enzimas, canais iônicos, receptores,
proteínas de transporte) envolvidas na regulação dos processos celulares.
Fosforilação e desfosforilação são realizadas por quinases e fosfatases,
respectivamente – enzimas das quais algumas centenas de subtipos estão
representadas no genoma humano –, as quais, por sua vez, estão elas mesmas
sujeitas à regulação, dependendo de seu estado de fosforilação. Atualmente,
há muitos esforços para mapear as complexas interações das moléculas
sinalizadoras envolvidas em efeitos de fármacos e em processos
fisiopatológicos como oncogênese, neurodegeneração, inflamação e muitos
outros. Podemos aqui apresentar apenas alguns poucos aspectos
farmacologicamente relevantes daquilo que se tornou um tema de grandes
proporções.
Em muitos casos, a ligação do ligante ao receptor leva à dimerização. A
associação dos dois domínios de quinase intracelulares permite que ocorra
autofosforilação mútua de resíduos de tirosina intracelulares. Os resíduos de
tirosina fosforilados atuam, então, como pontos de ancoragem de alta
afinidade para outras proteínas intracelulares que constituem o próximo passo
na cascata de transdução de sinal. Um importante grupo dessas proteínas é
conhecido como proteínas de domínio SH2 (referindo-se à homologia Src,
pois esse domínio foi identificado pela primeira vez no produto do oncogene
Src).16 Essas proteínas apresentam uma sequência altamente conservada de
cerca de 100 aminoácidos, formando um local de reconhecimento para os
resíduos de fosfotirosina do receptor. Proteínas de domínio SH2 individuais,
muitas das quais já são conhecidas, ligam-se seletivamente a determinados
receptores, de modo que o padrão de eventos desencadeados pelos fatores de
crescimento particulares é altamente específico. O mecanismo é resumido na
Figura 3.17.
O que ocorre quando a proteína de domínio SH2 se liga ao receptor
fosforilado varia significativamente, de acordo com o receptor envolvido;
muitas proteínas de domínio SH2 são enzimas, como proteinoquinases ou
fosfolipases. Alguns fatores de crescimento ativam um subgrupo específico
de fosfolipase C (PLCγ) e, desse modo, provocam quebra de fosfolipídios,
formação de IP3 e liberação de Ca2+ (p. 35). Outras proteínas contendo domínio SH2 realizam o acoplamento de proteínas contendo fosfotirosinas
com várias outras proteínas funcionais, inclusive muitas que estão envolvidas
no controle de divisão e diferenciação celulares. O resultado final é ativar ou
inibir, via fosforilação, diversos fatores de transcrição que migram para o
núcleo e suprimem ou induzem a expressão de determinados genes. Para mais
detalhes, ver Jin e Pawson (2012). O fator nuclear kappa B (NF B) é um
fator de transcrição que desempenha papel-chave em várias complicações,
incluindo inflamação e câncer (ver Capítulos 18 e 57; Karin et al., 2004). Em
geral, está presente no citoplasma, complexado com um inibidor (I B). A
fosforilação do I B ocorre quando uma quinase específica (IKK) é ativada
em resposta a várias citocinas inflamatórias e agonistas de GPCR. Isso resulta
na dissociação do complexo I B-NF B e na migração deste último para o
núcleo, em que, então, ativa vários genes proinflamatórios e antiapoptóticos.
▼ Duas vias bem-definidas de transdução de sinal estão resumidas na
Figura 3.17. A via Ras/Raf medeia o efeito de muitos fatores de
crescimento e mitógenos. Ras, que é um produto proto-oncogene,
funciona como uma proteína G e transmite o sinal (mediante permuta
GDP/GTP) a partir da proteína de domínio SH2, Grb. A ativação de Ras,
por sua vez, ativa Raf, que é a primeira de uma sequência de três
serina/treoninoquinases, em que cada uma fosforila e ativa a próxima da
sequência. A última delas, a MAP-quinase (que também é ativada pelos
GPCR; ver anteriormente), fosforila um ou mais fatores de transcrição
que iniciam a expressão gênica, resultando em diversos tipos de resposta
celular, incluindo a divisão celular. Essa cascata da MAP-quinase de três
etapas faz parte de muitas vias sinalizadoras intracelulares envolvidas em
uma ampla gama de processos mórbidos, incluindo tumores malignos,
inflamação, neurodegeneração, aterosclerose e muitos outros. As quinases
formam uma grande família, com diferentes subtipos executando funções
específicas. Acredita-se que elas representem um alvo importante para
futuros agentes terapêuticos. Muitos cânceres estão associados a
mutações nos genes que codificam as proteínas envolvidas nessa cascata,
levando à sua ativação na ausência do sinal do fator de transcrição (ver
Capítulos 6 e 57). Para mais detalhes, ver a revisão de Avruch (2007).
Uma segunda via, a via Jak/Stat (Figura 3.17B), está envolvida nas
respostas a muitas citocinas. Ocorre dimerização desses receptores
quando a citocina se liga, e isso atrai uma unidade tirosinoquinase
citosólica (Jak) para se associar e, então, fosforilar o dímero do receptor.
As Jaks pertencem a uma família de proteínas, da qual diferentes
membros apresentam especificidade para diferentes receptores de
citocinas. Entre os alvos para a fosforilação pela Jak, está uma família de
fatores de transcrição (Stats). Estes são proteínas de domínio SH2 que se
ligam aos grupamentos fosfotirosina no complexo receptor-Jak, sendo
elas próprias fosforiladas. A Stat, assim ativada, migra para o núcleo e
ativa a expressão gênica.
Outros mecanismos importantes se concentram na fosfatidilinositol-3
quinase (PI3 quinases, Vanhaesebroeck et al., 1997), uma família de
enzimas ubíquas que é ativada tanto por GPCR quanto por RTK e se liga
ao grupamento fosfato presente na posição 3 da PIP2 para formar a PIP3.
Outras proteinoquinases, principalmente a proteinoquinase B (PKB,17
também conhecida como Akt), apresentam pontos de reconhecimento
para PIP 3 e, então, são ativadas, controlando uma grande variedade de
funções celulares, incluindo apoptose, diferenciação, proliferação e
tráfego. A PKB também provoca a ativação de NO sintase no endotélio
vascular (ver Capítulo 21).
Trabalhos recentes sobre as vias de transdução de sinal produziram uma
desnorteante profusão de detalhes moleculares, com frequência expressos
em um jargão que tende a desencorajar os mais tímidos. Entretanto, a
perseverança será recompensada, pois não restam dúvidas de que novos
fármacos importantes surgirão, particularmente nas áreas de inflamação,
imunologia e câncer, tendo essas proteínas como alvo. Obteve-se avanço
no tratamento da leucemia mieloide crônica com a introdução do primeiro
inibidor de quinase especificamente projetado, o imatinibe, um fármaco
que inibe uma tirosinoquinase específica envolvida na patogênese da
doença (ver Capítulo 57).
A Figura 3.18 ilustra, de modo muito simplificado e esquemático, o papel
central das proteinoquinases nas vias de transdução de sinal. Muitas das
proteínas envolvidas, se não todas, incluindo os receptores e as próprias
quinases, são substratos para quinases, de modo que há muitos mecanismos
de feedback e interações cruzadas das várias vias de sinalização. Tendo em
vista que existem mais de quinhentas proteinoquinases e um número
igualmente elevado de receptores e outras moléculas sinalizadoras, a rede de
interações pode parecer espantosamente complexa. Dissecar seus detalhes
tornou-se o tema principal da biologia celular. Para os farmacologistas, a
ideia de uma conexão simples entre receptor e resposta, que norteou o
pensamento ao longo do século XX, está, sem dúvida, desmoronando,
embora ainda falte algum tempo para que as complexidades das vias
sinalizadoras sejam incorporadas, formando um novo modo de pensar sobre a
ação dos fármacos.
Fosforilação de proteínas na transdução de sinais
• Muitos eventos mediados por receptores envolvem a fosforilação de proteínas, que
controlam as propriedades funcionais e de ligação das proteínas intracelulares
• As tirosinoquinases ligadas a receptores, as tirosinoquinases ativadas por nucleotídios
cíclicos e as serino/treoninoquinases intracelulares constituem um mecanismo de “cascata
de quinases” que leva à ampli cação dos eventos mediados por receptores
• Existem muitas quinases com diferentes especi cidades de substrato, proporcionando a
especi cidade observada nas vias ativadas por diferentes hormônios
• A dessensibilização de receptores ligados à proteína G decorre da fosforilação por quinases
especí cas de receptores, o que torna o receptor não funcional e leva à internalização
• Existe uma grande família de fosfatases que atuam desfosforilando proteínas e, assim,
revertem os efeitos das quinases.