Rang e Dale: Farmacologia
Tipo 4 | Receptores nucleares
Figura 3.18 Papel central das cascatas de quinases na transdução de sinais. As
cascatas de quinases (p. ex., aquelas mostradas na Figura 3.15) são ativadas por receptores acoplados à proteína G (GPCR), diretamente ou por meio de diferentes segundos mensageiros, por receptores que geram GMPc ou, ainda, por receptores acoplados a quinases. As cascatas das quinases regulam diversas proteínas-alvo, que, por sua vez, produzem uma grande variedade de efeitos de curto e longo prazos. CaM-quinase, quinase dependente de Ca2+/calmodulina; DAG, diacilglicerol; GC, guanilil ciclase; GRK, GPCR quinase; IP , inositol trifosfato; PKA, proteinoquinase dependente de cAMP; PKC, 3
proteinoquinase C; PKG, proteinoquinase dependente de GMPc.
TIPO 4 | RECEPTORES NUCLEARES
Nos anos 1970 estava claro que os receptores para hormônios esteroides, tais
como estrógenos e glicocorticoides (ver Capítulos 36 e 34), estavam
presentes no citoplasma das células e eram translocados para o núcleo após a ligação com seu ligante esteroide. Descobriu-se também que outros
hormônios, tais como o hormônio tireoidiano T3 (ver Capítulo 35) e as vitaminas lipossolúveis D e A (ácido retinoico), atuam de maneira similar. A
comparação entre os dados do sequenciamento genômico e proteico levou ao
reconhecimento de que eram membros de uma família muito maior de
proteínas correlatas. Estes são agora conhecidos como família dos receptores
nucleares (NR).
O NR, assim como os receptores para glicocorticoides e para o ácido
retinoico, cujos ligantes são bem caracterizados, inclui uma família de grande
número (cerca de 40%) de receptores órfãos – receptores sem nenhum ligante
bem-definido conhecido (ver anteriormente). Destes, o primeiro a ser
descrito, nos anos 1990, foi o receptor de retinoide X (RXR), um receptor
clonado com base em sua semelhança com o receptor de vitamina A e que
veio a se descobrir ser o responsável pela ligação do ácido 9 cis retinoico
derivado da vitamina A. Este evento despertou intenso interesse no campo
NR, e, ao longo dos anos, foram caracterizados parceiros de ligação
específicos para muitos NR (“órfãos adotados”; p. ex., RXR), embora no caso
de muitos outros (“órfãos verdadeiros”) ainda não tenham sido identificados
– ou talvez isso não seja possível, uma vez que uma possível função desses
receptores é sua capacidade “promíscua” de se ligarem a muitos compostos
relacionados (como, p. ex., os fatores dietéticos) com baixa afinidade.
Ao contrário de outros receptores descritos neste capítulo, os NR podem
interagir diretamente com o DNA, e podem ser considerados como fatores de
transcrição ativados por ligantes que produzem os seus efeitos modificando
a transcrição do gene. Por meio desse mecanismo eles podem controlar a
transcrição e a expressão de muitos genes e proteínas, sendo assim, como se
pode imaginar, são os principais intervenientes na regulação do metabolismo,
desenvolvimento e outros processos fisiológicos críticos. Outra propriedade
única é que os NR geralmente não são incorporados em membranas como GPCR ou canais iônicos, mas estão presentes em outros compartimentos da
célula. Alguns, como os receptores de esteroides, que estão
predominantemente localizados no citoplasma, são ativados pelo seu ligante e
translocados do citoplasma para o núcleo, enquanto outros, como o RXR,
provavelmente encontram-se maioritariamente dentro do compartimento
nuclear. Dito isso, há evidências crescentes da existência de pequenos
aglomerados de alguns NR, tais como receptores de estrogênio e
glicocorticoide (ER e GR), na membrana plasmática e nas organelas como as
mitocôndrias (Levin e Hammes, 2016), onde podem atuar diretamente em
outros alvos, como proteinoquinases, para provocar ações biológicas
imediatas.
A superfamília dos NR desenvolveu-se, supostamente, a partir de um
gene evolucionário ancestral distante, mediante duplicação e outras técnicas.
No ser humano, existem pelo menos 48 membros, mas podem surgir mais
proteínas por meio de técnicas de divisão alternativas. Enquanto isso
representa apenas uma pequena porção de todos os receptores (menos de 10%
do número total de GPCR), os NR são alvos muito importantes de fármacos
(Burris et al., 2013), sendo responsáveis pelos efeitos biológicos de
aproximadamente 10 a 15% de todos os fármacos de prescrição. Eles podem
reconhecer um grupo extraordinariamente diversificado de substâncias (a
maioria composta por moléculas hidrofóbicas), que podem exibir atividade
total ou parcial como agonistas, antagonistas ou agonistas inversos. Alguns
NR que ligam os seus ligantes com alta afinidade (p. ex., ER e GR) estão
envolvidos predominantemente na sinalização endócrina, mas muitos ligam
os seus ligantes com baixa afinidade e provavelmente atuam como sensores
metabólicos (p. ex., lipídicos). São vínculos cruciais entre nossos status
dietético e metabólico e a expressão de genes que regulam o metabolismo e a
disposição de lipídios. NR também regulam a expressão de muitas enzimas
do metabolismo de fármacos e transportadores.
Estrutura dos receptores nucleares
▼ Todos os NR são proteínas monoméricas de 50 a 100 kDa que
compartilham características estruturais similares, compreendendo quatro
módulos (Figura 3.19; ver Bourguet et al., 2000, para mais detalhes). O
domínio N-terminal é o que apresenta maior heterogeneidade, abrigando o
ponto de função de ativação 1 (AF1), que se liga, de maneira ligante-
independente, a outros fatores de transcrição específicos da célula e
modifica a ligação ou a capacidade regulatória do próprio receptor. Na
presença do ligante, ocorre sinergia com AF2 para produzir o complexo
totalmente ativo. O splicing alternativo dos genes pode dar origem a
diversas isoformas do receptor, cada qual com regiões N-terminais
ligeiramente distintas. O domínio central do receptor é altamente
conservado e consiste na estrutura responsável pelo reconhecimento do
DNA e de sua respectiva ligação. No âmbito molecular, contém duas
alças ricas em dedos de zinco, que são alças ricas em cisteína (ou
cistina/histidina) em sua cadeia de aminoácidos e que são mantidas em
uma conformação específica por íons zinco. A função principal dessa
porção da molécula é reconhecer e se ligar aos elementos responsivos a
hormônios (ERH) localizados nos genes, que são regulados por essa
família de receptores, mas ela também desempenha papel relevante na
regulação da dimerização do receptor que é crucial para a função da
maioria dos NR.
A região de dobradiça altamente flexível da molécula é que lhe permite a
dimerização com outros NR e regula o tráfico intracelular do receptor.
Dessa forma, é possível produzir complexos moleculares com diversas
configurações, capazes de interagir com o DNA de forma diferente.
Finalmente, o domínio C-terminal contém o módulo de ligação ao ligante
e é especifíco a cada classe de receptor, embora altamente conservado
estruturalmente. Isso também é importante na dimerização e ligação das
proteínas coativadora e correpressora (ver adiante). A região AF2 é
importante para a ativação dependente do ligante e, de forma geral,
altamente conservada, embora ausente de Rev-erbAα e Rev-erbAβ, NR
que regulam o metabolismo (e também funcionam como parte de um
mecanismo molecular do ritmo circadiano). Perto do C-terminal, também
estão elementos que contêm sinais de localização nucleares e outros que
podem, no caso de alguns receptores, ligar as proteínas de choque térmico
e outras proteínas.
Controle da transcrição genética
▼ Os HRE são pequenas sequências de DNA (geralmente 4 a 6 pares de
base) a que os NR se ligam e modificam a transcrição genética. Em geral,
estão presentes simetricamente aos pares, embora essa estrutura possa
variar (p. ex., sequências simples ou sequências invertidas). Cada NR
exibe uma preferência por determinada sequência consensual e o
espaçamento de nucleotídios entre eles, mas por causa da homologia
familiar, estes compartilham uma semelhança próxima. No núcleo, os
domínios AF1 e AF2 do receptor ligado ao ligante recrutam grandes
complexos de outras proteínas, incluindo coativadores ou correpressores
para modificar a expressão genética. Alguns desses coativadores são
enzimas envolvidas na disrupção de cromatina, tal como a histona
acetilase/deacetilase, que, juntamente com outras enzimas, regulam o
desenrolamento do DNA para facilitar o acesso das enzimas polimerase e,
consequentemente, a transcrição dos genes. Os complexos de
correpressores são recrutados por alguns receptores e englobam a histona
deacetilase e outros fatores que provocam a condensação da cromatina,
evitando a ativação adicional da transcrição. O caso do receptor
constitutivo de androstano (CAR, ver adiante) é particularmente
interessante; tal como ocorre com alguns tipos de proteína G descritos
anteriormente neste capítulo, o CAR pode formar um complexo ativo que
termina quando seu ligante estabelece a ligação. Os mecanismos de
regulação negativa dos genes pelos NR são particularmente complexos
(ver Santos et al., 2011, para uma boa perspectiva sobre esse fenômeno).
Além dos agonistas, os NR também podem ser alvo de antagonistas
competitivos, que impedem a ocupação do local de ligação pelo ligante
endógeno ou pelos agonistas inversos (ou antagonistas), que impedem
estericamente a ligação de fatores coativadores, reduzindo assim a
atividade constitutiva desses receptores. Um desenvolvimento muito
interessante é a identificação de moduladores seletivos do receptor (p. ex.,
moduladores do receptor seletivo de estrogênio – SERM) que, ao alterar a
ligação das proteínas coativadoras e correpressoras, têm atividade
agonista em alguns tecidos e atividades antagonistas em outros.
Figura 3.19 Diagrama esquemático de um receptor nuclear. Diagrama bastante simplificado da topologia funcional de um receptor nuclear (o receptor de estrogênio é escolhido como exemplo). Um diagrama esquemático mostra as várias regiões do receptor, incluindo o domínio de ligação de DNA (DBD). Abaixo está um diagrama ilustrando, nas cores correspondentes, a configuração do receptor ligado mostrando a sua ligação aos elementos de resposta hormonal (HRE) no DNA. Em (A), o ligante (L) está acoplado ao sítio de ligação (LBD) e isso permite que a região AF2 C-terminal se ligue ao LBD. Por sua vez, isso permite a ligação de uma proteína coativadora no LBD (apenas uma estrutura parcial mostrada), que permite a continuação da transcrição do gene. Em (B), um antagonista (A) está ligado ao LBD. Isso inibe estericamente a ligação de AF2 e, assim, a ligação da proteína coativadora. A maioria dos receptores nucleares opera como dímeros, mas apenas um monômero é mostrado aqui para esclarecimento. (Com base principalmente em Shiau et al., 1998.) Estruturas cilíndricas representam regiões da estrutura da proteína α-helicoidal.
Classificação dos receptores nucleares
Os NR são normalmente classificados em subfamílias de acordo com a sua
filogenia. No entanto, e para nossos objetivos, é mais útil classificá-los
tomando por base sua ação molecular em duas grandes classes (I e II) e dois
outros grupos menores de receptores (III, IV).
A classe I consiste principalmente em receptores esteroides endócrinos,
incluindo os receptores GR e mineralocorticoides (MR), bem como os
receptores de estrogênio, de progesterona e de androgênio (ER, PR e AR,
respectivamente). Em geral, os hormônios (p. ex., glicocorticoides)
reconhecidos por esses receptores exercem um mecanismo de feedback
negativo para controlar os eventos biológicos (ver Capítulo 34 para mais
informações). Na ausência de seu ligante, esses NR estão principalmente
localizados no citoplasma, complexados com proteínas de choque térmico ou
outras, e provavelmente ligados de forma inversa ao citoesqueleto ou a outras
estruturas intracelulares. Após a difusão (ou possivelmente transporte) na
célula a partir do sangue, os ligantes ligam-se a seu NR parceiro com grande
afinidade. Esses receptores ativados por ligantes formam, em geral,
homodímeros e deslocam-se para o núcleo, onde ativam ou reprimem genes
ao se ligarem a HRE “positivos” ou “negativos”. Depois de ligados, o NR
recruta outras proteínas e forma complexos que promovem a transcrição de
múltiplos genes. Estima-se, por exemplo, que o GR ativado possa, por si,
regular a transcrição de cerca de 1% do genoma, direta ou indiretamente.
Os NR da classe II atuam de forma um pouco diferente. Seus ligantes são
normalmente lipídios ou outros metabólitos já presentes, de alguma forma, no
interior da célula. Esse grupo inclui o receptor ativado pelo proliferador do
peroxissoma (PPAR), que reconhece os ácidos graxos; o receptor de oxisterol
(LXR), que reconhece e atua como sensor do colesterol; o receptor de
farnesoide (ácido biliar) (FXR), um receptor xenobiótico (SXR; em roedores,
o PXR) que reconhece um grande número de substâncias estranhas, incluindo
fármacos terapêuticos; e o CAR, que, não só reconhece o androstano
esteroide, como também alguns fármacos como o fenobarbital (ver Capítulo
46). De fato, o PXR e o CAR são como os guardas de segurança do aeroporto
que alertam a brigada antibomba quando encontram bagagem suspeita.
Quando detectam moléculas estranhas (xenobióticos), ativam enzimas que
metabolizam os fármacos, tais como o CYP3A (que é responsável pela
metabolização de cerca de 60% dos fármacos prescritos; ver Capítulo 10 e di
Masi et al., 2009). Também fazem a ligação de algumas prostaglandinas e
fármacos não esteroides, bem como os antidiabéticos tiazolidinedionas (ver
Capítulo 32) e fibratos (ver Capítulo 24).
Ao contrário dos receptores da classe I, esses NR operam, quase sempre,
como heterodímeros em conjunto com RXR, o receptor de retinoide X.
Podem, então, ser formados dois tipos de heterodímeros: um heterodímero
não permissivo, que pode ser ativado somente pelo próprio ligante RXR, e o
heterodímero permissivo, que pode ser ativado tanto pelo ácido retinoico
quanto pelo ligante de seu parceiro. Em geral, os NR da classe II estão
ligados a proteínas correpressoras. Estas se separam quando o ligante se liga
e permite o recrutamento de proteínas coativadoras, o que modifica, assim, a
transcrição dos genes. Esses receptores tendem a mediar os efeitos de
feedback positivo (p. ex., a ocupação do receptor amplifica, em vez de inibir,
determinado evento biológico).
Os NR da classe III são muito semelhantes aos da classe I, na medida em
que formam homodímeros, mas podem ligar-se a HRE, que não apresentam
uma sequência repetida invertida. Os NR da classe IV podem agir como
monômeros ou dímeros, mas apenas se ligam a um semiponto do HRE.
Muitos dos receptores órfãos remanescentes pertencem a essas últimas
classes.
Tabela 3.4 Alguns receptores nucleares
farmacologicamente significativos.
Nome do Ligação ao Mecanismo
Abreviatura Ligante Fármacos Localização
receptor ligante de ação
Tipo I
Todos os Translocação
Androgênio AR Testosterona
glicocorticoides para o núcleo.
naturais e sintéticos Ligação aos
Estrogênio ERα, β 17β-estradiol (ver Capítulo 34), HRE com dois
mineralocorticoides semipontos
(ver Capítulo 30) e em sequência
Cortisol, esteroides sexuais invertida.
Glicocorticoide GRα Citosólico Homodímeros
corticosterona (ver Capítulo 36) Recrutamento
juntamente com os de seus antagonistas coativadores,
Progesterona PR Progesterona (p. ex., raloxifeno, fatores de
4- transcrição e
hidroxitamoxifeno outras
Mineralocorticoide MR Aldosterona
e mifepristona) proteínas
Tipo II
Ácido 9-cis- Fármacos Nuclear Heterodímeros Ligação a HRE
Retinoide X RXR α,β,γ
retinoico retinoides (ver frequentemente com dois
Capítulo 28) com RXR meios-alvos
Ácido retinoico RAR α,β,γ Vitamina A