Conversa cruzada (biologia) - Crosstalk (biology)

A diafonia biológica se refere a casos em que um ou mais componentes de uma via de transdução de sinal afetam outra. Isso pode ser conseguido de várias maneiras, sendo a forma mais comum a interferência cruzada entre proteínas de cascatas de sinalização. Nessas vias de transdução de sinal, muitas vezes há componentes compartilhados que podem interagir com qualquer uma das vias. Um exemplo mais complexo de crosstalk pode ser observado com crosstalk transmembranar entre a matriz extracelular (ECM) e o citoesqueleto .

Conversa cruzada entre vias de sinalização

Um exemplo de crosstalk entre proteínas em uma via de sinalização pode ser visto com o papel do monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) na regulação da proliferação celular pela interação com a via da proteína quinase ativada por mitogênio (MAP). cAMP é um composto sintetizado em células pela adenilato ciclase em resposta a uma variedade de sinais extracelulares. cAMP atua principalmente como um segundo mensageiro intracelular cujo principal receptor intracelular é a proteína quinase dependente de cAMP (PKA) que atua através da fosforilação de proteínas alvo. A via de transdução de sinal começa com as interações ligante-receptor extracelularmente. Este sinal é então transduzido através da membrana, estimulando a adenilil ciclase na superfície da membrana interna para catalisar a conversão de ATP em cAMP.

ERK, uma proteína participante na via de sinalização MAPK, pode ser ativada ou inibida por cAMP. O cAMP pode inibir ERKs de várias maneiras, a maioria das quais envolve a proteína quinase dependente de cAMP (PKA) e a inibição de sinais dependentes de Ras para Raf-1. No entanto, o cAMP também pode estimular a proliferação celular estimulando ERKs. Isso ocorre por meio da indução de genes específicos via fosforilação do fator de transcrição CREB pela PKA. Embora ERKs não pareçam ser um requisito para esta fosforilação de CREB, a via MAPK atua em crosstalk novamente, já que ERKs são necessários para fosforilar proteínas a jusante de CREB. Outros exemplos conhecidos da necessidade de ERKs para efeitos de transcrição induzidos por cAMP incluem a indução do gene da prolactina em células pituitárias e do gene de beta-hidroxilato de dopamina em células feocromocitomais (PC12). Existem diversos mecanismos pelos quais o cAMP pode influenciar a sinalização ERK. A maioria dos mecanismos que envolvem a inibição de AMPc de ERKs desacopla Raf-1 da ativação de Ras por meio da interação direta de PKA com Raf-1 ou indiretamente por meio da interação de PKA com GTPase Rap1 (ver figura 1). PKA também pode regular negativamente ERKs pela ativação de PTPases. Os mecanismos para a ativação de ERKs por cAMP são ainda mais variados, geralmente incluindo Rap1 ou Ras, e até mesmo cAMP diretamente.

Figura 1: um possível mecanismo de inibição de cAMP / PKA da ativação de ERK (via de MAPK). A ativação de cAMP de PKA ativa Rap1 via Src. Rap1 então fosforila Ras e inibe a sinalização para Raf-1.

Transmembrana crosstalk

A diafonia pode até ser observada através das membranas. As interações de membrana com a matriz extracelular (ECM) e com células vizinhas podem desencadear uma variedade de respostas dentro da célula. No entanto, a topografia e as propriedades mecânicas do ECM também desempenham um papel importante na poderosa e complexa diafonia com as células crescendo na ou dentro da matriz. Por exemplo, a montagem do citoesqueleto mediada por integrina e até mesmo a motilidade celular são afetadas pelo estado físico da ECM. A ligação da integrina α5β1 ao seu ligante ( fibronectina ) ativa a formação de aderências fibrilares e filamentos de actina . No entanto, se a MEC for imobilizada, a reorganização da matriz desse tipo e a formação de aderências fibrilares são inibidas. Por sua vez, a ligação da mesma integrina (α5β1) a um ligante de fibronectina imobilizado parece formar contatos focais / adesão focal altamente fosforilados (células envolvidas na adesão à matriz) dentro da membrana e reduz as taxas de migração celular. Em outro exemplo de diafonia, esta mudança na composição de contatos focais no citoesqueleto podem ser inibidos por membros de ainda outra via: inibidores de quinases de cadeia leve de miosina ou Rho quinases, H-7 ou ML-7, que reduzem a contratilidade celular e, consequentemente, a motilidade. (veja a figura 2).

Figura 2: a matriz pode atuar em outras vias dentro da célula, mesmo apenas em seu estado físico. A imobilização da matriz inibe a formação de aderências fibrilares e a reorganização da matriz. Da mesma forma, participantes de outras vias de sinalização dentro da célula podem afetar a estrutura do citoesqueleto e, portanto, a interação da célula com a MEC.

Conversa cruzada na ativação de linfócitos

Um exemplo específico mais complexo de crosstalk entre duas vias de sinalização principais pode ser observado com a interação das vias de sinalização cAMP e MAPK na ativação de linfócitos . Nesse caso, os componentes da via do cAMP afetam direta e indiretamente a via de sinalização MAPK, destinada a ativar genes que envolvem imunidade e linfócitos.

O cAMP recém-formado é liberado da membrana e se difunde pelo espaço intracelular, onde serve para ativar a PKA. A subunidade catalítica de PKA deve se ligar a quatro moléculas de cAMP para ser ativada, após o que a ativação consiste na clivagem entre as subunidades regulatórias e catalíticas. Essa clivagem, por sua vez, ativa a PKA ao expor os locais catalíticos das subunidades C, que podem fosforilar uma série de proteínas na célula.

Nos linfócitos, os níveis intracelulares de cAMP aumentam com a estimulação do receptor do antígeno e ainda mais em resposta à prostaglandina E e outros agentes de imunossupressão . Neste caso, o cAMP serve para inibir os jogadores da imunidade. PKA tipo I colocaliza-se com os receptores de antígenos de células T e B e causa a inibição da ativação de células T e B. PKA foi até mesmo destacado como um indutor direto de genes que contribuem para a imunossupressão.

Além disso, a via do cAMP também interage com a via da MAPK de uma maneira mais indireta por meio de sua interação com a PTPase hematopoiética (HePTP). O HePTP é expresso em todos os leucócitos. Quando superexpresso em células T, o HePTP reduz a ativação transcricional do promotor da interleucina-2 tipicamente induzida pelo receptor de células T ativadas por meio de uma cascata de sinalização MAPK. A forma como o HePTP inibe efetivamente a sinalização de MAPK é interagindo com as quinases MAP Erk1, Erk2 e p38 por meio de uma sequência curta no terminal N não catalítico de HePTP denominado o motivo de interação da quinase (KIM)., A ligação altamente específica de Erk. e p38 para esta subunidade de HePTP resulta na rápida inativação da cascata de sinalização (ver figura 3).

Figura 3: mesmo sem ativação por um ligante ligado ao receptor (R1), a via MAPK normalmente mostra atividade basal (em níveis baixos). No entanto, o HePTP neutraliza essa atividade.

No entanto, uma vez que HePTP e Erk são enzimas citosólicas , é razoável concluir que existe um mecanismo para que a inibição de Erk por HePTP cesse a fim de permitir a translocação de Erk ativado para o núcleo . De fato, como em muitos outros casos de interação proteína-proteína, o HePTP parece ser fosforilado por Erk e p38 nos locais Thr45 e Ser72. No entanto, é importante notar que um terceiro local de fosforilação no terminal N não catalítico (a região KIM) de HePTP foi encontrado - um que é fosforilado a uma estequiometria muito mais alta pela via de cAMP, em ainda outra instância de diafonia entre o cAMP e MAPK caminhos.

A fosforilação deste terceiro local por PKAs da via de cAMP inibe a ligação de MAP quinases a HePTP e, assim, regula positivamente a cascata de sinalização de MAPK / ERK. A via MAPK, através de Ras, Raf, Mek e Erk, mostra baixa atividade na presença de HePTP não fosforilado (ativo). No entanto, a ativação da via do cAMP estimula a ativação de PKA, que por sua vez fosforila HePTP em Ser23. Isso evita que o HePTP se ligue a Erk e libera a via MAPK da inibição, permitindo que a sinalização a jusante continue (consulte a figura 4).

Figura 4: a ativação da via de cAMP pela ligação do ligante ao seu receptor apropriado (R2) leva à ativação da proteína quinase dependente de cAMP (PKA) pela adenilato ciclase (AC). Este PKA ativado então fosforila HePTP em Ser23, inibindo sua capacidade de se ligar a Erk e, subsequentemente, inibir a via de MAPK.

Além disso, estudos envolvendo células musculares lisas do átrio do coração mostraram que PKA pode reduzir a ativação de MAP quinases em resposta ao fator de crescimento derivado de plaquetas ( PDGF ) por fosforilação da quinase c-Raf . Assim, parece plausível que a PKA na via do cAMP possa estar ainda mais envolvida na regulação da ativação de linfócitos, não apenas pela inibição da via de sinal de MAPK do receptor de antígeno em seu estágio final, mas ainda mais a montante.

Notas e referências