O comunicação celular, Também chamada de comunicação intercelular, consiste na transmissão de moléculas sinalizadoras extracelulares. Essas moléculas partem de uma célula geradora de sinal e se ligam aos receptores da célula-alvo, produzindo uma resposta específica..
A molécula de sinal pode ser uma pequena molécula (exemplo: um aminoácido), um peptídeo ou uma proteína. Portanto, a comunicação, que é química, é uma característica dos organismos unicelulares e multicelulares..
Nas bactérias, as moléculas de sinal são feromônios bacterianos. Eles são necessários para funções como transferência horizontal de genes, bioluminescência, formação de biofilme e produção de antibióticos e fatores patogênicos..
Em organismos multicelulares, a comunicação celular pode ocorrer entre células adjacentes ou entre células separadas. No último caso, as moléculas de sinal devem se difundir e percorrer longas distâncias. As funções dos sinais incluem mudanças na expressão gênica, morfologia e movimento celular..
A comunicação celular também pode ser realizada por vesículas extracelulares (EV), chamadas ectossomos e exossomos. Algumas funções dos EVs são: modulação de linfócitos e macrófagos; controle da função sináptica; nos vasos sanguíneos e no coração, coagulação e angiogênese; e troca de RNA.
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Nas bactérias, existe um tipo de comunicação celular chamada detecção de quorum, consistindo em comportamentos que ocorrem apenas quando a densidade da população bacteriana é alta. O detecção de quorum envolve a produção, liberação e subsequente detecção de altas concentrações de moléculas de sinal, chamadas de autoindutores.
Em eucariotos unicelulares, como T. brucei, também há detecção de quorum. Em leveduras, o comportamento sexual e a diferenciação celular ocorrem em resposta à comunicação de feromônios e mudanças ambientais.
Em plantas e animais, o uso de moléculas sinalizadoras extracelulares, como hormônios, neurotransmissores, fatores de crescimento ou gases, é um importante tipo de comunicação que envolve a síntese da molécula sinalizadora, sua liberação, seu transporte para a célula-alvo, sinal de detecção e resposta específica.
Em relação ao transporte da molécula sinal em animais, a distância de ação da molécula determina dois tipos de sinais: 1) autócrino e parácrino, que atuam, respectivamente, na mesma célula e em células próximas; e 2) endócrino, que atua em uma célula-alvo distante, sendo transportado pela corrente sanguínea.
A comunicação celular por meio de vesículas extracelulares é um tipo importante de comunicação celular em organismos eucarióticos e em Archaea..
Conforme a população unicelular eucariótica ou bacteriana cresce, ela atinge um número suficiente de células, ou quorum, para produzir a concentração de indutor capaz de produzir um efeito nas células. Isso constitui um mecanismo para a realização de um censo.
Três tipos de sistemas são conhecidos detecção de quorum em bactérias: um em gram-negativas; outro em gram-positivo; e outro no gram negativo Vibrio Harveyi.
Em bactérias gram-negativas, o autoindutor é a homosserina lactona acilada. Essa substância é sintetizada pela enzima do tipo LuxI e se difunde passivamente pela membrana, acumulando-se no espaço extracelular e intracelular. Quando a concentração estimulante é atingida, a transcrição de genes regulados por QS é ativada.
Em bactérias gram-negativas, os autoindutores são peptídeos modificados, que são exportados para o espaço extracelular, onde interagem com proteínas de membrana. Ocorre uma cascata de fosforilação que ativa proteínas, que se ligam ao DNA e controlam a transcrição de genes alvo.
Vibrio Harveyi produz dois autoindutores, designados HAI-1 e A1-2. HAI-1 é uma lactona homosserina acilada, mas sua síntese não depende de LuxI. A1-2 é diéster de furanosil borato. Ambas as substâncias atuam por meio de uma cascata de fosforilação semelhante à de outras bactérias gram-negativas. Este tipo de QS controla a bioluminescência.
A ligação específica da molécula de sinal, ou ligante, à proteína receptora produz uma resposta celular específica. Cada tipo de célula possui certos tipos de receptores. Embora um determinado tipo de receptor também possa ser encontrado em diferentes tipos de células e produza diferentes respostas ao mesmo ligante.
A natureza da molécula de sinal determina a via que será usada para entrar na célula. Por exemplo, hormônios hidrofóbicos, como esteróides, se difundem através da bicamada lipídica e se ligam a receptores para formar complexos que regulam a expressão de genes específicos..
Gases, como óxido nítrico e monóxido de carbono, se difundem através da membrana e geralmente ativam a guanilil ciclase produtora de GMP cíclico. A maioria das moléculas de sinal são hidrofílicas.
Seus receptores são encontrados na superfície celular. Os receptores atuam como tradutores de sinal que alteram o comportamento da célula alvo.
Os receptores de superfície celular são divididos em: a) receptores acoplados à proteína G; b) receptores com atividade enzimática, como tirosina quinase; ec) receptores de canais iônicos.
Os receptores acoplados à proteína G são encontrados em todos os eucariotos. Em geral, são receptores com sete domínios que cruzam a membrana, com a região N-terminal voltada para o exterior da célula e o C-terminal voltado para o interior da célula. Esses receptores estão associados a uma proteína G que traduz os sinais.
Quando o ligante se liga ao receptor, a proteína G torna-se ativada. Isso, por sua vez, ativa uma enzima efetora que produz um segundo mensageiro intracelular, que pode ser monofosfato de adenosina cíclico (cAMP), ácido araquidônico, diacilglicerol ou inositol-3-fosfato, que atua como um amplificador de sinal..
A proteína G tem três subunidades: alfa, beta e gama. A ativação da proteína G envolve a dissociação do GDP da proteína G e a ligação do GTP à subunidade alfa. No complexo Galfa-O GTP se dissocia das subunidades beta e gama, interagindo especificamente com proteínas efetoras, ativando-as.
A via do cAMP pode ser ativada por receptores beta-adrenérgicos. CAMP é produzido pela adenilil ciclase. A via do fosfoinositol é ativada por receptores muscarínicos de acetilcolina. Eles ativam a fosfolipase C. A via do ácido araquidônico é ativada pelo receptor de histamina. Ativa a fosfolipase A2.
A ligação do ligante à proteína G estimuladora do receptor (Gs), vinculado ao PIB, causa a troca de PIB por GTP e a dissociação da subunidade alfa de Gs das subunidades beta e gama. O complexo Galfa-O GTP se associa a um domínio da adenil ciclase, ativando a enzima e produzindo cAMP a partir do ATP.
CAMP liga-se às subunidades regulatórias da proteína quinase dependente de cAMP. Libera subunidades catalíticas, que fosforilam proteínas que regulam as respostas celulares. Esta via é regulada por dois tipos de enzimas, a saber, fosfodiesterases e proteínas fosfatases..
A ligação do ligante ao receptor ativa a proteína G (Go que), que ativa a fosfolipase C (PLC). Esta enzima decompõe o fosfatidil inositol 1,4,5-bifosfato (PIPdois) em dois segundos mensageiros, inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) e diacilglicerol (DAG).
O IP3 se difunde no citoplasma e se liga a receptores no retículo endoplasmático, causando a liberação de Ca+dois de dentro. O DAG permanece na membrana e ativa a proteína quinase C (PKC). Algumas isoformas de PKC requerem Ca+dois.
A ligação do ligante ao receptor faz com que as subunidades beta e gama da proteína G ativem a fosfolipase Adois (PLAdois) Essa enzima hidrolisa o fosfatidilinositol (PI) na membrana plasmática, liberando ácido araquidônico, que é metabolizado por diferentes vias, como 5 e 12-lipoxigenase e ciclooxigenase..
O receptor tirosina quinase (RTK) possui domínios regulatórios extracelulares e domínios catalíticos intracelulares. Ao contrário do receptor acoplado à proteína G, a cadeia polipeptídica do receptor tirosina quinase cruza a membrana plasmática apenas uma vez..
A ligação do ligante, que é um hormônio ou fator de crescimento, ao domínio regulador faz com que as duas subunidades do receptor se associem. Isso permite a autofosforilação do receptor em um resíduo de tirosina e a ativação de cascatas de fosforilação de proteínas..
Resíduos de tirosina fosforilados do receptor tirosina quinase (RTK) interagem com proteínas adaptadoras, que ligam o receptor ativado a componentes da via de transdução de sinal. Proteínas adaptadoras servem para formar complexos de sinalização multiproteína.
O RTK se liga a diferentes peptídeos, tais como: fator de crescimento epidérmico; fatores de crescimento de fibroblastos; fatores de crescimento do cérebro; fator de crescimento do nervo; e insulina.
A ativação de receptores de superfície produz mudanças na fosforilação de proteínas por meio da ativação de dois tipos de proteínas quinases: tirosina quinase e serina e treonina quinases. .
As serina e treonina quinases são: proteína quinase dependente de cAMP; proteína quinase dependente de cGMP; proteína quinase C; e a proteína dependente de Ca+dois/ Calmodulin. Nessas proteínas quinases, com exceção da quinase dependente de cAMP, o domínio catalítico e regulador é encontrado na mesma cadeia polipeptídica.
O segundo mensageiro se liga a essas quinases serina e treonina, ativando-as.
Os receptores de canais iônicos têm as seguintes características: a) conduzem íons; b) reconhecer e selecionar íons específicos; c) abrir e fechar em resposta a sinais químicos, elétricos ou mecânicos.
Os receptores do canal iônico podem ser um monômero, ou podem ser heteroligômeros ou homoligômeros, cujas regiões da cadeia polipeptídica cruzam a membrana plasmática. Existem três famílias de canais iônicos: a) canais de porta de ligante; b) canais de junção de lacuna; e c) Canais de tensão com barreira de NA+.
Alguns exemplos de receptores de canais iônicos são os receptores de acetilcolina da junção neuromuscular e os receptores ionotrópicos de glutamato, NMDA e não NMDA, no sistema nervoso central..
As vesículas extracelulares (EV) são uma mistura de ectossomos e exossomos, responsáveis pela transmissão de informações biológicas (RNA, enzimas, espécies reativas de oxigênio, etc.) entre célula e célula. A origem de ambas as vesículas é diferente.
Os ectossomos são vesículas produzidas por brotamento da membrana plasmática, seguido de sua separação e liberação no espaço extracelular..
Primeiro, ocorre o agrupamento de proteínas de membrana em domínios discretos. Então, as âncoras de proteína lipídica acumulam proteínas citosólicas e RNA no lúmen, após o que o botão cresce.
Os exossomos são vesículas que se formam a partir de corpos multivesiculares (MVB) e são liberados por exocitose no espaço extracelular. MVBs são endossomos tardios, dentro dos quais existem vesículas intraluminais (ILVs). O MVB pode se fundir aos lisossomos e continuar a via degradativa ou liberar ILVS como exossomos por meio de exocitose.
Os EVs interagem com a célula-alvo de diferentes maneiras: 1) desaparecimento da membrana EV e liberação dos fatores ativos dentro dela; 2) EVs estabelecem contato com a superfície da célula-alvo, que se fundem, liberando seu conteúdo no citosol; e 3) EVs são capturados inteiramente por macropinocitose e fagocitose..
A grande variedade de funções da comunicação intercelular por si só indica sua importância. Por meio de alguns exemplos, a importância dos diferentes tipos de comunicação celular é ilustrada.
- Importância de detecção de quorum. O QS regula vários processos, como virulência dentro de uma espécie ou microorganismos de diferentes espécies ou gêneros. Por exemplo, uma cepa de Staphylococcus aureus usa uma molécula de sinal no detecção de quorum para infectar o hospedeiro e inibe outras cepas de S. aureus para fazer isso.
- Importância da comunicação química. A sinalização química é necessária para a sobrevivência e sucesso reprodutivo de organismos multicelulares.
Por exemplo, a morte celular programada, que regula o desenvolvimento multicelular, remove estruturas inteiras e permite o desenvolvimento de tecidos específicos. Tudo isso é mediado por fatores tróficos.
- Importância dos EVs. Eles desempenham um papel importante no diabetes, inflamação e doenças neurodegenerativas e cardiovasculares. Os EVs de células normais e células cancerosas diferem muito. EVs podem carregar fatores que promovem ou suprimem o fenótipo do câncer nas células-alvo.
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