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Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 14
Lição 1: Como as células sinalizam umas às outrasResposta a um sinal
As várias formas diferentes pelas quais as células podem mudar seu comportamento em resposta a um sinal.
Visão geral: resposta celular
As vias de sinalização celular variam muito. Sinais (conhecidos como ligantes) e receptores são de muitas variedades, e a ligação pode desencadear uma ampla gama de cascatas de transmissão de sinal dentro da célula, de curtas e simples a longas e complexas.
Apesar destas diferenças, as vias de sinalização compartilham um objetivo comum: produzir algum tipo de resposta celular. Isto é, um sinal é liberado pela célula emissora fim de efetuar mudança na célula receptora de uma maneira específica.
Em alguns casos, nós podemos descrever uma resposta celular tanto em nível molecular quanto em nível macroscópico (larga escala, ou visível).
- Em nível molecular, nós podemos ver alterações tais como um aumento na transcrição de certos genes ou a atividade de determinadas enzimas.
- Em nível macroscópico, nós podemos ver alterações no comportamento exterior ou aparência da célula, tais como crescimento celular ou morte celular, que são causadas por alterações moleculares.
Neste artigo, nós veremos exemplos de respostas celulares à sinalização que acontecem tanto em nível "micro" quanto em nível "macro".
Expressão gênica
Muitas vias celulares causam uma resposta celular que envolve uma mudança na expressão gênica. Expressão gênica é o processo pelo qual a informação de um gene é usada pela célula para produzir um produto funcional, geralmente uma proteína. Isto envolve dois passos principais, transcrição e tradução.
- Transcrição faz um transcrito (cópia) de RNA a partir da sequência de DNA de um gene.
- Tradução lê a informação de um RNA e a usa para fazer uma proteína.
Vias de sinalização podem ter como alvo um ou ambos os passos para alterar a quantidade de uma proteína em particular produzida em uma célula.
Exemplo: Sinalização de fator de crescimento
Nós podemos usar a via de sinalização de fator de crescimento do artigo sobre transmissão de sinais como um exemplo para ver como as vias de sinalização alteram a transcrição e a tradução.
Esta via de fator de crescimento tem muitos alvos, os quais ela ativa por meio de uma cascata de sinalização que envolve a fosforilação (adição de grupos fosfato a moléculas). Alguns dos alvos da via são fatores de transcrição, proteínas que aumentam ou diminuem a transcrição de certos genes. No caso da sinalização de fator de crescimento, os genes tem efeitos que levam ao crescimento celular e à divisão
A via de fator de crescimento também afeta a expressão gênica em nível de tradução. Por exemplo, um de seus alvos é um regulador de tradução chamado MNK1. O MNK1 ativo aumenta a taxa de tradução de RNAm especialmente para certos RNAms quese dobram sobre sí mesmos formando estruturas em grampo (as quais normalmente bloqueariam a tradução). Muitos genes chave que regulam a divisão e sobrevivência celular têm RNAms que formam estruturas em grampo, e o MNK1 permite que estes genes sejam altamente expressos, impulsionando o crescimento e a divisão
Notavelmente, nem a c-Myc nem o MNK1 é um "produto final" na via de fator de crescimento. Em vez disso, estes fatores regulatórios, e outros como eles, promovem ou reprimem a produção de outras proteínas (as bolhas laranja na ilustração acima) que estão mais diretamente envolvidas na realização do crescimento celular e divisão.
Metabolismo celular
Algumas vias de sinalização produzem uma resposta metabólica, na qual enzimas metabólicas na célula se tornam mais ou menos ativas. Nós podemos ver como isto funciona considerando a sinalização da adrenalina nas células musculares. Adrenalina, também conhecida como epinefrina, é um hormônio (produzido pela glândula adrenal) que prepara o corpo para emergências de curto prazo. Se você estiver nervosa antes de uma prova ou competição, sua glândula adrenal estará provavelmente liberando epinefrina .
Quando a epinefrina se liga a seu receptor em uma célula muscular (um tipo de receptor acoplado à proteína G), dispara uma cascata de sinalização envolvendo a produção do segundo mensageiro AMP cíclico (cAMP). Esta cascata leva à fosforilação de duas enzimas metabólicas - isto é, adição de um grupo fosfato, causando uma mudança no comportamento da enzima.
A primeira enzima é a glicogênio fosforilase (GP). O papel desta enzima é quebrar o glicogênio em glicose. Glicogênio é uma forma de armazenamento de glicose, e quando energia é necessária, glicogênio deve ser quebrado. Fosforilação ativa a glicogênio fosforilase, provocando a liberação de muita glicose.
A segunda enzima que é fosforilada é a glicogênio sintase (GS). Esta enzima está envolvida na formação do glicogênio, e a fosforilação inibe sua atividade. Isto garante que nenhuma molécula nova de glicogênio seja produzida quando há necessidade de que glicogênio seja quebrado.
Através da regulação destas enzimas, a célula muscular obtém rapidamente uma grande quantidade disponível de moléculas de glicose. A glicose está disponível para uso pela célula muscular em resposta à uma súbita onda de adrenalina — a resposta "luta ou fuga".
Resultados da sinalização celular em perspectiva mais geral
Os tipos de respostas que discutimos acima são eventos em nível molecular. Contudo, uma via de sinalização geralmente dispara um evento molecular (ou um conjunto inteiro de eventos moleculares) a fim de produzir um resultado mais amplo.
Por exemplo, a sinalização de fator de crescimento causa uma variedade de mudanças moleculares, incluindo ativação de fator de transcrição c-Myc e regulador da tradução MNK1, para promover uma resposta mais geral de proliferação celular (crescimento e divisão). Similarmente, epinefrina dispara a ativação da glicogênio-fosforilase e a quebra do glicogênio de modo a proporcionar à célula muscular combustível para uma resposta rápida.
Outros resultados de grande escala importantes da sinalização celular incluem a migração celular, mudanças na identidade celular, e indução de apoptose (morte celular programada).
Exemplo: Apoptose
Quando uma célula é danificada, desnecessária, ou potencialmente perigosa para um organismo, ela pode sofrer morte celular programada, ou apoptose. A apoptose permite que uma célula morra de uma maneira controlada que previne a liberação de moléculas potencialmente perigosas de dentro da célula.
Sinais internos (tais como aqueles disparados por DNA danificado) podem levar à apoptose, mas também o podem sinais vindos do exterior da célula. Por exemplo, a maioria das células animais tem receptores que interagem com a matriz extracelular, uma rede de apoio de proteínas e carboidratos. Se a célula move-se para longe da matriz extracelular, a sinalização por meio destes receptores para, e a célula entra em apoptose. Este sistema evita que as células fiquem viajando pelo corpo e proliferando fora de controle (e está "quebrado" em células cancerosas que metastizam, ou se espalham para novos lugares).
A apoptose é também essencial para o desenvolvimento embrionário normal. Em vertebrados, por exemplo, estágios iniciais de desenvolvimento incluem a formação de tecido entre as estruturas que se tornarão dedos individuais das mãos e dos pés. Durante o curso do desenvolvimento normal, estas células desnecessárias devem ser eliminadas, permitindo a formação de dedos das mãos e dos pés completamente separados. Um mecanismo de sinalização celular dispara a apoptose, que destrói as células entre os dedos em desenvolvimento.
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