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COMUNICAÇÃO CELULAR

Indução e Competência

Na interacção de proximidade ou indução existe um indutor e um receptor. O indutor é uma célula ou tecido que produz um sinal ou sinais que vão alterar o comportamento de outra célula ou tecido. O receptor é o tecido induzido. No entanto, nem todos os tecidos respondem a um sinal indutor, apenas os tecidos competentes. Competência é então a capacidade de um tecido responder a um sinal indutor.

Para compreender estas definições realizou-se um estudo em girinos de Xenopus laevis:

(1) A ectoderme responde a sinais da vesícula óptica originando o primórdio ocular (cristalino);

(3) Não havendo vesícula óptica não há desenvolvimento do cristalino;

(2) Para provar que esta indução ocorre apenas na cabeça colocou-se uma vesícula óptica na cauda e verificou-se que a ectoderme aqui não é competente, pois não responde aos sinais indutores da vesícula para produzir o cristalino;

(4) Aqui a ectoderme é competente mas o tecido colocado não é da vesícula óptica logo não há desenvolvimento do cristalino.

Fig. 1 - Indução da vesícula óptica na rã albina

O mesmo acontece no rato com a proteína Pax6 que torna a ectoderme competente para a  formação das estruturas oculares e nasais. Num mutante homozigótico para Pax6 (B) não há formação destas estruturas. A Pax6 precisa de estar presente tanto na vesícula óptica como na ectoderme competente.

Fig. 2 - Indução das vesículas ópticas e nasais no rato

Mecanismos indutivos

1. Factores parácrinos 

A resposta a um sinal por parte de um receptor vai desencadear uma cascata de sinalização que vai acabar por activar a transcrição de um determinado gene.

Neste tipo de interacção, as proteínas sintetizadas por uma molécula conseguem propagar-se por curtas distâncias para induzir modificações nas células vizinhas, não havendo qualquer contacto entre as células.

Estes factores podem ser agrupados em 4 grandes famílias:

1.1 Factores de crescimento do Fibroblasto (FGF)

       - FGFR - receptores respectivos (receptores tirosina cinases)

       - Família com mais de 20 membros

       - Formação de vasos sanguíneos, mesoderme e alongamento dos axónios

Fig.3 - FGF's - A ligação do FGF através da parte extracelular do receptor activa o domínio tirosina-cinase (TK) através da sua fosforilação. A cinase vai fosforilar outras proteínas activando-as (à custa de ATP). Estas vão realizar determinadas funções.

1.2 Família Hedgehog

      - Sonic Hedgehog (SHH) - formação do tubo neural, dos sómitos e da organogénese dos vertebrados. Um dos primeiros genes identificados na segmentação da Drosophila;                     

       - Desert Hedgehog (DHH) - produzido nas células de Sertoli dos testículos e interfere na espermatogénese;

       - Indian Hedgehog (IHH) - expressa-se no intestino e nas cartilagens.

1.3 Família Wnt

O factor Wingless na Drosophila é o homólogo do Integrated nos vertebrados, por isso a família ficou conhecida como Wnt.

Constituem uma família de glicoproteínas ricas em cisteína. São responsáveis por induzir as células da zona dorsal dos sómitos a formar músculo. Estabelecem a polaridade dos membros dos insectos e vertebrados. Utilizados em vários passos do desenvolvimento do sistema urogenital.

1.4 Superfamília TGF-β

Inclui as famílias:

- TGF-β - regulam a matriz extracelular e a divisão celular;

- BMP - induz a formação dos ossos e o seu desenvolvimento. Regulam também a divisão celular, apoptose, migração celular e diferenciação.
- Activinas
- Vg1
- Nodal - estabelecimento do eixo esquerda-direita


2. Factores Justácrinos
Actuam quando as proteínas de membrana superfície da célula entram em contacto com as proteínas receptores da superfície da célula adjacente.
As proteínas da célula indutor podem ser: Delta, Jagged ou Serrate.

3. Factores endócrinos
Comunicação a longas distâncias como por exemplo através da corrente sanguínea. Estes factores podem ser por exemplo hormonas.

Receptores e vias de transdução do sinal

As vias de transdução do sinal vão interpretar o sinal recebido pelos receptores das células competentes. Estas vias estão todas ligadas à acção de cinases que fosforilam proteínas através de fosfatos provenientes de ATP.
O resultado da interpretação do sinal será a activação de um factor de transcrição que irá induzir ou reprimir a expressão de um gene.

1. Via dos Receptores Tirosina-Cinase (RTK)
Ligandos: Factores de crescimento (FGFs, FGEs,etc).

Fig.4 - Via RTK. Quando um ligando se liga ao receptor, este sofre uma alteração da sua conformação activando-se através de fosforilação dos domínios de tirosina-cinase. Estes vão activar uma proteína G que vai por sua vez activar a proteína Ras, através da transferência de um fosfato para o GDP a esta ligado, transformando-o em GTP. Para a inactivação da proteína Ras existe uma proteína denominada GAP que retira o fosfato. A Ras activa associa-se a Raf, uma cinase, que inicia uma cascata de cinases (MEK, ERK). Estas vão activar um factor de transcrição (TF).

2. Via Smad
Ligandos: Família TGF-β, família da activina (activam Smad 2 e 3) e Família BMP (activam smad 1 e 2)

Fig. 5 - Via Smad. Quando um ligando se liga ao receptor tipo II desencadeia a ligação deste ao receptor do tipo I. Quando estes se juntam o receptor tipo II vai fosforilar o do tipo I ficando este activo. Assim este vai fosforilar a primeira proteína Smad (que pode ser 2 ou 3 se os ligandos forem da família do TGF-β ou da família da activina, ou 1 ou 5 se o ligando for da família do BMPs). Estas Smad activadas vão activar uma nova Smad, a Smad 4 fosforilando-a também e estas juntas formam um complexo de TFs que se vão ligar ao promotor gene alvo.

3. Via JAK-STAT
Ligandos: Prolactina

Fig. 6 - Via JAK-STAT. A hormona prolactina quando se liga aos receptores induz a dimerização dos mesmos (formação de um dímero). Estes receptores têm no seu domínio intracelular uma proteína JAK acoplada. Quando se dá a dimerização os receptores forforilam-se forsforilando igualmente as proteínas JAK. Estas vão fosforilar a proteína STAT provocando a sua dimerização. Este dímero vai-se ligar ao promotor do gene caseína.

4. Via Wnt

Ligandos: Wnt

Fig. 7 - Via Wnt. Os factores da família Wnt ligam-se a receptores denominados Frizzled. Estes receptores têm uma proteína acoplada no domínio intracelular, a Disheveled. A activação desta proteína pelo receptor leva à inibição de GSK-3. Esta por sua vez vai inibir β-catenina que consegue assim dissociar-se do complexo APC e entrar no núcleo e induzir a transcrição. Caso contrário a β-catenina seria degradada.

5. Via HH

Ligandos: Família Hedghog

Fig. 8 - Via HH. Quando o ligando se liga à proteína transmembranar Patched inibe-a e esta por sua vez vai inibir a proteína que lhe está acoplada, Smoothened. Estas vão inibir duas proteínas responsáveis pela inactivação da proteína Ci, PKA e Slimb. Assim, Ci está livre para entrar no núcleo e ligar-se ao promotor do gene alvo.

Vias de morte celular ou apoptose

Apoptose - necessária para a correcta organização e orientação dos neurónios e também para que se origine o local do ouvido médio, a abertura vaginal bem como o espaço entre os dedos das mãos e dos pés. Ou seja, é responsável por suprimir estruturas desnecessárias.

Fig. 9 - Vias de apoptose

Vias de apoptose em C.elegans

As proteínas CED-3 e CED-4 são essenciais à apoptose. CED-4 é um factor que activa proteases e vai activar CED-3, uma outra protease.

A proteína CED-9 se bloquear CED-4 impede a célula de entrar em apoptose:

- falta de CED-9 - morte do embrião, porque muitas células que deviam sobreviver morrem.

- excesso de CED-9 - deformações como membranas interdigitais devido ao excesso de células que normalmente deveriam morrer.

Via homóloga de CED-4 em mamíferos

Em mamíferos o homólogo de CED-4 designa-se por Apaf-1 e o homólogo da CED-3 são as caspases-9 e 3.

Vias de transdução de factores justácrinos

1. Via Notch

Fig. 10 - Via Notch. A célula indutora possui um receptor de membrana denominado Delta e a célula receptora possui um designado por Notch. Quando estes receptores entram em contacto, notch activa uma protease que lhe corta uma sequência (do domínio intracelular). Esta vai activar um TF, CSL, e iniciar a transcrição.

Matriz extracelular

A matriz extracelular é a massa que une as células dos animais permitindo assim a migação das células durante a embriogénese. As plantas não possuem esta matriz.

A matriz é composta por:

- colagénio

- proteoglicanos

- glicoproteínas 

Fig. 11 - Hipótese da ligação da matriz extracelular ao exoesqueleto

Fibronectina - molécula de adesão genérica responsável por ligar as células umas às outras e a outros substractos. Interferem também na migração celular. Equivalente ao colagénio.

Laminina - um dos componentes fundamentais da lâmina basal existente por baixo das células epiteliais. É também uma molécula de adesão celular.

Integrina - proteína transmembranar que se liga à fibronectina pela sua sequência arginina-glicina-aspartato (RGD). Serva também de "âncora" para os microfilamentos de actina.

Fig. 12 - Diferença entre as moléculas de adesão laminina e fibronectina

Transmissão de sinais por junções de comunicação

Meio de comunicação celular entre células adjacentes. Os sinais passam por canais existentes entre as células denominados conexons. Estes são constituídos por 6 conexinas com um poro central.

Fig. 13 - Junções GAP