Comunicação celular: tipos, importância, exemplos

A comunicação celular , também chamado de comunicação intercelular, é a transmissão das moléculas de sinalização extracelulares. Essas moléculas começam a partir de uma célula geradora de sinal e se ligam aos receptores de células brancas, produzindo uma resposta específica.

A molécula de sinal pode ser uma molécula pequena (exemplo: um aminoácido), um peptídeo ou uma proteína. Portanto, a comunicação, que é química, é uma característica dos organismos unicelulares e multicelulares.

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Fonte: pixabay.com

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. Neste último caso, as moléculas de sinal devem se difundir e transportar por longas distâncias. Entre as funções dos sinais estão alterações na expressão gênica, morfologia e movimento celular.

A comunicação celular também pode ser realizada por vesículas extracelulares (VE), chamadas ectossomos e exossomos. Algumas funções do VE são: modulação de linfócitos e macrófagos; controle da função sináptica; nos vasos sanguíneos e no coração, coagulação e angiogênese; e troca de RNA.

Tipos (sistemas / mecanismos)

Nas bactérias, existe um tipo de comunicação celular chamada detecção de quorum , que consiste em comportamentos que ocorrem apenas quando a densidade da população bacteriana é alta. O sensor de quorum envolve a produção, libertação e subsequente detecção de concentrações elevadas de moléculas de sinal, chamado auto-indutor.

Nos eucariotos unicelulares, como T. brucei , também há detecção de quorum . Nas leveduras, o comportamento sexual e a diferenciação celular ocorrem em resposta à comunicação por feromônios e mudanças ambientais.

Em plantas e animais, o uso de moléculas de sinal extracelular, como hormônios, neurotransmissores, fatores de crescimento ou gases, é um tipo importante de comunicação que envolve a síntese da molécula de sinal, sua liberação, seu transporte para o glóbulo branco, detecção do sinal e resposta específica.

Em relação ao transporte da molécula de 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 nas células próximas; e 2) endócrino, que atua em um glóbulo branco distante, sendo transportado pela corrente sanguínea.

A comunicação celular através de vesículas extracelulares é um tipo importante de comunicação celular em organismos eucarióticos e nas Archaea.

Detecção de quorum (qs)

À medida que a população eucariótica bacteriana ou unicelular cresce, atinge o número suficiente de células, ou quorum, que produz a concentração do indutor capaz de produzir um efeito nas células. Isso constitui um mecanismo para a realização de um censo.

São conhecidos três tipos de sistemas de detecção de quorum em bactérias: um em gram-negativo; outro em gram-positivos; e outro no grama negativo Vibrio harveyi .

Nas bactérias gram-negativas, o autoindutor é a lactona acilada homoserina. Esta substância é sintetizada pela enzima do tipo LuxI e difunde-se passivamente através da membrana, acumulando-se no espaço extracelular e intracelular. Quando a concentração estimulante é atingida, a transcrição de genes regulados por QS é ativada.

Nas bactérias gram-negativas, os autoindutores são peptídeos modificados, que são exportados para o espaço extracelular, onde interagem com as proteínas da membrana. É produzida uma cascata de fosforilação que ativa proteínas, que se ligam ao DNA e controlam a transcrição dos genes brancos.

O Vibrio harveyi produz dois auto-indutores, chamados HAI-1 e A1-2. O HAI-1 é a lactona acetilada, mas sua síntese não depende de LuxI. A1-2 é diéster de furanosil borato. Ambas as substâncias agem por uma cascata de fosforilação semelhante à de outras bactérias gram-negativas. Este tipo de QS controla a bioluminescência.

Comunicação química

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 certo tipo de receptor também possa ser encontrado em diferentes tipos de células, produza respostas diferentes para o mesmo ligante.

A natureza da molécula de sinal determina o caminho que será usado 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 é hidrofílica.

Seus receptores são encontrados na superfície celular. Os receptores atuam como tradutores de sinal que alteram o comportamento do glóbulo branco.

Os receptores da superfície celular são divididos em: a) receptores acoplados à proteína G; b) receptores com atividade enzimática, como tirosina quinase; e c) receptores de canais iônicos.

Características dos receptores acoplados à proteína G

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 em direção à célula externa e o C-terminal em direção à célula interna. Esses receptores estão associados a uma proteína G que traduz os sinais.

Quando o ligante se liga ao receptor, a proteína G é ativada. Isso, por sua vez, ativa uma enzima efetora que produz um segundo mensageiro intracelular, que pode ser adenosina monofosfato cíclico (cAMP), ácido araquidônico, diacilglicerol ou inositol-3-fosfato, que atua como um amplificador de sinal inicial

A proteína G possui três subunidades: alfa, beta e gama. A ativação da proteína G envolve a dissociação do PIB da proteína G e a ligação do GTP à subunidade alfa. No complexo G- alfa- GTP , eles se separam 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 pelos receptores muscarínicos de acetilcolina. Ative a fosfolipase C. A via do ácido araquidônico é ativada pelo receptor de histamina. Ative a fosfolipase A2.

Rota CAMP

A ligação do ligante à proteína estimuladora do receptor G (G s ), ligada ao PIB, causa a troca do PIB por GTP e a dissociação da subunidade alfa de G s das subunidades beta e gama. O complexo G- alfa- GTP está associado a um domínio da adenil ciclase, ativando a enzima e produzindo cAMP a partir do ATP.

CAMP liga-se às subunidades reguladoras da proteína cinase dependente de cAMP. Ele libera as subunidades catalíticas, que fosforilam proteínas que regulam as respostas celulares. Esta via é regulada por dois tipos de enzimas, fosfodiesterases e proteínas fosfatases.

Via do fosfoinositol

A ligação do ligante ao receptor ativa a proteína G (G q ), que ativa a fosfolipase C (PLC). Essa enzima divide o fosfatidil inositol 1,4,5-bisfosfato (PIP 2 ) em dois segundos mensageiros, inositol 1,4,5-trifosfato (IP 3 ) e diacilglicerol (DAG).

A IP 3 difunde-se no citoplasma e liga-se aos receptores do retículo endoplasmático, causando a liberação de Ca +2 a partir do interior. O DAG permanece na membrana e ativa a proteína cinase C (PKC). Algumas isoformas de PKC precisam de Ca +2 .

Via do ácido araquidônico

de ligação ao ligando do receptor faz com que as subunidades beta e gama da fosfolipase activado proteína G A 2 (PLA 2 ). Essa enzima hidrolisa o fosfatidilinositol (PI) na membrana plasmática, liberando ácido araquidônico, que é metabolizado por diferentes vias, como 5 e 12-lipoxigenase e cicloxigenase.

Características dos receptores de tirosina quinase

Os receptores de tirosina quinase (RTK) têm domínios reguladores extracelulares e domínios catalíticos intracelulares. Ao contrário do receptor acoplado à proteína G, a cadeia polipeptídica do receptor tirosina quinase atravessa 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.

Os resíduos de tirosina fosforilados do receptor de tirosina quinase (RTK) interagem com as proteínas adaptadoras, que conectam o receptor ativado aos componentes da via de transdução de sinal. As proteínas adaptadoras servem para formar complexos de sinalização multiproteica.

A RTK se liga a diferentes peptídeos, como: fator de crescimento epidérmico; fatores de crescimento de fibroblastos; fatores de crescimento cerebral; fator de crescimento do nervo; e insulina

Características gerais dos receptores

A ativação dos receptores de superfície causa alterações na fosforilação de proteínas, ativando dois tipos de proteínas cinases: tirosina cinase e serina e treonina cinases.

As serina e treonina-quinases são: proteína-cinase dependente de AMPc; proteína quinase dependente de cGMP; proteína cinase C; e a proteína dependente de Ca +2 / Calmodulin. Nestas proteínas-quinases, com exceção da cinase dependente de AMPc, o domínio catalítico e regulador está na mesma cadeia polipeptídica.

O segundo mensageiro se une a essas serina e treonina-quinases, ativando-as.

Características dos receptores que são canais iônicos

Os receptores dos canais iônicos têm as seguintes características: a) íons condutores; 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 heteroligômeros ou homoligômeros, cujas regiões da cadeia polipeptídica atravessam a membrana plasmática. Existem três famílias de canais iônicos: a) canais porta ligantes; b) canais de junção de gap; e c) canais de tensão dependentes 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.

Comunicação via vesículas extracelulares

As vesículas extracelulares (VE) 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.

Ectossomas são vesículas produzidas por surtos da membrana plasmática, seguidos por sua separação e liberação no espaço extracelular.

Primeiro, o agrupamento de proteínas da membrana ocorre em domínios discretos. Então, as âncoras lipídicas das proteínas acumulam proteínas citosólicas e RNA no lúmen, com o qual o surto cresce.

Os exossomos são vesículas que se formam a partir de corpos multivesiculares (MVB) e são liberados por exocitose no espaço extracelular. Os MVBs são endossomos tardios, dentro dos quais existem vesículas intraluminais (ILVs). Os MVBs podem ser fundidos com lisossomos e continuar a via degradativa ou liberar ILVS como exossomos por exocitose.

Os VEs interagem com os glóbulos brancos de diferentes maneiras: 1) desaparecimento da membrana EV e liberação de fatores ativos no interior; 2) os VEs entram em contato com a superfície dos glóbulos brancos que eles fundem, liberando seu conteúdo no citosol; e 3) os EAs são capturados inteiramente por macropinocitose e fagocitose.

Importância

A grande variedade de funções da comunicação intercelular indica sua importância. Através de alguns exemplos, é ilustrada a importância de diferentes tipos de comunicação celular.

– Importância da detecção de quorum . O QS regula vários processos, como a 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 quorum sensor para infectar o hospedeiro e inibe outras cepas de S. aureus .

– Importância da comunicação química. A sinalização química é necessária para a sobrevivência e o sucesso reprodutivo de organismos multicelulares.

Por exemplo, a morte celular programada, que regula o desenvolvimento multicelular, elimina estruturas completas e permite o desenvolvimento de tecidos específicos. Tudo isso é mediado por fatores tróficos.

– Importância do VE. Eles têm um papel importante no diabetes, inflamação e doenças neurodegenerativas e cardiovasculares. Os VEs das células normais e das células cancerígenas diferem bastante. Os VEs podem levar fatores que promovem ou suprimem o fenótipo do câncer nos glóbulos brancos.

Referências

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