CHAPERONAS & PROTEASSOMAS
Ao longo da evolução, as células incorporaram mecanismos bastante eficientes para evitar que erros na transmissão da informação genética se propaguem na replicação, na transcrição e na tradução. Ainda assim, com todo esse cuidado de assegurar que a sequência de aminoácidos esteja correta, ainda é possível que uma proteína não consiga desempenhar suas funções por erro no enovelamento. Na verdade, uma quantidade significativa de proteínas precisa de ajuda para atingir a configuração terciária correta.
Essa ajuda é fornecida por uma família de proteínas que, além de auxiliar o enovelamento proteico, encaminha a proteína à destruição, caso não seja possível atingir a configuração correta.
Essas proteínas são chamadas de chaperonas, que usam energia da hidrólise de ATP para desenovelar proteínas, possibilitando novo enovelamento, dessa vez na forma correta ou no lugar correto. Elas têm por função assistir outras proteínas na obtenção de seu dobramento apropriado. Muitas são expressas em resposta à elevação de temperatura ou outra criticidade celular. A razão para este comportamento é que o dobramento da proteína é muito afetado pelo calor e, portanto, algumas chaperonas agem em reparar o dano potencial causado pela falha de dobramento. Outras chaperonas estão envolvidas no dobramento de novas proteínas que deixam o ribossomo. O mecanismo de ação das chaperonas foi completamente elucidado por Art Horwich e Ulrich Hartl (1989).
PROTEÍNAS AUXILIARES
Elas foram descobertas em experimentos em que células eram submetidas a altas temperaturas, cerca de 42ºC, para células que vivem a 37ºC. Em temperaturas mais altas, a quantidade total de proteínas sintetizada era maior do que na temperatura normal, no mesmo período, o que já era esperado. Mas a surpresa é que havia um grupo de proteínas que antes nem era perceptível, mas depois do choque térmico aparecia em quantidade maior. Eram proteínas que hidrolisavam ATP e estavam sempre associadas a outras proteínas, algumas também recém-sintetizadas, ajudando no enovelamento delas. São encontradas no citosol, nas mitocôndrias e no retículo endoplasmático.
CLASSES DAS CHAPERONAS
Existem diferentes famílias de chaperonas;
cada uma age na assistência à dobra proteica de uma forma diferente. Em procariotos como E. coli, muitas destas proteínas são altamente expressivas sob condições de alta criticidade como, por exemplo, em altas temperaturas. Por esta razão, o termo “Heat Shock Protein” (HSP) foi historicamente usado para nomeá-las:
HSP60: Liga-se a proteínas malformadas na presença de ATP ou ADP, e embora não seja capaz de desfazer agregações anteriores, pode usar a energia do ATP, para que outra chaperona consiga modificar o enovelamento da proteína.
HSP70: Tem duas tarefas importantes: (1) ajudar o enovelamento e (2) impedir que várias proteínas malformadas formem agregados muito nocivos. Ela ajuda proteínas que estejam sendo sintetizadas em ribossomos livres no citoplasma ou proteínas que foram transferidas para o interior do retículo endoplasmático, mitocôndrias ou núcleo, para o que precisam ser desenoveladas, transportadas e reenoveladas. Sua expressão na célula resulta em uma tendência decrescente de apoptose.
HSP90: São as menos compreendidas chaperonas. São necessárias para a viabilidade em eucariotos (possivelmente procariotos também).
HSP100: Têm sido estudadas in vivo e in vitro por sua capacidade de direcionar e desdobrar as proteínas marcadas e deformadas na presença de ATP. Acredita- se que algumas, em vez de catalisar a renaturação de proteínas são responsáveis pela destruição seletiva de proteínas marcadas e deformadas.
COLÉGIO PEDRO II – CAMPUS TIJUCA II
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA E CIÊNCIAS – COORD.: PROFa. CRISTIANA LIMONGI 1º & 2º TURNOS 3ª SÉRIE / ENSINO MÉDIO REGULAR & INTEGRADO ANO LETIVO 2015
PROFESSORES: FRED & PEDRO MURTA
TEXTO COMPLEMENTAR 05 / 2015: CHAPERONAS, PROTEASSOMAS & PRÍONS
PROTEASSOMAS: TRITURADORES DE PROTEÍNAS
E se as chaperonas não conseguirem consertar as proteínas mal-enoveladas? Na verdade, elas tentam várias vezes, mas, ainda assim, nem sempre conseguem. Se não for possível consertar a proteína, as chaperonas encaminham essa proteína para degradação. Se você acha que a degradação de proteínas dentro de uma célula só pode ocorrer dentro dos lisossomos, saiba que durante muitos anos essa era a ideia em vigor. Depois, através de experimentos de fracionamento celular e, mais tarde, de Biologia Molecular, descobriu-se que existem enzimas que degradam proteínas (enzimas proteolíticas) no citosol também.
Eram enzimas que funcionavam muito bem em pH 7,0. A descoberta surpreendeu muito, já que se achava que as enzimas proteolíticas não saíam degradando tudo porque estavam presas aos lisossomos. Mas o fato é que elas não saem degradando tudo! Como explicar? A resposta veio do fato de as enzimas proteolíticas citosólicas não estarem dispersas, e sim arranjadas em conjuntos enzimáticos chamados proteassomas (figura 1):
Figura 1: Esquema de um proteassoma visto ao ME de transmissão (cores fantasia).
Ilustração produzida com base em Alberts, Bruce e outros.
Fundamentos da Biologia Celular, ArtMed Editora, 1999, p.
236. In Pezzi, Gowdak & Mattos. Biologia, volume 1, FTD Editora, 2010, p.93.
PROTEASSOMAS E CHAPERONAS MANTÊM AS PROTEÍNAS EM ORDEM
Além da vantagem óbvia de evitar o acúmulo de proteínas malformadas e, portanto, inúteis, a importância do trabalho das chaperonas e dos proteassomas fica mais evidente quando examinamos as consequências do acúmulo de proteínas malformadas, que têm tendência de agregação. Os agregados proteicos só se formam se o sistema de degradação não funcionar, mas, uma vez iniciada a agregação, a atividade das proteases fica difícil porque as proteases não têm acesso às proteínas e eles (os agregados) também não entram nos proteassomas. Um agregado proteico que cresça muito pode levar a célula à morte ou causar enorme prejuízo ao tecido. Um tipo particular de agregado proteico é o que se chama placa β−amiloide, marcante em algumas doenças neurodegenerativas como o mal de Alzheimer.
Uma proteína com erro estrutural de conformação, potencialmente nociva ou, minimamente, inativa por ser malformada é degradada nos proteassomas da seguinte forma:
uma substância sinalizadora denominada ubiquitina se liga a esta proteína. Assim, ela é direcionada ao proteassoma, que permite sua entrada. A proteína é, então, degradada pelas proteases do proteassoma, e seus aminoácidos constitutivos são liberados para o citoplasma. A ubiquitina sai inalterada, pronta para marcar outras moléculas de proteínas malformadas que devam ser degradadas.
Fonte: http://enbiologger.blogspot.com.br/2011/09/chaperona- proteina.html
PRÍONS
Um príon é um agregado supramolecular acelular, composto por proteínas com capacidade de modificar outras proteínas, tornando-as cópias das proteínas que o compõem. Um príon não possui ácido nucleico (DNA ou RNA). São conhecidos treze tipos de príons, dos quais dez afetam mamíferos; dentre estes, sete têm por alvo a nossa espécie.
Príon é um acrônimo das palavras Proteinaceous e Infection. São agentes causadores de doenças neurodegenerativas humanas e animais (Prusiner 1991; 1998). A presença de ácido nucleico na partícula infectante está praticamente excluída já que vários procedimentos que modificam ou hidrolisam ácidos nucleicos falharam em inativar diversos príons. A principal doença animal é o scrapie, que acomete rebanhos ovinos e caprinos e que parece estar relacionado com a Encefalopatia Espongiforme Bovina (“Doença da Vaca Louca”).
Estudos epidemiológicos demonstraram a transmissão de scrapie por via de ração oriunda de ovelhas. Mais recentemente, casos de encefalopatias humanas em jovens foram reportados e se acredita que tenham se originado
Pelo menos três doenças humanas são causadas por príons: Kuru; doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ) e a síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) que ilustram o caráter transmissível e familiar destas desordens (Prusiner 1991). Um dos achados patológicos mais frequentes na DCJ é a presença de placas amiloides semelhantes às encontradas na doença de Alzheimer (AD). Alguns autores acreditam que as duas doenças apresentam a mesma etiologia. Todas as doenças supostamente causadas por príons afetam a estrutura do cérebro ou dos tecidos neurais, não possuem cura e são sempre fatais.
Outro aspecto interessante das doenças causadas por príons é que são ao mesmo tempo de caráter hereditário e transmissível. O gene PRP está presente nos cromossomos do hospedeiro.
De alguma forma não compreendida, a proteína é convertida da isoforma celular benigna (PRPC) para uma forma patogênica (PRPSC), resultando a doença degenerativa. É possível que outras doenças degenerativas (por exemplo, AD) tenham esse mesmo padrão.
DESCOBERTA
Nos anos 60 foi desenvolvida a hipótese de que as encefalopatias espongiformes eram causadas por agentes infecciosos constituídos unicamente por proteínas. Esta hipótese foi formulada para explicar o fato de um misterioso agente infeccioso descoberto, causador de scrapie e doença de Creutzfeldt-Jakob, ser resistente à radiação ultravioleta (o UV causa dano direto ao DNA, causando erro ao ser introduzido na sequência de pares de bases).
Stanley B. Prusiner (1982) anunciou que sua equipe havia purificado o hipotético príon infeccioso e que tal agente consistia principalmente de uma proteína específica – apesar de ele não conseguir isolar satisfatoriamente a proteína até dois anos depois de seu anúncio. Prusiner conferiu o nome príon ao agente infeccioso, e PRP (do inglês Protease Resistant Protein, “proteína resistente à protease”).
Varias evidências experimentais indicam que uma proteína, a PRPSC, é o único componente do príon infeccioso. Entretanto várias formas dessa proteína são infectantes. Todas são capazes de inativar a ação dos proteassomas, o que as torna imunes à degradação por suas proteases (figura 2). Filamentos amiloides em cérebros de animais e humanos são constituídos de PRPSC e são de grande interesse tanto para o entendimento da patogenia de doenças comprovadamente causadas por príons como da doença de Alzheimer (AD).
Figura 2: Ação dos proteassomas e imunidade do príon patogênico.
Fonte: http://genomasur.superforo.net/t7-proteasomas-y- chaperonas
ORIGEM
O gene PRP sintetiza a “proteína príon celular” (também chamada “PRPC”), está presente em todas as células do corpo e é altamente conservado evolutivamente no genoma de mamíferos, indicando a importância da proteína não patogênica para o organismo. A PRPC, em condições normais, é capaz de proteger os neurônios da morte e está envolvida também no mecanismo de diferenciação neuronal. Entretanto, uma mutação no gene faz com que seja formado um príon defeituoso, que leva às doenças priônicas. O príon atua ainda como um “molde”
que, ao entrar em contato com o PRPC presente nas células, faz com que a proteína normal se altere. Ainda não se sabe o mecanismo que articula esse tipo de ação. Nenhuma defesa imunológica consegue eliminar o príon do organismo, que também é resistente aos processos de desnaturação. O príon defeituoso causa aglomerados no cérebro, em estruturas denominadas “placas amiloides”. Essa acumulação é tóxica e provoca a morte de muitos neurônios (quadro semelhante ao do Mal de Alzheimer).
Sua proliferação é extremamente rápida e causa as encefalopatias espongiformes, doenças cujo sintoma mais comum é a demência. Os príons são os menores agentes patogênicos conhecidos e podem ser observados apenas com a ajuda dos mais potentes microscópios eletrônicos.
Os príons patogênicos são formas alteradas de proteínas normais presentes no cérebro de mamíferos capazes de infectar seres vivos e se autorreplicar em seu interior este agente etiológico era diferente dos demais agentes infecciosos (fungos, bactérias e vírus), pois a propagação das doenças em cirurgias ocorria mesmo com a utilização de métodos comuns de assepsia sobre os instrumentos, embora fosse interrompida quando se utilizavam métodos de desnaturação ou degradação proteica, sugerindo que o agente transmissor seria constituído basicamente por proteína. Outra importante observação foi a de que, quando expostos à radiação ultravioleta (que normalmente destrói ácidos nucleicos), os extratos com poder infeccioso estudados não perdiam esta capacidade.
Sabe-se que formas distintas da proteína componente do príon podem ocorrer, sendo uma delas patogênica e a outra não. O que chama a atenção é o fato de que, apesar de apresentarem funções diferentes, as duas formas da proteína possuem sequências primárias idênticas, alteradas em suas conformações tridimensionais.
O PRÍON NA CÉLULA
Em condições normais, os PRP são sintetizados no retículo endoplasmático. Ainda nele, carboidratos são acoplados, sendo que à medida que atravessam o complexo golgiense serão remodelados. Experimentalmente, comprovou-se que na ausência de colesterol a conversão de PRPC em PRPSC é inibida. Existe uma tendência, sob certas condições e in vitro, das PRPSC se acumularem no citosol das células infectadas.
PRINCIPAIS DIFERENÇAS GERADAS PELA ALTERAÇÃO CONFORMACIONAL
Na proteína PRPC há predomínio da estrutura secundária alfa-hélice em relação às folhas-beta pregueadas. Já na PRPSC predomina a folha-beta.
Apenas a proteína PRPSC é amiloide, ou seja, tem a capacidade de formar naturalmente grandes agregados insolúveis de proteína. Em oposição, a PRPC é considerada globular e altamente solúvel; A proteína PRPC é caracterizada como sensível à digestão por proteases, enquanto a PRPSC não o é.
PROVÁVEIS FUNÇÕES DO PRPC
1) Peça fundamental na comunicação entre células nervosas.
2) Proteção ao estresse oxidativo.
3) Participação na excitabilidade celular e transmissão sináptica.
4) Apoptose celular (morte celular programada).
DIFERENÇAS ENTRE PRPC E PRPSC
As diferenças entre a forma celular e scrapie da proteína príon são resultantes apenas das diferentes configurações moleculares. Essa alteração na conformação tem como consequência a não-funcionalidade da PRPSC, mas a ativação de seu poder infeccioso. Deve-se frisar, contudo, o fato de que a toxicidade da PRPSC é restrita ao sistema nervoso. Sua proliferação em outros tecidos é possível, mas não considerada patogênica.
INFECÇÃO PRIÔNICA
A infecção pode se dar, mais comumente, por cinco formas:
1) Hereditariedade.
2) Uso de material cirúrgico contaminado.
3) Consumo de carne de animais infectados.
4) Mutação eventual.
5) Uso de hormônios.
DOENÇAS PRIÔNICAS HUMANAS
1) Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis (Humanas e Bovina: “Mal da Vaca-Louca”).
2) Scrapie.
3) Doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ).
4) Kuru.
5) Síndrome de Gerstmann-Sträussler- Scheinker (GSS).
6) Insônia Familiar Fatal.
Os príons patogênicos são responsáveis pelas doenças classificadas como encefalopatias espongiformes, que recebem este nome devido ao aspecto de esponja adquirido pelo tecido nervoso cerebral acometido pelas doenças.
Estudos mais aprofundados acerca destas doenças podem, inclusive, auxiliar no entendimento de outras patologias que acometem o cérebro e que ainda não estão completamente desvendadas, como o mal de Parkinson e o mal de Alzheimer.
Como se dá a morte celular desencadeada pela infecção priônica? As moléculas de príon patogênicas, diferentemente da forma celular (globular), são amiloides. Em outras palavras, elas formam naturalmente grandes agregados insolúveis e fibrosos de proteína. Não se sabe ao certo exatamente como essas proteínas causam doenças, mas acredita-se que elas se acumulem nos lisossomos, posto que também seriam mais resistentes à ação de proteases (em relação à PRPC). Assim, o acúmulo proteico nos lisossomos causaria o rompimento destas organelas e a consequente digestão citoplasmática, levando à morte das células afetadas. Formar-se-iam, dessa forma, os grandes espaços no tecido nervoso doente, característicos das encefalopatias espongiformes.
1) KURU: É uma doença cerebelar, com perda da coordenação muscular, de rápida evolução (um ano até o óbito). Acredita-se ser disseminada pelos rituais de canibalismo de uma tribo da Papua-Nova Guiné. A cessação da prática de canibalismo fez com que o Kuru quase desaparecesse.
2) DOENÇA DE CREUTZFELDT-JAKOB (DCJ): Na maioria dos pacientes ocorre, de forma progressiva, um prejuízo mental, embora cerca de 20% dos pacientes tenham uma fase inicial extremamente rápida (alguns dias). A tríade clínica é de demência progressiva, contrações rápidas das extremidades e do tronco causando movimento involuntário dos membros e do corpo e eletroencefalografia típica. Embora o quadro da DCJ seja muito característico, outras doenças podem produzir quadros semelhantes. A doença que mais comumente se confunde com DCJ é a doença de Alzheimer (DA) familiar. A DCJ é considerada a vertente humana da famigerada doença da vaca louca.
3) DOENÇA DE GERSTMANN-
STRÄUSSLER-SCHEINKER (GSS): Ocorre perda da coordenação muscular progressiva, tremores, distúrbio da articulação da fala e diminuição de reflexos profundos. Atinge pacientes de 30 a 60 anos, com sobrevida média de cinco anos após o início dos sintomas. O EEG e exames de neuroimagem mostram atrofia cerebral e cerebelar.
REFERÊNCIAS
Fenton, W. A. & Horwich, A. L. (2003).
Chaperonin-mediated protein folding:
fate of substrate polypeptide. Q Rev Biophys 36: 229-256.
Mayer, M. P. & Bukau, B. (2005). HSP70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism. Cell Mol Life Sci 62: 670-684.
Terasawa et al. (2005). Constantly updated knowledge of HSP90. J Biochemistry (Tokyo), 137: 443-447.
http: //www2.bioqmed.ufrj.br/lapa/intro.html http: //pt.wikipedia.org/wiki/Príon
http: //pt.wikipedia.org/wiki/Chaperona (com adaptações).
