Sinalização celular

A sinalização celular faz parte de um complexo sistema de comunicação que governa e coordena as atividades e funções celulares. A habilidade que as células possuem em perceber e correctamente responder ao seu ambiente envolvente, forma a base do desenvolvimento, da reparação de tecidos, da imunidade e de outras funções de homeostasia em tecidos. Erros existentes no processamento de informação celular são responsáveis por doenças como o cancro, a autoimunidade e diabetes. Ao se entenderem melhor os processos de sinalização celular, muitas doenças poderão ser tratadas de maneira mais eficaz e, em teoria, tecidos artificiais poderão ser fabricados.

A linha tradicional de investigação em biologia tem-se focado em estudar partes das vias de sinalização celular. O estudo de sistemas biológicos ajuda na compreensão da estrutura subjacente das redes de sinalização e em perceber como as mudanças nessas redes afectam a transmissão de informação.

Sinalização celular em organismos uni e multicelulares

A sinalização celular tem sido estudada de maneira mais profunda no contexto das doenças humanas e na sinalização entre células de um único organismo. No entanto, a sinalização celular pode também ocorrer entre células de organismos diferentes. Em muitos mamíferos, as células embrionárias trocam sinais com as células do útero.^[1] No tracto gastrointestinal humano, as bactérias trocam sinais entre si e com as células epiteliares e do sistema imunitário^[2] Durante o processo de reprodução em Saccharomyces cerevisiae, algumas células enviam sinais peptídicos (factores de conjugação) para o meio ambiente onde se encontram. Estes factores de conjugação podem-se ligar receptores da superfície celular de outros indivíduos da espécie, induzindo o processo de reprodução.^[3]

Tipos de sinais

Alguns tipos de comunicação célula a célula requerem que estas estejam em contato direto. Algumas células formam junções comunicantes que fazem a conexão entre os seus citoplasmas. No músculo cardíaco, estas junções permitem a propagação do potencial de acção a partir do pacemaker cardíaco até outras regiões do coração, fazendo com o órgão se contraia coordenadamente.

A via de sinalização Notch é um exemplo de sinalização justácrina em que duas células adjacentes têm que ter contato físico para que se processe a comunicação. Este requerimento de contato direto permite um controle preciso da diferenciação celular durante o desenvolvimento embrionário. Na espécie Caenorhabditis elegans, duas células da gônada em desenvolvimento têm iguais hipóteses em terminar a sua diferenciação ou em se tornar numa célula precursora uterina que continuará a dividir-se. A escolha de qual das células continua a dividir-se é controlada por competição de sinais na superfície celular. Uma das células irá produzir maior quantidade de uma proteína da superfície celular que ativará os receptores Notch na célula adjacente. Isto irá ativar um sistema de feedback que reduz a expressão de receptores Notch na célula que se irá diferenciar e aumentá-los na superfície da célula que continuará como célula estaminal.^[4]

Muitos sinais celulares são transportados por moléculas que são libertadas por uma célula e que depois se movem até entrarem em contato com outras células. Os sinais endócrinos são denominados de hormonas. As hormonas são produzidas por células endócrinas e viajam pelo sangue para alcançar outras partes do corpo. A especificidade da sinalização é controlada se determinada célula puder responder a um sinal específico. A sinalização parácrina tem como alvo apenas as células que estão na vizinhança da célula emissora do sinal. Os neurotransmissores são um exemplo deste tipo de sinalização. Algumas moléculas podem funcionar simultaneamente como hormonas e neurotransmissores. Por exemplo, a epinefrina e a norepinefrina podem funcionar como hormonas quando libertadas pela glândula adrenal, sendo transportadas através da corrente sanguínea até ao coração. A norepinefrina pode também ser produzida pelos neurónios, funcionando como neurotransmissores no cérebro.^[5] O estrogénio pode ser libertado pelo ovário e funcionar como hormona ou actuar localmente via sinalização autócrina ou parácrina.^[6]

Receptores de sinais celulares

As células recebem informação do seu ambiente envolvente através de uma classe de proteínas denominada receptores. O receptor Notch é uma proteína da superfície celular que possui esta função. Os animais possuem um conjunto de genes que codificam proteínas sinalizadoras que interagem especificamente com estes receptores Notch e que estimulam uma resposta em células que possuam estes receptores na sua superfície. As moléculas que activam (ou em alguma casos, inibem) os receptores podem ser classificadas como hormonas, neurotransmissores, citocinas ou factores de crescimento, mas todas elas são chamadas de ligandos de receptores. Os detalhes da interacção receptor-ligando são essenciais no processo de sinalização celular.

Classificação da comunicação intercelular

Em endocrinologia, o estudo da sinalização celular em animais, a sinalização intercelular está subdividida da seguinte maneira:

• Sinais endócrinos são produzidos por células endócrinas e viajam através do sistema circulatório até chegarem a todas as partes do corpo.
• Sinais parácrinos são enviados apenas às células na vizinhança da célula emissora. Os neurotransmissores são um exemplo.
• Sinais autócrinos apenas afectam as células que são do mesmo tipo celular que a célula emissora. Um exemplo são as células do sistema imunitário.
• sinais holócrinos são transmitidos através das membranas celulares, via componentes proteicos ou lipídicos, integrais À membrana, e que são capazes de afectar quer a célula emissora quer as células imediatamente adjacentes.

Luz como forma de comunicação celular

Um estudo científico, utilizando o ciliado Paramecium caudatum, sugere que diversas populações celulares usam 2 ou mais frequência de luz para efectuar transferência de informação, influenciando o input energético, a divisão celular e o crescimento.^[7]

Referências

1. O. A. Mohamed, M. Jonnaert, C. Labelle-Dumais, K. Kuroda, H. J. Clarke and D. Dufort (2005) "Uterine Wnt/beta-catenin signaling is required for implantation" in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume 102, pages 8579-8584. Entrez PubMed 15930138.
2. M.B. Clarke and V. Sperandio (2005) "Events at the host-microbial interface of the gastrointestinal tract III. Cell-to-cell signaling among microbial flora, host, and pathogens: there is a whole lot of talking going on" in American journal of physiology. Gastrointestinal and liver physiology. Volume 288, pages G1105-9. Entrez PubMed 15890712.
3. J. C. Lin, K. Duell and J. B. Konopka (2004) "A microdomain formed by the extracellular ends of the transmembrane domains promotes activation of the G protein-coupled alpha-factor receptor" in Molecular Cell Biology Volume 24, pages 2041-2051. Entrez PubMed 14966283.
4. I. Greenwald (1998) "LIN-12/Notch signaling: lessons from worms and flies" in Genes in Development Volume 12, pages 1751-1762. Entrez PubMed 9637676.
5. M. C. Cartford, A. Samec, M. Fister and P. C. Bickford (2004) "Cerebellar norepinephrine modulates learning of delay classical eyeblink conditioning: evidence for post-synaptic signaling via PKA" in Learning & memory Volume 11, pages 732-737. Entrez PubMed 15537737.
6. S. Jesmin, C. N. Mowa, I. Sakuma, N. Matsuda, H. Togashi, M. Yoshioka, Y. Hattori and A. Kitabatake (2004) "Aromatase is abundantly expressed by neonatal rat penis but downregulated in adulthood" in Journal of Molecular Endocrinology Volume 33, pages 343-359. Entrez PubMed 15525594.
7. Fels D (2009) Cellular Communication through Light. PLoS ONE 4(4): e5086. doi:10.1371/journal.pone.0005086

Ligações externas

• (em inglês)Cell Communication, Capítulo 15 em Molecular Biology of the Cell 4ª edição, editado por Bruce Alberts (2002) pubblicado por Garland Science.
• (em inglês)Cell Signaling, Capítulo 13 em The Cell - A Molecular Approach 2ª edição, por Geoffrey M. Cooper (2000) publicado por Sinauer Associates.
• (em inglês)Cell-to-Cell Signaling, Capítulo 20 em Molecular Cell Biology 4ª edição, editado por Harvey Lodish (2000) publicado por W. H. Freeman and Company.