Os receptores acoplados à proteína G são a maior família de receptores de superfície celular, transmitindo sinais de uma vasta gama de estímulos incluindo hormônios, neurotransmissores, luz e odorantes. Eles são caracterizados por sua estrutura de sete domínios transmembrana e seu acoplamento a proteínas G heterotriméricas.
Estrutura do GPCR
Todos os GPCRs compartilham uma arquitetura comum de sete domínios transmembrana alfa-hélicos conectados por três alças extracelulares e três alças intracelulares. A extremidade N-terminal é extracelular e frequentemente glicosilada, enquanto a extremidade C-terminal é intracelular e contém sítios de fosforilação importantes para a regulação. A bolsa de ligação ao ligante varia entre as classes de receptores: ligantes pequenos como catecolaminas ligam-se dentro do núcleo transmembrana, enquanto hormônios peptídicos maiores ligam-se às alças extracelulares e à extremidade N-terminal.
Os GPCRs são classificados em várias famílias com base na homologia de sequência. Os receptores classe A semelhantes à rodopsina são o maior grupo, incluindo receptores adrenérgicos, dopaminérgicos, serotoninérgicos e opioides. Os receptores classe B semelhantes à secretina ligam hormônios peptídicos. Os receptores classe C metabotrópicos de glutamato têm um grande domínio extracelular em forma de “Vênus papa-moscas” onde o glutamato se liga.
Ciclo de Ativação da Proteína G
As proteínas G heterotriméricas consistem em subunidades alfa, beta e gama. No estado inativo, a subunidade alfa liga GDP e as três subunidades formam um complexo estável. O GPCR ativado pelo ligante atua como um fator de troca de nucleotídeos guanina, promovendo a liberação de GDP e a ligação de GTP. A subunidade alfa ligada a GTP dissocia-se do complexo beta-gama, e ambos os componentes estão livres para regular efetores downstream.
O sinal é terminado quando a subunidade alfa hidrolisa GTP a GDP através de sua atividade GTPase intrínseca, permitindo a reassociação com o complexo beta-gama. Os reguladores da sinalização de proteínas G aceleram a hidrólise de GTP, fornecendo uma camada adicional de regulação. A atividade GTPase da subunidade alfa é o interruptor de desligamento da sinalização de GPCR.
Subtipos de Proteína G
As subunidades alfa são classificadas em quatro famílias com base na similaridade de sequência e regulação de efetores. G-alfa-s estimula a adenilil ciclase, aumentando os níveis de AMPc. Ela medeia os efeitos de muitos hormônios incluindo epinefrina através de receptores beta-adrenérgicos, glucagon e ACTH. G-alfa-i inibe a adenilil ciclase, reduzindo o AMPc. Ela medeia os efeitos dos receptores alfa-2 adrenérgicos, receptores muscarínicos M2 e receptores opioides. G-alfa-q ativa a fosfolipase C-beta, que cliva o fosfatidilinositol 4,5-bifosfato em inositol trifosfato e diacilglicerol. G-alfa-12/13 regula as GTPases Rho envolvidas na reorganização do citoesqueleto e migração celular.
Via do AMPc
O efetor canônico de G-alfa-s é a adenilil ciclase, que converte ATP no segundo mensageiro AMP cíclico. O AMPc ativa a proteína quinase A, um tetrâmero de duas subunidades reguladoras e duas catalíticas. A ligação do AMPc às subunidades reguladoras libera as subunidades catalíticas ativas que fosforilam resíduos de serina e treonina em proteínas-alvo. A PKA fosforila enzimas metabólicas como a glicogênio fosforilase quinase, fatores de transcrição como CREB e canais iônicos. O sinal de AMPc é terminado por fosfodiesterases que hidrolisam AMPc a AMP.
Via da Fosfolipase C
G-alfa-q ativa a fosfolipase C-beta, que hidrolisa o fosfatidilinositol 4,5-bifosfato para produzir inositol trifosfato e diacilglicerol. O IP3 difunde-se para o retículo endoplasmático e liga-se aos receptores de IP3 na membrana do RE, causando a liberação de íons cálcio no citoplasma. O aumento de cálcio resultante ativa proteínas de ligação ao cálcio como a calmodulina, que por sua vez ativa CaM quinases e outros efetores. O diacilglicerol permanece na membrana e, juntamente com o cálcio, ativa a proteína quinase C. A PKC fosforila resíduos de serina e treonina em diversas proteínas-alvo envolvidas no crescimento celular, diferenciação e secreção.
Dessensibilização de GPCR
A exposição prolongada ao agonista leva à dessensibilização do receptor. As quinases de receptores acoplados à proteína G fosforilam a extremidade C-terminal intracelular de GPCRs ativados. A beta-arrestina então se liga ao receptor fosforilado, impedindo o acoplamento adicional da proteína G e direcionando o receptor para internalização através de fossetas revestidas de clatrina. Os receptores internalizados podem ser desfosforilados e reciclados para a membrana ou degradados. A beta-arrestina também atua como arcabouço para complexos de sinalização, ativando vias alternativas como a sinalização da MAP quinase independentemente das proteínas G. Esta sinalização enviesada está sendo explorada para o desenvolvimento de medicamentos.
