IP₃–DAG–Ca²⁺, recetores enzimáticos e sinalização da insulina

1. Via Gq–PLCβ–PIP₂

Recetores acoplados a Gq/11 ativam fosfolipase Cβ (PLCβ). Esta hidrolisa o fosfoinositídio de membrana PI(4,5)P₂ (PIP₂) e gera dois segundos mensageiros:

• IP₃, solúvel, que difunde no citosol;
• DAG, hidrofóbico, que permanece na membrana.

2. IP₃ e libertação de Ca²⁺

IP₃ liga canais tetraméricos IP₃R no RE/retículo sarcoplasmático. O Ca²⁺ sai a favor do gradiente e aumenta a concentração citosólica em segundos. Pode desencadear contração, secreção, metabolismo e transcrição.

IP₃ é desfosforilado a inositol ou fosforilado a IP₄. SERCA recaptura Ca²⁺ para o RE; PMCA e NCX removem-no da célula. A depleção do RE é detetada por STIM, que ativa Orai e promove entrada de Ca²⁺ dependente de depósitos (SOCE).

3. DAG, PKC e ácido araquidónico

DAG recruta proteínas com domínios C1. As PKC convencionais requerem DAG, Ca²⁺ e fosfatidilserina; PKC novas requerem DAG mas não Ca²⁺; PKC atípicas não requerem DAG nem Ca²⁺. Logo, “todas as PKC só funcionam com Ca²⁺ e DAG” é incorreto.

PKC são cínases Ser/Thr e regulam secreção, contractilidade, expressão, crescimento e dessensibilização. São inicialmente maturadas por fosforilações; a ligação dos cofatores desloca um pseudosubstrato do local catalítico.

DAG pode ser fosforilado a ácido fosfatídico ou hidrolisado. Espécies com araquidonato originam ácido araquidónico, precursor de prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos e lipoxinas. A libertação mais direta de araquidonato de fosfolípidos é frequentemente feita por fosfolipase A₂.

4. Ca²⁺ como segundo mensageiro universal

A concentração de Ca²⁺ livre citosólico em repouso é cerca de 10⁻⁷ M, muito abaixo do exterior (~10⁻³ M) e do lúmen do RE. Este gradiente fornece elevado ganho: abrir poucos canais gera aumento rápido.

Fontes de Ca²⁺:

• canais dependentes de voltagem na membrana;
• IP₃R no RE;
• recetores de rianodina no RE/RS;
• canais mecanossensíveis e operados por recetor;
• SOCE por STIM–Orai.

Oscilações evitam toxicidade de uma elevação sustentada e permitem que alvos com cinéticas diferentes descodifiquem frequências distintas.

5. Calmodulina e cínases CaM

Calmodulina tem quatro motivos EF-hand. A ligação cooperativa de Ca²⁺ expõe superfícies hidrofóbicas que envolvem hélices de proteínas-alvo.

Alvos incluem CaMK, MLCK, fosforilase-cínase, calcineurina, eNOS e PMCA. CaMKII pode autofosforilar-se e manter atividade parcial após o pulso, contribuindo para plasticidade sináptica. Calmodulina também ativa PMCA, criando feedback negativo sobre Ca²⁺.

6. Recetores acoplados a enzimas

São proteínas de passagem única por cadeia, com domínio extracelular de ligação e domínio citosólico enzimático ou associado a enzima.

Classes principais:

• recetores tirosina-cínase (RTK);
• recetores associados a tirosina-cínases, como JAK;
• recetores Ser/Thr-cínase, como TGF-β;
• recetores tirosina-fosfatase;
• guanilil-ciclases recetoras.

As respostas podem começar em segundos, embora alterações de expressão e destino surjam mais tarde. Não é correto afirmar que todos estes recetores só produzem respostas de horas.

7. Recetores tirosina-cínase

7.1 Ativação

Muitos RTK dimerizam após ligando; outros, como recetor de insulina, são dímeros pré-formados. Aproximação/reorientação permite trans-autofosforilação:

1. fosforilação do laço de ativação aumenta atividade;
2. tirosinas adicionais criam locais de ancoragem;
3. domínios SH2 ou PTB reconhecem fosfotirosinas;
4. enzimas e adaptadores iniciam várias vias.

7.2 Ras–MAPK

Grb2 liga fosfotirosina e recruta SOS, uma GEF de Ras. Ras–GTP ativa RAF; RAF fosforila MEK; MEK fosforila ERK. ERK atua no citosol e núcleo. GAP de Ras aceleram hidrólise de GTP. Variantes oncogénicas de Ras reduzem hidrólise ou resposta a GAP, mantendo sinal.

Amplificação de HER2, variantes EGFR, ALK, RET, MET e outros RTK são alvos de anticorpos ou inibidores de cínase. Resistência surge por novas variantes, ativação de vias paralelas ou alteração de fármacos.

8. Recetor da insulina

O recetor é um heterotetrâmero α₂β₂ ligado por pontes dissulfureto. Subunidades α são extracelulares; β atravessam a membrana e contêm a tirosina-cínase. A insulina reorganiza o dímero, promove autofosforilação e fosforila IRS e Shc.

IRS não são “alvos exclusivos” do recetor de insulina; também participam em IGF e outras vias.

9. Via IRS–PI3K–PIP₃–AKT

1. IRS fosforilado recruta PI3K classe IA por domínios SH2 da subunidade p85.
2. p110 converte PI(4,5)P₂ em PI(3,4,5)P₃ (PIP₃).
3. PIP₃ recruta PDK1 e AKT por domínios PH.
4. PDK1 fosforila AKT em Thr308; mTORC2 fosforila Ser473.
5. AKT regula AS160/TBC1D4, GSK3, FOXO, TSC2 e outros alvos.

PTEN converte PIP₃ em PIP₂, terminando o sinal. PTP1B desfosforila recetor/IRS; fosfatases de AKT e endocitose também limitam resposta.

10. mTOR e Ras–MAPK

AKT inibe TSC1/2, permitindo Rheb–GTP ativar mTORC1, que estimula S6K e 4E-BP, síntese e crescimento. mTORC1 e mTORC2 são complexos de uma cínase predominantemente Ser/Thr; mTORC2 não deve ser classificada como tirosina-cínase.

Shc/IRS–Grb2–SOS ativa Ras–RAF–MEK–ERK, contribuindo para proliferação e diferenciação.

11. Translocação de GLUT4

Em músculo esquelético, cardíaco e tecido adiposo, GLUT4 está em vesículas intracelulares. AKT fosforila AS160/TBC1D4, inibindo a sua atividade Rab-GAP. Rab permanece GTP-ativa, permitindo mobilização, ancoragem e fusão das vesículas.

PIKfyve e fosfoinositídios endossómicos contribuem para tráfego. A via APS–Cbl–TC10 foi proposta como paralela em adipócitos, mas a sua importância relativa em humanos é mais discutida; PI3K–AKT–TBC1D4 é o eixo principal estabelecido.

12. Glicogénio

AKT fosforila e inibe GSK3, reduzindo fosforilação inibitória da síntase do glicogénio; PP1 desfosforila e ativa a síntase. PP1 também desfosforila cínase da fosforilase e fosforilase do glicogénio, inibindo glicogenólise.

No fígado, captação de glicose usa GLUT2 e não depende da translocação de GLUT4; a insulina regula enzimas e expressão.

13. Resistência à insulina

Excesso crónico de nutrientes, lípidos ectópicos, inflamação, stress do RE e ROS ativam JNK, IKK, PKC e mTORC1/S6K. Fosforilações inibitórias em IRS, degradação de IRS, menor AKT e defeitos de tráfego reduzem GLUT4. A hiperinsulinemia compensatória pode manter glicemia inicialmente, mas aumenta carga sobre células β.

Exercício ativa AMPK e também vias dependentes de contração/Ca²⁺, aumentando GLUT4 parcialmente sem insulina. Isto explica benefício mesmo quando a sinalização do recetor está reduzida.

14. Recetores associados a JAK

Recetores de citocinas não têm cínase intrínseca. Ligando aproxima cadeias e ativa JAK associadas; JAK fosforilam recetor e STAT, que dimerizam e entram no núcleo. Hormona do crescimento, prolactina, leptina, eritropoietina e interferões usam combinações específicas. SOCS e fosfátases terminam o sinal.

15. Resumo de alto rendimento

• Gq–PLCβ hidrolisa PIP₂ em IP₃ e DAG.
• IP₃ abre IP₃R; DAG ativa PKC convencionais/novas conforme isoforma.
• Ca²⁺ é codificado por amplitude, frequência e localização e é removido por SERCA, PMCA e NCX.
• Calmodulina ativa CaMK, MLCK, eNOS, calcineurina e PMCA.
• RTK criam plataformas de fosfotirosina para SH2/PTB.
• Grb2–SOS ativa Ras–RAF–MEK–ERK.
• Insulina ativa IRS–PI3K–PIP₃–PDK1/mTORC2–AKT.
• AKT inibe TBC1D4, ativa Rab e promove translocação de GLUT4.
• AKT inibe GSK3; PP1 desfosforila e ativa síntase do glicogénio.
• PTEN, PTP1B, RGS/GAP e endocitose limitam sinais.
• Resistência à insulina envolve lípidos, inflamação, stress, feedback S6K e defeito de GLUT4.