4.7 dobragem de proteínas e doenças associadas

As proteínas são sintetizadas nos ribossomas como polipéptidos nascentes no lúmen do retículo endoplasmático (ER). A sequência de aminoácidos das proteínas que determina as estruturas secundárias e terciárias é ditada pela sequência nucleótida do ARNm. Por sua vez, as sequências de ARNm são determinadas por sequências de ADN (capítulos 23-25232425). Como discutido anteriormente, os experimentos clássicos de Pauling e Anfinsen levaram aos conceitos de que certos aminoácidos chave nas posições adequadas são essenciais para a dobragem de proteínas em uma conformação tridimensional, funcional, única. É incrível que, de centenas de milhões de possibilidades conformacionais, apenas uma única forma conformacional esteja associada a uma proteína funcional. O processo de direcionar e direcionar a dobragem de polipeptídeos intermediários para as estruturas completamente dobradas é auxiliado, em alguns casos, por proteínas conhecidas como chaperonas moleculares (também chamadas chaperoninas) (figura 4-13).

FIGURA 4-13. Via de dobragem de proteínas. Dobragem Normal ocorre com a ajuda de acompanhantes e outros fatores. A má utilização dos polipéptidos pode levar à focalização em locais celulares inadequados, ou à degradação como parte do processo de controle de qualidade, ou à agregação. O produto agregado é muitas vezes resistente à proteólise e forma agregados, como placas amilóides.

chaperonas ligam-se reversivelmente aos segmentos polipeptídicos não dobrados e impedem a sua agregação malfoliante e prematura. Este processo envolve despesas de energia fornecidas pela hidrólise de ATP. Uma classe principal de chaper-ones é a proteína de choque térmico (hsp), que é sintetizada em células procarióticas e eucarióticas em resposta a choque térmico ou outras tensões (por exemplo, exposição de radicais livres). Há muitas classes de Acompanhantes de choque térmico (HSP-60, HSP-70 e HSP-90) que estão presentes em várias organelas da célula. HSP-70 chaperones contém dois domínios: um domínio ATPase e um domínio de ligação peptídica. Eles estabilizam polipeptídeos nascentes e também são capazes de reconformar formas desnaturadas de polipeptídeos. A família de chaperonas HSP-70 mostra um alto grau de homologia sequencial entre várias espécies (por exemplo, E. coli e proteínas humanas HSP-70 mostram uma homologia de 50% da sequência).

outra chaperona, a calnexina, é uma proteína de ligação Ca2+de 90 kDa e é uma fosfoproteína de membrana integral do ER. A calnexina monitoriza a exportação de glicoproteínas recentemente sintetizadas, completando-as com glicoproteínas mal arquivadas que foram submetidas a glicosilação (Capítulo 16). Se uma proteína não pode ser dobrada em sua conformação adequada, as acompanhantes ajudam na destruição. O processo de dobragem também é facilitado pelo ambiente iônico, cofactores e enzimas. Por exemplo, o folding é afetado por dissulfeto de proteína isomerase, que catalisa a formação de ligações de dissulfeto corretas, e por isomerases peptidil prolil, que catalisam a isomerização cis-trans de ligações peptídicas de aminoácidos-prolina específicas.

Uma demência síndrome caracterizada por um insidioso, progressivo declínio na memória, cognição, comportamentais estabilidade e independentes de função foi descrita por Alois Alzheimer, e é conhecida como a doença de Alzheimer (AD). A idade é um importante fator de risco para o AD; afeta 10% das pessoas com mais de 65 anos de idade e cerca de 40% das pessoas com mais de 85 anos. As alterações neuropatológicas características incluem a formação de placas neuríticas extracelulares e emaranhados intraneuronais com perda neuronal associada no hipocampo e no neocortex (figura 4-14).

FIGURA 4-14. Secção do córtex cerebral de um doente com doença de Alzheimer contendo emaranhado neurofibrilário (a) e placa neurítica (B). A secção foi processada com a mancha de Bielsehowsky. (Cortesia de John M. Hardman.)

o principal constituinte das placas extracelulares é a proteína β amilóide (Aß), que se agrega em filamentos de 8 nm. Aß é um péptido de 40 ou 42 resíduos de aminoácidos e é proteoliticamente derivado de uma glicoproteína transmembranar conhecida como proteína precursora β-amilóide (β APP). As enzimas que separam ßAPP a Aß são conhecidas como secretases. o ßAPP é amplamente expresso, particularmente no cérebro, e seu gene foi localizado no cromossomo 21q. duas observações principais ajudaram na compreensão do papel dos peptídeos Aß na patologia da doença de Alzheimer. O primeiro é que os pacientes com síndrome de Down têm trissomia 21 (i.e., três cromossomas 21 ao invés de dois), exibem depósitos Aß, e desenvolvem características clássicas da doença de Alzheimer aos 40 anos de idade ou antes. Em segundo lugar, várias mutações de missense em ßAPP foram identificadas em casos de doença de Alzheimer autossómica dominante. Estas mutações dominantes no ßAPP afectam adversamente a acção das secretases quer aumentando a taxa absoluta de excreção do Aß (mutações n-terminais) quer aumentando a razão Aß42 para Aß40 (mutações C-terminais).doenças hereditárias da doença de Alzheimer representam menos de 1% de todos os casos. Os peptídeos Aß agregam-se para formar estruturas β Que levam a fibrilhas. Os peptídeos Aß42 são mais neurotóxicos e produzem efeitos tóxicos por muitos mecanismos inter-relacionados. Estes podem envolver lesões oxidativas, alterações na homeostase intracelular Ca2+, reorganização do citoesqueleto e ações das citoquinas.os emaranhados intraneuronais são feixes de filamentos helicoidais de pares longos que consistem no tau proteico associado a microtúbulos. A função normal da proteína tau é estabilizar os microtúbulos nos neurónios melhorando a polimerização da tubulina. Normalmente, a proteína tau é solúvel; no entanto, quando é excessivamente fosforilado, transforma-se num polímero filamentoso insolúvel. A desregulação dos eventos de fosforilação/desforilação tem sido atribuída a uma actividade aumentada de certas cinases e a uma actividade diminuída de certas fosfatases. Enquanto placas são patognomônicas para AD, tangles são encontrados em doenças neurológicas etiologicamente diferentes. Distúrbios de hiperfosforilação anormal e agregação aberrante da proteína tau em polímeros fibrilares são conhecidos como taupatias. Os exemplos de taupatias, para além da AD, são a paralisia supranuclear progressiva, a doença da picareta, a degeneração corticobasal e as demências não-temporais.dois outros genes para além do ßAPP foram implicados no início precoce de formas autossómicas dominantes da doença de Alzheimer. Os outros dois genes causativos estão localizados nos cromossomas 14 e 1 e no código para a proteinspresenilina transmembranar 1 (constituída por 467 resíduos de aminoácidos) e presenilina 2 (constituída por 448 resíduos de aminoácidos). Estas proteínas são sintetizadas em neurônios, mas suas funções não são conhecidas. No entanto, as mutações nos genes da presenilina levam à produção excessiva de peptídeos Aß42.formas esporádicas da doença de Alzheimer, responsáveis por 90% de todos os casos, são doenças complexas e podem representar a ação combinada de fatores ambientais e traços genéticos que se manifestam ao longo de longos períodos de tempo. Várias formas de um gene polimórfico para apolipoproteína E (apo e) que está no cromossoma 19 têm sido encontrados para ocorrer em maior frequência em pessoas com doença de Alzheimer. Existem três alelos do gene apo E com seis combinações: ε2/ε2, ε3/ε3, ε4/ε4, ε2/ε3, ε2/ε4, e ε3/ε4. Apo E é uma proteína portadora de lípidos que é sintetizada principalmente no fígado, no entanto, também é sintetizada em astrocitos e neurônios. A função das proteínas da apo E no metabolismo das lipoproteínas e a sua relação com a aterosclerose prematura são discutidas no Capítulo 20.dos vários genótipos da apo E, a aquisição de dois alelos da apo e ε4 pode aumentar o risco para a doença de Alzheimer até oito vezes. Cada cópia do gene apo e aumenta o risco e muda o início para idades mais baixas. O mecanismo bioquímico pelo qual a proteína da apo e ε4 participa na formação de tânglios e placas não é claro. Foram sugeridos vários mecanismos, nomeadamente a interacção com a proteína tau e a geração, e a depuração dos peptídeos Aß.

A terapêutica farmacológica para a doença de Alzheimer consiste em Corrigir o défice colinérgico através da administração de inibidores da acetilcolinesterase (p.ex., tacrina, donepezil). A terapia de estrogênio em mulheres com doença de Alzheimer tem sido associada com a melhoria do desempenho cognitivo. O efeito benéfico do estrogénio pode ser devido a acções colinérgicas e neurotróficas. Outras estratégias terapêuticas são dirigidas à inibição ou diminuição da formação de peptídeos neurotóxicos. Além disso, medicamentos que digerem selectivamente os peptídeos agregados podem revelar-se úteis. Uma vacina experimental que contém peptídeo AP administrado a ratinhos produtores de placas leva a uma menor formação de placas em ratinhos mais jovens e ao desaparecimento de placas nos ratinhos mais velhos. As alterações na formação de placas em ratos foram associadas à preservação da memória e capacidade de aprendizagem. A vacinação não desencadeou uma resposta auto-imune ou uma reacção tóxica nos animais experimentais. Assim, estes estudos deram ímpeto ao desenvolvimento de uma vacina humana.ao avaliar um doente para a doença de Alzheimer, é essencial que outras causas tratáveis de demência sejam excluídas através da determinação de parâmetros bioquímicos e clínicos críticos. Algumas das anomalias tratáveis, relativamente comuns que produzem demência incluem abuso de drogas, desequilíbrio electrolítico, alterações da tiróide, e deficiência de vitamina B12; as anomalias menos comuns são tumor, acidente vascular cerebral e encefalopatia de Wernicke.a amiloidose (também chamada polineuropatia amilóide familiar) é uma síndrome autossómica dominante caracterizada por neuropatia periférica. Esta doença resulta de uma das cinco mutações identificadas até à data no gene para a transitiretina. A tritiretina também é chamada prealbumina (embora não tenha relação estrutural com a albumina) porque migra à frente da albumina em eletroforese padrão em pH 8.6. A transtiretina é sintetizada no fígado e é uma proteína plasmática normal com uma concentração de 20-40 mg/dL. Transporta tiroxina e proteína de ligação ao retinol (Capítulo 38). A concentração de transtiretina diminui significativamente na desnutrição e os níveis plasmáticos são diagnósticos de distúrbios da desnutrição (Capítulo 17).

o gene da transitiretina reside no cromossoma 18 e é expresso de forma constitutiva. A estrutura primária da transtiretina consiste em 127 resíduos de aminoácidos e oito estruturas de folhas β dispostas numa conformação antiparalelal em planos paralelos (figura 4-15).

FIGURA 4-15. The structure of transithyretin. A molécula contém oito cadeias β antiparalelais (A-H) dispostas em dois planos paralelos. A forma circulante de reticiretina é um tetrâmero. Algumas mutações no gene da transtilretina estão associadas à amiloidose e oito das alterações de aminoácidos que causam esta doença estão indicadas. No plasma, a transtiretina é um tetrâmero composto de monômeros idênticos. Parece que as mutações fazem com que o intermediário monomérico unfolded da transtiretina se agregar numa formação de fibrilação β-amilóide insolúvel.

Eet pode apresentar herdadas, infecciosas e esporádicas apresentações. Além disso, a doença hereditária também pode ser infecciosa. CJD ocorre tanto como um transtorno autossômico hereditário dominante e em uma forma transmissível. Na hipótese “só proteína”, a proteína anormal do prião, introduzida a partir de fontes externas ou produzida pelo gene mutante da proteína do prião, afeta o dobramento normal das proteínas e desloca o dobramento das proteínas do prião para a formação de proteína anormal do prião. A conversão da proteína prion normal, cuja função é desconhecida, para uma forma aberrante envolve uma mudança conformacional ao invés de uma modificação covalente. A proteína de prião anormal funciona como uma semente que induz a proteína de prião celular normal para as proteínas de estrutura β, ricas em amiloidogênica anómala, que podem ser propagadas e transmitidas a outras células. A forma agregada da proteína prion que forma amilóide é resistente à proteólise.a conversão da proteína prion sensível à protease natural numa forma de resistência à protease ocorre in vitro através da mistura das duas proteínas. No entanto, estas proteínas prion resistentes às proteases não são infecciosas. Assim, na hipótese “só proteica” da infecção por prião, a aquisição de uma conformação abherrant não é suficiente para a propagação da infecciosidade. No entanto, no sistema da levedura (Saccharomyces cerevisiae), a forma anormal de prião da proteína da levedura, introduzida pela fusão lipossómica, é capaz de semear uma mudança conformacional auto-propagação das proteínas normais, que se acumulam como agregados. Os agregados são transmissíveis às células de levedura filhas, juntamente com a propagação de fenótipo anormal.recentemente, surgiu um grave problema de saúde pública ao mostrar que uma doença de prião nos bovinos pode atravessar barreiras de espécies e infectar os seres humanos. Isto ocorreu quando os bovinos foram alimentados com farinha feita de ovelhas infectadas com tremor epizoótico. O gado desenvolveu a BSE (comumente chamada de “doença das vacas loucas”). Posteriormente, quando as pessoas consumiam carne contaminada com prião, um pequeno número, principalmente na Grã-Bretanha, desenvolveu uma variante de CJD (vCJD) aproximadamente cinco anos depois. A forma variante de CJD é uma forma única de doença de prião que ocorre em uma população muito mais jovem do que seria esperado a partir de CJD hereditária ou esporádica. Tanto a EEB como a vCJD partilham muitas características patológicas semelhantes, sugerindo uma ligação etiológica entre a vCJD humana e a EEB do gado.

a proteína supressora do tumor p53 fornece mais um exemplo de dobragem da proteína que pode levar a efeitos patológicos, neste caso cancros (p é para a proteína e 53 é para o seu peso molecular aproximado de 53.000). O gene para p53 está localizado no braço curto do cromossomo 17 (17 p) e códigos para uma fosfoproteína 393-aminoácido. Em muitos cancros, o gene p53 sofre mutação e a falta de proteína p53 normal tem sido associada ao desenvolvimento de cerca de 40% dos cancros humanos.

Normal p53 funciona como um supressor de tumor e é um fator de transcrição que normalmente participa na regulação de vários genes necessários para controlar o crescimento celular, reparação de DNA, eapoptose (morte celular programada). O p53 Normal é um tetrâmero e liga-se ao ADN de uma forma específica de sequência. Um dos genes regulados por p53 produz uma proteína conhecida como p21, que interfere com o ciclo celular ligando-se às cinases ciclônicas. Outros genes regulados por p53 são MDM2 e BAX. O antigo gene codifica uma proteína que inibe a ação de p53, funcionando como parte de um mecanismo de feedback regulatório. Pensa-se que a proteína produzida pelo gene BAX desempenha um papel na apoptose induzida pela p53.a maioria das mutações dos genes p53 são mutações somáticas do missense envolvendo substituições de aminoácidos no domínio de ligação ao ADN. As formas mutantes de p53 são proteínas malfolded com conformações anormais e a incapacidade de se ligar ao DNA, ou eles são menos estáveis. Indivíduos com a síndrome de Li-Fraumeni, (uma característica dominante autossômica) têm um gene p53 mutado e um gene p53 normal. Estes indivíduos têm maior susceptibilidade a muitos cancros, tais como leucemia, carcinomas da mama, sarcomas de tecidos moles, tumores cerebrais e osteosarcomas.os ensaios clínicos estão em curso para investigar se a introdução do gene p53 normal nas células tumorais por meio de terapia genética (Capítulo 23) tem efeitos benéficos no tratamento do cancro. Resultados iniciais com terapia genética p53 indicam que pode diminuir o tumor, desencadeando apoptose.