Sinalização celular
A sinalização celular é parte de um complexo sistema de comunicação que governa atividades celulares básicas e coordena as ações da célula. A capacidade das células de perceber e responder corretamente a seus mico-ambientes é a base do desenvolvimento, reparo dos tecidos e imunidade bem como da homeostase normal dos tecidos. Erros no processamento da informação celular são responsáveis por doenças como o câncer, auto-imunidade, e diabetes. Entendendo a sinalização celular, as doenças podem ser tratadas efetivamente e teoricamente, tecidos artificiais podem ser construídos.O trabalho tradicional em biologia tem focalizado o estudo de partes individuais das vias de sinalização celular. Pesquisas em sistemas biológicos nos ajudam a compreender a estrutura subjacente das redes de sinalização celular e como alterações nessas redes podem afetar a transmissão da informação.
A sinalização celular tem sido principalmente extensivamente estudada no contexto das doenças humanas e da sinalização entre células de um único organismo. Entretanto, a sinalização celular também pode ocorrer entre as células de dois organismos diferentes. Em muitos mamíferos, as primeiras células embrionárias trocam sinais com células do útero. No trato gastrointestinal humano, as bactérias trocam sinais entre si e com as células do sistema imune e do epitélio. Para a união duradoura da levedura Saccharomyces cerevisiae, algumas células mandam um peptídeo sinalizador (fator de casamento) em seu meio-ambiente. O peptídeo fator de casamento pode ligar-se ao receptor de superfície em outras células de levedura e induzi-las ao preparo para a reunião.
Alguns tipos de comunicação entre células requerem contato direto célula-célula. Algumas células formam fendas de ligação que conectam seu citoplasma ao citoplasma de células adjacentes. No músculo cardíaco, as junções das fendas entre células adjacentes permitem a ação de propagação potencial a partir da região do marca-passo cardíaco do coração para espalhar e coordenadamente causar a contração do coração.
O mecanismo de sinalização de Notch [omim 190198 “ As proteínas Notch são receptores transmembrana de único passo que regulam a decisão do destino da célula durante o desenvolvimento. A família Notch inclui quarto receptores, NOTCH1, NOTCH2 , NOTCH3 e NOTCH4, cujos ligantes incluem JAG1, JAG2, DLL1, DLL3, e DLL4. Todos os receptors têm um domínio extracellular contendo múltiplas repetições de fator de crescimento da epiderme (EGF) e uma região intracelular contendo o domínio RAM, repetições ancirina (uma proteína da membrana eritrocitária que se liga a espectrina, esta última, uma proteína tetramérica do citoesqueleto) e um domínio PEST (proteína tirosina fosfatase) no terminal C (terminal carboxila) (Das e outros , 2004).] é um exemplo de sinalização justácrina (forma de ação hormonal que exige que a célula que produz o efetor esteja em contato direto com a célula que possui o receptor apropriado - Stedman) no qual duas células adjacentes devem fazer contato físico para comunicarem-se. Esse requerimento do contato direto permite o controle muito preciso da diferenciação celular durante o desenvolvimento embrionário. No verme Caenorhabditis elegans, cada uma das duas células da gônada em desenvolvimento (neste caso deve ser o ovário do verme: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/C_elegans_anatomy.png) tem uma chance igual de terminar a diferenciação ou tornar-se uma célula precursora do útero que se continuará dividindo. A escolha de que célula continuara a dividir-se é controlada pela competição de sinais da superfície celular. Uma célula produzirá mais proteínas de superfície celular que ativam o receptor Notch na célula adjacente. Isso ativa um sistema de retorno que reduz a expressão de Notch na célula que diferenciará e aumenta a expressão do receptor Notch na célula que permanecerá como uma célula-tronco. (Nesse caso, a célula que permanece como célula tronco é que vai formar o útero?)
Muitos sinais celulares são carregados por moléculas que são liberadas por uma célula e movem-se para fazer contato com outra célula. Sinais endócrinos são chamados hormônios. Os hormônios são produzidos pelas células endócrinas e eles viajam através do sangue para atingir todas as partes do corpo. A especificidade da sinalização pode ser controlada se somente algumas células puderem responder a um hormônio particular. Sinais parácrinos alvejam somente células na vizinhança de células emissoras. Os neurotransmissores representam um exemplo Algumas moléculas de sinalização podem funcionar tanto como hormônio como neutrotransmissoras. Por exemplo, a epinefrina (adrenalina) e a norepinefrina (existe em menor quantidade que a epinefrina, é secretada em resposta à hipotensão e ao cansaço físico, possui efeitos vasoconstritores) podem funcionar como hormônios quando liberadas da glândula adrenal e são transportadas para o coração pelo caminho veio sanguíneo. A norepinefrina também pode ser produzida pelos neurônios para funcionar como um neurotransmissor no cérebro. O estrógeno pode ser liberado pelo ovário e funcionar como um hormônio ou agir localmente por via de sinalização parácrina ou autócrina.
FONTE: http://bioisolutions.blogspot.com/2007/06/cell-signalls.html
domingo, 31 de maio de 2009
domingo, 24 de maio de 2009
*147670 Receptor de Insulina
Gene map locus 19p13.2
DESCRIÇÃO
O receptor de insulina é um tetrâmero de duas sub-unidades alfa e duas beta. As sub-unidades alfa e beta são codificadas por um único gene e são unidas por ligações dissulfídicas, um mecanismo paralelo ao de sua ligante, a insulina (INS;176730) (Rubin, 1984).
CLONAGEM
Ullrich e outros (1985) deduziram a sequência inteira de 1.370 aminoácidos do receptor de insulida de um clone de cDNA. O precursor inicia com uma sequencia sinal de 27 aminoácidos, seguida da sub-unidade alfa do receptor, um sítio precursor de processamento de clivagem por enzima, e então a sub-unidade beta contendo uma única sequência transmembrana de 23 aminoácidos.
Caro e outros (1988) demonstraram diferenças na massa molecular, composição de carbo-hidratos e antigenicidade entre as sub-unidades alfa do receptor de insulina no fígado e no músculo e no tecido adiposo, os dois principais tecidos periféricos alvos da insulina. Além disso, os mesmos autores mostraram que a atividade da cinase tirosil estimulada pela insulina é maior no músculo do que no fígado ou no tecido adiposo. Existem homologias seqüenciais com o receptor de EGF (131550 receptor de fator de crescimento da epiderme).
Dois transcritoe de mRNA do receptor de insulin resultants de splicing alternative do éxon 11 no gene do receptor são expressados de modo altamente regulado em tecidos específicos. Benecke e outros (1992) estudaram a relativa abundância dessas duas espécies de mRNA nos tecidos humanos; uma contendo o éxon 11 mostra uma marcada predominância no fígado, enquanto a isoforma na qual o éxon 11 tenha sido espliceado fora mostra uma predominância comparável nos leucócitos. Quantidades similares das duas variantes foram encontradas na placenta, no músculo esquelético e no tecido adiposo. Nenhuma diferença significativa foi encontrada entre elementos de controle e pessoas com diabetes.
FUNÇÃO DO GENE
Due e outros (1986) apresentaram evidências de que a cadeia pesada do MHC I (HLA-A, HLA-B, HLA-C; veja 142800) é uma sub-unidade estrutural do receptor de insulina. Isto expande a amplitude das possíveis funções biológicas para histocompatibilidade antigênica. Interações das moléculas I HLA com receptores de glucagon (e.g 138033) e receptores de fatores de crescimento da epiderme (e.g. 131550) também têm sido demonstradas. Due e outros (1986) favoreceram a hipótese de que a molécula beta-2-microglobulna [109700 ; A beta-2-microglobulina é uma protein do soro encontrada em associação com a cadeia pesada do complexo maior de histocompatibilidade de classe I na superfície de quase todas as células nucleadas (Gussow e outros, 1987] é substituída pelo receptor de insulina quando esta se associa com a cadeia pesada do MHC de classe I. Kittur e outros (1987) apresentaram evidências da associação entre os antígenos HLA e sítios específicos de ligação da insulina nos linfócitos B humanos. Eles citaram experimentos demonstrando a co-precipitação de uma fração dos receptores de insulina com os antígenos MHC de classe I e de classe II. Assim, em adição a outras funções dos antígenos MHC, eles podem afetar o funcionamento de, ou por si mesmos servirem como, receptores de superfície celular.
Williams e outros (1990) criaram uma forma mutante do gene INSR por mutagêneses direcionada ao sítio com o fim de estudar os efeitos da mutação nas funções do receptor.
Christiansen e outros (1991) usaram dados de microscopia eletrônica para deduzir um modelo para a estrutura quaternária do receptor de insulina na placenta humana.
Usando um sistema de duas leveduras híbridas, Dey e outros (1998) identificaram uma sub-unidade regulatória da cinase 3 fosfatidilinositol, PIK3R3 (606076), como uma parceira de ligação do INSR. Eles concluíram que a PIK3R3 interage com IGF1R (147370) e o INSR de maneira dependente de cinase, proporcionando uma via alternativa para a ativação da PI3K por esses dois receptores.
A proteína tirosina fosfatase PTP1B (176885) é responsável pela regulagem negativa da sinalização da insulina por desfosforilar os resíduos de fosfotirosina (ptyr) do segmento de ativação de cinase do INSR, ou IRK. Por integração de estudos de cristalografia, cinética e de ligação de peptídios ao PTP1B, Salmeen e outros (2000) definiram a especificidade molecular desta reação. Interações extensivas são formadas entre o PTP1B e a sequência IRK abrangendo os resíduos ptyr em tandem (repetidos seguidamente) nas posições 1162 e 1163, por isso a ptyr 1162 é selecionada no sítio catalítico e a ptyr 1163 está localizada dentro de um sítio de reconhecimento de ptyr. Essa seletividade é atribuída a afinidade 70 vezes maior para peptídios contendo ptyr em tandem em relação a peptídios mono-ptyr e prevê um processo hierárquico de defosfolilação. Muitos elementos da interação PTP1B-IRK são únicos para o PTP1B, indicando que pode ser mais fácil gerar pequenas moléculas inibidoras específicas dessa interação para tratar o diabetes e a obesidade.
Leibiger e outros (2001) mostraram que a insulin ativa a transcrição de seu próprio gene e o gene da gluco-cinase da célula beta (GCK;138079) por diferentes mecanismos. Visto que a transcrição do gene da insulina é promovida pela sinalização através do INSR de tipo A (sem o éxon 11), a PI3K de classe IA (veja 171833), e a cinase S6 de 70 quilo-dáltons, a insulina estimula o gene de GCK nas células beta pela sinalização por via do INSR de tipo B (com o éxon 11), a atividade de tipo PI3K de classe II (veja 602838), e a proteína cinase B (164730). Esses dados proporcionaram evidências para a seletividade na ação da insulina por via das duas isoformas do INSR, as bases moleculares sendo sinalização preferencial através de diferentes PI3K e proteínas cinases.
Rajala e Anderson (2001) procuraram identificar proteína(s) fosforiladas por tirosina nos segmentos exteriores do bastonete bovino (bastonetes e cones formam uma camada no estrato granular externo da retina, a parte fotossensível é dirigida para fora de um bastonete que contém rodopsina) (ROS) que estivessem associadas com PI3K. Eles concluíram que a fosforilação da tirosina da sub-unidade beta do receptor de insulina está envolvida na regulação da atividade de PI3K no ROS.
O decréscimo na afinidade de sítios de ligação do receptor de insulina numericamente normal tem sido relatado em pacientes com distrofia miotônica (miotonia é o relaxamento de um músculo após uma contração forte ou a contração prolongada após após estimulação mecênica) (Tevaarwerk e outros , 1979). A distrofia miotônica é frequentemente associada a distúrbios na resposta da insulina.
No músculo de pacientes com distrofia miotônica de tipo 1 (DM1; 160900), o splicing alterado do receptor de insulina para as isoformas que não são do músculo corresponde à insensibilidade à insulina e diabetes que são parte do fenótipo de distrofia miotônica; devido a diferenças das espécies de receptor de insulina, esse efeito não é visto em camundongos modelos de DM. Savkur e outros (2004) demonstraram que as anormalidades de splicing comparáveis ocorrem na DM2 (602668) do músculo antes do desenvolvimento de da histopatologia no músculo, demonstrando assim os efeitos patogênicos precoces de expansões do RNA.
ESTRUTURA DO GENE
Seino e outros (1989) descobriram que o gene INSR espande-se por mais de 120 quilobases e tem 22 éxons. Os onze éxons codificando a sub-unidade alfa estão dispersos por mais de 90 quilobases, enquanto dos 11 éxons que codificam a sub-unidade beta estão localizados juntos numa região de aproximadamente 30 quilobases. Três sítios de iniciação transcricional foram identificados, localizados nos pares de base 276, 282 e 283 a montante do sítio de iniciação de tradução.
FEIÇÕES BIOQUÍMICAS
Estrutura cristalina
McKern e outros (2006) apresentaram a estrutura cristalina em resolução de 3,8 angstrons do dímero do domínio externo IR-A do receptor de insulina, complexado com quatro fragmentos de ligação a antígeno (Fabs) dos anticorpos monoclonais 83-7 e 83-14, crescidos na presença de um fragmento de um peptídio mimético da insulina. A estrutura revela o arranjo do domínio no dímero do domínio externo ligado por dissulfatos, mostrando que o receptor de insulina adota uma conformação sobre-dobrada que estabelece as regiões de ligação ao ligante em justaposição. Esse arranjo é diferente dos modelos prévios. Ele mostra que dois domínios L1 estão em lados opostos ao dímero, muito mais longe para permitir à insulina ligar-se a ambos os domínios L1 simultaneamente como proposto previamente. Não obstante, a estrutura implica na superfície terminal em carboxila do primeiro domínio de fibronectina de tipo III como o segundo sítio de ligação envolvido na ligação de alta afinidade.
[Fibronectina (135600) – clonagem: Kornblihtt e outros (1983) isolaram clones correspondents ao gene humano da fibronectina de uma biblioteca de cDNA de carcinoma humano. A sequencia apresentou aproximadamente 90% de homologia com a sequencia bovina. O mRNA da fibronectina foi estimado em 7,9 quilobases. Os dados sugeriram que a fibronectina é codificada por um único gene e que as proteínas do plasma e celulares surgem de eventos pós-transcricionais.
Kornblihtt e outros (1984) identifcaram dois clones diferentes de cDNA de fibronectina e os mRNA correspondentes diferiam pela presença ou ausência de um fragmento interno de 270 pares de bases (chamado ED, de ‘domínio extra’, EDA, ou EDIIIA) que codifica um domínio de 90 resíduos de homologia de tipo III encontrada na proteína bovina. Esse fragmento de 90 resíduos está no terminal C entre os domínios de fixação celular e de ligação a heparina da proteína. O fígado humano produziu principalmente a forma sem o fragmento interno.
Kornblihtt e outros (1985) determinaram que o gene da fibronectina codifica um poli-peptídeo de 2.146 a 2.325 resíduos, dependendo de qual splicing interno tenha tomado lugar. A estrutura primária da proteína contém várias regiões homólogas internas, refletindo alta complexidade. Diferentes motivos mostraram domínios de ligação específica para fibrina, heparina, colágeno e DNA.
Sekiguchi e outros (1986) também descobriram que o cDNA da fibronectina do fígado carecia do segmento ED que está presente na maioria dos cDNA codificadores da fibronectina celular. Além disso, dois cDNAs no fígado diferiam na sequência na região do segemento de conexão de tipo III (IIICS) pela presença ou ausência de 192 pares de bases com regiões flanquadoras. Os cDNAs da FN1 celular continham a região IIICS de 192 bases. Assim a fibronectina celular parece ter segmentos extra de peptídeos, codificados pela reião IIICS e seus segmentos flanqueadores bem como a região ED de 270 bases, que estão ausentes principalmente na fibronectina do fígado.
Gutman e Kornblihtt (1987) descreveram uma tercera região de variabilidade na fibronectina humana em adição às regiões EDA e IIICS. Essa terceira região assemelha-se à EDA e consiste de um éxon de 273 nucleotídeos (chamada ‘EDII’, EDB ou EDIIIB) codificando exatamente uma repetição de 91 aminoácidos da homologia de tipo III localizada entre os domínios da fibronectina de ligação a DNA e a célula. Os dois mRNA correspondentes variantes estavam presentes nas células conhecidas por sinterizarem a forma celular da fibronectina. Células do fígado, que são a origem da fibronectina no plasma, produzem somente mensageiros sem o EDB. Gutman e Kornblihtt (1987) concluíram que ambas as sequencias EDA e DB estão restritas à FN celular. A combinação de todos os possíveis padrões de splicing nas três regiões descritas pode teoricamente gerar mais de 20 popipeptídios de FN distintos a partir de um único gene.]
Lou e outros (2006) noticiaram a estrutura em cristal de três domínios do INSR em resolução de 2.3 angstrons e compararam com a estrutura do fragmento correspondente do IGF1R. Eles observaram notáveis diferenas nas regiões que governam especificidade do ligante e da ligação.
MAPEAMENTO
Com hibridização em sítio e análises de Southern blot de células somáticas com DNA híbrido, Yang-Feng e outros (1985) assinaram o gene do receptor de insulina em 19p13.3-p13.2. Este sítio está envolvido numa translocação não aleatória na leucemia aguda das pré-células B. A t(1;19) foi demonstrada por vários cientistas (assim como,Williams e outros, 1984) nessa forma de leucemia linfoblástica aguda infantil que responde pobremente ao tratamento. A célula produz cadeias citoplasmáticas mas não as cadeias pesadas da imunoglobulina de superfície celular.
Shaw e outros (1986) concluíram a partir de ligação entre estudos que o INSR está muito próximo do C3 (complemento 3; 120700: 19p13.3-p13.2) porém longe do DM (160900 A distrofia miotônica é uma desordem autossômica dominante caracterizada principalmente pela miotonia (relaxamento tardio de um músculo), distrofia muscular, catarata, hipogonadismo, calvice frontal, e mudanças ECG (no eletrocardiograma). O defeito genético na DM1 resulta de uma repetição de trinucleotídeos amplificada na região não traduzida da extremidade 3 do gene de uma proteína cinase. A severidade da doença vara com o número das repetições: indivíduos normais têm de 5 a 30 repetições, pessoas medianamente afetadas têm de 50 a 80 repetições, e os indivíduos severamente afetados têm 2000 ou mais cópias.) Por hibridização em sítio fluorescente, Trask e outros (1993) assinaram o gene INSR em 19p13.3. Através de mapeamento simultâneo de múltiplas provas, eles foram capazes de atingir um assinalamento mais refinado do que foi possível quando uma única prova ou poucas provas foram mapeadas.
GENÉTICA MOLECULAR
Taylor e outros (1986) concluíram que um paciente com a síndrome de Donohue (246200 Fernhoff (2004) notou que síndrome de Donohue é um nome mais apropriado para esta desordem porque “Leprechaunismo” pode ser visto como pejorativo pelas famílias. Leprechaunismo é um tipo de nanismo congênita caracterizada pelo retardo no crescimento, distúrbios endócrinos e face de elfo e orelhas grandes, com implantação baixa; herança autossômica recessiva; causado por diferentes mutações no gene do receptor de insulina.) e extrema resistência à insulina era uma composição genética, isto é, que cada parente tinha transmitido ao probando um defeito diferente no receptor de insulina (veja 147670.0002). O paciente, referido como leprecahun/Ark-1, tinha um decréscimo de 80 a 90% no número de receptores de insulina nos monócitos circulantes. Embora os receptores nos linfócitos do paciente transformados pelo vírus Epstein-Barr estivessem normais em número, eles mostraram sensitividade diminuída às mudanças de temperatura e pH. O pai, que tinha um grau moderado de resistência à insulina, parecia-se com o paciente em que seus monócitos tinham uma redução de 60 a 80% no número de receptores de insulina. A ligação dos linfócitos do pai transformados com o vírus EB era normal. A mãe tinha sensitividade normal para insulina e um número normal de receptores de insulina nos monócitos circulantes. Por outro lado, os receptores de insulina nos linfócitos da mãe trasformados com o vírus EB eram qualitativamente anormais, parecendo-se proximamente com as células cultivadas da filha. O pai, que era heterozigoto para uma mutação sem sentido, mostrou um grau moderado de resistência à insulina. Ojamaa e outros (1988) descobriram uma marcada redução no nível de mRNA do receptor em um paciente com a síndrome de Donohue.
Kadowaki e outros (1988) leantaram a questão sobre se mutações no gene do receptor de insulina poderiam contribuir para a resistência à insulina em alguns pacientes com diabetis mellitus não dependentes de insulina (NIDDM, 125853). Taira e outros (1989) sugeriram que muitas instâncias de NIDDM podem ser devidas a mutações relativamente menores no gene do receptor de insulina que causam afinidade ligeiramente reduzida do receptor para a insulina ou uma ligeira redução na atividade de cinase; nesses casos, fatores ambientais tais como obesidade poderiam disparar o estabelecimento do diabetes.
Discutindo os mecanismos da resistência à insulin Moller e Flier (1991) e Taylor e outros (1991) diagramaram a estrutura do receptor de insulina humano e indicaram a posição das mutações pontuais conhecidas. Taylor e outros (1991) dividiram as mutações no gene INSR em cinco classes: classe 1, biossíntese diminuída do receptor; de classe 2, diminuído transporte dos receptores para a superfície celular; de classe 3, diminuída afinidade de ligação a insulina; de classe 4, diminuída atividade de tirosina cinase, e de classe 5, degradação acelerada do receptor.
Entre 22 mulheres não aparentadas com resitência à insulina, Acantose nigricans (erupção de lesões aveludadas e verrucosas associada a hiperpigmentação que ocorre na pele das axilas, do pescoço e da virilha; nos adultos pode estar associada a distúrbios endócrinos ou obesidade ou processos malignos internos, Stedman) e síndrome do ovário policístico (hyperandrogenemia, oligoamenorréia, e hirsutismo (presença excessiva de pelos corporais e faciais); 610549), Moller e outros (1994) identificaram somente uma mutação no gene INSR: de arg1174 para gln (glicina) (147610.0030). Moller e outros (1994) concluíram que a mutação no gene INSR é uma causa rara da síndrome de tipo A da extrema resistência à insulina.
‘t Hart e outros (1999) estudaram amostras aleatórias de sujeitos com NIDDM e controles de estudos baseados na população de Hoorn e Rotterdam para determinar a prevalência de variantes nos genes candidatos à NIDDM. A variante de INSR val985-para-met foi encontrada nas freqüências de 4,4 e 1,8%, respectivamente, em pacientes com NIDDM e normoglicêmicos.
McCarthy e outros (2001) genotiparam 24 polimorfismos de único nucleotídeo (SNPs) dentro da região 19p13 em uma população caucasiana compreendendo 827 casos não relacionados de enxaqueca típica (607508). Cinco SNPs dentro do gene do receptor de insulina mostraram significativa associação com a enxaqueca. Estudos funcionais dos SNPs do INSR não mostraram efeitos nos níveis de mRNA ou de splicing nos leucócitos do sangue periférico ou na ligação da insulina às células mononucleares. Os autores especularam sobre possíveis mecanismos pelos quais o INSR poderia atuar num papel na patogênese da enxaqueca.
Longo e outros (2002) relataram seis pacientes e mutações correlacionadas no gene do receptor de insulina com a sobrevivência. Pacientes com a síndrome de Donohue eram homozigotos ou composições heerozigotas para mutações no domínio extracelular do receptor de insulina, e suas células tinham marcadamente reduzida a ligação à insulina (menos de 10% dos controles). As mutações em seus genes de receptor de insulina inseriam prematuros códons de finalização resultando no diminuto nível de mRNA maduro, ou alternativamente aetavam o domínio extra-celular do receptor. Três pacientes com a síndrome de Rabson-Mendenhall tinham ao menos uma mutação sem sentido no domínio intracelular do receptor de insulina. Estudos de expressão em células de ovário de hamster indicaram que várias mutações marcadamente reduziam a ligação à insulina (menos de 5% do que os controles), enquanto outras retinham significante atividade de ligação à insulina. Os autores concluíram que as mutações no receptor de insulina que retinham uma atividade residual de ligação à insulina correlacionavam-se com a sobrevivência prolongada em uma série de pacientes com extrema resistência à insulina.
Em todos os membros afetados de três gerações de uma família dinamarquesa com hipoglicemia hiperinsulinêmica (veja HHF5, 609968), Hojlund e outros (2004) identificaram a heterozigosidade para uma mutação pontual no gene do receptor de insulina (147670.0037). A mutação não foi encontrada em nenhum membro não-afetado da família. A irmã do probando, a qual tinha moderados sintomas de hipoglicemia, mostrou média pigmentação da pele nas axilas, níveis aumentados de testosterona total e livre no soro, e ovários policísticos.
Foti e outros (2005) relataram quarto pacientes com resistência à insulina e diabetes de tipo II em cujas superfícies celulares os receptores de insulina estavam reduzidos e a transcrição do gene INSR estava diminuída embora os genes INSR fossem normais. Nesses indivíduos, a expressão da HMGA1 (600701; 6p21 Proteína 1A do grupo de alta mobilidade) estava marcadamente reduzida; a restauração da expressão da proteína HMGA1 em suas células aumentou a trascrição do gene INSR e restaurou a expressão do receptor de insulina na superfície celular e a capacidade de ligação à insulina. Foti e outros (2005) concluíram que os defeitos na HMGA1 podem causar da reduzida expressão do receptor de insulina e induzir a resistência à insulina.
OBS.: OMIM - 600701 - As proteínas cromossômicas não-histona HMGIY/C, as quais são frequentemente referidas como proteínas arquiteturais, participam numa variedade de processos celulares incluindo a regulação da transcrição indutível de genes, integração de retroviroses nos cromossomos, e na indução da transformação neoplásica e promoção da progressão metastática das células do câncer. Elas são caracterizadas pela presença de três cópias conservadas do motivo do peptídio de ligação a DNA (AT-hook) que liga-se preferencialmente com o sulco menor de muitos promotores ricos em AT e estimuladores elementos regulatórios do DNA. Embora elas não possuam nenhuma estrutura secundária enquanto livres em solução, elas organizam estruturas do complexo transcricional de DNA de proteína nuclear e interações entre essas proteínas e o DNA. Essas interações induzem ambas as alterações estruturais nos substratos da cromatina e a formação de complexos stereo-específicos (com figuração espacial específica) chamados enhanceossomos nas regiões promotor/estimulador dos genes cuja transcrição eles regulam. (Grosschedl e outros, 1994; Reeves e Beckerbauer, 2001)
Fonte: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=147670
Gene map locus 19p13.2
DESCRIÇÃO
O receptor de insulina é um tetrâmero de duas sub-unidades alfa e duas beta. As sub-unidades alfa e beta são codificadas por um único gene e são unidas por ligações dissulfídicas, um mecanismo paralelo ao de sua ligante, a insulina (INS;176730) (Rubin, 1984).
CLONAGEM
Ullrich e outros (1985) deduziram a sequência inteira de 1.370 aminoácidos do receptor de insulida de um clone de cDNA. O precursor inicia com uma sequencia sinal de 27 aminoácidos, seguida da sub-unidade alfa do receptor, um sítio precursor de processamento de clivagem por enzima, e então a sub-unidade beta contendo uma única sequência transmembrana de 23 aminoácidos.
Caro e outros (1988) demonstraram diferenças na massa molecular, composição de carbo-hidratos e antigenicidade entre as sub-unidades alfa do receptor de insulina no fígado e no músculo e no tecido adiposo, os dois principais tecidos periféricos alvos da insulina. Além disso, os mesmos autores mostraram que a atividade da cinase tirosil estimulada pela insulina é maior no músculo do que no fígado ou no tecido adiposo. Existem homologias seqüenciais com o receptor de EGF (131550 receptor de fator de crescimento da epiderme).
Dois transcritoe de mRNA do receptor de insulin resultants de splicing alternative do éxon 11 no gene do receptor são expressados de modo altamente regulado em tecidos específicos. Benecke e outros (1992) estudaram a relativa abundância dessas duas espécies de mRNA nos tecidos humanos; uma contendo o éxon 11 mostra uma marcada predominância no fígado, enquanto a isoforma na qual o éxon 11 tenha sido espliceado fora mostra uma predominância comparável nos leucócitos. Quantidades similares das duas variantes foram encontradas na placenta, no músculo esquelético e no tecido adiposo. Nenhuma diferença significativa foi encontrada entre elementos de controle e pessoas com diabetes.
FUNÇÃO DO GENE
Due e outros (1986) apresentaram evidências de que a cadeia pesada do MHC I (HLA-A, HLA-B, HLA-C; veja 142800) é uma sub-unidade estrutural do receptor de insulina. Isto expande a amplitude das possíveis funções biológicas para histocompatibilidade antigênica. Interações das moléculas I HLA com receptores de glucagon (e.g 138033) e receptores de fatores de crescimento da epiderme (e.g. 131550) também têm sido demonstradas. Due e outros (1986) favoreceram a hipótese de que a molécula beta-2-microglobulna [109700 ; A beta-2-microglobulina é uma protein do soro encontrada em associação com a cadeia pesada do complexo maior de histocompatibilidade de classe I na superfície de quase todas as células nucleadas (Gussow e outros, 1987] é substituída pelo receptor de insulina quando esta se associa com a cadeia pesada do MHC de classe I. Kittur e outros (1987) apresentaram evidências da associação entre os antígenos HLA e sítios específicos de ligação da insulina nos linfócitos B humanos. Eles citaram experimentos demonstrando a co-precipitação de uma fração dos receptores de insulina com os antígenos MHC de classe I e de classe II. Assim, em adição a outras funções dos antígenos MHC, eles podem afetar o funcionamento de, ou por si mesmos servirem como, receptores de superfície celular.
Williams e outros (1990) criaram uma forma mutante do gene INSR por mutagêneses direcionada ao sítio com o fim de estudar os efeitos da mutação nas funções do receptor.
Christiansen e outros (1991) usaram dados de microscopia eletrônica para deduzir um modelo para a estrutura quaternária do receptor de insulina na placenta humana.
Usando um sistema de duas leveduras híbridas, Dey e outros (1998) identificaram uma sub-unidade regulatória da cinase 3 fosfatidilinositol, PIK3R3 (606076), como uma parceira de ligação do INSR. Eles concluíram que a PIK3R3 interage com IGF1R (147370) e o INSR de maneira dependente de cinase, proporcionando uma via alternativa para a ativação da PI3K por esses dois receptores.
A proteína tirosina fosfatase PTP1B (176885) é responsável pela regulagem negativa da sinalização da insulina por desfosforilar os resíduos de fosfotirosina (ptyr) do segmento de ativação de cinase do INSR, ou IRK. Por integração de estudos de cristalografia, cinética e de ligação de peptídios ao PTP1B, Salmeen e outros (2000) definiram a especificidade molecular desta reação. Interações extensivas são formadas entre o PTP1B e a sequência IRK abrangendo os resíduos ptyr em tandem (repetidos seguidamente) nas posições 1162 e 1163, por isso a ptyr 1162 é selecionada no sítio catalítico e a ptyr 1163 está localizada dentro de um sítio de reconhecimento de ptyr. Essa seletividade é atribuída a afinidade 70 vezes maior para peptídios contendo ptyr em tandem em relação a peptídios mono-ptyr e prevê um processo hierárquico de defosfolilação. Muitos elementos da interação PTP1B-IRK são únicos para o PTP1B, indicando que pode ser mais fácil gerar pequenas moléculas inibidoras específicas dessa interação para tratar o diabetes e a obesidade.
Leibiger e outros (2001) mostraram que a insulin ativa a transcrição de seu próprio gene e o gene da gluco-cinase da célula beta (GCK;138079) por diferentes mecanismos. Visto que a transcrição do gene da insulina é promovida pela sinalização através do INSR de tipo A (sem o éxon 11), a PI3K de classe IA (veja 171833), e a cinase S6 de 70 quilo-dáltons, a insulina estimula o gene de GCK nas células beta pela sinalização por via do INSR de tipo B (com o éxon 11), a atividade de tipo PI3K de classe II (veja 602838), e a proteína cinase B (164730). Esses dados proporcionaram evidências para a seletividade na ação da insulina por via das duas isoformas do INSR, as bases moleculares sendo sinalização preferencial através de diferentes PI3K e proteínas cinases.
Rajala e Anderson (2001) procuraram identificar proteína(s) fosforiladas por tirosina nos segmentos exteriores do bastonete bovino (bastonetes e cones formam uma camada no estrato granular externo da retina, a parte fotossensível é dirigida para fora de um bastonete que contém rodopsina) (ROS) que estivessem associadas com PI3K. Eles concluíram que a fosforilação da tirosina da sub-unidade beta do receptor de insulina está envolvida na regulação da atividade de PI3K no ROS.
O decréscimo na afinidade de sítios de ligação do receptor de insulina numericamente normal tem sido relatado em pacientes com distrofia miotônica (miotonia é o relaxamento de um músculo após uma contração forte ou a contração prolongada após após estimulação mecênica) (Tevaarwerk e outros , 1979). A distrofia miotônica é frequentemente associada a distúrbios na resposta da insulina.
No músculo de pacientes com distrofia miotônica de tipo 1 (DM1; 160900), o splicing alterado do receptor de insulina para as isoformas que não são do músculo corresponde à insensibilidade à insulina e diabetes que são parte do fenótipo de distrofia miotônica; devido a diferenças das espécies de receptor de insulina, esse efeito não é visto em camundongos modelos de DM. Savkur e outros (2004) demonstraram que as anormalidades de splicing comparáveis ocorrem na DM2 (602668) do músculo antes do desenvolvimento de da histopatologia no músculo, demonstrando assim os efeitos patogênicos precoces de expansões do RNA.
ESTRUTURA DO GENE
Seino e outros (1989) descobriram que o gene INSR espande-se por mais de 120 quilobases e tem 22 éxons. Os onze éxons codificando a sub-unidade alfa estão dispersos por mais de 90 quilobases, enquanto dos 11 éxons que codificam a sub-unidade beta estão localizados juntos numa região de aproximadamente 30 quilobases. Três sítios de iniciação transcricional foram identificados, localizados nos pares de base 276, 282 e 283 a montante do sítio de iniciação de tradução.
FEIÇÕES BIOQUÍMICAS
Estrutura cristalina
McKern e outros (2006) apresentaram a estrutura cristalina em resolução de 3,8 angstrons do dímero do domínio externo IR-A do receptor de insulina, complexado com quatro fragmentos de ligação a antígeno (Fabs) dos anticorpos monoclonais 83-7 e 83-14, crescidos na presença de um fragmento de um peptídio mimético da insulina. A estrutura revela o arranjo do domínio no dímero do domínio externo ligado por dissulfatos, mostrando que o receptor de insulina adota uma conformação sobre-dobrada que estabelece as regiões de ligação ao ligante em justaposição. Esse arranjo é diferente dos modelos prévios. Ele mostra que dois domínios L1 estão em lados opostos ao dímero, muito mais longe para permitir à insulina ligar-se a ambos os domínios L1 simultaneamente como proposto previamente. Não obstante, a estrutura implica na superfície terminal em carboxila do primeiro domínio de fibronectina de tipo III como o segundo sítio de ligação envolvido na ligação de alta afinidade.
[Fibronectina (135600) – clonagem: Kornblihtt e outros (1983) isolaram clones correspondents ao gene humano da fibronectina de uma biblioteca de cDNA de carcinoma humano. A sequencia apresentou aproximadamente 90% de homologia com a sequencia bovina. O mRNA da fibronectina foi estimado em 7,9 quilobases. Os dados sugeriram que a fibronectina é codificada por um único gene e que as proteínas do plasma e celulares surgem de eventos pós-transcricionais.
Kornblihtt e outros (1984) identifcaram dois clones diferentes de cDNA de fibronectina e os mRNA correspondentes diferiam pela presença ou ausência de um fragmento interno de 270 pares de bases (chamado ED, de ‘domínio extra’, EDA, ou EDIIIA) que codifica um domínio de 90 resíduos de homologia de tipo III encontrada na proteína bovina. Esse fragmento de 90 resíduos está no terminal C entre os domínios de fixação celular e de ligação a heparina da proteína. O fígado humano produziu principalmente a forma sem o fragmento interno.
Kornblihtt e outros (1985) determinaram que o gene da fibronectina codifica um poli-peptídeo de 2.146 a 2.325 resíduos, dependendo de qual splicing interno tenha tomado lugar. A estrutura primária da proteína contém várias regiões homólogas internas, refletindo alta complexidade. Diferentes motivos mostraram domínios de ligação específica para fibrina, heparina, colágeno e DNA.
Sekiguchi e outros (1986) também descobriram que o cDNA da fibronectina do fígado carecia do segmento ED que está presente na maioria dos cDNA codificadores da fibronectina celular. Além disso, dois cDNAs no fígado diferiam na sequência na região do segemento de conexão de tipo III (IIICS) pela presença ou ausência de 192 pares de bases com regiões flanquadoras. Os cDNAs da FN1 celular continham a região IIICS de 192 bases. Assim a fibronectina celular parece ter segmentos extra de peptídeos, codificados pela reião IIICS e seus segmentos flanqueadores bem como a região ED de 270 bases, que estão ausentes principalmente na fibronectina do fígado.
Gutman e Kornblihtt (1987) descreveram uma tercera região de variabilidade na fibronectina humana em adição às regiões EDA e IIICS. Essa terceira região assemelha-se à EDA e consiste de um éxon de 273 nucleotídeos (chamada ‘EDII’, EDB ou EDIIIB) codificando exatamente uma repetição de 91 aminoácidos da homologia de tipo III localizada entre os domínios da fibronectina de ligação a DNA e a célula. Os dois mRNA correspondentes variantes estavam presentes nas células conhecidas por sinterizarem a forma celular da fibronectina. Células do fígado, que são a origem da fibronectina no plasma, produzem somente mensageiros sem o EDB. Gutman e Kornblihtt (1987) concluíram que ambas as sequencias EDA e DB estão restritas à FN celular. A combinação de todos os possíveis padrões de splicing nas três regiões descritas pode teoricamente gerar mais de 20 popipeptídios de FN distintos a partir de um único gene.]
Lou e outros (2006) noticiaram a estrutura em cristal de três domínios do INSR em resolução de 2.3 angstrons e compararam com a estrutura do fragmento correspondente do IGF1R. Eles observaram notáveis diferenas nas regiões que governam especificidade do ligante e da ligação.
MAPEAMENTO
Com hibridização em sítio e análises de Southern blot de células somáticas com DNA híbrido, Yang-Feng e outros (1985) assinaram o gene do receptor de insulina em 19p13.3-p13.2. Este sítio está envolvido numa translocação não aleatória na leucemia aguda das pré-células B. A t(1;19) foi demonstrada por vários cientistas (assim como,Williams e outros, 1984) nessa forma de leucemia linfoblástica aguda infantil que responde pobremente ao tratamento. A célula produz cadeias citoplasmáticas mas não as cadeias pesadas da imunoglobulina de superfície celular.
Shaw e outros (1986) concluíram a partir de ligação entre estudos que o INSR está muito próximo do C3 (complemento 3; 120700: 19p13.3-p13.2) porém longe do DM (160900 A distrofia miotônica é uma desordem autossômica dominante caracterizada principalmente pela miotonia (relaxamento tardio de um músculo), distrofia muscular, catarata, hipogonadismo, calvice frontal, e mudanças ECG (no eletrocardiograma). O defeito genético na DM1 resulta de uma repetição de trinucleotídeos amplificada na região não traduzida da extremidade 3 do gene de uma proteína cinase. A severidade da doença vara com o número das repetições: indivíduos normais têm de 5 a 30 repetições, pessoas medianamente afetadas têm de 50 a 80 repetições, e os indivíduos severamente afetados têm 2000 ou mais cópias.) Por hibridização em sítio fluorescente, Trask e outros (1993) assinaram o gene INSR em 19p13.3. Através de mapeamento simultâneo de múltiplas provas, eles foram capazes de atingir um assinalamento mais refinado do que foi possível quando uma única prova ou poucas provas foram mapeadas.
GENÉTICA MOLECULAR
Taylor e outros (1986) concluíram que um paciente com a síndrome de Donohue (246200 Fernhoff (2004) notou que síndrome de Donohue é um nome mais apropriado para esta desordem porque “Leprechaunismo” pode ser visto como pejorativo pelas famílias. Leprechaunismo é um tipo de nanismo congênita caracterizada pelo retardo no crescimento, distúrbios endócrinos e face de elfo e orelhas grandes, com implantação baixa; herança autossômica recessiva; causado por diferentes mutações no gene do receptor de insulina.) e extrema resistência à insulina era uma composição genética, isto é, que cada parente tinha transmitido ao probando um defeito diferente no receptor de insulina (veja 147670.0002). O paciente, referido como leprecahun/Ark-1, tinha um decréscimo de 80 a 90% no número de receptores de insulina nos monócitos circulantes. Embora os receptores nos linfócitos do paciente transformados pelo vírus Epstein-Barr estivessem normais em número, eles mostraram sensitividade diminuída às mudanças de temperatura e pH. O pai, que tinha um grau moderado de resistência à insulina, parecia-se com o paciente em que seus monócitos tinham uma redução de 60 a 80% no número de receptores de insulina. A ligação dos linfócitos do pai transformados com o vírus EB era normal. A mãe tinha sensitividade normal para insulina e um número normal de receptores de insulina nos monócitos circulantes. Por outro lado, os receptores de insulina nos linfócitos da mãe trasformados com o vírus EB eram qualitativamente anormais, parecendo-se proximamente com as células cultivadas da filha. O pai, que era heterozigoto para uma mutação sem sentido, mostrou um grau moderado de resistência à insulina. Ojamaa e outros (1988) descobriram uma marcada redução no nível de mRNA do receptor em um paciente com a síndrome de Donohue.
Kadowaki e outros (1988) leantaram a questão sobre se mutações no gene do receptor de insulina poderiam contribuir para a resistência à insulina em alguns pacientes com diabetis mellitus não dependentes de insulina (NIDDM, 125853). Taira e outros (1989) sugeriram que muitas instâncias de NIDDM podem ser devidas a mutações relativamente menores no gene do receptor de insulina que causam afinidade ligeiramente reduzida do receptor para a insulina ou uma ligeira redução na atividade de cinase; nesses casos, fatores ambientais tais como obesidade poderiam disparar o estabelecimento do diabetes.
Discutindo os mecanismos da resistência à insulin Moller e Flier (1991) e Taylor e outros (1991) diagramaram a estrutura do receptor de insulina humano e indicaram a posição das mutações pontuais conhecidas. Taylor e outros (1991) dividiram as mutações no gene INSR em cinco classes: classe 1, biossíntese diminuída do receptor; de classe 2, diminuído transporte dos receptores para a superfície celular; de classe 3, diminuída afinidade de ligação a insulina; de classe 4, diminuída atividade de tirosina cinase, e de classe 5, degradação acelerada do receptor.
Entre 22 mulheres não aparentadas com resitência à insulina, Acantose nigricans (erupção de lesões aveludadas e verrucosas associada a hiperpigmentação que ocorre na pele das axilas, do pescoço e da virilha; nos adultos pode estar associada a distúrbios endócrinos ou obesidade ou processos malignos internos, Stedman) e síndrome do ovário policístico (hyperandrogenemia, oligoamenorréia, e hirsutismo (presença excessiva de pelos corporais e faciais); 610549), Moller e outros (1994) identificaram somente uma mutação no gene INSR: de arg1174 para gln (glicina) (147610.0030). Moller e outros (1994) concluíram que a mutação no gene INSR é uma causa rara da síndrome de tipo A da extrema resistência à insulina.
‘t Hart e outros (1999) estudaram amostras aleatórias de sujeitos com NIDDM e controles de estudos baseados na população de Hoorn e Rotterdam para determinar a prevalência de variantes nos genes candidatos à NIDDM. A variante de INSR val985-para-met foi encontrada nas freqüências de 4,4 e 1,8%, respectivamente, em pacientes com NIDDM e normoglicêmicos.
McCarthy e outros (2001) genotiparam 24 polimorfismos de único nucleotídeo (SNPs) dentro da região 19p13 em uma população caucasiana compreendendo 827 casos não relacionados de enxaqueca típica (607508). Cinco SNPs dentro do gene do receptor de insulina mostraram significativa associação com a enxaqueca. Estudos funcionais dos SNPs do INSR não mostraram efeitos nos níveis de mRNA ou de splicing nos leucócitos do sangue periférico ou na ligação da insulina às células mononucleares. Os autores especularam sobre possíveis mecanismos pelos quais o INSR poderia atuar num papel na patogênese da enxaqueca.
Longo e outros (2002) relataram seis pacientes e mutações correlacionadas no gene do receptor de insulina com a sobrevivência. Pacientes com a síndrome de Donohue eram homozigotos ou composições heerozigotas para mutações no domínio extracelular do receptor de insulina, e suas células tinham marcadamente reduzida a ligação à insulina (menos de 10% dos controles). As mutações em seus genes de receptor de insulina inseriam prematuros códons de finalização resultando no diminuto nível de mRNA maduro, ou alternativamente aetavam o domínio extra-celular do receptor. Três pacientes com a síndrome de Rabson-Mendenhall tinham ao menos uma mutação sem sentido no domínio intracelular do receptor de insulina. Estudos de expressão em células de ovário de hamster indicaram que várias mutações marcadamente reduziam a ligação à insulina (menos de 5% do que os controles), enquanto outras retinham significante atividade de ligação à insulina. Os autores concluíram que as mutações no receptor de insulina que retinham uma atividade residual de ligação à insulina correlacionavam-se com a sobrevivência prolongada em uma série de pacientes com extrema resistência à insulina.
Em todos os membros afetados de três gerações de uma família dinamarquesa com hipoglicemia hiperinsulinêmica (veja HHF5, 609968), Hojlund e outros (2004) identificaram a heterozigosidade para uma mutação pontual no gene do receptor de insulina (147670.0037). A mutação não foi encontrada em nenhum membro não-afetado da família. A irmã do probando, a qual tinha moderados sintomas de hipoglicemia, mostrou média pigmentação da pele nas axilas, níveis aumentados de testosterona total e livre no soro, e ovários policísticos.
Foti e outros (2005) relataram quarto pacientes com resistência à insulina e diabetes de tipo II em cujas superfícies celulares os receptores de insulina estavam reduzidos e a transcrição do gene INSR estava diminuída embora os genes INSR fossem normais. Nesses indivíduos, a expressão da HMGA1 (600701; 6p21 Proteína 1A do grupo de alta mobilidade) estava marcadamente reduzida; a restauração da expressão da proteína HMGA1 em suas células aumentou a trascrição do gene INSR e restaurou a expressão do receptor de insulina na superfície celular e a capacidade de ligação à insulina. Foti e outros (2005) concluíram que os defeitos na HMGA1 podem causar da reduzida expressão do receptor de insulina e induzir a resistência à insulina.
OBS.: OMIM - 600701 - As proteínas cromossômicas não-histona HMGIY/C, as quais são frequentemente referidas como proteínas arquiteturais, participam numa variedade de processos celulares incluindo a regulação da transcrição indutível de genes, integração de retroviroses nos cromossomos, e na indução da transformação neoplásica e promoção da progressão metastática das células do câncer. Elas são caracterizadas pela presença de três cópias conservadas do motivo do peptídio de ligação a DNA (AT-hook) que liga-se preferencialmente com o sulco menor de muitos promotores ricos em AT e estimuladores elementos regulatórios do DNA. Embora elas não possuam nenhuma estrutura secundária enquanto livres em solução, elas organizam estruturas do complexo transcricional de DNA de proteína nuclear e interações entre essas proteínas e o DNA. Essas interações induzem ambas as alterações estruturais nos substratos da cromatina e a formação de complexos stereo-específicos (com figuração espacial específica) chamados enhanceossomos nas regiões promotor/estimulador dos genes cuja transcrição eles regulam. (Grosschedl e outros, 1994; Reeves e Beckerbauer, 2001)
Fonte: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=147670
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