O Caminho Cíclico AMP

Cyclic adenosine 3′,5′-monofosfato (cAMP) foi o primeiro segundo mensageiro a ser identificado e desempenha papéis fundamentais nas respostas celulares a muitos hormônios e neurotransmissores (Sutherland e Rall 1958). Os níveis intracelulares de cAMP são regulados pelo equilíbrio entre as actividades de duas enzimas (ver Fig. 1): adeniliclase (AC) e nucleótido fosfodiesterase cíclica (PDE). Diferentes isoformas dessas enzimas são codificadas por um grande número de genes, que diferem em seus padrões de expressão e mecanismos de regulação, gerando respostas específicas do tipo celular e do estímulo (McKnight 1991).

As ACs (ACs solúveis reguladas por bicarbonato são a exceção) são ativadas a jusante dos receptores acoplados à proteína G (GPCRs), como o β adrenoceptor por interações com a subunidade α da proteína Gs (αs). αs é liberado de complexos heterotriméricos αβγ G-protein complexes seguindo a ligação de ligandos agonistas aos GPCRs (por exemplo, epinefrina no caso de β adrenoceptores) e liga-se e ativa a CA. As subunidades βγ também podem estimular algumas isoformas CA. O AMPc gerado como consequência da ativação CA pode ativar vários efectores, o mais bem estudado dos quais é a proteína quinase dependente de CAMPc (PKA) (Pierce et al. 2002).

Alternativamente, a atividade AC pode ser inibida por ligandos que estimulam GPCRs acoplados a Gi e/ou cAMP podem ser degradados por PDEs. De facto tanto as CA como as EQP são reguladas positiva e negativamente por numerosas outras vias de sinalização (ver Figura 2), tais como a sinalização de cálcio (através da calmodulina, CamKII, CamKIV e calcineurina), subunidades de outras proteínas G (por exemplo αi, αo e αq proteínas, e as subunidades βγ em alguns casos), lipídios inositol (por PKC), e receptores de tirosina kinases (através da ERK MAP kinase e PKB) (Yoshimasa et al. 1987; Bruce et al. 2003; Goraya e Cooper 2005). O cruzamento com outras vias proporciona maior modulação da força do sinal e da especificidade do tipo de célula, e a sinalização de avanço pela própria PKA estimula o PDE4.

Existem três efeitos principais do cAMP: PKA, o fator de troca guanina-nucleotídeos (GEF) EPAC e os canais de íons cíclicos-nucleotídeos. Protein kinase (PKA), o alvo mais compreendido, é um complexo simétrico de duas subunidades reguladoras (R) e duas subunidades catalíticas (C) (existem várias isoformas de ambas as subunidades). Ele é ativado pela ligação do cAMP a dois locais em cada uma das subunidades R, o que causa sua dissociação das subunidades C (Taylor et al. 1992). A atividade catalítica da subunidade C é diminuída por um inibidor de proteína cinase (PKI), que também pode atuar como acompanhante e promover a exportação nuclear da subunidade C, diminuindo assim as funções nucleares do PKA. As proteínas PKA-anchoring (AKAPs) fornecem especificidade na transdução do sinal cAMP, colocando o PKA próximo a determinados efetores e substratos. Elas também podem direcioná-lo para locais subcelulares específicos e ancorá-lo em ACs (para ativação local imediata de PKA) ou PDEs (para criar laços de feedback local negativo para terminação do sinal) (Wong e Scott 2004).

Foi identificado um grande número de proteínas citosólicas e nucleares como substratos para PKA (Tasken et al. 1997). PKA fosforilatos inúmeras enzimas metabólicas, incluindo glicogênio sintetase e fosforilase quinase, que inibem a síntese de glicogênio e promovem a degradação do glicogênio, respectivamente, e acetil CoA carboxilase, que inibe a síntese de lipídios. O PKA também regula outras vias de sinalização. Por exemplo, ele fosforilatos e assim inativa a fosfolipase C (PLC) β2. Em contraste, ativa a MAPinases; neste caso, o PKA promove a fosforilação e a dissociação de uma fosfatase inibitória de fosfatase de tirosina (PTP). O PKA também diminui as atividades de Raf e Rho e modula a permeabilidade do canal iônico. Além disso, regula a expressão e a atividade de vários ACs e PDEs.

Regulação da transcrição por PKA é conseguida principalmente pela fosforilação direta dos fatores de transcrição cAMP-proteína de ligação de elemento-resposta (CREB), modulador cAMP-responsivo (CREM), e ATF1. A fosforilação é um evento crucial porque permite que estas proteínas interajam com os coactivadores transcritivos proteína de ligação CREB (CBP) e p300 quando ligadas a elementos de resposta cAMP (CREs) nos genes alvo (Mayr e Montminy 2001). O gene CREM também codifica o poderoso repressor ICER, que se alimenta negativamente da transcrição induzida por cAMP (Sassone-Corsi 1995). Observe, entretanto, que o quadro é mais complexo, pois CREB, CREM e ATF1 podem ser fosforilados por muitas quinases diferentes, e PKA também pode influenciar a atividade de outros fatores de transcrição, incluindo alguns receptores nucleares.

Além da regulação negativa por sinais que inibem a AC ou estimulam a atividade da PDE, a ação da PKA é contrabalançada por fosfatases protéicas específicas, incluindo PP1 e PP2A. O PKA, por sua vez, pode regular negativamente a atividade da fosfatase através da fosforilação e ativação de inibidores PP1 específicos, tais como I1 e DARPP32. A fosforilação promovida por PKA também pode aumentar a atividade do PP2A como parte de um mecanismo de feedback negativo.

Outro importante efetor para cAMP é o EPAC, um GEF que promove a ativação de certos GTPases pequenos (por exemplo, Rap1). Uma função importante do Rap1 é aumentar a adesão celular via receptores integrin (como isto ocorre não é claro) (Bos 2003).

Finalmente, cAMP pode ligar e modular a função de uma família de canais de íons cíclicos-nucleotídeos. Estes são canais catiônicos relativamente não-seletivos que conduzem o cálcio. O cálcio estimula as quinases dependentes de CaM e CaM e, por sua vez, modula a produção de cAMP regulando a atividade de ACs e PDEs (Zaccolo e Pozzan 2003). Os canais também são permeáveis ao sódio e ao potássio, o que pode alterar o potencial da membrana nas células eletricamente ativas.

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