> Proteína cinases diferem em seus celulares e subcelulares de distribuição, especificidade de substrato e o regulamento
Essas propriedades determinam os papéis funcionais jogado por mais de 70 tipos de proteína cinases que têm sido encontrados em tecidos de mamíferos, a maioria dos quais são conhecidos para ser expressa em neurônios . As principais classes de proteína serina-quinases treonina no cérebro, listadas na tabela 24-1, são cobertas neste capítulo. As principais classes de proteínas tirosinas cinases no cérebro são discutidas no Capítulo 25. Entre as cinases proteicas mais bem estudadas no cérebro estão as ativadas pelo segundo acampamento mensageiros, GMPC, Ca2+ e DAG .
cinase proteica dependente do campo (proteína cinase a; PKA) é composta por subunidades catalíticas e regulamentares. A holoenzima da cinase, que consiste num tetrâmero de duas subunidades catalíticas (C) e R), está inactiva. o campo activa a holoenzima ligando-se às subunidades regulamentares, causando assim a dissociação da holoenzima em subunidades catalíticas livres e activas . Três isoformas da subunidade C, cada uma de cerca de 40 kDa, e quatro isoformas da subunidade R, cada uma de 50 a 55 kDa, foram clonadas a partir de tecidos de mamíferos. As três subunidades C, designadas Ca, Cß e Cy, apresentam uma especificidade muito semelhante e ampla de substrato, ou seja, fosforilam um grande número de proteínas de substrato fisiológico, e podem geralmente ser consideradas isoformas uma da outra. As quatro subunidades R consistem em duas formas de cada uma das proteínas do tipo I e do tipo II. RIIa e RIIß, mas não RIa e RIß, sofrem autofosforilação, como descrito abaixo. A maioria destas subunidades R E C da proteína cinase mostram uma ampla distribuição celular no cérebro.A actividade PKA está presente em toda a célula, associada à membrana plasmática e às fracções citoplásmicas e nucleares. A cinase é altamente compartimentalizada dentro da célula, em grande parte através de uma série de proteínas âncoras, denominadas proteínas âncora de cinase (AKAPs) . Várias formas de AKAPs são conhecidas, muitas de cerca de 75 a 79 kDa. AKAPs se ligam especificamente com as subunidades RIIa e RIIß da proteína cinase e, assim, amarram essas subunidades regulatórias e suas subunidades catalíticas ligadas a locais subcelulares específicos, por exemplo, densidades pós-sinápticas. Densidades pós-sinápticas são especializações em dendritos distais que apõem terminais nervosos pré-sinápticos e acredita-se que contêm alguns dos receptores neurotransmissores e outras proteínas necessárias para a transmissão sináptica. Desta forma, AKAPs mantém a proteína cinase em estreita proximidade com a cascata de proteínas sinal-transdução que fosforila para regular a transmissão sináptica. O importante papel desempenhado pelo AKAPs em condições fisiológicas é indicado por experimentos nos quais polipeptídeos sintéticos que interrompem as interações AKAP—RII têm demonstrado perturbar os efeitos fisiológicos específicos do PKA .
a cinase proteica dependente do GMPc (PKG) é um dímero de duas subunidades idênticas. Cada Subunidade, com um Mr de ~75.000, contém um domínio regulatório, que liga GMPC, e um domínio catalítico . Tal como acontece com a enzima dependente do campo, o GMPC activa a holoenzima inactiva ligando-se ao domínio regulamentar da molécula; contudo, ao contrário da enzima dependente do campo, a activação da holoenzima dependente do GMPc não é acompanhada pela dissociação das subunidades. A PKG mostra uma distribuição celular muito mais limitada e especificidade de substrato do que a PKA. Isto reflete o menor número de ações do segundo mensageiro do GMPc na regulação da função celular.
cinases proteicas dependentes de cálcio/calmodulina (cam kinases); CaMKs) é uma das duas principais classes de cinases dependentes de cálcio no sistema nervoso. O cérebro contém pelo menos seis tipos principais de CaMK, cada um com propriedades muito diferentes. CaMK II, como a enzima dependente do campo, exibe uma ampla distribuição celular e especificidade de substrato e pode ser considerada uma “cinase proteica multifuncional” na medida em que provavelmente Media muitas das ações do segundo mensageiro de Ca2+ em muitos tipos de neurônios . Por analogia com PKG, CaMK II contém um domínio regulatório, que, no estado de repouso, se liga e inibe um domínio catalítico; esta inibição é aliviada quando Ca2+/calmodulina se liga ao domínio regulamentar. Várias isoformas desta enzima foram clonadas, incluindo subunidades múltiplas α e β de ~50 e 60 kDa, respectivamente. A enzima existe sob condições fisiológicas como grandes complexos multiméricos de isoformas idênticas ou distintas.CaMKs I e IV também parecem desempenhar papéis importantes na mediação de muitas das ações do segundo mensageiro de Ca2+ no sistema nervoso, embora a especificidade do seu substrato seja apenas parcialmente conhecida . Uma característica interessante do CaMK I e IV é que ambos parecem ser ativado não apenas por Ca2+/calmodulin-vinculativa, mas também sobre a sua fosforilação por outras cinases, que foram denominados CaMK eu quinase e CaMK IV-quinase, respectivamente . Estas cinases CaMK também podem ser enzimas dependentes de Ca2+/calmodulina. A enzima cinase CaMK IV foi clonada. Curiosamente, esta cinase é, ela própria, fosforilada e inibida pela PKA, proporcionando assim um mecanismo proeminente pelo qual o campo e Ca2+ cascades interagem, como será coberto em maior detalhe abaixo.
os três restantes tipos de CaMK são fosforilase kinase, myosina light chain kinase E CaMK III. Estas enzimas parecem fosforilar menos proteínas de substrato, e em alguns casos apenas um tipo, em condições fisiológicas, e cada um pode, portanto, mediar relativamente menos ações de Ca2+ no sistema nervoso.
proteína cinase C (PKC) compreende a outra classe principal de cinases proteicas dependentes de Ca2+e é ativada por Ca2+ em conjunto com DAG e fosfatidilserina . Múltiplas formas de PKC foram clonadas, e o cérebro é conhecido por conter pelo menos sete espécies da enzima. As formas variantes de PKC exibem diferentes distribuições celulares no cérebro e diferentes propriedades regulatórias. Por exemplo, eles diferem na capacidade relativa de Ca2+ e DAG para ativá-los: alguns requerem tanto Ca2+ e DAG, enquanto outros podem ser ativados apenas por DAG, aparentemente sem um aumento nas concentrações celulares Ca2+. No entanto, estas enzimas apresentam características semelhantes de substrato e, como resultado, são frequentemente consideradas isoformas.
PKC existe sob condições fisiológicas como cadeias polipeptídicas únicas de cerca de 80 kDa. Cada polipéptido contém um domínio regulador, que, no estado de repouso, se liga e inibe um domínio catalítico. Esta inibição é aliviada quando Ca2+ e/ou DAG se ligam ao domínio regulamentar. PKC exibe uma ampla especificidade de substrato e Medeia numerosas funções de segundo-mensageiro de Ca2+ em neurônios-alvo.
em condições basais, a PKC é predominantemente uma proteína citoplasmática. Após a ativação por Ca2+ ou DAG, a enzima associa-se com a membrana plasmática, o local de muitos dos seus substratos fisiológicos conhecidos, incluindo receptores e canais iónicos. Na verdade, a translocação de PKC do citoplasma para a membrana tem sido usada por muito tempo como uma medida experimental de ativação enzimática. Tal translocação tem sido muitas vezes avaliada pela ligação do éster de phorbol; os ésteres de phorbol são agentes estimuladores de tumores que seletivamente se ligam e ativam PKC. Recentemente, a base molecular da translocação de PKC do citoplasma para a membrana plasmática foi resolvida. A PKC activada, mas não a forma inactiva da enzima, liga-se com elevada afinidade a uma série de proteínas associadas à membrana, denominadas receptores para a cinase c activada (RACK) . Assim, os RACKs funcionam por analogia com os AKAPs para que o PKA direccione ou recrute estas enzimas amplamente expressas para locais subcelulares onde a sua actividade é necessária.
diversas acções dos sinais extracelulares são mediadas pelas segundas cinases proteicas dependentes do Mensageiro. O intracelular aplicação por microinjeção ou de transfeccao de PKA, PKG, CaMK II ou PKC em particular tipos de neurônios que tem sido mostrado para imitar respostas fisiológicas específicas (regulação de canais iônicos, neurotransmissor lançamento e gene transcrição) específicos primeiros mensageiros (neurotransmissores ou de impulsos nervosos) para os neurônios . Quando estão disponíveis inibidores específicos das cinases, a sua aplicação tem demonstrado bloquear a capacidade dos neurotransmissores para obter essas respostas. Em conjunto, estes achados demonstram que a ativação destas quinases proteicas dependentes do segundo mensageiro é um passo necessário e suficiente na sequência de Eventos pelos quais certos primeiros mensageiros produzem alguns dos seus efeitos fisiológicos.
metodologias transgénicas têm fornecido mais evidências para a importância das quinases proteicas dependentes do segundo mensageiro na regulação da transdução do sinal cerebral. O melhor exemplo até à data é fornecido por ratos sem subunidades de CaMK II. Estes animais apresentam deficiências numa forma de plasticidade sináptica, potenciação a longo prazo, no hipocampo, bem como aprendizagem espacial anormal, uma forma de aprendizagem dependente da função hipocampa (ver também Capítulo. 50).
