segunda-feira, 12 de novembro de 2012

Receptores farmacológicos


O que são receptores?
"São moléculas protéicas cuja função é reconhecer e responder a ligantes endógenos." 

Conheça os principais tipos de receptores que são de importância farmacológica.

Receptores metabotrópicos

Esta família de receptores acoplados à proteína G engloba a maioria dos receptores do corpo humano, sendo que mais de 30% dos fármacos usados na clínica exercem seus efeitos por interagirem com os mesmos. Dentre os receptores que pertencem a esta família podemos citar como exemplos: os receptores  muscarínicos, receptores adrenérgicos, receptores serotoninérgicos (com exceção apenas do receptor 5-HT3, que é ionotrópico) receptores de dopamina, receptores opioidérgicos, receptores do hormônio anti-diurético (ADH) e muitos outros. Os receptores metabotrópicos são formados por 7 domínios transmembrana, que possuem forma α-helicoidal, com uma porção N-terminal extracelular e uma porção C-terminal intracelular. Os receptores metabotrópicos atuam em escala de segundos após serem ativados por um ligante endógeno ou um fármaco.

   
                              Figura 1. Receptor Metabotrópico (heptahelicoidal)

Dizer que estes receptores são acoplados à proteína G ou são metabotrópicos, na prática, significa que seu funcionamento é dependente da ativação da proteína G. A proteína G é formada por três subunidades (uma α, uma β e uma γ) que em estado de repouso permanecem como um trímero, com o GDP ocupando o sítio da subunidade α. Quando um receptor acoplado à proteína G é ativado por um agonista (ex., acetilcolina), ocorre uma mudança conformacional em seu domínio citoplasmático, levando-o a adquirir uma alta afinidade pela proteína G. A associação do receptor com a proteína G força a dissociação do GDP ligado e sua substituição pelo GTP, o que causa a dissociação do trímero da proteína G, liberando suas formas ativas α-GTP e βγ, as quais podem se associar à diversas enzimas e canais iônicos, desencadeando diferentes respostas celulares. Dependendo do subtipo de proteína G envolvido, pode-se ter uma resposta excitatória ou inibitória. Os principais subtipos de proteína G e suas funções são:

- s: estimula a atividade enzimática da adenilil-ciclase, aumentando a formação de AMPc, com ativação da proteína quinase A (proteína quinase depende de AMPc) e aumento dos íons cálcio intracelular. Receptores acoplados incluem: β-adrenérgicos (β1, β2 e β3), da histamina (H2) e serotonina (5-HT45-HT6 e 5-HT7). Exemplos de drogas que atuam em alguns destes receptores são: terbutalina, salbutamol, salmeterol (agonistas β2-seletivos), que atuam como broncodilatadores e por isso são utilizadas no tratamento da asma e do broncoespasmo; ranitidina (antagonista H2), utilizada no tratamento de úlcera, gastrite e esofagite; propranolol (antagonista β1), utilizado no tratamento da hipertensão arterial.

- i: inibe a atividade enzimática da adenilil-ciclase, diminuindo a formação de AMPc, assim reduzindo a ativação da proteína quinase A e também os íons cálcio intracelular. Exemplos de receptores acoplados incluem: colinérgicos M2 e M4, α2-adrenérgico e, além disso, os receptores opióides (δ, κ, μ e NOP). Exemplos de drogas que agem sobres alguns destes receptores são: clonidina (agonista α2-adrenérgico),  utilizada no tratamento da hipertensão arterial; morfina (agonista dos receptores μ e κ), um potente analgésico.

- o: seu mecanismo de ação está menos esclarecido. Acredita-se que seus efeitos estão relacionados principalmente às subunidades βγ. Receptores acoplados incluem: colinérgicos M2 e M4, α2-adrenérgico e opióides, por exemplo. Uma droga que age sobre esse mecanismo de ação é a morfina (agonista do receptores μ e κ), um potente analgésico, conforme dito no acima.

- q: ativa a fosfolipase C, aumentando a produção dos segundos mensageiros inositol trifosfato e diacilglicerol. O diacilglicerol, juntamente com os íons cálcio, ativa a proteína quinase C (PKC, proteína quinase dependente de íons cálcio). Exemplos de receptores acoplados são: colinérgicos M1, M3 e M5, α1-adrenérgico e o receptor  5-HT(5-HT2A5-HT2B 5-HT2C). Exemplos de drogas que agem em alguns destes receptores são: escopolamina (antagonista M3), utilizada no caso de cólicas menstruais e desconfortos abdominais; prazosina, terozosina (antagonistas α1-adrenérgico), utilizadas no tratamento da hipertensão arterial.

          Por fim, as subunidades βγ, as quais estão presentes em todos os receptores acoplados à proteína G (GPCRs), atuam ativando canais de potássio, inibindo canais de íons cálcio regulados por voltagem, promovendo a ativação de GPCR quinases e a ativação de proteínas quinase ativadas por mitógenos. 

Figura 2. Controle dos sistemas efetores celulares pela proteína G e segundos mensageiros. Fonte: Rang & Dale, 2011.



Receptores ionotrópicos

          Os receptores ionotrópicos ou canais iônicos dependentes de ligante são formados por proteínas que se organizam na membrana formando um poro transmembrana central. Tais receptores controlam eventos de permeabilidade a certos íons na membrana celular. Quando ativados por um ligante difundem o sinal alterando o potencial de membrana ou a composição iônica do citoplasma. Os receptores deste tipo controlam os eventos sinápticos mais rápidos do sistema nervoso (escala de milissegundos) como, por exemplo, quando um neurotransmissor age na membrana pós-sináptica de um nervo e aumenta de modo transitório sua permeabilidade ao íon sódio.
          O receptor nicotínico da acetilcolina constitui um exemplo clássico deste tipo de receptor. O mesmo é formado por cinco subunidades (duas α, uma β, uma γ e uma δ) que formam um agregado circundando um poro transmembrana central, cujo revestimento é formado pelos segmentos helicoidais M 2 de cada subunidade. Estes segmentos contêm um predomínio de aminoácidos carregados negativamente, o que torna o poro seletivo para cátions. Existem dois sítios de ligação para acetilcolina na porção extracelular do receptor, na interface entre a subunidade α e as subunidades adjacentes. As cinco unidades M2 que formam o poro são deformadas para dentro formando uma constrição. Quando duas moléculas de acetilcolina se ligam, as subunidades α rotacionam, fazendo com que os segmentos M2 abaulados afastam-se uns dos outros, promovendo assim a abertura do canal e, consequentemente, o aumento da permeabilidade ao Na+, que despolariza a célula e aumenta a probabilidade de geração de um potencial de ação. Exemplos de fármacos utilizados clinicamente que atuam sobre os receptores nicotínicos são os bloqueadores neuromusculares não-despolarizantes como a tubocurarina, o pancurônio, o vecurônio e o atracúrio, os quais são utilizados como adjuvantes anestésicos.



Figura 3. Receptor nicotínico da acetilcolina. Fonte: Rang & Dale, 2011.

       O receptor GABAA e o receptor NMDA do glutamato também são receptores ionotrópicos.  O receptor GABAA é alvo da ação dos benzodiazepínicos (diazepan, alprazolam), os quais atuam alostericamente aumentando a atuação do GABA, e são amplamente utilizados no tratamento dos transtornos de ansiedade. A cetamina é um exemplo de droga que atua bloqueando   os receptores NMDA (antagonistas NMDA), e que é utilizada como anestésico geral.



Figura 4. Receptor GABA(à esquerda). Quando o neurotransmissor GABA (principal neurotransmissor inibitório do sistema nervoso central) se liga ao receptor, o poro do canal iônico se abre aumentando a permeabilidade aos íons cloreto, hiperpolarizando a célula (Fonte: Katzung, 2011). Receptor NMDA (à direita)com seus sítios de ligação para o glutamato (principal neurotransmissor excitatório do sistema nervoso central) e a glicina. Quando o glutamato se liga ao seu receptor o poro transmembrana central se abre permitindo o influxo de íons sódio e cálcio promovendo a despolarização. 
Fonte: http://www.encuentros.uma.es/encuentros83/nmda.html

      Outros exemplos de receptores ionotrópicos são o  receptor 5-HT3 e o receptor da glicina. A ondansetrona é um fármaco que atua bloqueando os receptores 5-HT3, sendo utilizada como antiemético. Até o presente momento ainda não existem fármacos utilizados clinicamente que atuem sobre o receptor da glicina. A estricnina (mostrada na figura da direita) é um alcalóide cristalino utilizado para matar ratos. A mesma atua bloqueando o receptor da glicina, o que causa convulsões musculares e morte por parada respiratória.



Figura 5. Receptor 5-HT3 (à esquerda). O mesmo é formado por três subunidades α (sítios de ligação da serotonina) e duas β. Quando a serotonina se liga ao mesmo ocorre o aumento do influxo de íons sódio e cálcio. Fontes: Rammes, et al., 2004. Receptor da glicina (à direita), que é principal neurotransmissor inibitório da medula espinal. Fonte: http://www.biochem.uni-erlangen.de/MouseDB/db/multprot/glyr.html

         Uma coisa bastante importante é saber que nem todos os canais iônicos atuam como receptores. Alguns canais iônicos conhecidos como canais iônicos voltagem-dependentes NÃO são receptores, pois não são ativados por ligantes (relembre da definição de receptores vista acima), mas sim por uma alteração no potencial de membrana da célula. Podemos citar como exemplos de canais iônicos voltagem -dependentes os canais de sódio e cálcio presentes na membrana dos neurônios.



Receptores ligados a quinase e receptores correlatos

Estes receptores são bastante diferentes dos receptores metabotrópicos e ionotrópicos, tanto em estrutura quanto em função. Eles medeiam as ações de uma ampla variedade de proteínas mediadoras, incluindo fatores de crescimento e citocinas, e hormônios como a insulina e a leptina, cujos efeitos são exercidos principalmente ao nível de transcrição gênica. Tais receptores atuam em uma escala de horas.
         A maioria dos receptores ligados a quinases compartilham uma estrutura comum, que consiste em um grande domínio extracelular de ligação ao ligante, conectado ao domínio intracelular através de uma única hélice transmembrana. A transdução de sinais geralmente envolve a dimerização de receptores, seguida da autofosforilação de resíduos de tirosina (atividade enzimática intrínseca). Os resíduos de fosfotirosina atuam como aceptores dos domínios SH2 de várias proteínas intracelulares, permitindo o controle de muitas funções celulares. Exemplos de receptores tirosina quinase (RTKs), os quais incorporam uma porção tirosina quinase na região intracelular, incluem receptores para muitos fatores de crescimento (ex., fator de crescimento epidérmico e neural), os quais  envolvem a via Ras/Raf/Map-quinase, que é importante na divisão, crescimento e diferenciações celulares. 




Figura 6. Receptor acoplado à tirosina quinase e sua via de sinalização. Fonte: Rang & Dale, 2011.


 O receptor para o hormônio insulina também é um exemplo de receptor acoplado à tirosina quinase, entretanto os mesmos possuem uma estrutura dimérica mais complexa.


Figura 7. Receptor da insulina. Vias de sinalização e respostas fisiológicas desencadeadas pelo    hormônio insulina. Fonte: Rang & Dale, 2011.

Por outro lado, os receptores de citocinas carecem de atividade enzimática intrínseca. Quando ativados, eles se associam e ativam uma tirosina quinase citosólica (Jak), que fosforila o dímero do receptor, levando, posteriormente, à ativação de uma família de fatores de transcrição (Stats). A via Jak/Stat está envolvida na resposta a muitas citocinas, a qual controla a síntese a liberação de muitos mediadores inflamatórios.





Figura 8. Receptor de citocinas. Fonte: Rang & Dale, 2011.


Outros receptores similares aos tirosina quinase são os  receptores serina/treonina quinases, que são uma pequena classe de receptores que fosforilam resíduos de serina e/ou treonina em vez de tirosina (ex., receptor para fator de transformação de crescimento).



Figura 9. Receptor do fator de transformação do crescimento beta (TGF-β). Quando o TGF-β se liga ao receptor do tipo II, o mesmo recruta o receptor do tipo I (dimerização), a qual leva à fosforilação dos resíduos serina do receptor do tipo I e à sua ativação. Os receptores de TGF-β do tipo I ativam então  as proteínas SMADs, as quais são fosforiladas no terminal carboxílico para permitir a ligação com a co-SMAD, SMAD4, a qual interage com fatores co-repressores ou co-ativadores em sequência gênicas promotoras, inbindo ou ativando a transcrição de determinados genes. Fonte: Rich, 2003.


           Os receptores associados à guanilil-ciclase também são similares em estrutura aos receptores tirosina quinase, porém a porção enzimática é a guanilil-ciclase, e eles exercem seus efeitos estimulando a formação do GMP cíclico (ex., receptor para o fator natriurético atrial).






















Figura 10. Receptor do fator natriurético atrial, o qual promove, entre outras coisas, o relaxamento do músculo liso vascular. O receptor é destacado em laranja (parte extracelular) e roxo (parte intracelular). A enzima guanilato ciclase é o desenho de cor verde.Quando o fator natriurético se liga ao seu receptor ocorre uma dimerização (união dos receptores natriuréticos A e B, simplificada nessa imagem) levando à sua fosforilação e ativação, que por sua vez resulta na ativação da enzima guanilato ciclase aumentando os níveis de GMPc promovendo a ativação da proteína quinase G (PKG, proteína dependente de GMPc) a qual fosforila a enzima fosfatase de miosina que reverte a fosforilação da miosina do músculo liso e o promove o seu relaxamento. Fonte: Potter, et al., 2006.

             Hoje, o desenvolvimento de drogas que atuam sobre estes receptores ainda é bastante complicado, devido à dificuldade de se produzir fármacos que sejam específicos para o tipo de receptor envolvido na patologia a ser tratada. Entretanto, um recente avanço no tratamento da leucemia mielóide crônica foi obtido com a introdução do primeiro inibidor específico de quinase, o imatinibe, um fármaco que inibe uma tirosina quinase específica envolvida na patogênese da doença.


Receptores nucleares


Diferentemente dos receptores descritos anteriormente, os receptores nucleares não estão inseridos em membranas, mas sim presentes na fase solúvel da célula (citosol ou núcleo). Os receptores nucleares atuam modulando a transcrição gênica através do recrutamento de fatores de co-repressão ou co-ativação. Os fatores de co-repressão promovem a deacetilação do DNA (compactação da cromatina) reduzindo a expressão de determinados genes. Por outro lado, os fatores de co-ativação promovem a acetilação do DNA (relaxamento da cromatina) e o recrutamento da RNA polimerase do tipo II, tendo como resultado o aumento da expressão de determinados genes.



Figura 11. Estrutura comum dos receptores nucleares. Uma proteína contendo um domínio de ligação ao ligante na região C-terminal, um domínio de ligação ao DNA (com dois de dedos de zinco) e uma região N-terminal. Fonte: Rang & Dale, 2011.


Figura 12. Estrutura detalhada dos receptores nucleares, mostrando as regiões AF-1 e AF-2, as quais ativam fatores de co-repressão ou co-ativação. Região hinge (dobradiça), a qual é importante para a dimerização dos receptores nucleares. Fonte: Rang & Dale, 2011.

Os receptores nucleares estão divididos em duas categorias principais (classe I e II) e um terceiro grupo que compartilha algumas características com os principais (classe híbrida).
Os receptores da classe I estão presentes no citoplasma e na presença de seu ligante migram até o núcleo para ativar ou inibir a transcrição gênica. Geralmente atuam como monômeros. Seus ligantes são principalmente de natureza endócrina (p. ex., hormônios esteróides como os glicocorticóides, estrógeno, progesterona e testosterona).


              

Figura 13. Ativação do receptor do hormônio esteróide no citoplasma, sua migração até o núcleo da célula e ativação da transcrição gênica e tradução do RNA mensageiro em proteína.
Fonte: http://www.rise.duke.edu/phr150/Performance/images/steroid_response.jpg


Dentre os fármacos que atuam nesses receptores podemos citar os glicocorticóides (anti-inflamatórios esteroidais) como a hidrocortisona, a dexametasona e a prednisolona. Os mesmos atuam, dentre outras formas, diminuindo a produção de citocinas pró-inflamatórias como IL-1 e TNF-α pelos macrófagos. Outros fármacos que atuam nos receptores da classe I  incluem os anticoncepcionais (pílula combinada ou apenas com progesterona), os quais atuam inibindo o ciclo ovariano e a ovulação, através de feedback negativo na adeno-hipófise com redução da produção de FSH e/ou LH e, além disso, estimulam a produção de muco cervical menos suscetível à passagem do esperma e alteram o endométrio de forma a evitar a implantação.

Por outro lado, os receptores da classe II estão constitutivamente presentes no núcleo e formam heterodímeros com o receptor retinóide X. Os receptores ativados por proliferação de peroxissomos são exemplos de receptores pertencentes a esta classe. Seus ligantes são geralmente lipídeos (p. ex., ácidos graxos).




Figura 14. Ativação do receptor ativado por proliferação de peroxissomos (PPAR), note a formação do heterodímero com o receptor retinóide X. Os mesmos podem ser ativados por ácidos graxos (ligantes endógenos), tendo ações bastante amplas sobre os processos celulares e metabólicos. Fonte: http://diabesitydigest.com/targets.php?id=62

Uma classe de fármacos que atua sobre os receptores ativados por proliferação de peroxissomos do tipo gama (PPARγ) são as tiazolidinadionas (glitazonas) como a rosiglitazona e a pioglitazona, as quais são utilizadas no tratamento do diabetes tipo II, no qual há uma resistência à ação da insulina. As glitazonas aumentam, entre outras coisas, o número de transportadores Glut-4  e enzimas importantes na sinalização da insulina, levando assim a uma redução dos níveis de glicose no sangue.

Um terceiro grupo (subgrupo da classe II) transduz principalmente sinais endócrinos, mas funcionam como heterodímeros com o receptor retinóide X (p. ex., receptor para o hormônio da tireóide).




Figura 13. Receptor dos hormônios da tireóide (T3 e T4). O receptor da tireóide está constitutivamente presente no núcleo, o mesmo forma um heterodímero com o receptor retinóide X. Quando  o hormônio T3 se liga ao heterdímero (a maioria do hormônio T4 é convertida em T3, pois o mesmo possui  maior afinidade pelo receptor da tireóide) é ativada a transcrição gênica. Fonte: Guyton & Hall, 2011.

       



Figura 14. A) Co-repressores inibindo a transcrição gênica (note a ausência do hormônio T3). B) Ligação do hormônio T3 ao seu receptor, recrutamento de fatores de co-ativação e aumento da expressão gênica. Fonte: Aranda & Pascual, 2001.

              A levotiroxina sódica (hormônio T4 sintético) é um exemplo de fármaco que atua no receptor do hormônio da tireóide. A mesma é utilizada no tratamento do hipotireoidismo.

Para finalizar, vale relembar que os receptores nucleares além de ativarem a transcrição gênica, também a inibem! Exemplos disso são a inibição da produção dos polipeptídeos FSH e LH através da ativação de receptores nucleares na adeno-hipófise. Além disso, os glicorticóides também exercem um feedback negativo no hipotálamo diminuindo a produção do fator de liberação de corticotrofina (CRF),  levando à inibição da produção do hormônio adrenocorticotrófico e à redução da produção de glicocorticóides pela adrenal.


Referências

- Goodman & Gilman. The Pharmacological Basis of Therapeutics,12th ed., 2011.
- Rang & Dale's Pharmacology, 7th ed., 2011.
- Penildon Silva. Farmacologia, 8ª ed., 2010.
- Katzung. Basic and Clinical Pharmacology, 12th ed., 2011.
- http://www.iuphar-db.org/DATABASE/FamilyMenuForward?familyId=50
- Rammes, et al. Antipsychotic drugs antagonise human serotonin type 3 (5-HT3) receptor currents in a noncompetitive manner. Molecular Psychiatry (Nature), 2004.
- Rich, J. N. The role of transforming growth factor-beta in primary brain tumors. Frontiers in Bioscience, 2003.
- Potter et al. Natriuretic peptides, their receptors, and cyclic guanosine monophosphate-dependent signaling  functions. Endocrine Reviews, 2006.
- Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology, 12th ed., 2011.
- Aranda & Pascual. Nuclear receptors and gene expression. Physiological Reviews (American Society of Physiology), 2001.

Para saber mais sobre os receptores farmacológicos acessem o site da International Union of Basic and Clinical Pharmacology (www.iuphar.org).

Um abraço,

Bernardo

10 comentários:

::Gri Bongiovi:: disse...

muito bom. parabéns.

Bernardo Lima disse...

Obrigado,qualquer dúvida de farmaco ou neuro,entre em contato, um abraço

Flávia Garcez disse...

Excelente apresentação...bastante didático com excelente conteúdo...parabéns!

Bernardo Lima disse...

Obrigado Flávia, um abraço.

Larissa Mendes disse...

Nossa, graças à sua "explicação" eu consegui entender coisas que eu não compreendia de jeito nenhum em sala de aula. Rsrsrs.
Parabéns!!!

Bernardo Lima disse...

Obrigado Larissa, que bom que ajudou na sua compreensão deste fantástico mundo farmacológico.
Em breve devo acrescentar mais informações sobre farmacologia e começar a postar assuntos de neurociência.
Você é estudante de qual curso mesmo?

Um abraço.

thays thyara disse...

Show de bola esse material. Revisão perfeita pra prova que irei fazer hoje!

Bernardo Lima disse...

Obrigado Thays,

Um abraço

Alexandre Leopoldino disse...

Noossa muito bom, deu pra entender demais. Parabéns!

André santos disse...

Ótimo material, realmente era o que eu estava procurando, obrigado.

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