Aula_3_-_Protein_Folding__Misfolding_and_PQC

Introdução à Dobragem e Doenças Associadas

A Dobragem de proteínas é um processo crucial que permite que polipeptídeos recém-sintetizados adquiram suas estruturas tridimensionais funcionais. Este processo ocorre principalmente nos ribossomos, onde a síntese de proteínas é iniciada e os ribossomos ajudam nas fases iniciais da dobragem da proteína. Muitas sequências de polipeptídeos não partem de um estado desnaturado completo, mas sim de estados parcialmente dobrados, e a formação de intermediários dobrados pode levar à agregação, especialmente em condições desfavoráveis como estresse oxidativo e temperatura elevada.

Agregação de Proteínas e Doenças

Intermediários de dobragem podem ser propensos à agregação, um processo que é desfavorável do ponto de vista cinético. No entanto, em certas circunstâncias, alterações na sequência de aminoácidos ou na estrutura do ambiente celular podem favorecer a formação de assembléias tóxicas, que estão associadas a diversas doenças neurodegenerativas, como Alzheimer, Parkinson, Huntington, e Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA). As proteínas que não conseguem alcançar a conformação desejada são normalmente degradadas por sistemas de controle de qualidade celular, como o sistema ubiquitina-proteassoma (UPS). No entanto, falhas neste sistema, que podem resultar de mutações em genes relacionados a proteínas chaperonas ou ubiquitinas, têm sido implicadas em desordens degenerativas, exacerbando o acúmulo de proteínas mal dobradas.

Rede de Proteostase

A Rede de Proteostase refere-se ao conjunto de mecanismos que asseguram a saúde e funcionalidade das proteínas nas células. Após a síntese, as proteínas enfrentam estresses ambientais, como variações de pH e presença de agentes desnaturantes, além de mutações que podem levar à conformação incorreta. A degradação de proteínas mal dobradas pode ser facilitada por chaperonas dependentes de ATP, como a chaperona Hsp60, e sistemas de proteólise, como a categoria AAA+ de proteases. Esses sistemas trabalham em conjunto para evitar a toxicidade relacionada à agregação proteica.

Dobragem de Proteínas nos Ribossomos

A dobragem de proteínas começa nos ribossomos, onde as cadeias polipeptídicas emergem e começam a se dobrar conforme são traduzidas a partir do RNA mensageiro. Chaperonas podem se ligar a essas cadeias em formação e ajudar a evitar a má dobragem e o embrulho inadequado das proteínas. Este processo de síntese e dobragem é intrinsecamente diferente da re-naturação de proteínas desnaturadas fora do ribossomo, onde todos os elementos do polipeptídeo estão disponíveis simultaneamente, e é facilitado por interações entre as sequências de aminoácidos e fatores de internação de chaperona.

Chaperonas e seus Papéis

As chaperonas são proteínas essenciais que interagem e estabilizam outras proteínas, auxiliando na aquisição de sua conformação funcional. Existem várias classes de chaperonas, incluindo HSP40, HSP60, HSP70, HSP90 e pequenas HSPs, cada uma desempenhando funções específicas, como a prevenção da agregação proteica, atuação em condições de estresse celular, e promoção do correto posicionamento das proteínas na célula. Elas são altamente reguladas por estresse, garantindo que as proteínas mal dobradas sejam rapidamente identificadas e direcionadas para degradação.

Mecanismos de Dobragem e Degradação no Citossol

Aproximadamente 70% das proteínas nos organismos dependem de chaperonas fornecidas pelo ribossomo e fatores associados para assistência na dobragem correta. A chaperona Hsp70 é considerada o núcleo da rede de chaperonas, pois, com a ajuda de Hsp40 e fatores de troca de nucleotídeos, dobra uma fração significativa do proteoma. As chaperoninas, como GroEL/ES em bactérias e TRiC em eucariotos, são responsáveis por aproximadamente 10% do restante do proteoma, assegurando que as proteínas mais complexas alcancem suas conformações corretas.

Envolvimento da Ubiquitina na Degradação de Proteínas

O sistema de ubiquitação de proteínas é crucial para a degradação das proteínas mal dobradas. A ubiquitina marca essas proteínas para degradação no proteassoma, um complexo proteolítico. Falhas nesse sistema de marcação resultam no acúmulo de proteínas mal dobradas, levando à disfunção celular e estão associadas a várias patologias, incluindo câncer e doenças neurodegenerativas.

Proteostase Extracelular

As chaperonas extracelulares desempenham um papel fundamental na manutenção da proteostase fora das células. Elas atuam estabilizando proteínas mal dobradas, impedindo a agregação e facilitando a degradação dessas proteínas por endocitose mediada por receptores. Este mecanismo é vital para evitar que proteínas agregadas provoquem toxicidade e lesões em células vizinhas.

Doenças Associadas a Chaperonas Extracelulares

Várias doenças, incluindo Alzheimer e doenças priónicas, mostraram ter depósitos de proteínas mal dobradas associados a chaperonas que coexistem nesses depósitos. Isso sugere que as chaperonas desempenham um papel de proteção contra a toxicidade e agregação de proteínas, atuando como um sistema de defesa crucial contra a disfunção celular e inflamação.

Implicações Fisiológicas das Chaperonas Extracelulares

As chaperonas extracelulares protegem as células do efeito tóxico de agregados proteicos por meio de interações diretas, estabilização e remoção facilitada. Elas também modulam a resposta inflamatória e facilitam a remoção de agregados proteicos por degradação mediada por receptores, desempenhando um papel importante na homeostase celular e na prevenção de doenças associadas à disfunção proteica.

Notsa da aula:

Alterações em proteinas por alterações geneticas que levam a alteração da estrutura proteica

A nivel nervoso é muito importante e significativo.

O envelhecimento está associado a processos de toxicidade proteica e agregação de proteinas e doenças neurodegenerativas.

Proteinas ao terem a sua conformação alterada perdem a sua função e deixam de funcionar de forma adquada ou então elas podem perder a sua função e ganharem uma função toxica

Para alem de perderem a sua função, são toxicas

Fibrose cistica - proteina membranas grande, canal de ioes sodio e cloreto. o funcionamente deste canal é importante para o organismo e celulas e a proteina tem sido muito estudada devido às conseuqnecias das mutações.

A sequencia de aa determina a estrutura da proteina. alterações de aminoacidos pontuais pode ser o suficiente, deleções de regioes, introdução de aa para codão stop. Ha muitas mutações nesta proteinas com diversas freuqnecias, alteração do meio ionico, alterações que modificam a estrutura da proteina e a estabilidade da membrana, proteina importante. Alteração mais frequente, deletção F508.

perdi-me

Atingem regiões diferentes e isso. Passam por mutações pontuais e alteram a sua estabilidade e portanto alterações de deleções alteram a estrutura e assim a sua funçao

A fibrose cistina está associado a problemas de transpiração - libertação de produtos salinos. Alterações a nivel pulmonar, equilibrio ionico. Alterações a nivel intestinal. epitelios com regiões muito involvidas em trocas ionicas e muitas vezes podem fiar gravememnte alteradas.

Estas alterações são essencialmente por perda de função

Ganho de função forma muitas vezes agregados proteicos toxicos.

Agregação de proteinas - stress oxidativo - oxidação de mais proteinas e lipidos e leva a alteração de proteinas. Alterações a nivel membranar etc. Alteração do reticulo…

A nivel de tecidos com maior impacto nestas alterações o ecido nervoso devido à incapacidade de regeneração.

Equilibrio proteico no sistema com controlo

Doenças

Alzheimer, parkinson, Huntington, amilotropicos….