Transportadores ABC

Transportadores ABC

ATP binding cassete (ABC) são uma família de proteínas que utilizam a energia da hidrólise de ATP para transportar substâncias através das membranas celulares, desempenhando papéis cruciais em diversas funções biológicas.

Tem caracteristicas observáveis. A sequencia demosntra dominios que ligam a atp, walker A e walker B

Características Importantes dos Transportadores ABC

• Presentes em todos os organismos, desde bactérias até humanos.

• Acoplam a energia da ligação ATP.Mg2+ e da hidrólise do ATP à translocação de um substrato através da membrana.

• Podem ser exportadores, importadores ou extratores/mecanotransmissores.

  • - Os dominios de hidrolise do atp está virado no citosol - importe, se for ao contrario é exporte

• Alguns são mecanotransmissores com canais de calcio

• Disfunção pode causar doenças em humanos, como fibrose cística e doenças de acumulação de lípidos.

• Alguns transportadores ABC estão envolvidos na resistência a drogas em microrganismos e humanos (resistência a antibióticos e quimioterapia em células tumorais).

Arquitetura dos Transportadores ABC

• Consistem em dois NBDs (nucleotide-binding domains) (ligação com atp) e dois TMDs (transmembrane domains).

• Os 2 NBDs e 2 TMDs podem existir em 4 subunidades (comum em bactérias), 2 subunidades (half-ABC transporters) ou numa só cadeia polipeptídica (full-ABC transporters).

• NBDs são altamente conservados, enquanto os TMDs são variáveis.

• Podem existir em genes separados ou todos no mesmo gene. 4 subunidades é comum em bacterias e duas subunidades em humanos e seres superiores

• Para que aja hidrolise é necessário um glutamato catalitica. O aspartato está numa posição que não permite o dominio sozinho fazer hidrolise de ATP. Só com ATP é que pode dimerizar. A associação e dissociação há duas componentes. Normalmente pensamos que é da hidrolise que vem a energia. Em termos mecanisticos a energia vai da ligação do atp e é isto que vai permitir que se associe a outro igual.

Elementos Estruturais no NBD

• Nucleotide-binding: Região de ligação ao nucleotídeo.

• Mg2+-binding: Região de ligação ao magnésio.

• Glu catalítico: Ativa a $H_2O$ para hidrolisar o ATP.

• Envolvido na dimerização ATP-dependente dos NBDs.

• Posiciona a $H_2O$ para ataque no NBD oposto. A hidrólise do ATP ocorre somente quando os NBDs dimerizam.

ATPs na Interface de Dois NBDs

1. Os NBDs só dimerizam quando ligam ATP.

2. A hidrólise do ATP depende do D-loop do NBD oposto.

3. Após a hidrólise do ATP (ADP + Pi), os NBDs dissociam-se.

4. A dimerização/dissociação dos NBDs é transmitida aos TMDs.

Classificação dos ABC Transporters

• Classificados de acordo com a estrutura e homologia dos TMDs em 7 classes.

• Os 48 transportadores ABC humanos pertencem a duas classes.

• Exemplos: Maltose, Vit. B12, Folate, LPS.

Tabela de Características Estruturais e Funcionais dos Diferentes Tipos de Transportadores ABC

• CH, coupling helix; NBD, domínio de ligação de nucleotídeos; P-gp, P-glicoproteína; TM, transmembranar.

• Nem todos os sistemas do tipo IV funcionam como transportadores.

• Em alguns membros das subfamílias ABCB e ABCC.

• Elemento estrutural específico de ABCC.

• CFTR e SUR funcionam como um canal iónico e um módulo regulador, respetivamente.

Os tipos 4 e 5 são os mais importantes porque é os que há em nós. Em bacterias à o tipo um na importação de maltose. Tipo as purinas, vitamina d12, acido folico

Diferenças nas estruturas em que assentam. O tipo 6 bombeia lps. O tipo 7 está envolvido em mecanotradução.

Isto das caracteristicas não interessa muito, só para ter a noção como se classificam.

o que destacar são os substratos que são muito diversos. nos tipo1 é mais nutrientes e pequenas moleculas.

Nos humanos temos tap1 e 2 para apresentar na membrana plasmatica. lipidos hormonas, xenobioticos. ácido urico do catabolismo de purinas.

ácido urico alto está associado à “gota” com deposição de acido urico nos rins.

Tipo 7, substancias grandes e diferentes, parecem motores

Mecanismo de abc transporters. principio basico:

Mecanismos dos ABC Transporters

• Classes I e II (e III):

  • Classe I (açúcares, a.a., péptidos).

  • Classe II (micronutrientes).

  • IF – “Inward Facing” (NBDs com ADP ou ADP/ATP).

  • OF – “Outward Facing” (NBDs com 2 ATPs ou estado de transição).

• á a posibilidade quando os nbds dimerizarem há uma transdução conformacional que acabam por se traduzir há proteina acessoria.

• IF e OF é importante, aberto para fora ou dentro

• o transportador tem de transitar de OF para IF - retiram-se os adps para serem ocupados por ATP. Qunado os nbds sem atp é inwars, com atp dimerizam, outward para se ligarem ao substrato

• • Classe II similar à Classe I, mas com alterações conformacionais mais sutis; sítio de ligação do substrato nos TMDs provavelmente não existe – “teflon-like” – i.e., hidrofóbico.

  Na calsse dois não há nenhum sitio com uma afinidade para o substrato, tem uma supreficie hidrofóbica que permite a passagem facilitada de moléculas através da membrana.

• • Classe III funcionalmente parecida com a Classe II, mas estruturalmente os TMDs são muito diferentes.

• Classe VI:

  • O ABC transporter captura o LPS da membrana; e quando liga ATP, ejeta o LPS para o periplasma; este desliza pela “ponte” LptC/A/D.

O transportador da classe 6 tem proteinas que são tipos tuneis

captura o lps da membrana para um tubeis hidrofóbico que escorrega o lps de um sistema membranar para o outro.

Classe 7

o substrato vem do periplasma para uma antecamera que depois é expremida numa alteração conformacional com atp, atirando o substrato, como um atibiotico ou fator de virulencia, e manda-o embora. tipo um motor

ABC Transporters das Classes IV e V (em humanos)

• Em eucariotas, existem 7 subfamílias de proteínas ABC, mas duas (ABCE e ABCF) não são transportadores.

• As 5 famílias de ABC transporters são: ABCA, ABCB, ABCC, ABCD e ABCG.

• Quase todos são exporters, mas existem exceções:

  • CFTR (ABCC7) – canal “gated” de Cl- e $HCO_3^{-}$.

  • ABCD4 – importer de Vit. B12 no lisossoma.

  • SUR1 e SUR2 – subunidades reguladoras do canal de $K^{+}$ ATP-sensível.

Todos são exporters com o excessões para ABCC7 e ABCD4 (o stor achava qe era peroxissomal, mas n é)

ABCD8 - hetorodimero, dois genes, fitoesterois

ABCC7 - CFTR na fibrose quistica

MDRP1 - envolvido na resistencia por drogas

e a glicoproteina P

Membros Proeminentes da Classe IV

• Glicoproteína P (P-gp):

  • Exporta uma variedade de xenobióticos (confere resistência às células tumorais a diversas drogas).

  • Expressa em barreiras, como intestino, barreira sangue-cérebro, fígado, rim e placenta.

  • É um “hydrophobic vacuum cleaner”, exportando substâncias que interagem com as membranas.

  • As hélices dos TMDs interagem com os substratos.

  • A P-gp adota variadíssimas conformações IF, o que explica a sua promiscuidade.

  • Um transportador tipico com 6 alfa helix

  • expresso nasbarreiras como o epitelio intestinal e barreira hematoencefálica, aspirador hidrofobico

  • suga hidrofobicas da membrana e leva para o exterior

  • reconhece substrato muito bem, nao tem interação especifica mas encaixam nos membranares, sem sitio localizado, teflon like. com uma marcação de uma drgoa que ele bombeia, nao vemos uma interação expecifica, interage com tudo. com cocristalização não vamos ver a droga, não tem posição especifica.

  • como é possivel reconhecer tantos substratos - arranjos flexiveis das alfa helixes, micro ambientes para interação com varias drogas

• CFTR:

  • Transportador atípico onde o ATP não é usado para o transporte, mas para a regulação do canal de Cl-.

  • Regulado por fosforilação do domínio R (regulador).

  • Oscila entre uma conformação fechada e aberta.

  • Canal ionico

  • transporta cloreto e bicarbonato nos epitelios, o mais famoso o pulmonai, deixa passar os ioes para fora da celula, mas o transporte não está acopulado por ligação hidrolise atp, só regula o canal.

  • temos o transportador aberto e fechado, quando aberto passam muitos ioes, e quando está fechado não passam nenhum. Não há gasto de energia na passagem dos ioes. usa hidrolise atop para ocilar aberto e fechada.

  • é essencial para os ioes, mas vao catioes para manter neutralidade, no muco aqui. atras dos ioes vai agua

  • com um cftv ativo, o muco vai ser fluido e pouco viscoso. Sem CFTR ativo o muco fica viscoso de forma a que as celulas ciliadas vao ser incompetentes em atirar o muco para cima e deixa de haver expulsão de bacterias, como aeroginosa, e as infeções constantes levam a formação de tecido fibroso e perda da ação respiratoria. Mutação de fenilalanila gera doença no transportador, em que a proteina não adquire folding e é alvo de erad. são chaperons farmacologicos, modelam o folding da proteina para restabelecer o folding os CTFV.

  • Nas glandulas do suor o crtf funciona no sentido inverso. Ele deixa entrar sair para que não sejam perdidos os sais no suor. Pode ser usado para diagonostico

Membros Proeminentes da Classe V

• ABCG5/8:

  • Heterodímero expresso nas membranas apicais das células do intestino e ductos biliares.

  • Exporta esteróis (ex: fitoesteróis), contribuindo para a sua eliminação.

  • Mutação leva a Sitosisterolemia (aterosclerose prematura).

  • 2 genes, cada um a produzir um af

  • expressos por exeplo no epitelio intestinal.

  • transporte de fitoesteroides como danacol (que baixa o colestrol?) as plantas produzem fitoesteriodes, nós não queremos

  • se nao os estiver, deixa-se de poder exportar e eles acumulam nas membranas e lipoproteinas, tratados como colestral e leva a citoesterolemia, deposição de gorduras nos grandes vasos. Paradoxalmente, se ingerir muitos em danacois, eles baixam o colestrol porque competem no colestrol na absorção, como nos acidos biliares, o ue absorve menos colestrol.

• ABCG2:

  • Um dos 3 importantes MDR Transporters (P-gp, MRP1 e ABCG2).

  • Exporta substratos endógenos: porfirinas, ácido úrico e esteroides.

  • Mutação leva a hiperuricemia.

  • é um multidrug resistence

  • tem inespecificidade dos substratos. exporta substancias de quimioterapia. no acido urico exportamos ativamente acido urico exporta este

Conformational Landscape

• TmrAB (Classe IV) - Thermus thermophilus multidrug-resistance proteins A e B – homólogo ao TAP1/2 humano.

• Análises por Crio-EM revelaram 8 conformações diferentes.

• As estruturas obtidas permitem modelos mecanísticos mais detalhados, explicando observações intrigantes.

Crio-EM, ver numa gota congelada e vê-se apartir de imensas fotos e algoritmos calculam a conformação e aumenta a resolução. Obtem-se muitas boas imagens com a proteina com vérias conformações e fazer o fitting

Podemos observar muitas diferentes conformações.

o mecanismo classico é grosseiro de acordo com estas imagens

as coisas ainda não estão completamente claras.

o exemplo é um transportador eucarioticoTAP1/2 homologo a outro

existe uma planopia diferente de conformações

as estruturas não cabiam no modelo simples. em detergente, estas proteinas tem uma afinidade demasiado grande a atp e exemplifica os ciclos futeis.