Prof. Lucas Guimarães Ferreira

O sistema ubiquitina-proteassoma é o sistema proteolítico mais recentemente descoberto, sendo dependente de ATP. A vasta maioria das proteínas celulares é degradada através deste sistema (CAO et al., 2005). Este processo proteolítico envolve a participação de um complexo enzimático denominado proteassoma 26S, formado por 2 subunidades regulatórias (19S) e uma subunidade catalítica (20S). A subunidade 19S reconhece proteínas “marcadas” com uma cadeia de ubiquitina, um peptídeo de 76 aminoácidos (CIECHANOVER, 2005).
Três componentes enzimáticos são necessários para ligar a cadeia de ubiquitina nas proteínas destinadas à degradação: as enzimas E1 (ativadora de ubiquitina) e E2 (proteínas conjugadoras de Ub) preparam a Ub para conjugação, enquanto que as E3 (Ub-ligases), as enzimas-chave do processo, liga a Ub à proteína, que é então reconhecida pelo proteassoma 26S, um complexo proteolítico multi-unidades e multi-catalítico que degrada as proteínas ubiquitinadas em fragmentos menores (figura 3; CAO et al., 2005; CIECHANOVER, 2005).

Fig 3: sistema ubiquitina-proteassoma (adaptado de Jefferson et al.,2001).

Existe apenas uma proteína E1, algumas E2, e milhares de E3. Desta forma, esta última é o componente que confere especificidade ao sistema (CAO et al., 2005). Das diversas ubiquitina-ligases conhecidas, está bem estabelecido na literatura que atrogin-1 (MAFbx), MuRF-1 e E3α têm grande importância no processo de atrofia muscular. (LECKER et al., 1999a; 1999b; 2004; BODINE et al., 2001; GOMES et al., 2001, JONES et al., 2004). Verificou-se que E3α atua em conjunto com uma proteína conjugadora de ubiquitina, denominada E214k, que também tem sua expressão aumentada em situações de atrofia (WING & BANVILLE, 1994; LECKER et al., 1999a; 1999b).
A ubiquitinação das proteínas é um processo reversível. Enzimas desubiquitinadoras desempenham um importante papel na proteólise ubiquitina-dependente, catalisando a remoção da Ub das proteínas, livrando-as da degradação (KIM et al., 2003).
Foi demonstrado que o passo inicial para a proteólise via sistema ubiquitina-proteassoma no músculo esquelético parece ocorrer pela ação da caspase-3. Uma vez que o proteassoma não é capaz de clivar diretamente os complexos de actomiosina e as miofibrilas, verificou-se que esta caspase cliva estas estruturas em peptídeos menores, com cerca de 14 kDa, que são então ubiquitinados e, assim, degradados pelo proteassoma 26S (DU et al., 2004; 2005). Além disso, há evidências indicando que as calpaínas poderiam também participar da clivagem inicial do complexo de actomiosina (HUANG & FORSBERG, 1998; WILLIAMS et al., 1999).
Em condições que levam à atrofia muscular, desvernação, hipertireoidismo e sépse, a utilização de um inibidor de proteassoma (MG132) reduziu a proteólise muscular em 70%, 40-70% e 100%, respectivamente, demonstrando a importância do sistema ubiquitina-proteassoma em condições de intenso catabolismo protéico muscular (TAWA et al., 1997).

O sistema proteolítico dependente de cálcio foi descoberto na década de 60 (GUROFF, 1967) em neurônios de ratos, e identificado, posteriormente, em outros tecidos, dentre os quais o músculo esquelético (DAYTON et al., 1981; WHEELOCK, 1982). Este sistema depende da ação de proteases ativadas por cálcio, denominadas calpaínas (CROALL & DEMARTINO, 1991). Existem ao menos seis isoformas no músculo esquelético, sendo duas isoformas as principais: a µ-calpaína, e a m-calpaína (TIDBALL & SPENCER, 2002). A principal diferença entre estas isoformas está relacionada à afinidade de ativação pelo íon cálcio. Enquanto que a primeira (também denominada calpaína I) apresenta Km (concentração no qual a atividade é 50% da máxima) entre 5 a 50 µM de cálcio, a segunda (também denominada calpaína II) apresenta Km entre 200 a 1000 µM de cálcio (INOMATA et al., 1983, CROALL & DEMARTINO, 1991).

A ação proteolítica exercida pelas calpaínas parece ser iniciada por um processo de autólise da enzima, que acontece quando esta é exposta a concentrações suficientes de cálcio. Após a remoção de fragmentos de ambas as subunidades das calpaínas, estas apresentam um aumento da sensibilidade a este íon, tornando-se ativas (SAIDO et al., 1994). Entretanto, este mecanismo de ação, confirmado in vitro, é controverso quanto à sua importância in vivo (CARAFOLI & MOLINARI, 1998).

De forma contrária à ação das calpaínas, existe uma proteína, chamada calpastatina, que previne a ativação da proteólise dependente de cálcio, por inibir a ação das calpaínas (DU et al., 2005; GOLL et al., 2007). Desta forma, a relação calpaínas/calpastatina se mostra um importante fator no controle da taxa proteolítica por este sistema. A superxpressão de uma forma negativa da m-calpaína ou de um domínio inibitório da calpastatina em células musculares L8 diminuiu a degradação protéica em 30 3 63%, respectivamente (HUANG & FORSBERG, 1998). Em outro estudo, a superexpressão do transgene da calpastatina em camundongos provocou uma atenuação da perda de massa muscular no sóleo (~30%), em um protocolo de desuso por 10 dias (TIDBALL & SPENCER, 2002). Estes dados demonstram a participação das proteases ativadas por cálcio na degradação protéica muscular. A inibição foi parcial, pois as calpaínas não se mostram capazes de degradar todas as classes de proteínas sarcoméricas (GOLL et al., 2007), sugerindo a importância de outros sistemas proteolíticos neste processo.

INTRODUÇÃO

O músculo esquelético tem sua forma e função altera em resposta a diversos estímulos que modificam a atividade contrátil (exercício, estimulação elétrica, desnervação), carga imposta sobre os músculos (exercícios com sobrecarga, microgravidade), suprimento de substratos (intervenções nutricionais) ou fatores externos como hipóxia e estresse térmico (FLUCK & HOPPELER, 2003). Os avanços nas técnicas de biologia molecular têm permitido a melhor compreensão dos mecanismos celulares e moleculares da plasticidade muscular, ou seja, de como este tecido se adapta às diferentes demandas impostas a ele (GOLDSPINK, 2003).

Figura 01: Estrutura do músculo esquelético

MECANISMOS DE PROTEÓLISE MUSCULAR

O Sistema Lisossomal

O lisossomo foi descoberto na década de 50, identificado primeiramente no fígado de ratos como uma estrutura vacuolar contendo enzimas hidrolíticas que atuam em pH ácido (CIECHANOVER, 2005). O sistema lisossomal contribui de forma importante para a proteólise em diversos processos celulares, tais como turnover de proteínas da membrana celular e degradação de ribossomos (JEFERSON et al., 2001). No músculo, diversas proteases lisossomais são expressas, como as catepsinas B, H, L e D, indicando que este sistema está envolvido na proteólise muscular (JEFERSON et al., 2001). Durante o jejum, os lisossomos contribuem para a taxa geral de proteólise no músculo esquelético, aumentando, particularmente, a degradação de proteínas não miofibrilares. Neste estado, a expressão do mRNA e a atividade da catepsina D encontram-se elevados (JEFERSON et al., 2001). Entretanto, o sistema lisossomal não parece ser a via principal para degradação de proteínas miofibrilares.

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No próximo post continuaremos discutindo os mecanismos de proteólise muscular, com os sistemas ativado por cálcio e ubiquitina-proteassoma.