Os canais de dois poros (TPCs, do inglês two-pore channels) são canais iônicos seletivos para cátions eucarióticos intracelulares, dependentes de voltagem e dependentes de ligantes. Existem dois parálogos conhecidos no genoma humano, os TPC1s e os TPC2s. Em humanos, os TPC1s são seletivos para sódio e os TPC2s conduzem íons de sódio, íons de cálcio e, possivelmente, íons de hidrogênio. Os TPC1s de plantas são canais não seletivos. A expressão dos TPCs é encontrada tanto em vacúolos de plantas quanto em organelas ácidas de animais. Essas organelas consistem em endossomos e lisossomos. Os TPCs são formados por duas subunidades transmembranares formadoras de poros em tandem, não equivalentes e semelhantes a Shaker, para formar quase-tetrâmeros. Os quase-tetrâmeros parecem muito semelhantes aos tetrâmeros, mas não são exatamente a mesma coisa. Distúrbios ligados aos TPCs incluem defeitos no tráfego de membranas, doença de Parkinson, doença do vírus da Ébola e doença do fígado gorduroso.

Como o próprio nome sugere, os canais TPC possuem dois poros e foram assim nomeados devido às suas duas repetições semelhantes a Shaker, onde cada uma possui um domínio de poro. Isso contrasta com os canais de potássio de domínio de dois poros, que confusamente têm apenas um poro e foram nomeados pelo fato de que cada subunidade possui dois domínios P (poro) em sua sequência primária.

História e descoberta Embora muito ainda precise ser descoberto sobre a função dos TPCs, eles têm sido extensivamente estudados até o momento. Muitas questões foram levantadas sobre a função específica dos canais TPC, bem como sobre os íons e moléculas que parecem estar mais intimamente associados a eles. Alguns desses íons são sódio, cálcio e . O conhecimento atual sobre os TPCs advém de experimentos realizados em camundongos e plantas, especialmente Arabidopsis thaliana. Além disso, devido à localização desses canais em mamíferos, é difícil utilizar registros eletrofisiológicos neles. Portanto, esses canais TPC precisam ser expressos em compartimentos ou organelas alternativas da célula, como vacúolos vegetais, para serem estudados usando métodos eletrofisiológicos — especialmente a técnica de patch clamp. A fim de visualizar claramente os vacúolos vegetais, os cientistas têm recorrido à microscopia de fluorescência em seus experimentos. Usando essas técnicas, os cientistas conseguiram coletar dados qualitativos significativos para tirar conclusões sobre as funções dos TPCs em mamíferos. Especificamente, os cientistas puderam concluir que os TPCs humanos são predominantemente canais de sódio dependentes de voltagem, e que o PI(3,5)P2, um fosfoinositídeo (PIP) específico do endolisossomo, é um ativador direto dos canais TPC, enquanto o NAADP, na verdade, não é um ativador, como se presumia anteriormente.

Estrutura e domínios Na entrada do poro do TPC, há quatro resíduos de aminoácidos com cargas negativas que podem interagir com os íons que passam por ali. Esse local é muito largo para selecionar íons. Abaixo do grupo de cargas negativas está o filtro de seletividade, que é amplamente hidrofóbico. Existem duas subunidades não idênticas formadoras de poros do tipo Shaker. A subunidade 1 consiste no domínio sensor de voltagem 1 (VSD1) e a subunidade 2 consiste no domínio sensor de voltagem 2 (VSD2). Os dois domínios das subunidades são separados por um domínio que possui um motivo de ligação a íons de cálcio. Esse motivo de ligação pode facilitar a ativação do canal por íons de cálcio citosólicos. Cada uma das duas subunidades é construída a partir de 12 hélices transmembranares. Os dois domínios centrais do poro são combinados a partir dos domínios sensores de voltagem, VSD1 e VSD2. Tanto o domínio N-terminal (NTD) quanto o domínio C-terminal (CTD) se estendem no lado citosólico, junto com o domínio mão-EF no centro que se estende para o citoplasma. O domínio mão-EF se estende para o citosol, posicionado entre VSD1 e VSD2, onde pode ser ativado pelo cálcio citosólico. O domínio VSD2 é ativo e sensível à voltagem, podendo ser inibido pelo cálcio no lúmen. Trata-se de uma mudança de conformação do estado ativado para o estado inativo. Dois anéis de resíduos hidrofóbicos selam a cavidade do poro a partir do citoplasma; isso resulta na formação do portão do poro. Os sensores de voltagem, o filtro de seletividade e o portão trabalham juntos de maneira coordenada para abrir e fechar os TPCs para a regulação da condutância iônica.

thumb|Uma representação do Canal de Dois Poros 2 (TPC2). Existem dois domínios, rotulados I e II. Existe um poro em cada domínio, conforme rotulado por P. Adaptado da imagem em Grimm, C. et al. "Role Of TRPML And Two-Pore Channels In Endolysosomal Cation Homeostasis". Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 342.2 (2012): 236–244. Web

O domínio VSD2 contém um motivo normal de detecção de voltagem, resíduos de arginina R1, R2 e R3 e uma hélice alfa S10, em relação a outras estruturas de canais iônicos dependentes de voltagem, mas esse domínio adota uma conformação distinta no estado de repouso de um sensor de voltagem. O cálcio luminal atua como um inibidor do TPC1, impedindo a condutância iônica. Existem dois locais de ligação de cálcio para o VSD2 no lado luminal. O primeiro local não afeta o canal. O local 2, composto por resíduos no VSD2 e no domínio do poro, inibe o canal ao mudar a dependência de voltagem para voltagens mais positivas.

A ativação dos TPCs é induzida por uma diminuição no potencial transmembranar ou por um aumento nas concentrações de cálcio no citosol. O baixo pH do lúmen e a baixa concentração de cálcio podem causar a inibição desses canais. Os TPCs também são canais ativados por fosforilação tanto em animais quanto em plantas. Os locais de fosforilação estão nos domínios N-terminal e C-terminal. Esses terminais estão posicionados para fornecer mudanças alostéricas a fim de serem ativados pelo cálcio proveniente do citosol.

Os TPCs humanos e vegetais são multimodais para condutância. O mecanismo de abertura do canal provavelmente resulta de uma combinação de concentrações de cálcio, voltagem e integração de fosforregulação, a fim de governar a condução de íons através dos TPCs.

Papéis biológicos (função/disfunção) Os canais de dois poros foram analisados utilizando métodos de biologia celular, técnicas de patch clamp endolisossomal e uma variedade de outros métodos para estudar suas funções. A partir disso, sugeriu-se que os TPCs têm algum poder no controle do pH luminal em vesículas endolisossomais. Quando a expressão de TPC2 é diminuída ou inativada, há uma elevação resultante na produção de melanina e, consequentemente, no pH melanossomal, e quando a expressão de TPC2 é aumentada, há menor produção de melanina.

Os TPCs também estão envolvidos na detecção de nutrientes, pois tornam-se ativamente constitutivos ao identificar o status dos nutrientes. Isso é feito por meio de comunicação direta entre os TPCs e os alvos da rapamicina em mamíferos/mecanísticos (mTORs), que estão associados à detecção dos níveis de oxigênio, nutrientes e energia nas células e, assim, auxiliam na regulação do metabolismo. É assim que os TPCs desempenham um papel nessa regulação fisiológica por meio dessa interação.

Os TPCs regulam a condutância de íons de sódio e cálcio, o pH intravesicular e a excitabilidade do tráfego. Demonstrou-se que o segundo mensageiro ácido nicotínico adenina dinucleotídeo fosfato () atua como mediador da liberação de cálcio a partir dessas organelas ácidas por meio dos TPCs. Os TPC2s são canais de liberação de cálcio ativados por NAADP, nos quais essas correntes TPC podem ser bloqueadas por antagonistas do NAADP. O TPC2 desempenha um papel crítico na endocitose, permitindo que o vírus SARS-CoV-2 entre nas células.

Várias doenças podem ocorrer devido ao nocaute desses canais, desde doenças infecciosas gerais e metabólicas até mesmo o câncer. As condições patológicas devidas a essa falta de TPCs são abordadas nas seções a seguir.

Tráfego de membranas Os TPCs desempenham um papel fundamental nas . Eles são divididos em endossomos e lisossomos, funcionando especialmente nas fusões endolisossomais. Observou-se que a atividade de tráfego do TPC é conservada; mas a modificação dos TPCs afeta o transporte na via endocítica. Os papéis exatos dos TPCs são específicos ao tipo celular e ao contexto. Esses canais são permeáveis ao cálcio, fazendo-os funcionar como canais de íons Ca2+. Quando estimulados pelo NAADP — um segundo mensageiro para os TPCs —, o cálcio é liberado no citosol. O influxo de cálcio é o que regula a fusão entre o endossomo e os lisossomos e o que atua como mediador dos eventos de tráfego. Quando a função dos TPCs é perdida, os substratos se acumulam, criando um congestionamento. Quando a função dos TPCs é aumentada, o lisossomo se torna maior — o que logicamente se relaciona com o aumento dos eventos de fusão do endossomo para o lisossomo.

Doença de Parkinson Uma implicação da disfunção no tráfego de membranas leva à doença de Parkinson. As mutações na enzima alteram a autofagia dependente de NAADP e TPC2. A mutação aumenta a quantidade de fluxo de Ca2+ através do TPC2 por meio de sinais evocados pelo NAADP. Esse aumento na sinalização leva a um aumento no tamanho dos lisossomos devido à taxa aumentada e à quantidade de fusão. O lisossomo, portanto, não é capaz de degradar os componentes da maneira como deveria. Essa incapacidade está associada ao início da doença. Como o TPC2 desempenha um papel vital neste mecanismo específico do desenvolvimento da doença de Parkinson, ele pode ser potencialmente um alvo terapêutico.

Ébola Ebolavírus tira proveito do tráfego de membrana endocítica da célula hospedeira, deixando os TPCs como um alvo potencial para medicamentos. Ele entra nas células através da micropinocitose com vesículas endossomais. Após a entrada na vesícula endossomal, a membrana de Ebolavírus se funde com a membrana endossomal para liberar o conteúdo viral no citosol antes que o endossomo possa se fundir com o lisossomo. Para o movimento do vírus nos endossomos, o Ca2+ é necessário. Como o NAADP regula a maturação dos endossomos pela liberação de cálcio através dos TPCs, o funcionamento normal dos TPCs permite que Ebolavírus escape. Portanto, quando os TPCs não estão funcionando, Ebolavírus não pode escapar antes da fusão do endossomo com o lisossomo. De fato, quando camundongos são tratados com tetradina, a infecção é inibida. Isso ocorre porque a tetradina bloqueia a função de liberação de cálcio do TPC e, assim, Ebolavírus fica contido na rede endossomal, destinados a serem degradados pelo lisossomo.

Fígado gorduroso Os TPCs têm sido implicados em doenças do fígado gorduroso, como a DHGNA e a EHNA. Como o TPC2 é um canal de cátions para o tráfego de membrana endocítica, os TPCs contribuem no tráfego de moléculas de LDL para sua degradação e reciclagem. Isso ocorre principalmente no fígado. A via de degradação faz com que o LDL acabe em endossomos e lisossomos — onde os TPCs estão localizados. O mecanismo do TPC mais uma vez permite o efluxo de cálcio para a fusão dos endossomos e lisossomos (onde o LDL é degradado). Quando os TPCs não estão presentes ou não estão funcionando adequadamente, a via de degradação resulta em tráfego defeituoso. Sem o evento de fusão, o LDL se acumula nas células do fígado. A perda de TPCs demonstrou ser uma das causas da coloração amarela do fígado, uma expressão do fígado gorduroso que indica dano hepático.

Referências

Ligações externas na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, Medical Subject Headings (MeSH)

Categoria:Canais iónicos Categoria:Genes no cromossoma 12 Categoria:Genes no cromossoma 11