TEMA 4

RECEPTORES DE MEMBRANA, SEGUNDOS MENSAJEROS Y VÍAS DE TRANSMISIÓN DE SEÑALES

El mecanismo básico requiere un ligando ( molécula señalizadora) que se une a su receptor (molécula receptora) que convierte la señal extracelular en una señal intracelular (transducción + molécula efectora).Este proceso es denominado transducción de la señal y puede ocurrir de varias formas.

Señal extracelular

Señal intracelular

Cascadas de señalización

Características de la cascada de señalización:

1. Transferencia física de la señal (RECEPTORA) del sitio de

recepción – membrana plasmática o citosol – hacia la maquinaria celular

donde ocurrirá la respuesta.

2. Transformación de la señal (TRANSDUCTORA) en forma

molecular con propiedad de provocar una respuesta.

3. Amplificación de la señal (EFECTORA) de una forma suficiente

para provocar la respuesta, de modo que muy poca cantidad de moléculas

es suficiente para provocar una respuesta en la célula.

4. Distribución de la señal (INTEGRADORA) hacia varios sitios en

el interior de la célula con el fin de influenciar diversos procesos

simultáneamente.

5. Cada etapa del proceso de señalización podrá ser modificada o

alterada (MODULADORA) por otros factores mientras se produzca la

señal.

Cascada de Señalización Intracelular

Comunicación celular

•Uniones estrechas ( gap junctions)

•Comunicación local

•Paracrina

•Autocrina

•Neuromodulatores

•A larga distancia

•Química

•Eléctrica

Transfiere las señales químicas y eléctricas

Se encuentran en corazón, músculo liso e intestino

Usualmente no necesitan la liberación de moléculas señalizadoras.

La transducción se completa cuando una molécula señalizadora (ligando) anclada en la membrana de la célula señalizadora se une a la molécula receptora (receptor) situado en la membrana de la célula diana.

Dos modalidades de contacto directo: célula-célula y célula - MEC.

Uniones estrechas

Paracrina = una sustancia (mediador local) es secretada por una células y actúa localmente en células vecinas Ej: Factores de Crecimiento y mediadores Inflamatorios

Autocrina = una sustancia es secretada por una célula y actúa en la misma célula

Señales autocrinas y paracrinas

La transducción de señales se da a través de axones y las moléculas efectoras se liberan en las sinápsis ( paracrina).

La señal se transmite a través de axones como un impulso eléctrico que se convierte en la sinápsis en una señal química conocida como neurotransmisión (neurotransmisores).

Señalización Neuronal

Comunicación a distancia

Moléculas señalizadoras son transportadas a través del sistema circulatorio y actúan sobre células dianas alejadas.

Moléculas señalizadoras: hormonas.

Las hormonas son reconocidas por proteínas específicas (receptores) en la membrana plasmática, en citoplasma o en el núcleo.

Señalización endocrina

Señalización para/auto/endocrina. Ejemplos

Regulación mediante cambios de niveles de constituyentes

de la sangre (liberación de insulina regulada por [glucosa]sangre)

(endocrina)

Mastocitos secretan histamina -> dilatación de arteriolas locales

flujo sanguíneo local ( paracrina)

Prostaglandinas ->secreción de prostaglandinas de las células vecinas

( paracrina) pero también en las células iniciadoras de la respuesta

( autocrina) -positive feedback

Hormona, neurotransmisor, molécula paracrina o

autocrina

Proteína en la membrana, citosol o núcleo

Mecanismo para convertir las señales externas en señales intracelulares

Mecanismo intracelular para incrementar el impacto de la unión de un ligando a su receptor

¿Porqué motivo?

Respuesta depende del tipo celular y podría variar en dos células distintas respondiendo al mismo ligando

Señalización y Respuesta Celular

Generalmente, las células necesitan múltiples señales para una determinada respuesta.

Las respuestas se relacionan con:

Supervivencia y/o metabolismo normal.

Proliferación

Diferenciación

Motilidad

Muerte celular

supervivencia

Proliferación

Diferenciación

Muerte

Señalización y Respuesta Celular

En un momento dado hay multitud de señales siendo transmitidas a través de

uno o varios de estos sistemas de comunicación

¿Como se consigue la especificidad de la respuesta?

¿Porqué un mismo ligando tiene diferentes efectos en diferentes tejidos ?

Muchas moléculas señalizadoras se unen a proteínas receptoras ( receptores) en la superficie celular donde convierten la información mediante el proceso de transducción de la señal.

Moléculas señalizadoras hidrofóbicas (testosterona) o moléculas señalizadoras gaseosas (óxido nítrico, monóxido de carbono) pueden atravesar la membrana plasmática.

Las moléculas señalizadoras son

Hidrofílicas y no tienen la habilidad

de difundir a través de la membrana.

Necesitan de un receptor

de superficie celular que genera una

señal intracelular en la célula diana.

Algunas moléculas señalizadoras

Hidrofóbica (hormonas) pueden

difundir a través de la membrana y

unirse a receptores intracelulares

localizados en el núcleo o en el

citoplásma de la célula diana.

Moléculas señalizadoras

Hormonas hidrofóbicas

cortisoltestosteronaestradiol

tiroxina

El complejo esteroide-receptor

migra hacia el núcleo donde actúa

como un complejo regulador del

gen activando la transcripción

génica.

Existen receptores intranucleares

para las hormonas esteroides.

(Esteroides, tiroxinas, vitamina D3

y ácido retinóico).

Hormonas esteroideas atraviesan la MP y se unen a receptores intracelulares en el citoplasma.

cortisol

Memb. plasmatica

Receptor Intracelul

ar

CITOSOL

NUCLEO

TRANSCRIPCIÓN

DNA

RNA

Gen diana activado

Cambioconformacional

activa la proteína receptora

ComplejoEsteroide-receptor

migra al núcleo

Complejoesteroide-receptor se une a la región reguladora del gen

diana y activa la transcripción

Producido en las células endoteliales, por el estímulo de la liberación de la acetilcolina en las terminaciones nerviosas de los vasos.

Difunde rápidamente por el endotelio hasta alcanzar la musculatura lisa del vaso

Relaja la pared vascular con el aumento del flujo sanguíneo y [O2] en los órganos (corazón,SNC).

Óxido nítrico se une directamente a una enzima intracelular (guanilato ciclasa) con respuesta rápida e inmediata.

Óxido nítrico (NO) y Monóxido de carbono (CO)

Receptores tienen dos funciones:

• Unir el ligando (hormona u otra molécula usada para transmitir la señal)

• Transformar el mensaje del ligando en una respuesta celular

Receptores

Clasificación de receptores de membrana :

1. Canales operados por ligando (p.ej. interacción nervio-músculo)

2. Integrinas ligadas al citoesqueleto – activan enzimas intracelulares o altera la organización del citoesqueleto (p.ej.coagulación, reparación de heridas, o reconocimiento celular en sist. Inmune)

3. Enzimas – receptores que tienen actividad enzimática pueden ser quinasas ( tirosina quinasas) o nuceótido monofosfato ciclasas ( adenilato ciclalas :factores de crecimiento o insulina)

4. Receptores acoplados a proteínas G – familia de receptores compleja ligados a una molécula transmisora conocida como proteína G( capaz de hidrolizar GTP) ( p.ej. muchas hormonas, pigmentos visuales, neurotransmsores); Gs vs. Gi

1.ligando + receptor intracelular = transcripción génica / síntesis proteica

2. ligando + canales iónicos = potencial membrana x citosol / muchas

3. ligando + proteína G (enzimas ± canales iónico) = 2º mensajeros / muchas

4. ligando + receptor enzimático = fosforilación / muchas

Transducción de la Señal – Mecanismos generales

ligando + receptor = transducción / respuesta

La unión activa el receptor de membrana

Receptor responde activando las proteínas efectoras (quinasas)

Las proteínas efectoras activan segundos mensajeros que amplifican la señal

Los segundos mensajeros cambian la actividad enzimática (quinasas) o abren canales iónicos, o aumental el Ca2+ intracelular (activa otras quinasas)

Transmisión rápida a través de sinapsis (SNC) Señal química (neurotransmisor) señal eléctrica Flujo de iones a través de la membrana (Na+, K+, Ca+2, Cl-) Gradiente electroquímico potencial de membrana Ca+2: puede alterar la actividad de muchas enzimas.

Receptores - Canales Iónicos

Extensa familia de receptores desuperficie (proteínas o péptidos)unidos a Proteína G trimérica.

Receptor: proteína con 7 pasos en la mp.

Proteína G: y (-GDP/ actividad hidrólisis GTP)

Toxina colérica: -GTP activa (Na+/H2O luz intestinal)

Transducción visual, olfato, hormonas y neurotransmisores.

Receptores Acoplados a Proteínas G

Ligando + receptor

Proteína G

Enzima ± CI

2º mensajero

Ligandos que tienen poteínas G acopladas al receptor incluyen: acetilcolina, adenosina, angiotensina, bradikinina, calcitonina, colecistokinina, gatrina, dopamina, GABA, glucagón, histamina, melatonina, hormona paratiroidea, vasopresina, oxitocina, etc

Las proteínas G tienen 3 subunidades que interaccionan y cambian su actividad cuando el R cambia de conformación tras unirse al ligando, transformando GDP en GTP. Cuando el GTP está unido, una de las subunidades atrae la Adenilato ciclasa activándola. Las prot G pueden también activar directamente canales protéicos y otras proteínas.

SEÑALIZACIÓN POR RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G

La activación de enzimas efectoras mediante la activaciónde proteína-G trimérica conlleva la síntesis de 2º mensajeros

Amplificación de la señal

Regulación e interacción con otras vías señalizadoras

Los 2º mensajeros en la cascada de señalización de la transducción de la señal amplifican y modulan la señal en las diferentes vías de señalización.

La respuesta celular al AMPc es variable y depende del tipo de célula.

Puede producir respuestas rápidas y lentas

FOSFOLIPASA C (PL-C)

La liberación de Ca2+ a partir del RER mediado por el IP3 puede regular diversas funciones celulares.

Ca2+ como segundo mensajero

RESUMEN. RECEPTORES ACOPLADOS A PROT G.

1.-Receptores con actividad enzimática intrínseca.

2.- Receptores de tipo tirosina-quinasa

Receptores con Actividad Enzimática

Factores de crecimiento: respuesta lenta expresión génica.

Crecimiento, proliferación, diferenciación, supervivencia celular.

Adhesión y migración celular: cáncer. Receptores de membrana: actividad enzimática. asociados a complejos con

actividad enzimática (quinasas).

1.Receptores con Actividad Enzimática intrínseca

Estructura y activación

1.a.-GUANILATO CICLASA

El óxido nítrico (NO) se une a la guanilato ciclasa soluble desencadenando una respuesta rápida.

GMPc interviene en la señal local vía NO.

Src: dominios SH1-SH4

(antígenos de superficie)

Janus: Jak1-Jak3

(activación por citoquinas)

FAK: asociada a integrinas

1.b.-Asociados a proteínas con actividad Tir-quinasa

No presentan zonas catalíticas, no se asocian PG ni canales iónicos.

Asociados a proteínas Tir-quinasa no receptoras(NRPTK) receptores asociados a NRPTK: unión a proteínas con actividad Tir-quinasa

Características:

Proteínas con actividad Ser-treo quinasa

HormonasMitógenos

Otros estímulos

Proteínas G heterotrimericas

EFECTORES

TGF-

DominiosSer/Treo quinasa

Factores de Transcripción

Smads

PDGFOtros

mitógenos

DominioTir- quinasa

Adaptadores

RAS

EFECTORES

Citoquinas

Tirosina quinasacitoplasmatica

JAK, Src

Factores de transcripción

STATs

EFECTORES

Tipos de receptor

TGF-1

RII RI

+

Smad2/3

Smad2/3Smad4

P

Smad2/3Smad4

P

Proliferación y diferenciaciónCelular:

Angiogénesis Reparación tisular Desarrollo

Fibrosis

Proteínas con actividad Ser-treo quinasa

Proteínas con actividad Ser-treo quinasa

ILK

MEC

Akt/PKB

-par vin

ACTINA

paxilin

a

PSer 473P

Thr 308GSK-3

-+

PROLIFERACIÓN

SUPRESIÓN APOPTOSIS

CONTROL TRANSCRIPCIÓN

MOVILIDAD CELULAR

ORGANIZACIÓN CITOESQUELETO

COLAGENOSFIBRONECTINALAMININA

MATRIZ EXTRACELULAR

Integrin Linked Kinase (ILK)

( ser/treo quinasa)

Receptor: Integrinas

Proteínas con dominios Tir-quinasa.Activación de RAS

Regulación cruzada entre diversas rutas de señalización(cross-talk)

Las rutas de señalización no son cascadas lineales independientes sino que existen puntos de conexión entre cascadas de señalización

Las conexiones entre rutas es el mecanismo que utiliza la célula para la integración de señales que generaran una respuesta celular.

INTEGRACIÓN:

La generación de una respuesta biológica requiere la integraciónde múltiples rutas de transducción de señales

cruzamiento + convergencia

Activación de ambos R-PG y los R-Tir-quinasa originan múltiples 2º mensajeros que, a su vez, activan o inhiben varias otras moléculas efectoras.

La misma respuesta celular podrá estar inducida por varias vías de señalización.

La interacción de diferentes vías de señalización permiten un control extremadamente fino de las funciones en las células.

La señalización celular está caracterizada por eventos de cruzamiento y convergenciade la señal.

Interacción y regulación de las vías de señalización –

Efecto de convergencia y cruzamiento

en las Vías de Señalización

Molécula señalizadora

Receptor acoplado a proteínas G

Receptor Tirosina quinasa

Proteína G Proteína G Fosfolipasa C Grb2 PI3-quinasa

Adenilato ciclasa

AMP cíclico

IP3 DiacilglicerolRAS-GEF

RAS

MAP-kinasa-kinasa-kinasa

MAP-kinasa-kinasa

PI(3,4,5)P3

PDK1

proteínas reguladoras de genes otras proteínas diana

Modulación de la señal

1. A nivel de receptor: saturación, especificidad y competición

Agonistas = moleculas o drogas que reproducen la respuesta normal al ligando; se unen y activan un receptor

Antagonistas = moleculas o drogas que se oponen a la acción del ligando; se unen y bloquean un receptor

2. Isoformas de receptores para el mismo ligando. Diferentes afinidades

3. El número de receptores puede ser disminuído o aumentado dependiendo de la concentración de ligando.

¿Cómo se termina la señal?

Alterando la actividad del R:

Alterando parte de la vía de señalización:

• Degradación del ligando

• Separación del ligando del R

• Eliminación del complejo R-Ligando

• Defosforilación de proteínas dianas (fosfatasas)

• Bombeando Ca2+ fuera del citoplasma

• Inactivación de proteínas activadas por proteínas G