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Mecanismos de Señalización Celular: Una Guía para la Comunicación Intercelular, Apuntes de Biología Celular

Mecanismo moleculares TEC21, son apuntes del libro Alfonso Calvo.

Tipo: Apuntes

2018/2019

Subido el 05/12/2019

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Mecanismos de señalización celular
Objetivo de señalización: regulación de fisiología celular que permite el funcionamiento
coordinado de células en tejidos.
Secreción de moléculas
La célula emisora de la señal secreta la molécula al medio externo se reconoce por
receptores específicos de la célula que recibe la señal (célula diana).
Paracrina: local a corta distancia; célula diana de diferente estirpe.
Autocrina: local, célula diana de la misma estirpe o es ella misma.
Endocrina (hormonal): hormonas que viajan por el torrente sanguíneo hasta la
célula diana que está normalmente alejada.
Por medio de neurotransmisores: característica de las neuronas.
Contacto directo célula-célula o célula-sustrato
No secreción de sustancias, célula se comunica con vecina a través de contacto directo por
mecanismo llave/cerradura o contacto directo con proteínas de membrana.
Características generales de los mecanismos de señalización:
1. Células responden a señal por receptores específicos, los cuales se encuentran en:
oMembrana plasmática (receptor de membrana), células hidrófilas que no
pueden pasar por difusión.
oCitoplasma celular (receptor citoplasmático), reconocen células hidrófobas
que si pueden atravesar la membrana.
2. Señales extracelulares se forman en intracelulares
Cuando la molécula de señalización se une al receptor se inicia señalización
intracelular que transmite señal al núcleo a genes de respuesta para la
transcripción de genes.
3. Transmisión de señales en cascada
a. Desde receptor de membrana hasta el núcleo.
b. En ausencia de señal tanto el receptor como las moléculas permanecen
inactivos.
c. Inactivación:
i. Endocitosis de receptores y degradación en lisosomas.
ii. Inactivación de receptores por proteínas bloqueantes.
d. Proteínas que intervienen para control de activación:
i. Quinasas: fosforilan a otras proteínas. (Normalmente la fosforilación
hace que se activen).
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Mecanismos de señalización celular

Objetivo de señalización: regulación de fisiología celular que permite el funcionamiento coordinado de células en tejidos. Secreción de moléculas La célula emisora de la señal secreta la molécula al medio externo se reconoce por receptores específicos de la célula que recibe la señal (célula diana).  Paracrina: local a corta distancia; célula diana de diferente estirpe.  Autocrina: local, célula diana de la misma estirpe o es ella misma.  Endocrina (hormonal): hormonas que viajan por el torrente sanguíneo hasta la célula diana que está normalmente alejada.  Por medio de neurotransmisores: característica de las neuronas.

Contacto directo célula-célula o célula-sustrato

No secreción de sustancias, célula se comunica con vecina a través de contacto directo por mecanismo llave/cerradura o contacto directo con proteínas de membrana. Características generales de los mecanismos de señalización:

  1. Células responden a señal por receptores específicos, los cuales se encuentran en: o Membrana plasmática (receptor de membrana), células hidrófilas que no pueden pasar por difusión. o Citoplasma celular (receptor citoplasmático), reconocen células hidrófobas que si pueden atravesar la membrana.
  2. Señales extracelulares se forman en intracelulares Cuando la molécula de señalización se une al receptor se inicia señalización intracelular que transmite señal al núcleo a genes de respuesta para la transcripción de genes.
  3. Transmisión de señales en cascada a. Desde receptor de membrana hasta el núcleo. b. En ausencia de señal tanto el receptor como las moléculas permanecen inactivos. c. Inactivación: i. Endocitosis de receptores y degradación en lisosomas. ii. Inactivación de receptores por proteínas bloqueantes. d. Proteínas que intervienen para control de activación: i. Quinasas: fosforilan a otras proteínas. (Normalmente la fosforilación hace que se activen).

ii. Fosfatasas: quita su grupo fosfato y hace que vuelvan a su estado inicial. e. Sistema GDP/GTP para control de activación: i. Estado inactivo lleva unido GDP. ii. Para activación requiere GTP. iii. Reacción de intercambio mediada por GEF iv. Cuando se finaliza la señalización se disocia el GTP a GDP+Pi. Y la proteína se queda unida a GDP.

  1. Respuesta celular: resultado de integración de múltiples señales
  2. Una misma molécula señal puede causar distintas respuestas a. Ej: Acetilcolina que es neurotransmisor y hormona. / En el corazón baja el ritmo cardiaco y en el músculo promueve la contracción.

Tipos de señalización celular mediados por la secreción de moléculas

Mecanismo más común usado por las células para su comunicación. A. Señalización a través de mediadores locales Factores que ayudan tienen mucho potencial de estimulación así que se secretan al medio externo cuando hay bajas concentraciones. Locales son: factores de crecimiento, citoquinas, eicosanoides y gases como óxido nítrico.

1. Factores de crecimiento Son polipéptidos producidos por varios tipos celulares, regulan la proliferación en las células. Las diferentes células que componen al tejido x producen los factores que promueven la proliferación. Ej: células epiteliales producen factor de crecimiento epidérmico (EGF) que estimula la mitosis. Ej: fibroblastos del estroma secreta factor de crecimiento de los fibroblastos (FGF) y el factor de crecimiento transformante B (TGF-B). Ambos promueven la mitosis de los fibroblastos, y el TGF-B inhibe la proliferación de las células epiteliales. Ej: epitelio secreta factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF) y favorece la multiplicación y migración de las células de los vasos sanguíneos, aumenta la irrigación sanguínea del tejido. Ej: factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDFG) estimula la proliferación de los tipos celulares derivados de las capas embrionarias. Papel principal: control de la población celular.

o Tromboxanos (TX) Función de agregación plaquetaria que es el paso inicial de la coagulación sanguínea. Se originan por actuación de la COX en ácido araquidónico y luego actua tromboxano sintetasa.  TXA2 predomina en plaquetas. o Leucotrienos (LT) Síntesis depende de enzimas lipooxigenasas (LOX). LTB4 tiene efecto quimiotáctico y vasodilatador en leucocitos.

4. Oxido nítrico En S. Cardiovascular: Cantidad de flujo sanguíneo es regulado por el calibre de los vasos: o Vasoconstricción: músculos se contraen y el calibre del vaso disminuye. o Vasodilatación: músculos se relajan y el flujo aumenta. Terminaciones nerviosas que inervan los vasos producen acetilcolina, reconocido por un receptor que está en la membrana de la célula endotelial. La unión a los receptores de membrana produce cascada de señalización que activan inicialmente al óxido nítrico sintasa. La enzima cataliza la producción de oxido nítrico a partir del aminoácido arginina, O2 y poder reductor del NADPH. Después de síntesis, el NO difunde fuera de la célula y llega a las células musculares vecinas actuando como mediador local. Pero dura poco tiempo. Cuando está dentro de la célula muscular lo reconoce la guanilato ciclasa que actúa como receptor citoplasmático. La unión del NO activa la guanilato para que produzca GMP cíclico a partir del GTP. El GMPc actúa dentro de la célula muscular haciendo que se relaje y haya vasodilatación. B. Señalización por neurotransmisores Moléculas hidrófilas producidas por neuronas, y al ser liberadas se unen a receptores específicos de célula diana para causar un efecto específico. Ej: serotonina, acetilcolina, dopamina y adrenalina. Los neurotransmisores se almacenan en vesículas secretoras de la neurona presináptica y cuando hay potencial de acción los neurotransmisores quedan libres en el espacio sináptico. Se unen a receptores de membrana de célula diana (casi siempre neuronas) los receptores suelen ser canales iónicos.

C. Señalización hormonas

  1. Hormonas peptídicas: naturaleza peptídica; hidrófilas reconocidas en recepetor de membrana.
  2. Hormonas liposolubles: hidrófobas, la mayoría derivadas del colesterol (esteroideas); insolubles en agua, viajan en la sangre y ayudan a moléculas transportadoras. Atraviesan la membrana plasmática y son reconocidas por receptores intracelulares. También son parte de las hormonas sexuales: testosterona, estradiol, progesterona. Y de corticoides: cortisol, aldosterona, vitamina D, ácido retinoico y hormonas tiroideas.

Receptores de señales y señalización intracelular

Las señales extracelulares son reconocidas por un receptor en célula diana encargado de transmitir la señal al interior de la célula que mayormente implica una transcripción de ciertos genes determinados. Sin embargo, transmiten la señal diferente cuando es a los receptores citoplasmáticos. A. Señalización por medio de receptores intracelulares Los receptores intracelulares están en el citoplasma en estado inactivo. Cuando llega la molécula señal se une a receptor y se activa. El receptor se trasloca al interior del núcleo.

Proteínas G formadas por un trímero proteico (heterotriméricas) anclados al lado citosólico, son alfa, beta y gamma. La subunidad alfa está unida a GDP en estado activo. Proceso de señalización:

  1. Cuando el ligando se une a receptor por lado extracelular se produce un cambio conformacional que modifica la estructura del dominio citoplasmático.
  2. Proteína G se une a receptor por subunidad alfa, y así esta pierde su afinidad por el GDP, el nucleótido se libera y entra en su lugar una molécula de GTP.
  3. La unión GTP-alfa escinde la proteína G en el complejo betagamma y de alfa-GTP.
  4. Otro tipo de proteínas G son las “Ga” de función inhibitoria. Inhiben la adenilato ciclasa. a. Ej: cuando la adrenalina se une a receptor B-adrenérgico de células hepáticas, se activa proteína Ga que estimula la producción de AMPc y este activa sus enzimas implicadas en la ruptura del glucógeno. b. Ej: cuando adrenalina se une a receptor a-adrenérgico de las células del músculo listo, se activa la proteína Ga, inhibe la producción del AMPc y relaja el músculo. Activación de la fosfolipasa C-B Complejo alfa-GTP también puede activar la fosfolipasa C-B que fragmenta el fosfolípido de membrana fosfatidilinositol-4,5-bifosfato anclado a la cara interna. Y genera:  Inositol trifosfato Molécula hidrófila que queda libre en el citosol, y se une a receptor de canal en la membrana del REL. Si no hay IP3 en el citoplasma, se queda inactiva. Pero si hay, se abren los canales y entra mucho Ca+ que estaba almacenado. Ca+ actúa como segundo mensajero en varios procesos de señalización.  Diacilglicerol , que permanece unido a la membrana. Papel importante en señalización intracelular y tiene 2 opc: 1. Liberar ácido araquidónico para generar eicosanoides. 2. Activa la familia de las PKC que su función es añadir grupos fosfato en aminoácidos serina y treonina de proteínas diana.

Papel del Ca+ en la señalización intracelular Proteínas G y los otros dos, puede elevar los niveles de Ca+ en el citoplasma. Ca+ es el segundo mensajero más utilizado y está involucrado en procesos como exocitosis, contracción muscular, neurotransmisión, control de citoesqueleto, metabolismo, movimiento y proliferación celular. Apertura de canales de Ca+ cuando: IP aumenta en el citoplasma Células eléctricamente excitables donde hay canales de Ca+ regulados por voltaje se abren para despolarizar la membrana. Activación de la guanilato ciclasa Proteínas G pueden activar también la guanilato ciclasa que genera GMPc a partir del GTP. En retina del ojo hay neuronas modificadas responsables de la visión cuando hay oscuridad y estas células tienen fotorreceptores ligados a proteínas G llamados rodopsina. Regulación de canales iónicos Si no interacciona con ninguna célula, regula la apertura de canales. iii. Receptores enzimáticos o catalíticos Enzimas que, mediante activación dependiente de su unión al ligando, transmiten la señal de proteínas al citoplasma. Tienen un dominio intracelular NH-terminal que se puede unir al ligando. Tienen un dominio transmembrana y otro intracelular con actividad catalítica “actúan como enzimas”. Cuando son activados por el ligando se autofosforilan en residuos de tirosina. Por eso también se llaman receptores tirosina-quinasa. Receptores asociados a proteínas Tk: vía más común es Ras-MAPK. Ras (transmisión de señales intracelulares: proteína en membrana plasmática que pertenece a la familia de las GTPasas (también viene Rho de ahí que ayuda a la transmisión de señales en relación con la remodelación del citoesqueleto y Rab que regula el tráfico intracelular de orgánulos). iv. Receptores no enzimáticos asociados a proteínas intracelulares quinasas Actúan similar a Tk, pero no fosforilan. Cuando se unen a ligando reclutan proteínas quinasas que se autofosforilan y al receptor. Se reclutan proteínas