3-Bioquímica Primer bloque_Semana 3

Jesús F. Torres-Peraza, MD PhD

LA CaMKII es la kinasa de la MEMORIA


Proteínas KinasasProteínas Kinasas

Kinasas Activadas por Nucleótidos Cíclicos

PKA (AMPc)

PKG (GMPc)

Kinasas Activadas por Calcio

a.-Activadas por DAG, Calcio y fosfolípidos (PKC)b.-Activadas por Calcio/Calmodulina (CaMK)

Tirosinas Kinasasa.-Integrales de Membrana (Recp. Tirosina Kinasa)b.-Citosólicas (Recepores asocidos a Tirosina kinasas solubles)

RECEPTORES PARA MOLÉCULAS DE SEÑALIZACIÓN EXTRACELULAR

RECEPTORES

De Superficie

Intracelulares

A) Receptores unidos a canales iónicos

B) Receptores acoplados a Proteínas G

C) Receptores unidos a Enzimas (Tirosina-kinasa y otros)



Señalización a través de

RECEPTORES DE SUPERFICIE ASOCIADOS A ENZIMAS

Encargados de responder a señales extracelulares que modulan la proliferación, diferenciación, supervivencia, crecimiento y/o migración celular. Producen respuestas

lentas

Estructura

Dominio Extracelular: Reconocimiento del ligando

Dominio Transmembrana

Dominio Intracelular: Con o sin actividad enzimática

KK


Tipos

RECEPTORES TIROSINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular (adaptadores).

RECEPTORES ASOCIADOS A TIROSINA KINASA: La actividad tirosina kinasa reside en otra proteína citoplasmática que se asocia al receptor activado.

RECEPTORES GUANIDIL-CICLASA: Con actividad enzimática intrínseca, catalizan la producción de GMPc (Guanidilciclasa de membrana).

“RECEPTOR” TIROSINA FOSFATASA

RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas.

RECEPTORES ASOCIADOS A HISTIDINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular.


Receptores con actividad enzimática Tirosinia Kinasa


RECEPTORES TIROSINA KINASAResponden a una gran variedad de factores de crecimiento y hormonas


La unión del ligando al dominio extracelular de unión activa el dominio intracelular tirosina kinasa…PERO COMO

LO HACE?

La activación se produce por un proceso de dimerización/reorientación del receptor

Dímeros Monómero


La autofosforilación contribuye a la activación del receptor por medio de dos vías

1.-La fosforilación de los dominios Tirosina Kinasas aumenta la actividad enzimática intrínseca.

2.-La fosforilación fuera de los dominios Tirosina Kinasas crea sitios de unión o acoplamiento para determinadas proteínas (ACOPLADORAS) de señalización que reconocen con altísima afinidad los residuos de Tirosinas fosforiladas

Los acopladores han de tener la capacidad de reconocer y unirse a los dominios de unión formado por las fosfo-tirosinas

SH2 PTB

SH2: SRC homology region

PTB: Phosphotyrosine-binding

SOS

Acoplador Grb2


En algunos casos los dominios fosfo-tirosinas de unión a los acopladores no están en el propio receptor…….. EJM.: I.R.S.

Los adaptadores no se unen al directamente al receptor, se unen al IRS

Adaptadores con atividad enzimática

Las proteínas ACOPLADORAS unidas al receptor son activadas:

-FOSFORILACIÓN y/o

-CAMBIO CONFORMCIONAL DEPENDIENTE DE LA UNIÓ AL RECEPTOR

Además de los dominios de unión de fosfo-tirosinas pueden tener dominios de unión a otras proteínas…..formación decomplejos multiproteínicos

Actúan como puentes entre el receptor y las proteínas de señalización


RAS

SOS

La activación de RAS dependiente de receptor TK se debe a la interacción indirecta con el receptor mediada Grb2. La Grb2 tiene dominios SH2 (unión al receptor TRK activado) y a la GEF llamada SOS (a través de un dominio SH3)

Ras ActivaRas inactiva

AutoGTP-asa

GTP GDP

P

GDP

GTP

Proteínas Ras


phophoTRK-GRB

SOS

GAP

Señal

GEF: Intercambiador de nucleótidos de Guanina.

GAP: Proteína Activadora de la GTPasa

Raf

Calcio-DAG

GEF

Los receptores Trirosina Kinasa utilizan proteínas acopladoras para conducir la señal

a una cascada de señalización celular


MAP-KKK

MAP-KK

MAP-K

SOS

Proliferación, diferenciación, supervivencia

RUTA MITOGÉNICA MAPK: Mitogen Actiated Protein Kinase

Raf

MEK

ERK

Expresión de genes tempranos

Serina/Treonina Kinasas

¿Cuál es el mecanismo mediante el cual RAS activa a RAF (MAP-KKK) ?

Tomando en cuenta que RAS no tiene actividad kinasa sino GTP-asa:

Adaptadores con actividad enzimática

RUTA DE LA PI 3-K


PI 3-KINASAUna de las principales kinasas involucradas en el crecimiento y supervivencia celular

Subunidad Reguladora

Subunidad Catalítica

TRK Ras

La PI3-K cataliza la fosforilación de los fosfoinsitoles en la posición 3 del anillo INOSITOL.

Actividad de la PI Kinasa: Activación indirecta de la Proteína Kinasa B (AKT) y de la PLC-γ


PI (3,4)P2 PI (3,4,5)P3

PLC

DAG

IP3

PI (4,5)P2

Sustrato y productos de la PI 3-K


Los polifosfoinositoles productos de la PI3-K forman dominios lipídicos en la membrana especializados para la unión (reclutamiento) de determinadas proteínas activadoras (BTK y PDK)

Activación de PLC-γ por PI3-K (mediada por BTK)


Activación de PKB(AKT) por PI3-K

PDK: Phosphatidylinositol-dependent Protein Kinase

Activación Indirecta mediada por PDK

LA vía de la PI3K-AKT es la principal vía prosupervivencia neuronal

Adaptadores con atividad enzimática

Las proteínas ACOPLADORAS unidas al receptor son activadas:

-FOSFORILACIÓN y/o

-CAMBIO CONFORMCIONAL DEPENDIENTE DE LA UNIÓ AL RECEPTOR


Activación de PLC-γ directamente por Receptores Tirosina Kinasa

La PLC-γ posee un dominio SH2

Explicar detalles de la Explicar detalles de la señalización de las señalización de las neurotofinasneurotofinas

Edosoma de señalizaCIONEdosoma de señalizaCION


Tipos








Señalización a través de

RECEPTORES DE SUPERFICIE ASOCIADOS A ENZIMAS

Estructura

Dominio Extracelular: Reconocimiento del ligando

Dominio Transmembrana

Dominio Intracelular: Con o sin actividad enzimática

KK


-Los receptores carecen de actividad catalítica.

-Se activan al formar dímeros inducidos por la unión del (los) ligando(s) al igual que los TRK

-Se asocian no covalentemente a proteínas kinasas citosólicas.

-Las kinasas citosólicas fosforilan al receptor y se auto-trans-fosforilan.

Receptores asociados a tirosinas kinasas

Tirosinas Kinasas no receptoras

-Familia Src (SRC, YES, LYN, FYN)

-JAK-STAT

-FAK (Kinasas de adhesión focal … integrinas)


Familia Src

Tirosinas Kinasa no receptores

SH2

SH3

Catalítico

Inactiva Activa Inactiva

Csk

SH2


Sistema de kinasas JAK/STAT-Participan en la señalización de citoquinas (IL-3,

interferón), hormona decrecimiento, eritropoyetina y otras.

-La activacion de las JAK/STAT permite una señalizacióin directa hacia el núcleo: Control de la expresión génica


Tipos








Sistema de señalización mediado por Receptores Serina/TreoninKinasas y

proteínas SMAD (no kinasas)Receptor con actividad Serina-Treonina Kinasa-Activados por los Factores de Crecimiento Transformadores

(TGF).

-Forman dímeros al unir el ligando

-Dos tipos de receptores: Tipo I y Tipo II.

-Señalizan a través de las proteínas SMAD (sin actividad enzimátca).

-Señalización directa hacia el núcleo: Control rápido de la expresión génica.


Receptor con actividad Serina-Treonina Kinasa


Tipos





RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas (SMAD).



PKG Sustrato

Relajación muscular


Tipos de Receptores con actividad enzimáica




RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas (SMAD).


“RECEPTOR” TIROSINA FOSFATASA.


PProteína Activa

Proteína Inactiva

Kinasas

Fosfatasas

ATP ADP

P

IMPORTANCIA DE LAS PROTEINAS FOSFATASAS


PROTEINAS FOSFATASAS

Citosólicas: Tirosina o Treonin-Serin-Fosfatsas Calcineurina, MAPK-Fosfatasa, SHP

De Membranas: Tirosina fosfatasas CD45 (receptores)

Fosfatasas de proteínas: Calcineurina, CD45, MKP-1.

Fosfatsas de fosfolípidos: PI(3,4,5)P3 Fosfatasa (PTEN)

Su

str

ato

Ub

icació

nEsp

ecif

icid

ad

Treonin-Serin-Fosfatsas: Calcineurina (PP2B), MAPK-Fosfatasa 1 (MKP-1), SHP

Tirosina fosfatasas: CD45, PP1


Citosólicas Membrana

Tirosina Fosfatasas


Receptores Tirosina Fosfatasas

Membrana Proteínas de membrana con estructura similar a un receptor, pero sin ligados conocidos

Dominio citoplasmático con actividad TIROSINA FOSFATASA

EJEMPLO: CD45


ActivableInactivable Activa


Activa

Autofosforilada

Inactiva

No susceptible de

autofoforilación

(inactivable)

CD45Autofosforilación

Susceptible de autofoforilación

(activable)

Activación de proteínas SRC

p56-Lck es una SRC

p56-Lck

Serina-Treonina Fosfatasas

-Fosfatasas citosólicas.

-Existen en forma de complejos formado por la subunidad catalítica y la (las) subunidad(es) reguladoras.

-Las subunidades reguladoras le confieren mayor especificidad de acción: Regulan la unión a sustratos específicos

PP1

PP2a

PP2b

PP3


1.-Desactivación de vías activadas por fosforilación

ERK ERK

MAPK-Kinasa

MAPK-Fosfatasa

P

ActivaInactiva

RAS

PAPEL DE LAS FOSFATASAS EN LA MODULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN CELULAR

SEÑAL


MAP-KKK

MAP-KK

MAP-K

SOS

Proliferación, diferenciación, supervivencia

RUTA MITOGÉNICA MAPK: Mitogen Actiated Protein Kinase

Raf

MEK

ERK

Expresión de genes tempranos

Serina/Treonina Kinasas


MODULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN: Vía mitogénicaFosfatasa MKP-1


2.- Activación de vías desactivadas por fosforilación

p56-Lck

CD45 (Fosfatasa)

KinasaActivableInactivab

e

P

p56-Lck

Señal

p56-Lck es una SRC

MODULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN: PAPEL DE LAS FOSFATASAS


MODULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN: Vía JAK-STAT. Fosfatasa SHP1


MODULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN: PI3K-AKTFosfatasa PTEN


Regulación de la actividad de las proteínas Fosfatasas

1.- Fosforilación de la fosfatasa

2.- Proteínas Inhibdoras de Fosfatasas

3.- Segundos Mensajeros



1.- Fosforilación de la fosfatasa



2.- Proteínas Inhibidoras de Fosfatasas (DARPP-32)

PKA

Inactiva

AC

PKA

Activa

DARPP-32

Inactiva

DARPP-32

Activa

-DARPP-32: Inhibidora de fosfatasas regulada por Dopamina y AMPc.-Expresada en zonas especíicas del SNC

PP1

Activa

PP1

Inactiva

Persistencia de la fosforilacón en los sustratos de la PP1

Sustrato de PKA

X



3.- Segundos Mensajeros: Calcineurina

-Abundante en tejido nervioso y linfocitos T

-Es activada por la unión de Calcio (5% activa) y Calcio-Calmodulina (100% activa)

Ca-Calmodulin

aCa

AB

Defosforila sustratos de la PKA y PKC directa e indirectamente (inactiva el inhibidor de fofataasas I-1)

Sitio catalítico


Calcio: 0,1 μM

Calcio: 2 mM

MODULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN: PAPEL DE LA CONCENTRACIÓN INTRACELULAR DE CALCIO


Los efectos fisiológico del calcio dependen de que su concentración intracelular se mantenga dentro de un margen determinado


La concentració intracelular de Calcio responde al balance entre los mecanimos de entrada y los de salida/almacenamiento de Calcio

Aumento Calcio i:

-Canales activados por ligando

-Canales activados por voltaje (Membrana citp. y R.E)

-Canales activados por IP3

Disminución Calcio i:

-Bombas ATPasa citoplasmática, Mitocondrial y del R.E.

-Bombas intercambidoras Na/Ca

-Proteínas quelantes de Calcio

Las células poseen los mecanismos restringir finamente los aumentos intracelulares de calcio: MICROAMBIENTES INTRACELULARES: Espinas dendríticas

ESPINA DENDRITICA


Proteínas Moduladas por Calcio

(directa o indirectamente mediante la calmodulina)

Parvalbúmina

Troponina

Cadena ligera de Miosina

ATPasa-Ca (membrana y RE)

Adenilciclasa

Calpaina

Calcineurina

CaMK

PKC

Oxido Nítrico Sinatasa

Calmodulina

Adenilciclasa

NOS

MAP-2

Calcineurina

CaMK

RasCadena ligera Miosina

Tau

Sinaptotagmina


Control de la expresión génica mediada por Calcio

-Participación de RAS, PKA y /o CaMKII


La activación de los receptores NMDA produce una entrada de calcio capaz de activar la transcripción de genes regulados por CREB y por NFkβ

Al estimular una neurona in vitro con un baño de NMDA (agonista NMDAr) no se produce el mismo patrón de expresión génica

¿La acción del calcio puede depender de la fuente de calcio o sólo es necesario un aumento en la concentración celular?

El baño de NMDA activa todos los receptores NMDA, tanto los que están en las sinapsis como los que están n el soma neuronal.

Sólo la estimulación de los receptores que están en las sinápsis son capaces de producir la activación de CREB.


La cascada de señalización inducida por el aumento intracelular de calcio puede estar modulado por el tipo de fuente de entrada de calcio

Canal de Calcio acoplado a la cascada intracelular

Canal de Calcio NO acoplado a la cascada intracelular


PSD

Presináptico

Post-sináptico

Los incrementos en la concentración intracelular de Calcio puede estar dirigida directamente hacia una cascada de señalización gracias a proteínas de andamiaje, entre otros factores

Coupling NMDAr to cytoplasmic signaling pathways and NMDA modulators

nNOS SynGAP

RAS

GKAP/Shank

HOMER

mGluR

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