Comunicación Intercelular

¿Cómo se comunican las células entre ellas?

Las células perciben una variedad de factores físicos ó químicos desde el medio ambiente ò desde el medio interno y responden en forma coordinada y característica. Por ejemplo las células beta del páncreas percibe los cambios en la concentración de glucosa y responden secretando Insulina, esta hormona disminuye los niveles de glucosa actuando en una variedad de células.

El músculo se contrae en respuesta a un estímulo .Esta informaciòn recibida por las cèlulas es traducida y genera una respuesta celular especìfica para ese estìmulo.

¿Cómo se comunican las células entre ellas ?:

Principalmente a través de señales químicas, que pueden ser moléculas simples ó complejas,

Neuroendocrina :Neuronas que liberan NT a la sangreEj: ( neuronas hipotalámicas peptidérgicas)

Neuronas que liberan NT en las sinapsisNeurotransmisión :

Endocrina : Células que liberan hormonas a la sangreactúan sobre tejidos cercanos o distantes ( telecrina )

ej: H. hipofisiariasParacrina : actúan sobre células vecinas ( somatostatina )

Autocrina : hormonas que salen de la célula y actúan sobre las mismas células que la producen.

Intracrina: células producen hormonas que actúan dentro dela misma célula.

Vías de comunicación intercelular

EFECTOR

Célula target

Señales: Químicas físicas, eléctricas

RECEPTOR TRADUCCIÓN

Respuesta celular

RECEPTOR

Moléculas especializadas que reconocen una señal específica, y gatillan una cadena de eventos destinados a producir una respuesta específicaTRADUCCIÓN

EFECTOR:MAQUINARIA CELULAR QUE PRODUCE LA RESPUESTA

Enzimas, genoma, gránulos secretores, etc...

Mecanismos moleculares que convierten la interacción entre el receptor y la señal en cambios bioquímicos dentro de la célula target

Respuesta celular: Específica para cada tipo de célula de acuerdo a sus características genómicas:Secreción, contracción ó relajación muscular, división celular

ó diferenciación, crecimiento, etc.....

• La superficie celular alberga un gran número de proteínas encargadas del reconocimiento de señales químicas de muy diverso tipo. Existen receptores hormonales, de neurotransmisores, de anticuerpos, de virus, de bacterias, etc. En muchos casos, los ligandos que reconoce el receptor ( hormonas y neurotransmisores) son, a su vez, de naturaleza proteica

Tipos de receptores celulares de superficie. (A) Receptores ligados a canales iónicos (B) receptores ligados a proteína G (C) Receptores ligados a enzimas

Tipos de receptores

4.- Receptores con actividad enzimática

1.- Canales iónicos activados por voltaje2.- Receptor acoplado a canales iónicos

(INOTRÓPICOS)

3.- Receptor acoplado a proteínas G(Guanine,nucleotide,binding proteins)

(METABOTRÓPICO)

Receptor es en l a membr ana cel ul ar (Pr oteínas de tr ansmembr ana)

- +

++

+

+

+

-

-

-

-

-

ligando

+

-

Canales de Na+

neuronas

Acetilcolina enReceptor Nicotínico

Modos de Interaccion de Ligandos con la célula blancoCanal- iónico activado por voltaje

Canal- iónico activado por ligando

Receptor acoplado

a proteínas G

-

-

-

R

G

2°mensajeroCatecolaminas,

acetilcolina...

Receptor con

actividad enzimática

R

enzima

Insulina , factoresde crecimiento

MECANISMO DE COMUNICACIÓN CELULAR

-

enzima

FosforilanProteinas

2°mensajero

.- Receptor acoplado a Proteínas Gs mecanismo de traducción de la señal

Citoplasma

-

-

-

G

Efector

R

ProteinasKinasas

Canal iónico

Enzima

R.fisiològicasActivacion proteina G

Vías de transducción de señales de las células de los mamíferos

Vías de transducción de señales de las células de los mamíferos en las que participan proteincinasas. PK-A, proteincinasa dependiente de AMP cIclico; PK-C, proteincinasa C; PK-G, proteincinasa dependiente de GMP cíclico; X, vías de señales en las que Ia activación de un receptor de membrana que fosforila las proteínas en los residuos de tirosina produce Ia activación de una o más proteincinasas de Ia célula que fosforilan residuos de serina o treonina. (Adaptada de Cohen P: Trends Biochem Sci 17:408, 1992.)

Cascada de transducción de señales• Cascada de transducción

de señales por Ia cual un ligando extracelular, como una hormona peptIdica, puede unirse a su receptor para activar una proteína G y, a través de Ia cascada, activar o inactivar un canal iónico, una proteincinasa o una fosfolipasa.

• Los tres cuadros sombreados de Ia derecha contienen los principales miembros de las categorías con las que se relacionan, a las que se unen con líneas horizontales discontinuas.

Número de moléculas implicadas en la señalización

Ciclo de actividad de una proteína que tieneGTP (proteína G).

• La forma inactivada de Ia proteína G (cIrculo azul) liga GDP.

• La Iiberación del GDP y Ia union de GTP origina Ia activación de Ia proteína G (rombo verde).

• La hidrólisis del GTP ligado ocasiona Ia inactivación de Ia proteIna G (cIrculo azul).

Pi, fosfato inorgánico.

TIPOS DE MECANISMOS

1.- Mecanismos de la Adenilciclasa y la Fosfolipasa C• Formación del complejo ligando-receptor • El complejo se acopla a proteínas efectoras G• La activación de las proteínas efectoras producen un

segundo mensajero cAMP o IP3• Los mecanismos principales son: Adenilciclasa con

cAMP; fosfolipasa C con IP3|Ca++, como segundos mensajeros.

2.- Mecanismo de las hormonas esteroide.

Mecanismo de la adenililciclasa

Mecanismo de activación de un receptor acoplado a

proteína G

PROTEÍNA G

• Son una Familia de proteínas de membrana que acoplan los receptores hormonales con enzimas efectoras, es decir, son “interruptores moleculares”.

• Son proteínas con tres subunidades (A, B. G). La A se une a GTP y se activa y si se une a GDP esta inactiva.

• Las proteínas G pueden ser estimuladoras o inhibidoras de la enzima según A sea E ó I.

PROTEÍNA G

Proteína Gs y Gi• Los receptores para los agonistas

que producen una estimulación de la adenilil-ciclasa activan Ia Gs, cuya subunidad alfa, (verde) se disocia de Beta-Gama y entonces interacciona con Ia adenilil-ciclasa para estimularla.

• Los receptores para los agonistas que provocan inhibición de Ia adenilil-ciclasa activan Ia Gi, cuya subunidad alfa (amarillo) inhibe a esta última.

ATP Y AMPc

Adenililciclasa

Activación de una proteina Kinasa dependiente de cAMP (PKA)

La PK A fosforila las enzimas que desfosforila la Insulina

MECANISMO DE ADENILILCICLASA

• 1. El ligando (H) se une a su receptor lo que provoca se libere GDP y se reemplace por GTP en A de la proteína G.

• 2. La subunidad A se desprende y se desplaza por la membrana y se une a la adenililciclasa que se activa

• 3. La adenililciclasa cataliza la conversión de ATP en cAMP que sirve como segundo mensajero.

• 4. El cAMP activa la proteincinasa A y la fosforilación de proteínas intracelulares, las que ejecutan las acciones fisiológicas finales.

• Modelo de activación de lipasa sensible a hormona epinefrina. La epinefrina se une a su receptor y lleva a la activación de la adenil-ciclasa. El incremento del cAMP resultante activa a la PKA que entonces es fosforilada y activa a la lipasa sensible a hormona. La lipasa sensible a hormona hidroliza a los ácidos grasos de los TG y digliceridos. El acido graso final es liberado de los monogliceridos por acción de la monoglicerol lipasa, una enzima activa en ausencia de la estimulación hormonal.

Mecanismo de la fosfolipasa C

Señalización vía IP3

= O Fosfatil inositol 4,5 bifosfato

MECANISMO DE LA FOSFOLIPASA C• 1. El Ligando se une a su receptor, lo que produce

que A libere GDP y se una a GTP separándose la subunidad de la proteína G.

• 2. El complejo Ae-GTP se desplaza y se une a fosfolipasa C la que activa.

• 3. La fosfolipasa cataliza la liberación de diacilglicerol e inositoltrifosfato (IP3) del fosfatidilinositol difosfato (PIP2).

• 4. El IP3 libera Ca++ del retículo, este y el diacilglicerol activan la proteincinasa C que fosforila proteínas y produce las acciones fisiológicas.

• Fosfolipasa C y vías involucradas en la regulación de la glicógeno fosforilasa por la activación de los receptores alfa a-adrenérgicos.. PLC-γ es fosfolipasa C-γ. El sustrato para la PLC-γ es el fosfatidilinositol-4,5-bifosfato (PIP2) y sus productos son el inositol trifosfato (IP3) y el diacilglicerol (DAG). "+ve" se refiere a un efecto positivo.

• Esquema de la vía de activación de la proteína cinasa dependiente de cAMP (AMP). En este ejemplo el glucagón se une a su receptor en la superficie de la célula y de esta forma lo activa. La activación del receptor esta acoplada a la activación de las proteínas G asociadas al receptor (proteínas que se unen e hidrolizan al GTP) compuesta de 3 subunidades. Luego de la activación la subunidad alpha se disocia para unirse y activar a la adenilciclasa. La adenilciclasa entonces convierte al ATP en cAMP. El cAMP producido se une a las subunidades regulatorias de la PKA lo que lleva a la disociación de las subunidades catalíticas de esta enzima. Las subunidades catalíticas están inactivas hasta que se disocian de las subunidades regulatorias. Una vez liberadas las subunidades catalíticas de la PKA fosforilan numerosos sustratos utilizando al ATP como un donador de fosfatos.

Cuando glucagón se une a su receptor en hepatocitos el aumento resultante en actividad de PKA conduce a la fosforilación de la glicógeno sintasa aumento directamente por PKA, así como a través de la activación mediada por PKA de la fosforilasa quinasa (PhK). Además, los efectos glucagón un aumento en la actividad de la caseína kinasa II (CK-II). Por lo tanto, el efecto neto de la acción de glucagón en hepatocitos es la activación de tres quinasas

Regulación síntesis de glicógeno

Las proteincinasas dependientes de Ia calmodulina

CaM, calmodulina; CaMKIII, cinasa lll dependiente de calmodulina; IP3, inositol 1,4,5-trifosfato; MLCK, cinasa de Ia cadena ligera de miosina; PhosK, fosforilasa-cinasa; PLC, fosfolipasa C. (Adaptada de Schulman Curr Opin Cell Biol 5:247, 1993.)

Las proteincinasas dependientes de Ia calmodulina exclusivas fosforilan proteínas efectoras específicas.

Las proteincinasas dependientes de Ia calmodulina multifuncionales fosforilan multiples proteínas del núcleo o del citoesqueleto o proteínas de Ia membrana.

Familia de las proteincinasas

Familia de las proteincinasas. Todas las proteincinasas conocidas comparten un núcleo catalítico común (azul) que contiene dominios de unión a ATP y a péptidos y una zona activa donde se produce Ia transferencia del fosfato. Los residuos conservados están alineados en Ia lisina 72 (círculos azules), eI aspartato 184 (cuadrados azules) y el bucle rico en glicina (rectángulos azules) de Ia subunidad catalítica de Ia proteincinasa dependiente de AMP cIclico. Las regiones importantes para Ia regulación aparecen en naranja. El segmento transmembrana del receptor del factor de crecimiento epdérmico (EGF) aparece punteado. Las zonas de miristilación están indicadas con una m. Un residuo de ácido mirIstico undo de forma covalente colabora a anclar Ia proteincinasa a Ia membrana plasmática. (Adaptada de Taylor S y cols.: Anin. Rev Cell Biol 8:429, 1992.)

RECEPTOR

NUCLEAR

H.cortezaadrenal,H sexualesVitamina DH,tiroídeas

Tirosincinasas y control de la proliferación celular• La cascada de Ia MAP cinasa

participa en las respuestas de proliferación celular provocadas por agonistas que estimulan Ia proteincinasa C y por factores de crecimiento que activan los receptores de Ia tirosina-proteincinasa de Ia membrana.

• La MAP-cinasa-cinasa-cinasa se puede activar a través de Ia proteína Ras activada o por Ia proteincinasa C.

• La cascada produce Ia fosforilación y activación de Ia MAP cinasa, que a su vez fosforila los factores de transcripción, los sustratos proteicos y otras proteincinasas importantes para provocar Ia proliferación y otras respuestas celulares.

MAP=Proteincinasa activada por mitogenos. Ras= proteína monomérica que liga GTP.

Acción a través de receptores Tirosinacinasa• Acción de Ia insulina sobre las células. La

unión de Ia insulina a su receptor provoca Ia autofosforilación de receptor, que pasa a actuar como una tirosincinasa que fosforila tirosinas en los sustratos del receptor de insulina. Como consecuencia, estos sustratos fosforilan los residuos de serina y treonina en otras proteínas y enzimas.

• En último término se activan o inactivan numerosas enzimas objetivo y el resultado final es un desplazamiento del metabolismo de Ia glucosa hacia glucógeno y piruvato.

• El transportador de glucosa GLUT4 se recluta hacia Ia membrana plasmática, donde facilita Ia entrada de glucosa en Ia célula.

• También se facilita Ia entrada a Ia célula de aminoácidos, potasio, magnesio y fosfato por otros mecanismos.

• Se induce o se suprime Ia síntesis de diversas enzimas y se regula el crecimiento celular a través de moléculas transductoras que modulan Ia expresión génica. Participan multiples moléculas intermediarias.

ERI,=Elementos reguladores de insulina

Otros receptores de factores de crecimiento que forman complejos con tirosincinasas intracelulares

• Los receptores para Ia hormona de crecimiento (GH) no tienen una actividad tirosincinasa intrínseca.

• El receptor se dimeriza en respuesta a Ia unión de GH.

• El receptor dimérico se une a una o más tirosincinasas JAK, que se fosforilan a sí mismas y al receptor.

• Las tirosincinasas STAT se unen al complejo y son fosforiladas. Las STAT fosforiladas se disocian como dImeros que se traslocan al núcleo, donde fosforilan factores de transcripción nucleares claves.

JAK= Tirosincinasa de la familia JANUS. STAT= Familia de transductores de señales y activadores de transcripción.

Proteinfosfatasas

Las proteinfosfatasas deshacen el trabajo de las proteincinasas

Proteinfosfatasas

• El grado de fosforilación de una proteína regulada es el resultado de las actividades de la proteincinasa que fosforila esa proteína y de la proteinfosfatasa que la desfosforila.

• Además de los diferentes tipos de proteincinasas comentados, todas las células también contienen proteinfosfatasas cuya tarea es revertir los efectos de la fosforilación de las proteínas.

• Las proteinfosfatasas se clasifican en serina-treonina-proteinfosfatasas y tirosina-proteinfosfatasas.

Serina-treonina-proteinfosfatasas

Ácido ocadaico: ác. graso de dinoflagelados marinos

Tirosina-proteinfosfatasas• Cuatro de entre las más de sesenta y

cinco tirosina-proteinfosfatasas (PTPasa) conocidas.

• La PTPasa lB de Ia placenta humana y Ia PTPasa de los linfocitos T humanos son pequeñas PTPasa citosólicas.

• CD45 (el antIgeno común de los leucocitos) y LAR (Ia proteína relacionada con el antígeno común de los leucocitos) son PTPasa de transmembrana.

• Los segmentos citosólicos de cada proteína coloreados en naranja son los dominios catalíticos de Ia PTPasa. (Adaptada de Tonks NK, Charbonneau H: Trends Biochem Sd 14:497, 1989.)

MECANISMO DE H ESTEROIDES Y TIROIDEAS

Mecanismo de acción de Ia vitamina Dy de las hormonas esteroideas y tiroideas.

• La hormona se combina con un receptor proteico nuclear.

• La porción carboxiterminal del receptor varia para cada hormona. Su porción media es muy similar para todas ellas y contiene apéndices digitiformes de unión de ADN.

• La unión del complejo hormona-receptor a los elementos de regulación hormonal de las moléculas de ADN, a menudo favorecida por cofactores de transcripción nuclear, estimula o suprime Ia transcripción de los genes de destino. El resultado es el aumento o una disminución de Ia síntesis de proteínas celulares.

Las acciones intracelulares de las hormonas tiroideas están mediadas por receptores nucleares y cambios en Ia expresión génica

• Efectos de Ia hormona tiroidea. Parte superior, Acciones intracelulares resultantes de Ia unión de Ia T3 a su receptor nuclear (RT), que se encuentra unido a elementos reguladores tiroideos (ERT) de los objetivos moleculares de ADN.

• Parte inferior, Efectos generales sobre el organismo de las hormonas tiroideas, que mantienen un consumo elevado de 02 y permiten Ia eliminación del exceso de C02, calor y productos del metabolismo.

Bibliografía

• Berne y Levy Fisiología. Elsevier Mosby, 2006 Capítulo 5.

Para saber más

• Clasificación de los Receptores de Transducción de Señales• Los receptores de transducción de señales son de tres clases generales:• 1. Receptores que atraviesan la membrana de plasmática y tienen actividad enzimática

intrínseca. Los receptores que tienen actividad enzimática intrínseca incluyen a aquellos que son cinasas de tirosina (ge. PDGF, insulina, los receptores de EGF y de FGF), fosfatasas de tirosina (ge. proteína CD45 de las células de T y de los macrófagos), guanilato ciclasas (ge. receptores del péptido natriurético) y cinasas de serina/ treonina (ge. activina y los receptores de TGF-β). Los receptores con actividad intrínseca de cinasa de tirosina son capaces del auto fosforilación así como de fosforilar a otros substratos. Además, varias familias de receptores carecen actividad enzimática intrínseca, sin embargo están asociados con cinasas de tirosina intracelulares mediante interacciones directas proteína-proteína (véase abajo).

• 2. Receptores que están asociados, dentro de la célula, a las proteínas G (que se unen e hidrolizan al GTP). Los receptores que interactúan con las proteínas-G tienen una estructura que se característica porque atraviesa la membrana celular 7 veces, por o que estos receptores tienen 7 dominios transmembrana. Estos receptores se llaman receptores serpentina. Ejemplos de esta clase son los receptores adrenérgicos, receptores del olor, y ciertos receptores hormonas (ge. glucagón, angiotensina, vasopresina y bradicinina).

• 3. Receptores que están dentro de la célula y que luego de su unión con respectivo ligando migran al núcleo en donde el complejo ligante-receptor afectan directamente la trascripción de genes.

• Receptores con Actividad de Cinasa de Tirosina (RTKs)• Una proteína que codifica a RTKs tiene cuadro dominios importantes:• Un dominio extracelular que se une al ligando• Un dominio intracelular cinasa de tirosina• Un dominio intracelular regulatorio• Un dominio transmembrana• Las secuencias de aminoácido de los dominios de cinasa de tirosina de los RTKs son muy

conservadas con relación a las regiones de unión al ATP y de unión al sustrato de la proteína cinasa dependiente de cAMP (PKA). Algunos RTKs tienen una inserción de aminoácidos que no corresponden a una cinasa dentro del dominio de cinasa llamado inserto de cinasa. Las proteínas de RTK se clasifican en las familias de acuerdo a sus características estructurales en sus porciones extracelulares (así como también de acuerdo a la presencia o ausencia de dominios de cinasa) que incluyen dominios ricos de la cisteína, dominios de inmunoglobulina, dominios ricos en leucina, dominios Kringle, dominios de cadherina, repeticiones de fibronectina tipo III, dominios similares a la discoidina del fibronectina, dominios ácidos, y dominios similares al EGF. En base a la presencia de estos diversos dominios extracelulares los RTKs se ha subdividido en por lo menos 14 diversas familias.

Características de las Clases más Comunes de RTKs

Clase Ejemplos Características estructurales de la Clase

I EGF receptor, NEU/HER2, HER3 secuencias ricas en cisteína

II receptor de insulina, y de IGF-1 cisteína-ricos secuencias; caracteriza por disulfuro vinculados heterotetramers

III receptores PDGF, c-Kit contiene 5 dominios inmunoglobulina; contiene el inserto cinasa

IV receptores FGF contiene 3 dominios similares a las inmunoglobulinas así como también al inserto cinasa; dominio acídico

V receptor del factor de crecimiento endotelial celular vascular (VEGF)

contiene 7 dominios similares a las inmunoglobulinas así como también el inserto cinasa

VI receptores de los factores de crecimiento del hepatocito (HGF) y del factor de dispersión (SC; scatter factor)

receptores heterodiméricos de clase II excepto que una de las dos subunidades proteicas es completamente extracelular. El receptor de HGF es un proto-oncogen que fue originalmente identificado como el encogen MET

VII receptor de la familia neurotrofina (TRKA, TRKB, TRKC) y receptor NGF

no contiene o contiene muy pocos dominios ricos en cisteina; el NGFR tiene un dominio rico en leucinas