00 primeras maquetaciÛn 1 · 2013-06-17 · del factor de crecimiento transformante β (tgf-β)....

12CAPÍTULO

Receptores de clase 3: con actividad enzimáticaC. Peiró Vallejo y C. F. Sánchez-Ferrer

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE■ Conocer las características diferenciales de los receptores de clase 3.

■ Describir la estructura general de las subunidades proteicas que configuran los receptoresde clase 3.

■ Describir cada subclase de receptor en función de la actividad enzimática asociada, citandoalgún ejemplo concreto.

■ Explicar el mecanismo de activación de los receptores con actividad tirosinacinasa intrín-seca.

■ Explicar el concepto de proteínas con dominio SH2 y enumerar los distintos tipos de ac-tividad enzimática que éstas pueden presentar.

■ Describir la ruta de señalización Ras/Raf/MAPK y comprender la importancia de los pro-cesos de fosforilación/desfosforilación en esta ruta.

■ Explicar el papel de las proteínas JAK y STAT en la transmisión de señales asociada a losreceptores de citocinas.

■ Describir la estructura de los receptores de TGF-β, así como su mecanismo de activación.

■ Enumerar los diferentes tipos de proteínas Smad, y señalar su papel en la señalización in-tracelular.

■ Describir la estructura y la función de los diferentes dominios de los receptores de péptidosnatriuréticos, y explicar el papel del GMPc en los procesos de señalización asociados.

■ Citar algunos ejemplos de fármacos que utilizan como diana los receptores de clase 3 ylos sistemas de señalización asociados a éstos.

� Resumen conceptual

Los receptores de clase 3 son receptores farmacológicos que poseen actividad enzimáticatirosina-cinasa, serina-treonina-cinasa o guanilciclasa, y cuyos principales ligandos son fac-tores de crecimiento, citocinas y péptidos natriuréticos. Estos receptores activan diversasvías de señalización intracelular que intervienen en procesos de proliferación, crecimiento ydiferenciación celulares, así como en la inmunidad y la inflamación. Son en la actualidaddianas de un número cada vez mayor de fármacos, tanto comercializados como en fase dedesarrollo.

151

�

C. Peiró Vallejo y C. Sánchez-Ferrer

02 Sección II_Maquetación 1 15/01/13 08:19 Página 151

Fundamentos de Farmacología Básica y Clínica. ©2013. Editorial Médica Panamericana.

http://www.medicapanamericana.com/Libros/Libro/4576/Fundamentos-de-Farmacologia-Basica-y-Clinica.html

RECEPTORES DE CLASE 3:CARACTERÍSTICAS Y ACTIVIDADENZIMÁTICA

Características generalesEstos receptores constituyen la diana de nu-

merosos factores de crecimiento (imprescindi-bles para el crecimiento y la diferenciación ce-lulares), citocinas (esenciales en la señalizaciónintercelular en procesos de inflamación e inmu-nidad) y hormonas. Todos los receptores de estaclase presentan, al menos, una subunidad conun dominio transmembrana, y tienen actividadenzimática, que puede ser de diferentes tipos.

Actividad enzimáticaLa Unión Internacional de Farmacología

(IUPHAR, International Union of Pharmacology),clasifica los receptores de clase 3 en varias sub-clases, dependiendo de su actividad enzimática(Tabla 12-1):

• Receptores con actividad tirosina-cinasa (ca-paces de fosforilar proteínas en residuos detirosina):

– Receptores con actividad tirosina-cinasaintrínseca: el propio receptor tiene capa-cidad para fosforilar residuos de tirosina.Es lo que sucede con el receptor de insu-lina o algunos receptores de factores de

crecimiento, como el factor de crecimientoderivado de las plaquetas (PDGF), el fac-tor de crecimiento epidérmico (EGF), elfactor de crecimiento del endotelio vascu-lar (VEGF) o el factor de crecimiento ner-vioso (NGF).

– Los receptores con actividad tirosina-ci-nasa extrínseca no presentan capacidadenzimática per se; sin embargo, tras su ac-tivación, se asocian a proteínas citoplás-micas dotadas de actividad tirosina-cinasa.Este grupo de receptores es muy nume-roso, y comprende los receptores de cito-cinas, incluyendo la mayoría de las inter-leucinas (IL), los receptores de interferón(IFN) y los receptores de la hormona delcrecimiento (GH). En este grupo tambiénse incluyen los denominados receptoresde tipo Toll (Toll-like receptors) capaces deunir moléculas liberadas por agentes in-fecciosos y de desencadenar respuestas in-flamatorias de defensa.

• Receptores con actividad serina-cinasa otreo nina-cinasa. Estos receptores pueden fos-forilar proteínas en residuos de serina o treo -nina, y entre ellos se encuentra el receptordel factor de crecimiento transformante β(TGF-β).

• Receptores dotados de actividad guanilci-clasa, que transforman el trifosfato de gua-nosina (GTP) en 5’-monofosfato de guano-sina cíclico (GMPc). Como ejemplos de este

Sección II. Farmacodinamia152

TABLA 12-1. Subclases de receptores clase 3 en función de su actividad enzimáticaSubclase Descripción Ligandos

3.1 Receptores con actividad tirosina-cinasa intrínseca InsulinaPDGF, EGF, NGF, VEGF

3.2 Receptores asociados a actividad tirosina-cinasa extrínseca ILIFN, GM-CSFGH, PRL, EPO

3.3 Receptores con actividad serina-cinasa o treonina-cinasa TGF-β

3.4 Receptores con actividad guanil-ciclasa ANP, BNP, CNP

Los subtipos aparecen numerados de acuerdo con el código aceptado por la IUPHAR. ANP, BNP, CNP: péptidos natriuréticosde tipos A, B y C, respectivamente; EGF: factor de crecimiento epidérmico; EPO: eritropoyetina; GH: hormona del crecimiento;GM-CSF: factor estimulante de colonias de granulocitos-macrófagos; IFN: interferón; IL: interleucina; NGF: factor de crecimientonervioso; PDGF: factor de crecimiento derivado de las plaquetas; PRL: prolactina; TGF-β: factor de crecimiento transformante β;VEGF: factor de crecimiento del endotelio vascular.



grupo, se pueden mencionar los receptoresde los péptidos natriuréticos de tipo A, B o C(ANP, BNP, CNP).

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

Estructura general de los receptoresde clase 3

La estructura general básica de los receptoresde clase 3 consiste en una cadena polipeptídicacon dominios extracelulares e intracelulares,unidos entre sí por un segmento transmem-brana. Los receptores pueden estar formadospor una única cadena polipeptídica, como su-cede con los receptores de los factores de creci-miento (Fig. 12-1 A); también pueden ser dí-meros formados por dos subunidades iguales,como ocurre con los receptores de citocinas, eincluso tetrámeros (receptor del TGF-β).

En algunos casos, los receptores de esta claseposeen subunidades sin dominio transmem-brana. Este tipo de estructura se encuentra enel receptor de insulina (Fig. 12-1 B) o en los re-

ceptores de algunas citocinas, como el factorestimulante de colonias de granulocitos-ma-crófagos (GM-CSF). Estos receptores se com-ponen de dos tipos de subunidades denomina-das α y β. La subunidad α, de localizacióneminentemente extracelular, confiere afinidadpor el ligando, mientras que la subunidad β,que posee un dominio transmembrana, estabi-liza la subunidad α, a la vez que facilita la trans-ducción de señales en el interior celular.

Dominios estructuralesEn los receptores de clase 3, el dominio extra-

celular contiene el extremo aminoterminal dela cadena polipeptídica y presenta el sitio defijación del ligando. Suele ser de gran tamañoy consta de unos 400 a 700 aminoácidos. Eldominio transmembrana constituye el nexode unión entre el dominio extracelular y eldominio intracelular, es de carácter hidrófoboy presenta una estructura secundaria de hélice α.El dominio intracelular suele ser, al igual queel extracelular, de gran tamaño, y está dotadode actividad enzimática, ya sea de tipo tiro-sina-cinasa, serina-treonina-cinasa o guanil-ciclasa. El dominio intracelular posee sitios defosforilación que, como se comentará másadelante, son importantes para la regulaciónde la actividad del receptor. Además, en el do-minio intracelular se encuentran lugares deunión para el trifosfato de adenosina (ATP),que se utiliza como sustrato en los procesosde fosforilación.

Capítulo 12. Receptores de clase 3: con actividad enzimática 153

Figura 12-1. Estructura general de los receptores declase 3. A) La estructura incluye un dominio extracelularcon lugares de unión para el ligando (L), un dominiointracelular dotado de actividad catalítica, y un dominiotransmembrana que une los dos dominios anteriores.B) Algunos receptores de clase 3 (p. ej., el receptor deinsulina) se componen de dos subunidades alfa extra-celulares, que contienen sitios de unión para el ligando,y dos subunidades beta, que atraviesan la membranaplasmática y presentan un dominio intracelular de grantamaño. Las subunidades alfa están unidas entre si porpuentes disulfuro (-S-S-). Estas uniones también apa-recen entre las subunidades alfa y beta.

LLigando

Dominioextracelular(NH2 terminal)

Dominiotransmembrana(hélice α)

Dominiointracelular(COOH terminal)

β β

α α

S S S SSS

INS INS

A B

Los receptores de clase 3:

• Presentan actividad enzimática tirosina-cinasa, serina-treonina-cinasa o guanil-ciclasa.

• Cuentan en su estructura molecular con,al menos, un dominio transmembrana,que une el extremo aminoterminal extra-celular, al que se une el ligando, con elextremo carboxiterminal intracelular, quedesencadena la transducción de señales.

• Poseen un gran número de ligandos dediferente naturaleza, entre los que se en-cuentran la insulina, los péptidos natriuré-ticos, y numerosos factores de crecimientoy citocinas.



En los receptores formados por subunidadesα y β (receptor de insulina), la subunidad α (ex-tracelular) no es la continuación del segmentotransmembrana, sino que está unida a la subu-nidad β por un puente disulfuro (Fig. 12-1 B).

MECANISMOS DE TRANSDUCCIÓNDE SEÑALES LIGANDOS A LOS RECEPTORES DE TIPO 3

A continuación se analizan los principalesmecanismos de señalización celular asociados alas diferentes subclases de receptores de clase 3.

Receptores con actividad tirosina-cinasa intrínseca

Los receptores con actividad tirosina-cinasaintrínseca son capaces de fosforilar directamenteresiduos de tirosina localizados en su propia es-tructura molecular (autofosforilación) o en otrasproteínas señalizadoras diferentes del propioreceptor. Entre los receptores que pertenecen aeste grupo, pueden citarse el receptor de insu-lina, y los receptores de factores de crecimientocomo PDGF, EGF o NGF. En los apartados si-guientes, se explica la activación del receptorpor su ligando, así como el desencadenamientode los correspondientes sistemas de señaliza-ción celular.

Dimerización, autofosforilación y unión a proteínas con dominios SH2

Los receptores con actividad tirosina-cinasaintrínseca constan generalmente de una únicasubunidad. Sin embargo, tras la unión del ligando(Fig. 12-2 A), los receptores suelen asociarse for-mando dímeros (Fig. 12-2 B). Esta dimerizacióndesencadena la actividad tirosina-cinasa intrín-seca, de forma que se produce una fosforilaciónrecíproca de residuos de tirosina entre las dossubunidades del dímero (Fig. 12-2 C). Este pro-ceso de autofosforilación redunda en un aumentode la actividad catalítica del receptor, así comoen la creación de unos puentes de unión reco-nocidos por otras proteínas encargadas de con-tinuar el proceso de señalización celular.

A estos residuos de tirosina fosforilados seune con gran afinidad un grupo de proteínas ci-

toplásmicas denominadas proteínas con domi-nio SH2 (src homology 2) (Fig. 12-2 D). Las pro-teínas SH2 reciben este nombre porque poseenen su estructura un dominio muy conservadode unos 100 aminoácidos, que es responsable dela avidez por los residuos de fosfotirosina y quefue identificado por primera vez en la proteínadel protooncogén src. Las proteínas SH2 son denaturaleza muy diversa, y pueden presentar ac-tividad enzimática de tipo fosfolipasa, cinasa ofosfatasa. En la tabla 12-2 se muestran las prin-cipales proteínas SH2 asociadas a receptores conactividad tirosina-cinasa. En algunos casos, lasproteínas SH2 carecen de actividad catalítica in-trínseca, pero contienen sitios de fosforilaciónque son reconocidos, a su vez, por otras proteí-nas que intervienen en los sistemas de señali-zación celular. En estos casos, las proteínas SH2


A

L LL L

SH2

B

L

P

L

P

C D

SH2

L

P

L

P

Figura 12-2. Secuencia de activación de los receptorescon actividad tirosina-cinasa intrínseca. A) Interacciónligando-receptor. B) Dimerización. C) Autofosforilaciónde residuos de tirosina. D) Interacción de proteínascon dominios SH2 con los residuos de fosfotirosina.



se denominan proteínas puente o adaptadoras,ya que conectan el receptor con otras proteínasefectoras. Un ejemplo típico lo constituyen lasproteínas sustrato del receptor de insulina (ISR)que, como su nombre indica, se unen al receptorde insulina activado. Además de los dominiosSH2, algunas proteínas adaptadoras contienenotros dominios denominados PTB (Phosphoty-

rosine binding), que les permite reconocer yunirse a los residuos de fosfotirosina.

Vía Ras/Raf/MAPKUna de las proteínas con dominio SH2 de

mayor importancia es la proteína Grb2, que in-terviene en la vía Ras/Raf/MAPK. La proteínaGrb2 es una molécula adaptadora que se asociaa la proteína Sos mediante un dominio especí-fico. La autofosforilación del receptor facilita lainteracción del complejo Grb2/Sos con la pro-teína Ras. Ésta, producto del protooncogén ras,es una pequeña proteína G unida a la mem-brana plasmática que, en su forma inactiva, seencuentra unida a GDP. La interacción deGrb2/Sos con Ras permite el intercambio deGDP por GTP, que va asociado a la activaciónde Ras (Fig. 12-3).

La proteína Ras activa una serina-treonina-cinasa de unos 74 kDa denominada Raf, capaz

de poner en marcha una cascada de fosforila-ciones. Así, Raf fosforila a su sustrato MEK,una cinasa capaz de fosforilar residuos de ti-rosina y treonina. A su vez, MEK fosforila lasdenominadas cinasas reguladas por señales ex-tracelulares 1 y 2 (ERK1 y ERK2), que formanparte de una importante familia de proteínasconocidas como proteínas-cinasas activadaspor mitógenos (MAPK). Las MAPK están muyconservadas a lo largo de la evolución, e in-tervienen en la diferenciación y el crecimientocelular. Los sustratos de ERK1 y ERK2 son di-versos, e incluyen factores de transcripción,como el factor del complejo ternario (TCF), yproteínas citoplásmicas como la cinasa S6, quefavorece la síntesis proteica. De este modo, seestimula la transcripción de genes y la síntesisde proteínas, que son elementos esenciales enlos procesos de crecimiento y diferenciacióncelulares.

Una vez transmitida la señal, las MAPKERK1 y ERK2 son desfosforiladas e inactivadasmediante la acción de fosfatasas específicas, loque favorece la terminación de la señal. De he-cho, los procesos de fosforilación/desfosforila-ción de los componentes de la cascada de lascinasas constituyen el principal mecanismo re-gulador de la activación y desactivación de estesistema.


TABLA 12-2. Principales proteínas con dominio SH2Proteína Actividad enzimática Principal efecto

PLC-γ Fosfolipasa Liberación de IP3 y DAG a partir de PIP2: aumento de Ca2+

intracelular y activación de PKC

PI3-cinasa Cinasa Activación de algunas MAPK y determinados subtipos de PKC

Grb2 Sin actividad catalítica: Activación de Ras mediante su unión al nucleótido Sos proteína adaptadora que convierte Ras-GDP (inactivo) en Ras-GTP (activo)

STAT Proteína de unión al ADN Inducción de la transcripción génica

GAP GTPasa Desactivación de Ras por transformación de Ras-GTP (activo) en Ras-GDP (inactivo)

IRS Sin actividad catalítica: Enlace entre el receptor de insulina/IGF-1 y proteínasproteína adaptadora señalizadoras como PI3-cinasa y ERK

DAG: diacilglicerol; ERK: cinasa regulada por señales extracelulares; GAP: proteínas adaptadora de GTPasa; IGF-1:factor decrecimiento insulinoide 1; IP3: fosfatidilinositol-trisfosfato; IRS: sustrato del receptor de la insulina; MAPK: proteína-cinasaactivada por mitógenos; PI3-cinasa: fosfatidilinositol 3-cinasa; PIP2: fosfatidilinositol-bifosfato; PKC: proteína-cinasa C; PLC-γ:fosfolipasa C γ.



Receptores con actividad tirosina-cinasa extrínseca

Este tipo de receptores suelen ser diméricoscuando no existe ligando, por lo que el procesode dimerización no suele ser necesario. Tras launión del ligando a su receptor, se ponen enmarcha diversos mecanismos de señalización,de los cuales el más significativo es la activación dela vía JAK/STAT (Fig. 12-4), que es compartidatambién por algunos receptores de factores decrecimiento como el receptor de EGF.

Vía de señalización JAK/STATTras la unión del ligando, el receptor sufre

un cambio de conformación, que favorece lafosforilación de residuos de tirosina del dominointracelular por parte de las denominadas ci-nasas Janus (JAK). Las JAK constituyen una fa-milia de cinasas conservadas a lo largo de laevolución, de las que se conocen cuatro tiposen los mamíferos (JAK1, JAK2, JAK3 y TYK2).

Las proteínas JAK se unen al dominio intrace-lular del receptor activado, sufren un procesode autofosforilación recíproca y fosforilan resi-duos de tirosina, creando puentes de fosfotiro-sina para la unión de proteínas con dominioSH2, pertenecientes a una familia de proteínastransductoras de señales y activadoras de latranscripción (STAT) (Fig. 12-4). En los mamí-feros, existen siete genes diferentes que codifi-can proteínas STAT (STAT1, STAT2, STAT3,STAT4, STAT5A, STAT5B y STAT6), lo que ase-gura una gran variabilidad en las respuestasmediadas por estas proteínas. Cuando no hayestimulación, las proteínas STAT se encuentranen el citoplasma en forma inactiva, pero cuandose unen a las proteínas JAK son fosforiladas enresiduos de tirosina por las mismas proteínasJAK, se dimerizan formando homodímeros uheterodímeros, y sufren una rápida transloca-ción hasta el núcleo celular. Allí, los dímerosSTAT reconocen secuencias consenso del ADN(denominadas elementos GAS), situadas en laregión promotora de numerosos genes impli-


Transcripción

Factores de transcripción

Cascada defosforilación

Síntesis de proteínas

- Diferenciación- Crecimiento

L

P

L

P

L

P

L

PGDP

Grb2

Grb2

Sos

Sos

Ras GTPRas

MEK

Raf

Quinasa S6

ERK1/2MAPK

Dominio SH2

Núcleo

Figura 12-3. Vía de las Ras/Raf/MAPK.



cados en fenómenos de inflamación e inmuni-dad. La interacción STAT-GAS produce unaumento drástico de la actividad transcripcionaldel gen diana (Fig. 12-4).

Las proteínas STAT también pueden ser fos-foriladas en residuos de serina por otras cinasasseñalizadoras, como las MAPK. Estas STAT fos-foriladas adquieren así la capacidad de poneren marcha otras vía adicionales de señalizacióncelular, amplificando de este modo el estímuloinicial. La modulación de STAT por MAPK ponede manifiesto la convergencia e interrelaciónexistente entre las diferentes rutas de señaliza-ción intracelular.

Existen varios mecanismos celulares que fi-nalizan o inhiben la señalización mediada porJAK/STAT, entre los hay que señalar:

• La internalización y degradación del receptorde citocinas.

• La inactivación del receptor y las proteínasSTAT por desfosforilación mediada por tiro-sina-fosfatasas específicas.

• La actuación directa de moléculas inhibidorassobre los dímeros de STAT y las cinasas JAK,denominadas proteínas inhibidoras de STATactivadas (PIAS) y proteínas supresoras dela señalización de citocinas (SOCS), respec-tivamente.

Receptores de tipo TollEn el grupo de receptores con actividad en-

zimática extrínseca también se pueden incluirlos denominados receptores de tipo Toll (TLR,Toll-like receptors), especialmente abundantes enlas células del sistema hematopoyético y queson capaces de unir diferentes moléculas libe-radas por agentes infecciosos, como el lipopo-lisacárido. La unión del ligando al receptor TLRdesencadena respuestas inflamatorias de de-fensa frente a los patógenos.

El primer paso tras la unión del receptor TLRcon su ligando es la dimerización, que favoreceel reclutamiento de proteínas adaptadoras,como Mal y MyD88. Estas proteínas, a su vez,


Figura 12-4. Vía JAK/STAT.

Transcripción

L L L

P

P

SOCS

L

P P P

STAT STAT

STAT STAT

GAS

JAK

JAK

P

JAK

L

PP P

P P

STAT STAT

STAT STATP P

L

JAK

P

JAK

JAK

Núcleo

PIAS



reclutan las cinasas asociadas a interleucina(IRAK), que se autofosforilan a través de su ac-tividad serina-treonina-cinasa, lo que estabilizael complejo IRAK/proteínas adaptadoras. Elcomplejo estabilizado, a través del reclutamientode otras proteínas intracelulares, desemboca fi-nalmente en la inducción del factor de trans-cripción nuclear (NF)-κB, muy relacionado conla expresión de genes asociados a la respuestainflamatoria.

Receptores con actividad serina-treonina-cinasa

El ejemplo más característico de receptor declase 3 con actividad serina-treonina-cinasa loconstituye la superfamilia del receptor de TGF-β,constituida por una treintena de polipéptidos,cuyo primer miembro (TGF-β1) fue identificadohace unos 20 años. Estos receptores controlannumerosas funciones celulares y desempeñanun papel esencial en los procesos de desarrollo.Además, el TGF-β tiene un efecto doble sobrela proliferación celular, ya que puede actuarcomo promotor o, por el contrario, como inhi-bidor de ésta. La vía de transducción de señalesdel TGF-β interviene en diversos procesos tu-morales.

Formación del complejo receptor y activación de la actividad serina-treonina-cinasa

Los receptores de TGF-β son complejos for-mados por dos tipos diferentes de subunidades,denominadas I y II, constituidas por un dominioextracelular y otro intracelular unidos medianteun segmento transmembrana. Los complejostetraméricos, formados por dos subunidades Iy dos subunidades II, no se encuentran prefor-mados en la membrana plasmática, sino que suconstitución depende de la presencia de TGF-βque, al unirse al dominio extracelular de la su-bunidad II, es capaz de reclutar la subunidad Ipara formar el complejo tetramérico (Fig. 12-5 A).Tras la formación del complejo, la subunidad II,que es una cinasa originalmente activa, fosforilauna región del dominio intracelular de la su-bunidad I cercana a la membrana plasmática yrica en residuos de glicina y cisteína (dominio

GS). La fosforilación de la subunidad I facilita,a su vez, la activación de la actividad enzimáticaserina-treonina-cinasa que se encuentra ubi-cada en dicha subunidad I (Fig. 12-5 B).

Señalización intracelular: proteínasSmad y regulación nuclear

Los receptores de TGF-β activados propaganla señal en el interior celular a través de la fos-forilación de las denominadas proteínas Smad.Se trata de una familia de proteínas muy con-servadas a lo largo de la evolución, que estáconstituida por tres subtipos de proteínas quese denominan Smad reguladas por receptor(R-Smad), Smad colaboradoras (Co-Smad) ySmad inhibidoras (I-Smad) (Tabla 12-3). Así, lasubunidad I activada fosforila dos residuos deserina localizados en el extremo carboxiloter-minal de la proteína R-Smad que, de esta forma,se unen a una Co-Smad, formando un hetero-dímero (Fig. 12-5 B). El complejo R-Smad/Co-Smad sufre, a continuación, una transloca-ción al núcleo celular, donde es capaz de unirseal ADN, ya sea de forma directa o mediante launión a diversos factores de transcripción, comoAP-1 o SP-1, capaces de regular la expresiónde genes y que intervienen en procesos de cre-cimiento y diferenciación celular. Este meca-nismo de señalización puede inhibirse por laacción de las proteínas I-Smad, que impiden lafosforilación de las R-Smad (Fig. 12-5 B).

Receptores con actividad guanilciclasaEsta subclase de receptores, dotados de acti-

vidad guanilciclasa (GC), son capaces de trans-formar el GTP en GMPc. Al receptor de mem-brana con actividad GC intrínseca se le conoce amenudo como GC particulada, en contraposicióncon la GC soluble que se encuentra en el cito-plasma celular y que es activada por mediadorescomo el óxido nítrico.

A este grupo de receptores pertenecen losreceptores de los péptidos natriuréticos auricu-lares A (ANP), B (BNP) y C (CNP), que consti-tuyen una familia de hormonas polipeptídicasque intervienen en el mantenimiento de la ho-meostasis cardiovascular frente a los cambiosde volumen o de presión arterial.


reclutan las cinasas asociadas a interleucina(IRAK), que se autofosforilan a través de su ac-tividad serina-treonina-cinasa, lo que estabilizael complejo IRAK/proteínas adaptadoras. Elcomplejo estabilizado, a través del reclutamientode otras proteínas intracelulares, desemboca fi-nalmente en la inducción del factor de trans-cripción nuclear NF-κB, muy relacionado con laexpresión de genes asociados a la respuesta in-flamatoria.



Existen tres tipos de receptores para los pép-tidos natriuréticos. Dos de ellos, denominadosreceptores A y B, poseen actividad guanilciclasaintrínseca, por lo que también se les conocecomo guanilciclasa particulada A (GC-A) y B(GC-B), respectivamente. El tercer receptor(tipo C) carece de actividad intrínseca, y se creeque forma parte de un mecanismo de interna-lización que regula los niveles de los péptidosnatriuréticos. Mientras que el ANP y el BNP seunen preferentemente a la GC-A, el CNP tiene

mayor afinidad por la GC-B. Los tres péptidosnatriuréticos también tienen capacidad paraunirse al receptor de tipo C.

Estructura y activación de los receptores GC-A y GC-B

Los receptores GC-A y GC-B tienen una es-tructura molecular global similar. En la figura12-6 se muestra la estructura de estos receptoresque, en ausencia de ligando, se encuentran for-


Figura 12-5. Receptorescon actividad serina-treo-nina-cinasa intrínseca. Me-canismo de señalizaciónacoplado al receptor delfactor de crecimiento trans-formante β (TGF-β).

TGF-β

II I

A B

Transcripción

TGF-β

Factores detranscripción(AP-1, SP-1)

II

Subunidad II

I

Subunidad I

Dominio GS P

P

Núcleo

R-Smad

R-Smad

PR-Smad

Co-Smad

Co-Smad

I-Smad

TABLA 12-3. Tipos de proteínas SmadTipo Descripción Miembros

R-Smad Proteínas Smad reguladas por receptor: transmiten la señal Smad 1 en el interior celular tras la activación del receptor de TGF-β Smad 2

Smad 3Smad 5Smad 8

Co-Smad Proteínas Smad colaboradoras: se unen a las proteínas R-Smad Smad 4 tras su activación, favoreciendo la transmisión de la señal al núcleo celular

I-Smad Proteínas Smad inhibidoras: antagonizan los efectos Smad 6de las proteínas R-Smad inhibiendo la señalización celular Smad 7mediada por TGF-β

TGF-β: factor de crecimiento transformante β.



mando dímeros. Siguiendo el patrón caracte-rístico de los receptores de clase 3, el dominioextracelular posee los sitios de unión del li-gando, mientras que la actividad catalítica GCse encuentra en el dominio intracelular (los re-ceptores de tipo C poseen un dominio intrace-lular pequeño que carece de actividad catalítica).En el dominio intracelular, se encuentra tambiénuna región cercana a la membrana plasmática,denominada dominio de homología de cinasas(KHD), que posee diversos sitios de fosforilacióny capacidad para unir ATP. Cuando no existe li-gando, esta región se encuentra fosforilada yreprime la actividad enzimática GC. Los domi-nios KHD y GC se unen mediante una regiónbisagra, imprescindible para la dimerización delos dominios con actividad GC (Fig. 12-6).

La unión del ligando produce un cambio deconformación que afecta al dominio KHD, yque tiene varias consecuencias:

• Pérdida de la actividad represora de KHDsobre la actividad GC, que permite la síntesis

de GMPc a partir de GTP y el inicio de la se-ñalización intracelular.

• Disminución de la afinidad del receptor porsu ligando

• Acceso de fosfatasas a los residuos fosforila-dos de KHD, que hacen que este dominio nosea sensible a la acción del ligando.

Estas dos últimas consecuencias constituyenen realidad mecanismos de finalización de laseñal. Además, el GMPc se degrada por la ac-ción de fosfodiesterasas (transforman GMPc enGMP), lo que representa un mecanismo adi-cional de la célula para la finalización de la señal(Fig. 12-6).

Señalización mediada por GMPcEl aumento de GMPc intracelular pone en

marcha diversas vías de señalización celular. ElGMPc actúa como segundo mensajero que ac-tiva la proteína-cinasa G (PKG). Esta cinasa re-gula la expresión de diferentes genes, entre los


PP

Dominioextracelular

Dominio de homologíade quinasas (KHD)

Dominio guanilciclasa

Dominio bisagra

Disminuciónde afinidad

por el ligando

GTP

GMPc + PPi

Desfosforilaciónpor fosfatasas

- Vasodilatación- Diuresis, natriuresis- síntesis renina y aldosterona- Efecto antiproliferativo

Fosfodiesterasas

Figura 12-6. ReceptoresGC-A y GC-B con actividadguanilciclasa intrínseca.



que se encuentra el gen del factor de creci-miento VEGF.

El GMPc regula la actividad de otras proteí-nas, como determinados canales iónicos y fos-fodiesterasas.

Finalmente, la señalización celular iniciadapor los péptidos natriuréticos a través de recep-tores GC-A y GC-B se traduce en diversos efec-tos fisiológicos, como vasodilatación, aumentode la diuresis y natriuresis o disminución de lasíntesis de moléculas como la renina y la aldos-terona, favoreciendo en definitiva una disminu-ción de la presión arterial. Recientemente, se hapropuesto que los péptidos natriuréticos puedentener efectos antiproliferativos en diferentes tiposcelulares del aparato cardiovascular.

RECEPTORES DE CLASE 3 Y DESARROLLO DE FÁRMACOS

Hasta la fecha, más de la mitad de los fár-macos desarrollados frente a los cuatro tipos dereceptores farmacológicos tienen como dianafarmacológica los receptores de tipo 1 (canalesiónicos) y de tipo 2 (receptores acoplados a pro-teínas G). Existe un grupo menos numeroso defármacos dirigidos a los receptores de clase 3(Tabla 12-4); sin embargo, en este grupo se en-cuentran numerosos fármacos de naturalezaproteica, obtenidos principalmente por tecno-logía recombinante.

Así, por ejemplo, existen agonistas de los re-ceptores de clase 3 muy utilizados, como la in-sulina y sus análogos para el tratamiento deuna enfermedad tan extendida como la diabetesmellitus. Otro agonista de receptores de clase 3utilizado como fármaco es la hormona del cre-cimiento (somatotropina) para el tratamientode patologías que cursan con déficit de ésta.Además, la eritropoyetina, el factor estimuladorde colonias de granulocitos (G-CSF) y el factorestimulador de colonias de granulocitos-ma-crófagos (GM-CSF), que favorecen el creci-miento hematopoyético, se emplean en el tra-tamiento de determinados tipos de anemia. Porotro lado, algunas citocinas recombinantes, comola IL-2 y la IL-11 y distintos tipos de interferón,están comercializadas para su uso en diversosprocesos patológicos, por su efecto estimuladorde la respuesta inmunitaria (Tabla 12-4). Ade-más, recientemente se han comercializado an-tagonistas de los receptores de clase 3 como laanakinra, un análogo recombinante del anta-gonista natural de los receptores de IL.

Otra estrategia farmacológica que permiteinterferir en los receptores de clase 3 es la ob-tención de anticuerpos monoclonales frente aellos. De este modo, se impide que el receptorse active y desencadene determinadas respues-tas celulares. Con estos fármacos, se intenta im-pedir determinados procesos de replicación ce-lular que se incrementan enormemente en losprocesos neoplásicos. Para ese fin, se ha comer-cializado el trastuzumab (el sufijo -mab alude alas siglas en inglés para anticuerpo monoclonal),dirigido frente a un subtipo de receptor del EGFdenominado HER-2, que está sobreexpresadoen determinadas células tumorales. Desde elaño 2000, el trastuzumab es un fármaco cuyo usoestá autorizado en España para el tratamientodel cáncer de mama metastatizante.

En otros casos, los anticuerpos se diseñan parabloquear un determinado ligando, como ocurrecon el infliximab, que neutraliza el TNF-α, unacitocina que interviene en diversas enfermedadesinflamatorias, entre las que destacan la artritisreumatoide o la enfermedad de Crohn. En el año2002, se comercializó el bevacizumab, que se uti-liza para neutralizar la acción de VEGF, con el finde inhibir los procesos de angiogénesis que per-miten el crecimiento de los tumores sólidos.


• La activación de los receptores declase 3 produce numerosas respuestascelulares, entre las que pueden desta-carse la proliferación, el crecimiento y ladiferenciación celular, así como las res-puestas inflamatorias e inmunológicas.

• Estas respuestas suelen incluir fenóme-nos de transcripción génica, que puedenser regulados por diferentes vías de se-ñalización intracelular.

• Entre los principales elementos de se-ñalización activados por receptores declase 3, pueden destacarse:

– Las proteínas con dominio SH2.– La vía Ras/Raf/MAPK.– La vía JAK/STAT.– Las proteínas Smad.– El sistema guanilciclasa/GMPc.




TABL

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En los últimos años también se han comer-cializado fármacos capaces de inhibir la activi-dad tirosina-cinasa intrínseca del receptor. Esel caso del gefinitib, que inhibe la actividad ci-nasa del receptor del EGF y, por tanto, reducela proliferación celular. Además, se han comer-cializado fármacos que utilizan como diana te-rapéutica moléculas que forman parte de lossistemas de señalización asociados al receptor.Como ejemplo, el imatinib es un nuevo fármacocuya diana terapéutica es una tirosina-cinasacon dominio SH2, denominada Abl, que en oca-siones se fusiona con un receptor celular deno-minado Bcr, y que interviene en la proliferaciónanómala de algunos tipos de leucocitos. El usodel imatinib fue autorizado en España en el año2002 como fármaco de primera línea para eltratamiento de la leucemia mielógena crónicapositiva para el cromosoma Philadelphia, quees el responsable de la fusión anómala entreAbl y Bcr, así como para el tratamiento alterna-tivo en los pacientes con tumores del estromagastrointestinal que no responden al tra-tamiento habitual. Por otro lado, el imatinibtambién inhibe la actividad de c-kit, otra cinasacitoplásmica, y de la cinasa intrínseca del re-ceptor de PDGF, ambas asociadas a procesosneoplásicos.

En la actualidad, el desarrollo de fármacosfrente a los receptores de clase 3 está experi-mentando un auge importante, puesto que seestán desarrollando y comercializando nuevosfármacos dirigidos contra numerosas citocinasy sus receptores. Como ejemplo, el tocilizumabes un anticuerpo monoclonal que bloquea la ac-ción de la IL-6 y cuyo uso se aprobó en 2009para tratar la artritis reumatoide. En la actualidad,están en fase de desarrollo otros compuestos di-rigidos a bloquear la acción de la IL-6, y tambiénse están desarrollando compuestos frente a ci-tocinas como la IL-4, la IL-5 o la IL-13 para eltratamiento del asma.

Por otro lado, cada vez se presta más atencióna las diferentes vías de señalización asociadas alos receptores de clase 3 (proteínas SH2, MAPK,STAT) como posibles dianas farmacológicas. Seestá estudiando con gran interés la posible in-hibición farmacológica de estas vías, a menudoimplicadas en procesos inflamatorios y de cre-cimiento celular, ya que se prevé que su inter-

ferencia farmacológica puede suponer una granrevolución terapéutica al ofrecer estrategias deintervención absolutamente novedosas hasta lafecha. En este sentido, en los últimos años, seha comercializado y desarrollado una gran fa-milia de compuestos inhibidores de tirosina-ci-nasas, de bajo peso molecular y administrablespor vía oral, dirigidos fundamentalmente a fre-nar la proliferación incontrolada de las célulastumorales.

Para concluir, se puede afirmar que los re-ceptores de clase 3 y los sistemas de transduc-ción que llevan asociados se muestran comodianas terapéuticas prometedoras, especial-mente en el tratamiento de enfermedades aso-ciadas a procesos de inmunorregulación, infla-mación y crecimiento celulares.

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Algunos hitos relevantes en la comerciali-zación de fármacos dirigidos frente a losreceptores de clase 3 son:

• 1982: insulina recombinante humana.• 1989: eritropoyetina recombinante hu-

mana.• 1998: etanercept, primera molécula de

fusión como receptor soluble de TNF-α.• 1998: primeros anticuerpos monoclo-

nales, como infliximab (antireceptor deTNF-α) y trastuzumab (antireceptor Her2/neu).

• 2001: imatinib, primer inhibidor de tiro-sina-cinasa de bajo peso molecular.

• 2001: anakinra, primer antagonista recom-binante del receptor de IL-1.



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� Autoevaluación

Preguntas de opción múltiple1. Indique cuál de estas asociaciones entre re-

ceptor y actividad enzimática es incorrecta:a ) Receptor de insulina – Actividad tirosina-

cinasa intrínseca.b) Receptor de TGF-β – Actividad serina-

treonina-cinasa. c ) Receptor de IL – Actividad tirosina-cinasa

extrínseca.d) Receptor de ANP – Actividad guanilciclasa.e ) Receptor de EPO – Actividad tirosina-ci-

nasa intrínseca.

2. Indique cuál de estas características estruc-turales no es propia de los receptores conactividad enzimática: a ) Presencia de, al menos, una subunidad

(monómero) con varios dominios trans-membrana.

b) Dominio extracelular (aminoterminal) consitio de unión del ligando.

c ) Dominio intracelular (carboxiterminal) deelevado peso molecular.

d) Dominio transmembrana hidrófobo conestructura en hélice α.

e ) Existencia de subunidades α y β, unidaspor puentes disulfuro, en el caso del re-ceptor de insulina.

3. Indique cuál de estas asociaciones entre re-ceptor y actividad enzimática es incorrecta: a ) Receptor de insulina – Actividad tirosina-

cinasa intrínseca.b) Receptor de TGF-β – Actividad serina-

treonina-cinasa. c ) Receptor de IL – Actividad tirosina-cinasa

extrínseca.d) Receptor de ANP – Actividad guanil-ci-

clasa.

e ) Receptor de EPO – Actividad tirosina-ci-nasa intrínseca.

4. Indique cuál de estas asociaciones entre re-ceptor y moléculas de señalización intrace-lular es incorrecta: a ) Receptor de PDGF – Ruta Ras-Raf-MAPK.b) Receptor de TGF-β – Proteínas Smad. c ) Receptor de ANP – GMPc.d) Receptor de EPO – Ruta JAK-STAT.e) Receptor de IFN – Activación de canales

de calcio regulados por voltaje.

5. Indique cuál de estas asociaciones entreproteínas con dominio SH2 y función intra-celular es incorrecta:a ) PLC – Liberación de IP3 y DAG a partir

de PIP2.b) Grb2 – Activación de Ras mediante su

unión al nucleótido Sos.c ) IRS – Enlace entre el receptor de inter-

leucina y proteínas señalizadoras.d) STAT – Inducción de la transcripción gé-

nica.e ) PI3-cinasa – Activación de algunas MAPK

y determinados subtipos de PKC.

Preguntas de revisión1. Defina las características estructurales co-

munes a los receptores de tipo 3.

2. Enumere las diferentes subclases de recep-tores de tipo 3 en función de su actividadenzimática.

3. Describa la cascada de señalización iniciadapor Ras/Raf.

4. Explique la cascada de señalización de lasproteínas JAK y STAT asociadas a los recep-tores de citocinas.



00 primeras maquetaciÛn 1 · 2013-06-17 · del factor de crecimiento transformante β (tgf-β)....

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