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Rev.R.Acad.Cienc.Exact.Fís.Nat. (Esp)Vol. 97, N.º 2, pp 161-202, 2003IV Programa de Promoción de la Cultura Científica y Tecnológica

LA INFORMACIÓN EN LA SOCIEDAD CELULAR

ÁN G E L MA RT Í N MU N I C I O *

* Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. C/ Valverde, 22. 28004 Madrid

INTRODUCCIÓN

Si la llamada sociedad de la información se refiereal conjunto de posibilidades tecnológicas que facilitanal hombre el acceso a las más variadas fuentes deconocimiento, también las células de los seres vivos—la sociedad celular—, del hombre incluido, nece-sitan para su crecimiento, nutrición y diferenciación,recibir una información procedente de su entorno y através de sus componentes de la más variada natu-raleza —hormonas, factores de crecimiento y deangiogénesis, neurotransmisores, feromonas, inter-ferones—, así como de la luz, los aromas, y losmúltiples mensajeros químicos que, desde el exteriorde la célula y sin penetrar en ella, constituyen el funda-mento de numerosos e importantes fenómenosbiológicos: la visión, la inflamación, la respuestainmunitaria, la acción hormonal, la transmisión delimpulso nervioso, la angiogénesis, la apoptosis omuerte celular programada, etc. Fenómenos que, ensu conjunto, se caracterizan por la maravillosa var-iedad de las señales, la complejidad de las cascadas yde sus entrecruzamientos, la diversidad de etapas yramificaciones, la enorme he-terogeneidad de lasrespuestas, la gran flexibilidad evolutiva, la comple-jidad y variabilidad de sus mecanismos, y la impor-tancia de sus implicaciones fisiopatológicas.

Ante la gran variedad de fenómenos y de la com-plejidad molecular que los interpretan, va solamente afigurar en esta exposición una selección representativade esta importante área biológica.

La mayoría de los tipos de células de mamíferosexpresan una gran variedad de receptores de cito-quinas en su superficie. Estos receptores transducenesa gran variedad de señales desde el ambiente externohacia el interior de la célula para generar la respuestaapropiada. Si estos agentes externos no penetran en lacélula, y, sin embargo, inician el gobierno de cada unode los fenómenos mencionados a través de la actividadde los genes nucleares, no cabe más remedio que con-cluir y los hechos experimentales así lo demuestran: 1)la existencia en las membranas celulares de receptorescapaces de unir a cada uno de los variados agentesexternos, los llamados ligandos; y 2) la existencia demecanismos capaces de transformar esta señal inicial,a través de cascadas específicas de interacciones, enotra señal que actúe sobre la actividad génica de losnúcleos de las células, principalmente sobre los cono-cidos como factores de transcripción.

Mecanismos extraordinariamente complejos yvariados a través de los que se transmiten las múltiplesinformaciones en la sociedad celular y que, poranalogía con los fenómenos físicos, se conocen en suconjunto como la transducción de señales.

En el último cuarto de siglo, una serie de acontec-imientos bioquímicos han preparado la emergencia deeste complejo campo. Y, efectivamente, elconocimiento de la transducción de señales hace usode los avances realizados en los campos de la regu-lación enzimática por modificación covalente, loscambios conformacionales, la fluidez de membranas ylos modelos de membrana —principalmente el modelode bicapa lipídica—, las interacciones moleculares, las

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proteínas oligoméricas, la amplificación de señales yla participación de los segundos mensajeros en laactividad hormonal. Durante este tiempo, se hadefinido asimismo una amplísima lista de enzimasimplicadas en el metabolismo de los hidratos decarbono, los lípidos, los aminoácidos y las proteínas,sobre todo las implicadas en la regulación por modifi-cación covalente; entre las que hay que destacar lossistemas de fosforilación-defosforilación y lasenzimas que, utilizando las proteínas como sustratos,catalizan estas transformaciones: proteína quinasas yproteína fosfatasas, respectivamente, que van a con-stituir ingredientes fundamentales en los sistemas detransducción de señales en las células.

Las bases moleculares de la transducción deseñales a través de las membranas celulares constituyeuno de los campos de mayor interés, que incluyeimportantes mecanismos biológicos tales como ladiferenciación y la proliferación celular y la comuni-cación célula-célula.

GENERALIDADES

El estudio de la transducción de señales constituyeuno de los campos más activos de la moderna biología,sobre todo por la nueva y gran cantidad de blancos deacción que se definen para la acción de múltiplesclases de medicamentos. Bajo el dominio de la trans-ducción de señales hay que analizar:

1. Los componentes y la estructura química de lasmembranas celulares —lípidos y proteínasreceptoras y de adhesión—;

2. la naturaleza de los ligandos y su interacción conlos receptores de membrana;

3. la naturaleza de los receptores y la modificaciónde sus actividades bioquímicas bajo la acción delos ligandos;

4. los componentes de las numerosas cascadas detransmisión de señales hasta alcanzar el núcleode las células, y las bases moleculares de suintervención, las interacciones proteína-pro-teína, y

5. las numerosas implicaciones fisiopatológicas deestos mecanismos y sus alteraciones en losámbitos de la inflamación, la respuesta inmuni-taria y las enfermedades autoinmunes, las neo-plasias y metástasis.

La figura 1 representa esquemáticamente este con-junto de etapas que componen la totalidad del meca-nismo por el que ciertos ligandos extracelularesejercen su actividad que se traduce finalmente en la dela modificación de la expresión génica. De forma queel proceso de transducción de señales consiste, en suconjunto, en una serie de señales externas —factoresde crecimiento, citoquinas, antígenos, hormonas poli-peptídicas, neurotransmisores, óxido nítrico—, pro-teínas receptoras específicas o canales de iones, pro-teínas ligantes de GTP, enzimas formadoras desegundos mensajeros —fosfolipasas, fosfoinositi-

Figura 1. Esquema general de un proceso de transducción deseñales, desde la unión de ligandos a los receptores hasta lasdiversas respuestas fenotípicas.(PK) proteína quinasas; (PP) proteína fosfatasas.

dasas, esfingomielinasa—, segundos mensajeros intra-celulares —Ca2+, AMP cíclico (cAMP), GMP cíclico(cGMP), inositolfosfatos (InsP), diacilgliceroles(DAGs), ADP-ribosa—, proteína quinasas, proteínasreguladoras y proteínas blanco. Así, a nivel molecular,la situación aparece cada día más compleja a causa dela gran variedad de la naturaleza química de las señalesy de las células implicadas; las variedades estructu-rales de los receptores; la vinculación de la estimu-lación del receptor a las actividades enzimáticas queactúan sobre GTP o sobre fosfolípidos; la diversidadde los productos de degradación y su participación enla actividad reguladora de las múltiples especies deproteína quinasas y de otras proteínas funcionales. Deotro lado, muchos de los componentes de las cascadasintracelulares de transmisión de las señales —proteínaquinasas catalizadoras de la fosforilación específica deresiduos de tirosina o treonina en el seno de proteínasblanco, proteínas ligantes de DNA, proteínas ligantesde GTP— son productos de expresión de oncogenes.Lo que significa que ciertos tipos de procesos de seña-lización intracelular son responsables del control delcrecimiento y la diferenciación celulares, y, por tanto,conectados con los mecanismos de la malignidadcelular.

En la tabla 1 se detallan las etapas fundamentalesdel proceso de transducción de señales, al lado de los

participantes moleculares fundamentales en cada unade ellas.

Por consiguiente, un estudio general de la trans-ducción de las señales biológicas podrá efectuarsedesde el punto de vista de los ingredientes de los dife-rentes sistemas; y, así, bien considerar la estructura ypropiedades de cada uno de los conjuntos de losligandos, los receptores, los coestimuladores, loscanales, las proteínas G y sus proteínas reguladoras,las enzimas —quinasas, fosfolipasas, fosfatasas y cas-pasas, principalmente—, la participación de loslípidos y el Ca2+, etc. O desde el ángulo de examinarlos conjuntos de etapas que corresponden a cada unode los procesos aislados, como la acción de las hor-monas y de la insulina en particular, la activación delas células T como iniciación de la respuesta inmuni-taria, la inflamación, la angiogénesis, el ciclo celular,la transmisión nerviosa o la apoptosis celular; y, a sulado, las manifestaciones patológicas que acompañan acada uno de estos procesos.

De otro lado y para mayor complicación, las conse-cuencias fisiopatológicas del entrecruzamiento de losdiferentes sistemas de señalización celular son evi-dentes a múltiples niveles dentro de una cascada deter-minada, incluyendo actividades enzimáticas, interac-ciones proteína-proteína, la función de los canales de

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los componentes y la -lípidos y proteínasreceptoras y de adhesión-;

la naturaleza de los y su interacción con los receptores de membrana;

la naturaleza de los y la modificación de sus actividades bioquímicas bajo la acción delos ligandos;

los componentes de las numerosas hasta el núcleo de la célulay las bases moleculares de su intervención; las ;

las numerosas de estos mecanismos y sus alteraciones -inflamación,respuesta inmunitaria y enfermedades autoinmunes, neoplasias y metástasis-;

la existencia de para el diseño de medicamentos modificadores decada uno de los fenómenos implicados, como la acción hormonal, la neurotransmisión, la apoptosis, laangiogénesis, la drogadicción, el crecimiento, la diferenciación, etc.

estructura química de las membranas celulares

ligandos

receptores

cascadas de transmisión de señales

interacciones proteína-proteína

implicaciones fisiopatológicas

numerosos blancos de acción

Tabla 1. Etapas fundamentales del proceso de transducción de señales, desde la presencia de ligandos extracelulares hasta la respues-ta celular.

iones y la expresión génica. Y los avances en los cono-cimientos de los modelos de transducción, al lado de laposibilidad de que las actividades de cada uno de loscomponentes de cada sistema pueda ser consideradocomo blanco de la acción farmacológica para el diseñode nuevos medicamentos, abren permanentementenuevas puertas a la intervención de estrategias terapéu-ticas innovadoras.

A continuación se van a señalar las característicasmás importantes de los ligandos extracelulares, lasmembranas y sus lípidos y proteínas integrantes, losreceptores y coestimuladores, las proteínas G y susproteínas reguladoras. Tras de lo cual se examinaránalgunos de los mecanismos moleculares de transduc-ción de señales, que constituyen, sin embargo, el fun-damento de muchos procesos fisiopatológicos.

LIGANDOS

Los efectos a largo plazo sobre la regulación celularse originan mediante señales engendradas por la estim-ulación de los receptores de membrana. Las hormonaspolipeptídicas y los neurotransmisores son losejemplos clásicos de factores señalizadores que trans-portados por la sangre ejercen su función sobre recep-tores celulares específicos. En la actualidad, uno de losaspectos centrales de los mecanismos de transducciónde señales se basa en las redes celulares complejas for-madas por las células productoras de citoquinas y lagran familia de citoquinas como proteínas mediadorasde la proliferación, la diferenciación, y las funcionesde varios tipos de células blanco. A esta complejidadcontribuyen asimismo los múltiples tipos de célulassobre las que son capaces de actuar los diferentes tiposde citoquinas, el sinergismo o interferencia entre cito-quinas, las funciones pleiotrópicas de las célulasblanco, y un cierto tipo de redundancia funcional entrelas diferentes citoquinas. En la actualidad, más demedio centenar de distintas citoquinas han sido identi-ficadas como señales moleculares, capaces de inducirdiferentes respuestas biológicas sobre una colecciónde células blanco.

Las citoquinas están implicadas en la informaciónintercelular, principalmente en lo referente al sistemainmunitario al determinar la calidad y la magnitud dela respuesta. Desde un punto de vista evolutivo,

algunas citoquinas aparecieron simultáneamente envertebrados y en linfocitos, aunque otras citoquinasaparecieron mucho más primitivamente en la escalaevolutiva como la estrella de mar. A las citoquinaspertenecen dos familias principales: interleuquinas(IL) y factores de crecimiento.

Las interleuquinas deben su principal actividad a lainformación que realizan entre los leucocitos san-guíneos. Así, una población de linfocitos T (TH1)libera IL-2 e interferón γ (IFN-γ), y promueve la inmu-nidad mediada por células; mientras que otrapoblación (TH2) produce Il-4, IL-5, IL-6 e IL-10, einduce la inmunidad humoral, con la producción deIgG, IgE e IgA. Simultáneamente, IL-4 e IL-10 inhibenel desarrollo de la serie TH1, mientras que IFN-γsuprime la respuesta TH2. El desarrollo de las célulashematopoyéticas a partir de una célula madre multipo-tente viene regulada por la acción secuencial de uncierto número de interleuquinas (IL-3 e IL-5) y de fac-tores estimulantes de colonias (FSC) de granulocitos(G-FSC), macrófagos-granulocitos (MG-FSC) ymonocitos (M-FSC), de acuerdo con la progeniecelular. Asimismo, un cierto número de citoquinas cir-culantes —por ejemplo, IL-1, IL-2 e IL-6 y el factor denecrosis tumoral (TNF)— ejercen actividadesendocrinas o sobre el sistema nervioso central. Losniveles de IL-16 en suero se han relacionado con elprogreso de la infección por HIV-1 y su síntesis porcélulas T CD8+.

La disregulación del sistema hematopoyéticoconduce a una plétora de enfermedades, algunas deíndole fatal. Las aplicaciones más importantes de lascitoquinas se basan en su participación en losregímenes terapéuticos para salvar los sistemashematopoyéticos comprometidos de alguna manera.Obviamente, las principales aplicaciones clíncias deestos factores tienen lugar ante la carencia de uno omás de los componentes celulares del sistemahematopoyético o en las citopenias inducidas por laquimioterapia, en particular las producidas como con-secuencias de los trasplantes de médula ósea y de lasterapias citotóxicas.

Una serie de citoquinas se encuentran implicadasen los mecanismos moleculares de muchas enfer-medades humanas. Entre las neoplasias: mieloma (IL-6), linfoma de Burkitt (IL-10), carcinoma de mama


(TGF-β), carcinoma de células escamosas (G-CSF),osteosarcoma (GM-CSF), leucemia mieloide (IL-1,GM-CSF, G-CSF, M-CSF), leucemia linfoide (IL-2,IL-7, TNF). Entre las enfermedades autoinmunes: dia-betes tipo II (IL-1, IL-4, GM-CSF), lupus eritematososistémico (IL-2, GM-CSF, IFN-γ), esclerosis múltiple(IOL-1, IL-6, TNF). En la inflamación: artritis reuma-toide (IL-1, IL-6, TNF, GM-CSF), psoriasis (IL-6, IL-8), eritroderma (IL-6, IL-8), espondilitis anquilosante(IL-1, IL-6). En asma alérgica (IL-1, IL-4, IL-5),shock séptico (IL-1, IL-6, TNF), fibrosis (TGF-β),anemia aplástica (IFN-γ) y malaria cerebral (IL-3). Ala vista, pues, de este tipo de participaciones en losmecanismos moleculares de las actividades de señal-ización celular, las terapias a base de citoquinas y anti-citoquinas —anticuerpos anticitoquinas, receptoressolubles de citoquinas, antagonistas de receptores e IL-10— han adquirido importancia clínica. De otro lado,los vectores codificadores de citoquinas puedenaumentar la seguridad de los vectores virales y per-mitir la manipulación de la respuesta inmune con laque lograr una efectiva inmunidad protectora.

A este respecto es importante subrayar que losgenes del factor de necrosis tumoral (TNF) son losúnicos capaces de codificar una citoquina localizadosdentro del complejo principal de histocompatibilidad(MHC). A pesar de la fuerte asociación entre diferentesalelos de MHC y varias enfermedades autoinmunes,continúa desconocida la función de las proteínas HLAde las clases I o II en este tipo de enfermedades; e,incluso, sigue siendo cuestionable si los genes MHCpredisponen a la enfermedad o, más bien, se trata demarcadores de otros genes íntimamente relacionados.Por ello, resulta interesante considerar si la producciónde TNF-α por los macrófagos peritoneales de ratón,inducidos por lipopolisacárido o por interferon γ (IFN-γ), varía con la estirpe celular y se vincula al MHCclase II.

MEMBRANAS CELULARES. LÍPIDOS YPROTEÍNAS

La certeza de la existencia de una membrana plas-mática discreta en la superficie de las células haemergido progresivamente en la biología celular delsiglo XIX a través de múltiples observaciones fisi-ológicas y de comprobaciones físicas y químicas. Y de

los estudios de permeabilidad de las células a toda unavariedad de no electrolitos, se especuló en seguidaacerca de la naturaleza lipídica de la barrera de perme-abilidad. Los primeros estudios químicos importantesde las membranas datan de 1925 al extraerse loslípidos de glóbulos rojos y extenderse como unamonocapa en una interfase aire-agua y comparar elárea ocupada con la superficie total de las células orig-inales; las conclusiones iniciales fueron compatiblescon la existencia de cantidades suficientes de lípidospara formar una bicapa alrededor de toda la superficiede la célula. Hechos que se confirmaron rápidamentemediante medidas ópticas y eléctricas de las mem-branas y la dilucidación química de los componentes


Figura 2. Modelo de membrana de Danielli y Davson basadoen una bicapa lipídica.

Figura 3. Modelo de membrana de Singer y Nicolson deglóbulos rojos humanos.

lipídicos. En 1935, Danielli y Davson establecieron unmodelo fundado en una estructura lipídica en forma debicapa (figura 2) que pudiera ser atravesada de maneratotal o parcial por las proteínas —proteínasintrínsecas—, e, incluso, que pudieran estar simple-mente colocadas sobre la superficie —proteínasextrínsecas—. Sobre esta base, y mediante los proced-imientos de la microscopía electrónica se pudoestablecer en 1972 el modelo del “mosaico fluido” porSinger y Nicolson (figura 3).

Las células determinan las características de lasdiferentes membranas mediante el control de su com-posición lipídica. A su vez, cambios locales en laspropiedades físicas de las bicapas permiten la defor-mación de las membranas y facilitan su fusión y la for-

mación de vesículas. Sin embargo, lípidos específicosen localizaciones específicas reclutan proteínascitosólicas implicadas en funciones estructurales o enla transducción de señales.

Aunque cada membrana celular posee unacolección propia de proteínas para llevar a cabo susfunciones especializadas, los constituyentes funda-mentales responsables de la estabilidad mecánica y dela tendencia a formar estructuras cerradas son siemprelípidos, cuyas clases responden a glicerolípidos, esfin-golípidos y esteroles (figura 4).

Los glicerolípidos (figura 4) constan de unamolécula de glicerol esterificada en las posiciones sn-1y sn-2 por las correspondientes moléculas de ácidosgrasos largos; una molécula de ácido fosfórico da lugara una nueva función ester y el ácido resultante seconoce como ácido fosfatídico (PA). El ácido fos-fatídico, a través de una nueva función ester, se une alos grupos —OH de la colina, la etanolamina, la serinao el inositol, originando respectivamente fosfatidil-colina (PC), fosfatidiletanolamina (PE), fosfa-tidilserina (PS) o fosfatidilinositol (PI). Este últimoposee cinco grupos— OH adicionales capaces deoriginar nuevas uniones ester con restos de ácido fos-fórico —merced a la acción catalítica de las quinasascorrespondientes—, y así dar lugar a los variados fos-fatidilinositolfosfatos (PtdInsP) —o también, fos-foinosítidos (PI)—, algunas de cuyas especies (PIP,PIP2, PIP3) cumplen importantes funciones celulares.La rotura enzimática de la unión ester en la posiciónsn-2 de los glicerolípidos (PC, PE, PS o PI) origina loscorrespondientes lisoderivados con una notoria diver-sidad de efectos fisiológicos, por ejemplo, mor-fológicos y proliferativos.

Los esfingolípidos (figura 4) contienen una baseesfingoide, preferentemente esfingosina, que poseegrupos alcohólicos –OH y un grupo amino –NH2. Laacilación del grupo amino con una molécula de ácidosgrasos de cadena larga da lugar a las ceramidas.Cuando el grupo –CH2OH de la base origina una uniónester con fosforilcolina se obtienen las esfin-gomielinas; y si en lugar de la unión ester se forma unaunión glicosídica con un monosacárido (glucosa ogalactosa) o disacárido (lactosa) se originan glucosil-ceramida (GlcCer), galactosilceramida (GalCer) o lac-tosilceramida (LacCer), respectivamente.


glicerolípidos

ácido graso o alcohol

O

O

O

12

3

O

O

OP

ON+

HH

HPE

O-

O

ON+

CH3CH3

CH3PC

O

O

O-O

ON+

HH

HPS

ácido graso

O

O O

HO

OHOH

OHOH

1

23 4

56PtdIns

O

O

fosfatidilinositol

fosfatos

esfingolípidos

OH

OH NH2

O

OH

O

NH

O

O

OP

O-N+

CH3CH3

CH3

SM

esfingosina

ácido graso

NH

OO

O OHOH

OHHO

GlcCer

OH

O

NH

O

NHGalCer

LacCer

OH

colesterol

Figura 4. Estructura de glicerolípidos, esfingolípidos yesteroles, caracterizados por largas cadenas apolares dirigidashacia el interior de la bicapa.

En tercer lugar, los esteroles (figura 4) se caracteri-zan por la presencia de anillos tetracíclicos rígidos yplanares. Las membranas animales contienen princi-palmente colesterol y pequeñas cantidades de esterolesrelacionados, sobre todo 7-dehidrocolesterol. Losesteres de colesterol con ácidos grasos largos consti-tuyen lípidos de reserva, análogos a los triacil-gliceroles. Las plantas contienen principalmente sis-tosterol y estigmasterol.

Dentro de este conjunto de lípidos que forman partede la estructura de las membranas celulares, merecesubrayar la participación de los fosfoinosítidos en latransducción de señales, la regulación del citoesquele-to y la dinámica de las membranas. A esta complejidadcontribuyen las múltiples transformaciones enzimáti-cas que pueden experimentar y, por tanto, la gran var-iedad de productos resultantes (figura 5). Asimismo,los inositolfosfatos —y los fosfatidilinositolfosfatos delos que forman parte— son capaces de transformarseen virtud de reacciones enzimáticas de fosforilación(acción de quinasas) y defosforilación (acción de fos-fatasas) en una gran red de derivados, como puedeobservarse en la figura 6. Desde el punto de vista de laparticipación de estos lípidos en la transducción de

señales, hay que hacer notar su reconocimiento especí-fico por ciertos dominios de los receptores en más deun centenar de proteínas; a lo que hay que añadir suutilización como sustratos de la acción de quinasas,fosfatasas y fosfolipasas C y D, y la formación de cier-tos productos con actividad reguladora, por ejemplo lade los diacilgliceroles (DGs) sobre la actividad de laproteína quinasa C y la activación de los canales deCa2+; de igual forma, el Ins(1,4,5)P3 abre los canalesde Ca2+ en el retículo endoplásmico. Análogamente, laceramida producida por la esfingomielinasa durante laapoptosis es capaz de activar proteína quinasas y fos-fatasas específicas.

Los fosfatidilinositolfosfatos de membrana, en par-ticular el PI(4,5)P2, regulan fundamentales procesos delas células como el tráfico de vesículas y la remod-elación del citoesqueleto; el PI(4,5)P2 estimula lapolimerización de novo de la actina por activación dela familia de proteínas WASP —del síndrome deWiskott-Aldrich—.

Otros lípidos que participan en la comunicaciónentre células a través de receptores específicos son elfactor activante de plaquetas (PAF) —cuya estructura


P

P

P

PP

P

PP

P

Ptdlns (4,5) P2

Ca intracelular2+

Ins( 1, 4, 5) P3

fosfolipasa D

fosfolipasa C fosfolipasa A2

P

Pácido fosfatídico

ácido araquidónicoliso-Ptdlns (4,5) P2

1, 2-diacilglicerol ATP ADP

proteínaquinasa C

diacilglicerolquinasa

fosfatidatofosfohidrolasa

1, 2-diacilglicerol

dicilglicerollipasa

NADPH oxidasa eicosanoides

+

Figura 5. Esquema de transformaciones enzimáticas que puede experimentar el PtdIns(4,5)P2, y la variedad de productos que origina.

responde a la alquil-acetil-fosfatidilcolina—, uno delos más potentes mediadores del daño celular en larespuesta inflamatoria; y los productos de peroxi-dación de la PC con actividad de PAF como loseicosanoides —prostaglandinas, tromboxanos y leu-cotrienos— que son sintetizados a partir del ácidoaraquidónico (20:4), tras su producción por la acciónde la fosfolipasa A2.

Finalmente, ciertos tipos de lípidos, y su dis-tribución diferencial en las membranas, sirven a la vezpara definir la situación de las proteínas en la mem-brana, y para regular el transporte vesicular de pro-teínas. A ello hace referencia la figura 7, en la quepueden observarse diferentes mecanismos físicos paramantener la distribución de las proteínas en el seno delas membranas: oligomerización, remachescitosólicos, y su fijación mediante anclajes de largascadenas hidrofóbicas —acilación con 14:0 y 16:0, pre-nilación con cadenas de farnesilo o geranilgeranilo, ola fijación con glicosilfosfatidilinositol (GPI); apartede la influencia que la composición lipídica ejerce

sobre la anchura de la membrana y, con ella, sobre lanaturaleza de la cadenas de proteínas.

RECEPTORES

La actividad biológica de las moléculas señalizadorasdel exterior de las células requieren la presencia dereceptores transductores de señales en las membranascelulares. Desde el punto de vista de su estructura, losreceptores pueden clasificarse en tres tipos generalesde estructuras:

1. Proteínas con un único dominio hidrofóbico.Estas cadenas polipeptídicas pueden poseer o nosecuencias transmembranares. En el segundocaso, la cadena polipeptídica se fija a la mem-brana por medio de porciones glicolipídicas.Dependiendo de la composición en subunidades,los receptores pueden ser monómeros, homodí-meros, heterodímeros, heterotrímeros o heterote-trámeros.


Figura 6. Esquema de las transformaciones enzimáticas de los inositolfosfatos en diversas especies de seres vivos.

Como sistemas de transducción, estas subunidadespueden poseer ciertas actividades enzimáticas talescomo tirosina quinasa (en los receptores de insulina yde factores de crecimiento mitogénicos) o de guanila-to ciclasa (en los péptidos natriuréticos). Por el contra-rio, los receptores de muchas citoquinas, hormona decrecimiento, prolactina y neurotrofinas, no exhibenactividad enzimática alguna tras la unión del ligando.

2. Proteínas con siete dominios hidrofóbicos,estructurados bajo la forma de monómeros,homodímeros y heterodímeros. Cada subunidadposee una secuencia de reconocimiento de unaproteína G sobre su cara intracelular. La proteínaG interactúa directamente con un canal (musca-rínico atrial, α1-adrenérgico neuronal) o víamensajeros difusibles (PAF, eicosanoides, IL-8,neuropéptidos, algunos neurotransmisores).

3. Oligómeros formadores de canales, poseedoresde subunidades homoméricas o heteroméricas.Estos receptores llevan a cabo rápidamente losprocesos de transducción debido a su indepen-dencia de factores difusibles de membrana ointracelulares.

La redundancia funcional exhibida por diferentescitoquinas puede interpretarse por la estructura mole-cular de sus receptores. En efecto, los receptores deelevada afinidad para un grupo de citoquinas con fun-ción similar comparten una subunidad común con unpapel crítico en la transducción. Así, la subunidadgp130 se comparte por los receptores de IL-6, el factorinhibidor de la leucemia (LIF), la oncostatina M y elfactor neurotrófico ciliar (CNTF).

Son obviamente estos receptores de la superficie delas membranas el origen intracelular de la transducciónde las señales que los ligandos extracelulares han ini-ciado. Hecho que se pone de manifiesto en la figura 8que muestra la estructura terciaria del receptor de glu-tamato con 7 dominios transmembranares y su interac-ción con una proteína G en la cara intracelular. El deta-lle transmembranar de un receptor de este tipo y susregiones de interacción con las proteínas G aparecenen la figura 9.

Se trata exclusivamente (figura 9) de un tipo dereceptor, y de una de las diversas posibilidades de con-


remacheanchura de la

bicapa anclaje lipídico oligomerización

GPI anclaje

acilación prenilación

Figura 7. Fijación lateral de las proteínas en el seno de las membranas mediante diferentes tipos de mecanismos.

tinuar la transducción de una señal hasta alcanzar elblanco que supone la expresión génica del núcleo de lacélula. Los receptores con siete dominios transmem-branares (7-TM) ofrecen un magnífico ejemplo deestructuras singulares y su relación con actividadesbiológicas características. Ha sido la estructura de larodopsina fotorreceptora la primera que, medianterayos X, se ha conocido a una resolución de 2.8Α; loque ha facilitado la interpretación de la relaciónestructura-actividad, los datos de mutagénesis, interac-ciones intramoleculares, afinidad hacia ligandos y for-mación de complejos con proteínas G. Además, losreceptores con siete dominios transmembranares cons-tituyen la cuarta familia más larga en el genomahumano con más de 600 genes; dentro de ellos, la sub-división de la rodopsina constituye la mayor de las tresde que se componen las estructuras de los receptores 7-TM. La rodopsina es única entre los receptores 7-TM acausa de que su ligando, 11-cis-retinal, se une covalen-temente al grupo amino de la lisina-296 por formaciónde una base de Schiff. Por absorción de un fotón, laforma 11-cis pasa a 11-trans con lo que el ligando pasa

a ser un agonista. La importancia de los receptores 7-TM queda subrayada por el hecho de que constituyenlos blancos de acción de alrededor del 40% de losmedicamentos utilizados clínicamente por el hombre.

La topología de los anteriores receptores 7-TMguarda una cierta relación con las estructuras de loscanales de Ca2+ dependientes de voltaje. El influjo delos iones Ca2+ a través de estos canales (figura 10)media una serie de respuestas citoplásmicas queincluyen la liberación de neurotransmisores, la acti-vación de enzimas dependientes de Ca2+ y la regu-lación de la excitabilidad neuronal. La cantidad deCa2+ que penetra a través de estos canales vienemodulada por una plétora de mensajeros intracelularesincluyendo las proteína quinasas y la subunidad βγ delas proteínas G. De otro lado, los canales de Ca2+ inter-accionan físicamente con las proteínas de la maqui-naria de liberación de vesículas, que son dependientesde Ca2+, a la vez que regulan la actividad de estoscanales. Datos experimentales recientes sugieren quela neurotransmisión y, por tanto, la entrada de Ca2+ porlos canales dependientes de voltaje, son dependientesde la interacción entre ambos sistemas, la actuación desegundos mensajeros y las proteínas liberadoras devesículas presinápticas.

De otro lado, hay que señalar la abundancia tantode las estructuras particulares de los receptores especí-ficos, como de los procesos de continuación de laseñal, que pueden reducirse a unas cuantas formasgenerales por lo que hace referencia a los mecanismos


Figura 9. Detalle de un receptor con siete dominios trans-membranares y sus porciones extra e intracelulares.

Figura 8. Estructura terciaria del receptor de glutamato y suinteracción con las proteínas G.

de modificación de la expresión génica. En la figura 11se pueden observar tres dispositivos citoplásmicosgenerales para finalizar en la modulación de laexpresión génica: 1) por transferencia completa de unsistema fosforilante al núcleo celular, que, en su seno,lleve a cabo la fosforilación del factor de transcripcióncorrespondiente; 2) por incorporación total al núcleocelular de un factor fosforilado que, en su conjunto,sea capaz de llevar a cabo la activación génica; y 3)por incorporación al núcleo celular de un factor modi-ficante de la expresión.

En algunas ocasiones la plena función de los recep-tores necesita de la presencia de moléculas coestimula-doras. Uno de los ejemplos más característicos sucedecon motivo de la activación de las células T cuando elcomplejo receptor del antígeno detecta la presencia delpéptido presentado por la célula presentadora delantígeno (APC); en esta situación, los receptores coes-timuladores, coexpresados en las células T, interac-cionan con proteínas ligadas a las células APC. Lasproteínas coestimuladoras CD28 y B7 son las másefectivas en la activación de las células T. La actuacióncoordinada de ambos tipos independientes de recep-tores en las células T asegura la ocupación correcta delreceptor como consecuencia de una presencia anti-

génica; y, en este caso, la producción eficiente delfactor de crecimiento autocrino interleuquina 2 (IL-2)conducente a la generación de una población decélulas T efectoras. La ocupación del receptor de los


SS

�2�2Ca

2+Ca

2+

R170 kDa

extracelular�1

170-250 kDa

� �

� intracelular50-78 kDa

Ca2+

Ca2+H N2

�2-subunidad

SS

++++

++++

++++

++++

I

poro

II

poro

��-subunidad

III

poro

IV

poro

�-subunidad

HOOCH N2

H N2

HOOC

�-subunidad

COOH

H N2COOH

Figura 10. Topología transmembranar de los canales Ca2+ dependientes de voltaje y composición de las distintas subunidades.

DNA

núcleo

membrana celular

A B C

B

C

C

P

P

P

P

P P

i

i

1

2

3

Figura 11. Mecanismos generales para llevar a cabo latransferencia citoplásmica de la señal desde el receptor alnúcleo celular.

linfocitos T en ausencia de las señales coestimuladorasno se interpreta por las células como situación intrínsi-camente peligrosa; tal ocupación no conduce al des-arrollo de la autoinmunidad, sino a la pérdida de la res-puesta al antígeno, conocida como anergia clonal. Deaquí el interés de la identificación en las células T demoléculas con actividad coestimuladora.

La adhesión celular es un fenómeno crítico para lagénesis y el mantenimiento tanto de las estructuras tri-dimensionales como del funcionamiento normal de lostejidos. Las entidades moleculares que median laadhesión celular son complejos multiproteínas quecomprenden tres grandes clases de macromoléculas:los receptores de adhesión que incluyen las familiasde integrinas, caderinas, Ig-CAM —inmunoglobulina-molécula de adhesión celular— y selectinas; las molé-culas de la matriz extracelular y las proteínas de laplaca de adhesión.

Las integrinas comprenden una gran familia dereceptores de membrana presentes en muchas especiesanimales, desde las esponjas a los mamíferos. Constande dos subunidades, α y β, y cada combinación αβposee su propia especificidad de unión de ligandos ypropiedades de señalización. La mayoría de las inte-grinas reconocen diversas proteínas de la matriz extra-celular (proteínas ECM); y, a la inversa, una serie deproteínas individuales de la matriz, tales como fibro-nectina, lamininas, colágenos, y vitronectina, se unen avarias integrinas. Las integrinas pueden transmitir unaseñal en ambas direcciones de la membrana celular: laactividad de unión extracelular de las integrinas vieneregulada desde el interior de la célula (señal dentro-fuera); mientras que la unión de ECM origina señalesque son transmitidas hacia el interior (señal fuera-dentro). Y en dependencia parcial de estas señales de lamatriz, las células proliferan o salen del ciclo celular yse diferencian.

Las integrinas son receptores heterodiméricosmediadores de la adhesión célula-célula y célula-matriz extracelular. Las colas citoplásmicas de las inte-grinas son por lo general cortas y desprovistas deacciones enzimáticas; por lo tanto, las integrinas trans-ducen las señales por asociación con proteínas adapta-doras que establecen conexiones con el citoesqueleto ylas quinasas citoplásmicas. De todo ello resulta que lasproteínas ECM, las integrinas y las proteínas del cito-

esqueleto componen una red de agregados a amboslados de la membrana. Las integrinas no solamenteunen ligandos adhesivos sino que actúan como recep-tores de señales; ambas funciones son las que permitena la integrina αIIbβ3 mediar la agregación plaquetaria.La subunidad β3 contiene dos residuos citoplásmicosde tirosina que se fosforilan durante la agregación pla-quetaria. Estas tirosinas forman parte de un motivocomún a varias subunidades de β-integrina —conocido como motivo ICY de tirosina citoplásmica—y consta de dos tirosinas separadas por 11-19 residuos.Los dominios citoplásmicos de las integrinas seasocian con múltiples complejos de proteínas intrace-lulares para dar lugar a redes de proteínas. Estas redesque forman las proteínas citoesqueléticas y señaliza-doras sirven de estabilizantes de la adhesión celular,inducen las alteraciones en el movimiento y formacelulares y transducen las señales que regulan la proli-feración y la diferenciación de las células. El estudiodetallado de la composición de estas redes resultanecesario para la comprensión de los fenómenos indu-cidos por integrinas. Uno de estos complejos implicala participación de las quinasas de adhesión focal(FAK). En esta proteína se localizan los sitios deadhesión focal, exhibe actividad enzimática de pro-teína(tirosina) quinasa y funciona como proteína mul-tiligante, capaz de ligar diversas proteínas citoesquelé-ticas y señalizantes —integrinas, talina, paxilina, Srcquinasas, fosfatidilinositol 3’-quinasa y Grb2—.

LA TRANSFERENCIA CITOPLÁSMICA

Una vez que la señal del ligando ha sido captadapor el receptor específico correspondiente, y teniendoen cuenta la existencia de los sistemas generales antesapuntados para el envío de la señal al núcleo celular,existen algunos mecanismos singulares de tipo más omenos general, que pueden reducirse a: la actividadcatalítica de los receptores, proteínas G, sistema denucleotidos cíclicos y quinasas, sistema de fosfoli-pasas e inositolfosfatos, y la participación de proteínassingulares, por lo general propias de procesos especí-ficos. A todo lo que hay que añadir el conjunto de lossegundos mensajeros como elementos integradores delgran proceso de la transferencia citoplásmica de laseñal.

En efecto, tras la estimulación de los receptores, seorigina en muchos casos la activación de proteínas


efectoras —canales de iones o enzimas— que movi-lizan segundos mensajeros químicos que inicianacciones características en el seno de las células(figuras 5 y 6). Así, la activación de la fosfolipasa C-β—a través del acoplamiento del receptor con proteínasG— y de la fosfolipasa C-γ —mediada por tirosinaquinasa— producen segundos mensajeros intracelu-lares, a saber inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) y diacilgli-ceroles (DAGs). El IP3 moviliza los depósitos intrace-lulares de Ca2+, mientras que los DAGs son activa-dores fisiológicos de la proteína quinasa C. En muchascélulas, IP3 media los efectos de los receptores ligadosa la hidrólisis de los fosfoinosítidos en la movilizacióndel Ca2+ intracelular. Algunas características estructu-rales de los receptores de IP3 —cierta homología en laestructura primaria y algunos componentes de laestructura terciaria— son compartidas con los canaleshomotetraméricos responsables de la movilización deCa2+ en el retículo endoplásmico. El creciente númerode inositol fosfatos ha promovido el estudio de su asig-nación a variadas funciones celulares. Así, la funciónde IP4 se ha relacionado con la regulación celular delos flujos de Ca2+; IP5 regula la afinidad por el oxígenode la hemoglobina aviar; mientras que ambos, IP5 eIP6, se han descrito como neurotransmisores. Otrosinositol fosfatos muy singulares participan de activi-dades especiales: los pirofosfatos, IP5P e IP6P, se handescrito en Dictyostelium discoideum y algunasestirpes celulares, participando en transformacionesmetabólicas singulares.

De otro lado, la adenilato ciclasa y la guanilatociclasa pertenecen a las enzimas efectoras activadas através del acoplamiento de los receptores con ligandosextracelulares; estas actividades enzimáticas dan lugara la formación de mensajeros intracelulares, AMPcíclico (cAMP) y GMP cíclico (cGMP), que regulanfunciones bioquímicas características en los tejidosblanco. Esta regulación por nucleotidos cíclicos cons-tituye uno de los principios básicos de la acción hor-monal, establecida hace varias décadas.

Así, la actividad de la fosfolipasa C sobre los fosfo-lípidos, fosfatidilinositol y fosfatidilcolina, contribuyea la formación de DAGs, mientras que la hidrólisis porfosfolipasa A produce ácidos grasos libres insaturadosy lisofosfolípidos. La fosfolipasa D origina ácido fos-fatídico que rinde posteriormente DAGs por la acciónde la fosfatídico fosfohidrolasa. Todos estos metabo-

litos lipídicos se producen en respuesta a reaccionesparticulares de degradación de los fosfolípidos demembrana, inducidas por algún tipo de señal, y jueganun papel fundamental en la activación de la proteínaquinasa C con sus múltiples acciones en el interior dela célula. La concurrencia de las fosfolipasas D y A2sobre los fosfolípidos origina monoacilglicerol 3-fosfato (ácido lisofosfatídico) que puede actuar comomensajero intracelular, posiblemente a través de unreceptor acoplado a una proteína G, en el gobierno dela motilidad y el crecimiento celular. Además, elsegundo mensajero cAMP ejerce casi todos sus efectosa través de una proteína quinasa dependiente decAMP (PKA); mientras que el cGMP activa una pro-teína quinasa (PKG) localizada predominantementeen la musculatura lisa y el cerebelo.

Además de las interacciones descritas del Ca2+ conotros mensajeros, los iones Ca2+ se unen a la calmo-dulina con lo que se producen cambios conformacio-nales en la estructura proteica que conducen a la acti-vación de muchas enzimas, entre otras un ciertonúmero de proteína quinasas. Las proteína quinasasdependientes de calmodulina (CaM) pueden ejerceracciones específicas, por ejemplo sobre la cadenaligera de miosina, la fosforilasa quinasa y el factor deelongación 2, que, respectivamente, regulan la con-tracción muscular, la glucogenolisis y la síntesis deproteínas. Asimismo, las interacciones entre lossegundos mensajeros, cAMP y Ca2+, regulan la gluco-genolisis del músculo esquelético en mamíferos y lacontractilidad del músculo cardiaco.

Las proteínas G heterotriméricas pertenecen auna familia de proteínas homólogas ligantes de nucle-otidos de guanina, y suponen el engarce citoplásmicode buen número de receptores estimulados por hor-monas, neurotransmisores, quimioatrayentes, odo-rantes, y otros ligandos. Estas proteínas triméricas(αβγ) se unen a nucleotidos de guanina por medio dela subunidad α poseedora de un sitio de alta afinidadpara ambos GDP y GTP, lo hidrolizan, y participan enla regulación de procesos celulares como trans-cripción, tráfico de proteínas, proliferación y diferen-ciación celular. Efectivamente, los receptores, una vezexcitados, catalizan la sustitución de GDP por GTP enla subunidad α, y, simultáneamente, la disociación delheterotrímero (αβγ) da lugar a Gα-GTP y Gβγ libresque regulan la actividad de otras proteínas efectoras,


las que, a su vez, forman parte de otros sistemas detransducción de la señal con funciones efectoras espe-cíficas; por ejemplo, la actuación sucesiva de pro-teína(tirosina)quinasas y diversas isoformas de fosfo-lipasa C, PLC-γ y PLC-β, conducen a la formación delos mediadores diacilgliceroles e inositolfosfatos, en laactuación de los antígenos sobre los linfocitos T y B.

Como ha quedado señalado, la subunidad α delheterotrímero —α(39-46 kDa), β(37 kDa) y γ(8kDa)— posee una unión de elevada afinidad para GDPo GTP; y la forma α unida al GDP (Gα-GDP) se unefuertemente a la βγ rindiendo la forma inactiva(αGDPβγ) que es la estimulada por el receptor activadopara realizar el intercambio de GDP por GTP. Y es enla forma activa de αGTP bajo la que se disocia de βγ —complejo fuertemente asociado que funciona comouna unidad—, y ambos —αGTP y βγ— interaccionanespecíficamente con las moléculas efectoras hasta des-embocar en la adecuada respuesta celular.Precisamente, son las diferentes clases de subunidadesα —más de 20 formas diferentes— las que describentradicionalmente las proteínas G heterotriméricas: Gs

(la más distribuida, neuroepitelio olfatorio), Gi(cerebro, conos y bastones de la retina, plaquetas,papilas gustativas), Gq (linfocitos B y T, células mie-loides, hígado, riñón, pulmón y G12 (de distribucióngeneral). Cada una de estas familias interacciona conefectores particulares; entre ellos, adenilato quinasa,fosfolipasas C (β1, β2, β3), fosfolipasa A2 y canales deiones. Frecuentemente, las subunidades α dan cuentade la actividad primaria de las proteínas G. Así, Gsαestimula la adenilato quinasa y la Giα activa en laretina una fosfodiesterasa dependiente de cGMP. Elcomplejo βγ, asociado enérgicamente bajo condicionesfisiológicas, puede actuar directamente con las molé-culas efectoras. Sin embargo, mientras que todas lassecuencias polipeptídicas descritas de la subunidad βson similares, se conocen diversas secuencias delcDNA de la subunidad γ; y a causa de la aparente hete-rogeneidad de las subunidades γ, las diferencias fun-cionales de los complejos βγ se atribuyen a la especifi-cidad de estas subunidades γ. Así, entre las subuni-dades γ, el subtipo γ3 se requiere para el acoplamientodel receptor de somatostatina a los canales de Ca2+

dependientes de voltaje; y el subtipo γ4 se requiere


p21Ras

Raf-1

MEK

MAPKY-P

S/T-P

S/T-P

Sos

Grb2Sch

NR-

PTK

Y-PR

PLC�

Ptdlns (4,5) P2DAG Ins (1,4,5) P3

núcleo

pp90MAP2, MAP4talina, PLARafMAPKAP quinasa 2

rsk

2

MEK quinasa

Sos

Grb2

Y-P

R-PTK

PLC�

Ptdlns (4,5) P2

PLC�

R

��

�

Ins (1,4,5) P3DAG

Ca2+ PKC

S/T-P

(Ca ) proteínaquinasa

2+ MARCKSPLAGAPPLC

2

�

respuestas celulares

Figura 12. Ejemplos de las maneras de conexión de diferentes receptores de membrana con las respuestas celulares.

para el acoplamiento a estos canales del receptor mus-carínico. Asimismo, la subunidad βγ puede regular lafunción del receptor incrementando su capacidad deinteractuar con la subunidad α, u originando la desen-sibilización del receptor por una quinasa específica.Las figuras 12 y 13 dan una idea general de la variedadde procesos para conectar los receptores de membranacon la regulación de la expresión génica en el núcleode las células.

Sin embargo, recientemente se ha descrito unmecanismo de cambio conformacional del heterotrí-mero para justificar su actividad en la transducción deseñales, en lugar de la disociación antes señalada.

La regulación de las proteínas G ha sido estudiadaen los dos estados monoméricos interconvertibles de lafamilia relacionada con ras: unido a GTP (activo) y

unido a GDP (inactivo). El ciclo GTP/GDP de las pro-teínas tipo ras viene regulada: 1) por factores que pro-mueven el intercambio, tales como los estimuladoresde la disociación de GDP, volviendo la proteína G a suestado activado; y 2) por las proteínas RGS —regu-lators of G protein signalling— estimuladoras de laGTP-asa. Las proteínas RGS son una familia dediversas proteínas multifuncionales que comparten undominio muy conservado de 120 aminoácidos(dominio RGS). Los dominios RGS ligan directamentelas subunidades Gα activadas —GαGTP— y actúancomo activadoras de GTP-asa, con lo que atenúan omodulan la transmisión de la señal iniciada, porejemplo, en el receptor hormonal o del neurotrans-misor, a través de GαGTP o βγ. Aparte de este dominioestructural RGS, compartido por todas las proteínasRGS conocidas, estas proteínas difieren ampliamenteen su tamaño y en la gran variedad de otros dominios y


Figura 13. Detalles de las diferentes maneras de engarce de los receptores de membrana con las transcripciones de los genes.

motivos estructurales. Las proteínas RGS contribuyena los complejos de señalización mediante su unión alos receptores, a las proteínas efectoras del tipo de laPLCβ, o a otras proteínas multiligandos. En la figura14 aparece un modelo de la participación de las pro-teínas RGS, y su retrorregulación por calmodulina(CaM)/Ca2+; la hidrólisis de PIP2 origina DAG e IP3que se une a su receptor IP3R para estimular la libe-ración de Ca2+ de sus depósitos intracelulares y con-tribuir a la activación de RGS.

Algunas de las proteínas RGS están implicadas enlos fundamentos moleculares de diversas enferme-dades humanas. Sirvan como ejemplo las siguientes:poliposis adenomatosa familiar y cánceres colorrec-tales (axina, conductina); enfermedad renal policística(RGS7); cáncer debido a la inactivación del supresorde tumores p53 (RGS16); y alteraciones del sistemanervioso central (RGS2).

Asimismo la capacidad de la subunidad βγ parainteractuar con la subunidad α en la proteína G deretina está modulada por la fosfoproteína fosducina.La fosducina inhibe in vitro la fosfodiesterasa decGMP, por unión a la subunidad βγ e impedir la for-mación del heterotrímero. Las arrestinas se encuentranimplicadas en la regulación de muchas cascadas detransducción de señales acopladas a proteínas G; ymutaciones en dos genes de arrestina —arrestina 1 yarrestina 2— específicos de fotorreceptores deDrosophila han demostrado la participación de lafamilia de proteínas de la arrestina en la regulación dereceptores acoplados a proteínas G.

La interleuquina 8, uno de los más potentes qui-mioatrayentes de neutrófilos, media la migraciónendotelial de neutrófilos inducida por citoquinas,induce la angiogénesis y desencadena una variedad deotros efectos asociados a la respuesta inflamatoria. Losreceptores de IL-8 —designados como α y β— seacoplan a proteínas G y activan la fosfolipasa C enneutrófilos. Hechos que sugieren que la IL-8 actúa através de los procesos de transducción de señales limi-tados a proteínas G específicas y efectores, a la vez quesuministran blancos adecuados para el desarrollo denuevos agentes antiinflamatorios.

Dadas las numerosas funciones fisiológicas de losreceptores acoplados a proteínas G en los procesos de

neurotransmisión, señalización endocrina, visión yquimiotaxis, cabe esperar que las anomalías de susreceptores originen una variedad de disfunciones pato-lógicas humanas. Y las mutaciones que distorsionan laestructura y función de los receptores hormonales seencuentran asociadas a los estados de hipo e hiper-función de los receptores afectados. También, muta-ciones en los lazos intracelulares (figura 9) de losreceptores acoplados con proteínas G han mostradouna activación constitutiva de la fosfolipasa Cmediada por proteínas G. De igual manera, los defectosmoleculares responsables de una forma rara de hiperti-roidismo y de la pubertad precoz familiar se han iden-tificado con mutaciones en los receptores acopladoscon proteínas G. Conocimiento de tales defectos, queconstituyen el fundamento del desarrollo de lasterapias correspondientes.

Finalmente, el neuropéptido humano galanina, con30 residuos de aminoácidos, se sintetiza como pro-hormona de función desconocida. La galanina regulalos canales de K+, adenilato ciclasa y fosfolipasa Cactuando sobre los receptores acoplados a proteínas G.El fragmento N-terminal 1-16 actúa sinérgicamentecon la morfina en el sistema somatosensorial y poseepropiedades analgésicas; por lo tanto, sus antagonistaspueden ser potenciales agentes terapéuticos en neuro-logía y endocrinología.

Las proteína quinasas y las proteína fosfatasas,reguladas por los segundos mensajeros, participan entoda una variedad de respuestas a muchos estímulos


receptorligando

DAG PIP2

PLC�

G��

RGS

++ +++

RGS

activa

2+Ca /CaM inactiva

2+Ca

CaM

2+Ca

IP3

PIP3

IP R3

depósito ER de Ca 2+

Figura 14. Modelo de regulación de la señal de proteínas Gpor la acción reguladora de proteínas RGS.

fisiológicos. En efecto, la fosforilación o la defosfori-lación enzimáticas de los residuos serina o treonina, yeventualmente tirosina, desencadenan cambios confor-macionales en las proteínas sustratos conducentes a lasrespuestas fisiológicas evocadas por los receptoresactivados por los correspondientes ligandos. Así pues,la fosforilación y la defosforilación de proteínas cons-tituyen mecanismos fundamentales de la integraciónde las señales en las células eucarióticas; y la diver-sidad de efectos producidos dependen de la variedadde agonistas, las acciones pleiotrópicas de proteínaquinasas y fosfatasas y la presencia celular de pro-teínas particulares que sirven de sustratos.

La actividad de la proteína quinasa C, mantenidapor los DAGs, es esencial para el mantenimiento de lasrespuestas celulares. Toda una colección de especies ysubespecies de PKC han sido detectadas: cPKC (α, βI,βII, γ), nPKC (δ, ε, η, θ) y aPKC (ζ, λ), poseen dife-rentes propiedades fisicoquímicas y reguladoras, ymuestran una localización específica intracelular.Todos los miembros de la familia PKC son depen-dientes de fosfatidilserina y exhiben diferentes reque-rimientos de metabolitos de fosfolípidos y de Ca2+.Todas las subespecies de cPKC poseen semejantetamaño molecular y se activan por los mismos efec-tores: Ca2+, DAGs, ácidos grasos libres y lisoPC; sinembargo, responden de manera desigual a las combi-naciones de Ca2+ y metabolitos de fosfolípidos enrelación con la extensión y duración de la respuesta,sugiriendo así sus funciones singulares en la trans-misión celular de las señales. A la vez, muestran unadiferente expresión tisular; mientras la distribución dePKCα es universal, la de PKCγ aparece restringida alcerebro.

La proteína quinasa C participa en la regulación deimportantes mecanismos fisiológicos. Así, la poten-ciación a largo plazo (LTP) se considera un mecanismocelular que contribuye a la formación de la memoria enmamíferos; de forma que los inhibidores de proteínaquinasas bloquean la inducción y el mantenimiento dela LTP. En lo que se refiere a la identificación de laproteína quinasa particular implicada en este meca-nismo, se ha identificado un sustrato peptídico espe-cífico, que se corresponde con el sitio de fosforilaciónde una proteína neural —neurogranina (28-43)—, sus-trato selectivo endógeno para PKC. De igual manera,existen datos bioquímicos que muestran, en la fases de

inducción y mantenimiento de LTP, la activación ytranslocación de PKC; lo que significa la participaciónde las proteína quinasas en la elaboración molecularde los procesos cognitivos. Asimismo, la activación deproteína quinasa C reduce el péptido βA4, derivado dela proteína amiloide precursora en la enfermedad deAlzheimer, en una proporción de 50-80%; lo queofrece la posibilidad, a través de la regulación de PKC,de influir sobre la producción del péptido βA4.

La proteína quinasa C participa en otros muchosprocesos fisiopatológicos. Así, la PKC regula la unión,dependiente de GTP, a las membranas del Golgi de lasdos proteínas, el factor de ADP-ribosilación y la β-COP, en las células leucémicas basofílicas de rata; loque permite sugerir que el tráfico secretor puede sermodulado por los receptores de membrana y segundosmensajeros. Una PKC específica del ojo se ha identifi-cado en Drosophila, cuya activación por Ca2+ citosóli-co y DAGs se requiere en los mecanismos de adapta-ción. Asimismo, entre las diversas interpretacionesmoleculares de los mecanismos de anestesia se haseñalado la inhibición de la subunidad reguladora dePKC.

Entre estas funciones cabe también señalar que loscanales de Na+ dependientes de voltaje, responsablesdel origen de los potenciales de acción en las neuronasde cerebro de mamíferos, están regulados por la fosfo-rilación de ambas, proteína quinasa C y proteína qui-nasa dependiente de cAMP. Esta modulación conver-gente de los canales de Na+ requiere la fosforilación dela serina-1056 por PKC y la fosforilación adicional dealgunos otros sitios por PKA.

La proteína quinasa A (proteína quinasa depen-diente de cAMP), así como la proteína quinasa depen-diente de Ca2+-calmodulina (CaM quinasa), participanen numerosos procesos fisiopatológicos. Los canalesde iones dependientes de glutamato participan en lamayoría de las transmisiones sinápticas excitatoriasdel sistema nervioso central y juegan un papel funda-mental en la plasticidad sináptica, el desarrollo neu-ronal y algunas condiciones neuropatológicas. Estafunción dependiente de glutamato puede modularsedirectamente por fosforilación; lo que sugiere la aso-ciación del aprendizaje y la memoria con una regu-lación dinámica de los receptores excitatorios en elcerebro de mamíferos. La fosforilación del receptor de


glutamato por una proteína quinasa dependiente decAMP ha sido sugerida como forma reguladora deciertos mecanismos de plasticidad sináptica, talescomo la potenciación y la depresión a largo plazo.

Otros muchos importantes sustratos de quinasas sehan descrito; entre ellos, la miotonina-proteínaquinasa y la quinasa del receptor β-adrenérgico. Lasbases genéticas de la distrofia muscular miotónicaincluye la expansión mutacional de una secuencianucleotídica repetitiva (CTG)n localizada en la porción3’ de mRNA no traducida de un gen conocido comomiotonina-proteína quinasa. El producto del genexhibe una extensa homología con los dominios catalí-ticos de proteína quinasa. Otras dos enfermedades

causadas por la expansión del triplete son el síndromede Kennedy y el síndrome del cromosoma X frágil.

A pesar de la identificación de centenares de pro-teína quinasas diferentes, no ha sido fácil establecercon rigor las conexiones entre ellas. Muchos mitó-genos extracelulares, tales como el factor de creci-miento derivado de plaquetas, el factor de crecimientoepidérmico y el factor de crecimiento nervioso inducenla autofosforilación de sus receptores respectivos,sobre los residuos de tirosina, por activación dedominios catalíticos intrínsecos de quinasa. En lafigura 15 se resumen algunas de las cascadas de fosfo-rilaciones sucesivas catalizadas por quinasas, que par-ticipan en los sistemas de transducción de señales pro-vocadas por diversos estímulos extracelulares.Efectivamente, las proteína quinasas activadas pormitógenos (MAP) regulan toda una gran variedad deprocesos celulares en respuesta a señales extracelu-lares. Las MAP quinasas se activan a través de unacascada en la que una MAP quinasa quinasa quinasaactiva una MAP quinasa quinasa, que a su vez activauna MAP quinasa por fosforilación. Estos módulos deMAP quinasas se asocian frecuentemente a proteínasmultiligando con funciones específicas muy diversas.

Dos proteína quinasas activadas por mitógenos(MAPKs) se expresan universalmente en los verte-brados: p44mapk y p42mapk. Una característica singularde esta familia de proteína quinasas es la exigencia deuna fosforilación dual sobre residuos de tirosina y tre-onina para exhibir su máxima actividad. La activaciónde estas MAPKs juega un papel esencial en la trans-misión de señales necesarias para el crecimiento y ladiferenciación; particularmente, es esencial a laentrada en el ciclo celular de los fibroblastos en faseGo.

Toda una colección de proteína quinasas participanen cascadas específicas de las porciones citoplásmicasde la transducción de señales. La fosforilación de lasubunidad ribosómica S6 constituye uno de los meca-nismos de regulación conocidos desde más antiguo enel control de la proliferación celular. En los últimosaños se han caracterizado dos proteína quinasas catali-zadoras de la fosforilación de la subunidad S6: una deellas, la p90 S6 quinasa ribosómica (p90 Rsk),activada por el sistema de MAP quinasa; la otra,referida como p70/p85 S6 quinasa, participa más acti-


Figura 15. Sistemas de actuación en cascada de proteínaquinasas en la transducción de señales, iniciadas por diversosestímulos extracelulares.

vamente en los mecanismos de activación e inacti-vación. La p70 S6 quinasa (p70S6K) es activada en eltranscurso de la transmisión de acción de la insulina yde algunos factores de crecimiento a través de unasecuencia de múltiples fosforilaciones. Las isoformasde ambas quinasas, p70β y p70α, comparten los sitiosde fosforilación y contienen los dominios catalíticosdel tipo de la subclase AGC; un segmento de alrededorde 65 aminoácidos inmediato a la terminación car-boxilo terminal, muy conservado en la mayoría de lasAGC quinasas, entre otras PKBs, PKCs y SGKs. Lasecuencia de p70 flanqueada por los segmentos N-ter-minal (64-88 aminoácidos) y C-terminal (104 aminoá-cidos) son únicos a todas las quinasas; y cada uno deambos segmentos posee importantes dominios regula-dores.

Las fosfoinosítido 3-quinasas (PI 3-Ks) catalizan lafosforilación del 3-OH en el fosfatidilinositol(4,5)-bifosfato con la producción de 3’-fosfoinosítidos(PtdIns(3,4,5)P3). Las PI 3-Ks son activadas por unadiversa serie de receptores que participan en la deter-minación del papel de las células T.

La quinasa de adhesión focal (FAK), señalada conanterioridad a propósito de las integrinas señaliza-doras, regula los procesos conducentes a la migracióncelular, el crecimiento y la supervivencia, a través de laactivación de quinasas reguladas por señales extrace-lulares (ERKs) —de la familia de las MAP quinasas—, fosfatidilinositol 3’-quinasa y múltiples GTPasas. Laactivación de FAK y la organización de sus complejosse inhibe por citocalasina D, que impide la polimeri-zación de la actina bajo la acción de la integrina. Sinembargo, estudios con la integrina αIIbβ3 de plaquetasy en un sistema modelo de células de ovario dehamster chino (CHO) han demostrado la existencia deprocesos diferentes del regulado por integrina, a basede una proteína (tirosina) quinasa específica decélulas hematopoyéticas (Syk). La activación de Syken respuesta a la unión de fibrinógeno a αIIbβ3 no seinhibe por citocalasina D y puede inducirse por ladimerización experimental de αIIbβ3, aun en ausenciade fibrinógeno. A diferencia de la activación de FAK,la activación de Syk requiere la actividad de una o másquinasas de la familia Src y la presencia de ambosextremos citoplásmicos, αIIb y β3. Un ingredienteimportante de la red en las células hematopoyéticas —en las que se expresan αIIbβ3 y Syk— es el efector

conocido como Vav1, específico de dichas células yfactor de intercambio de nucleotidos de guanina, de lafamilia Rho. En la figura 16 se representa un esquemade las redes constituidas por integrinas señalizantes demembrana y una colección de proteínas citoplásmicas.

Un nuevo tipo de proteína quinasas utiliza DNAcomo señal para actuar catalíticamente. La fosfori-lación activada por DNA se observó primeramente enlisados de reticulocitos de conejo, y, con posterioridad,en extractos de cultivos de células humanas, y enoocitos, huevos y embriones de invertebrados marinos.La proteína quinasa activada por DNA es una proteína(serina/treonina) quinasa que se activa in vitro porfragmentos de DNA. Sus blancos celulares son pro-teínas nucleares reguladoras ligantes de DNA, talescomo los factores de transcripción cJun, cFos, cMyc ySp1; el antígeno tumoral SV40, el factor A de repli-cación, la proteína p53 supresora de tumores, las topoi-somerasas I y II y el poliomavirus VP1; así comodiversas proteínas no ligantes de DNA —la proteína 90de choque térmico y la proteína tau asociada a losmicrotúbulos.


2-PO 4

integrina

Src

Syk p85 Pl3Kp110

Cbl

Vav1vinculina

zixinatalina

?

Grb2

Rac Akt

lamelipodiosJNK

ERK

CH

Dbl

PH

SH3

SH2

PTK

3’PPI

Figura 16. Modelo de interacciones entre integrinas demembrana y algunos de los componentes de la red deproteínas citoplásmicas.

Otra familia de proteínas, conocida como la familia14-3-3, extraordinariamente conservada, ha sido iden-tificada como una serie de proteínas ácidas delcerebro, se encuentra muy distribuida en tejidos demamíferos y en un amplio campo de organismos euca-rióticos, que incluye plantas, insectos, anfibios y leva-duras. Inicialmente, la primera función atribuida a lasproteínas 14-3-3 fue la activación de tirosina y trip-tófano hidroxilasas, las enzimas limitantes de velo-cidad implicadas en la biosíntesis de los neurotransmi-sores catecolamina y serotonina, respectivamente.PKC, proteína quinasa dependiente de cAMP y lasproteínas 14-3-3 fosforilan un sitio idéntico de latirosina hidroxilasa; la proteína quinasa II depen-diente de Ca2+-calmodulina fosforila un único sitioadicional. Las proteínas ácidas de 29-33 kDa decerebro ovino son inhibidores potentes de PKC(KCIP-1); y miembros de esta familia de proteínaspueden regular la subclase de isoformas de PKC (α, βy γ) que son dependientes de Ca2+ y traslocan la mem-brana plasmática como parte de sus mecanismos deactivación.

Ya ha sido mencionado, por otro lado, que muchosreceptores de ligandos extracelulares poseen actividadde tirosina quinasa que catalizan la autofosforilación yla fosforilación de un cierto número de proteínas cito-plásmicas. Aunque la primera tirosina quinasa fue des-cubierta como componente del virus del sarcoma deRous, las formas celulares normales de estas enzimasse presentan como receptores transmembrana o comoproteínas citoplásmicas no receptoras asociadas a lasuperficie interna de las membranas plasmáticas. Latransmisión subsiguiente a la señal inducida por elligando depende del reconocimiento de los residuos detirosina fosforilados por dominios de unos 100 amino-ácidos, los conocidos como SH2 (src homology-2).Estos dominios complementan la acción de la acti-vidad catalítica de la quinasa comunicando los estadosde fosforilación de las proteínas transductoras deseñales a otros elementos del proceso de señalización.Las estructuras tridimensionales de los complejos delos dominios SH2 de los productos de los oncogenes v-src, con dos péptidos que poseen fosfotirosina, se handeterminado mediante cristalografía de rayos X. Unaestructura β antiparalela central está flanqueada pordos α-hélices, con un sitio de unión del péptido del queforman parte simultáneamente la hoja β y una de las α-hélices.

Las tirosina quinasas son importantes también enlos procesos de transmisión de señales que regulan laexpresión ordenada de los marcadores de la superficiecelular frente a las señales de activación específica delas células B. La tirosina quinasa citoplásmica escrucial para el desarrollo de las células B y la pérdidade su actividad aparece relacionada con estados deinmunodeficiencia humana, principalmente la a-γ-glo-bulinemia ligada al cromosoma X caracterizada por unfallo en la producción de células B. En la inmunodefi-ciencia murina XID, las células B, aunque presentes,responden anormalmente; la interferencia con elnormal funcionamiento de la señalización de lascélulas B viene determinada por una mutación en laregión amino terminal de la tirosina quinasa.

Las quinasas Janus (JAKs) interaccionan condiversos receptores de citoquinas y fosforilan a otraserie de transductores y activadores de la transcripción(STATs). El sistema JAK-STAT es un componenteintegral de la transducción de señales iniciada pormuchas citoquinas. El prototipo de esta familia sedenota como CIS o CIS1 (cytokine-inducible Srchomology 2 —proteína que contiene el dominio(SH2)—). CIS se puso de manifiesto inicialmente aso-ciado con el receptor de eritropoyetina y la cadena βdel receptor de IL-3; y con posterioridad asociado conla cadena β común, βc, de los receptores de IL-3, IL-5y factor estimulante de colonias de granulocitos-macrófagos (GM-CSF), y la cadena β del receptor deIL-2. La expresión del gen CIS1 viene regulado por lasproteínas STAT5 que, a su vez, resultan activadas porIL-2, IL-3 y eritropoyetina. Recientemente, se haclonado una proteína inducible por citoquinas queinhibe las acciones de la IL-6 y el factor inhibidor de laleucemia. Esta nueva proteína se ha denotado comoSOCS-1 (supressor of citokine signaling-1), JAB(JAK-binding protein) o SSI-1 (STAT-induced STAT-inhibitor-1); y relacionadas con ellas las proteínasSOCS-2 y SOCS-3 que, al igual que CIS1, contienendominios SH2.

BIOLOGÍA MOLECULAR DE LAAPOPTOSIS

La apoptosis, o muerte celular programada, es unaparte esencial de la vida de todos los organismos mul-ticelulares, que ha sido muy conservada evolutiva-


mente con arreglo a un mecanismo muy especializado.Con este nombre se designa la eliminación de lascélulas perjudiciales o superfluas de una forma alta-mente regulada. De esta manera, las células muerenpor apoptosis durante la morfogénesis o la sinaptogé-nesis en el desarrollo embrionario; y en el animaladulto, durante el metabolismo tisular o al final de unarespuesta inmunitaria. Todos los organismos multice-lulares tienen mecanismos codificados en su propiogenoma para programar la muerte fisiológica de suspropias células no deseadas, en virtud de situacionestales como: desarrollo y homeostasis, defensa y enve-jecimiento. Así, durante el desarrollo, la apoptosis seutiliza para modelar o eliminar por completo ciertostejidos, así como para seleccionar los linfocitos B y Tinmunológicamente competentes. Y, en ulterioresetapas de desarrollo y durante la edad adulta la apop-tosis es un mecanismo clave para asegurar la homeos-tasis celular a través de la eliminación activa de laspoblaciones celulares potencialmente perjudiciales; laparticipación de este fenómeno es, pues, fundamentalen la eliminación de células no deseadas tales como lasinfectadas por virus o las que poseen mutaciones genó-micas potencialmente nocivas. No sorprende, portanto, que cualquiera de las posibles disfunciones deeste proceso tan fundamental sea motivo de estadospatológicos muy variados, que van desde las enferme-dades autoinmunes y de inmunodeficiencia al conjuntode alteraciones neurodegenerativas y al cáncer; así, laapoptosis no programada de ciertas neuronas cere-brales contribuye a alteraciones como las enferme-dades de Parkinson, Alzheimer y ALS, mientras que elfallo de las células en división a iniciar la apoptosistras un daño severo del DNA contribuye a la enfer-medad cancerosa. Además de las mencionadas, otrasenfermedades —SIDA, trombosis, enfermedad deHuntington, traumatismos cerebrales y lesiones medu-lares— aparecen ligadas e un exceso de apoptosis;mientras que se vinculan a apoptosis inadecuadas loscánceres, el lupus eritematoso sistémico, la esclerosismúltiple, la diabetes mellitus y la artritis reumatoide.

Todo lo cual sugiere, además, que el proceso apop-tótico constituye un blanco complejo para el diseño denuevos medicamentos; y de aquí que las compañíasfarmacéuticas y biotecnológicas estén explotando acti-vamente el rápido crecimiento de la maquinaria mole-cular sobre la que se fundamenta la muerte celular pro-gramada.

En los metazoos, esta muerte celular fisiológica oapoptosis se desencadena mediante estímulos intra oextracelulares que, una vez iniciado, tiene lugar através de una serie de etapas transductoras de la señal,que culminan en la activación de la activación de untipo singular de enzimas pertenecientes a la familia deproteasas conocida como caspasas —cisteina pro-teasas que hidrolizan ciertas proteínas en posicionesadyacentes a residuos específicos de ácido aspártico—. Actividad proteolítica que actúa sobre diversos sus-tratos, tales como las enzimas reparadoras del DNA yla proteína Mdm2 —Murine double minute 2— queregula la estabilidad de la proteína p53, con lo queocurre una etapa final de desintegración celular queincluye la escisión de la cromatina, la rotura de orgá-nulos celulares y la fragmentación del material celularen vesículas rápidamente engullidas por las célulasvecinas. Proceso que, obviamente, tiene que llevarse acabo bajo estrictas medidas de control y que, deacuerdo con estas ideas, puede considerarse divididoen cuatro fases características (figura 17): el estímuloque provoca la respuesta apoptótica; la detección ytransduccion de la señal; la fase efectora que incluyela activación de proteasas y los reguladores positivos ynegativos; la fase postmortem en la que la cromatinacelular se condensa y tiene lugar la degradación delDNA. De acuerdo con las observaciones recientes, lascaspasas y las moléculas reguladoras de la apoptosisejercen importantes funciones además de las exclu-sivas de la muerte celular, tales como el control de laproliferación de las células T y la progresión del ciclocelular.

El nemátodo Caenorhabditis elegans constituye unexcelente sistema modelo en el que pueden observarsedurante su desarrollo los anteriores estadios de muertefisiológica. Los mutantes en los que se observa unamuerte celular anormal constituyen un estudio valiosode los genes ced —cell death abnormal—. Asimismo,la proteína p35 de los baculovirus impide la apoptosiscon gran eficacia debido a su amplio espectro de inhi-bición de caspasas. Tres productos génicos delC.elegans son esenciales para la apoptosis: CED-3 yCED-4 son promotores de la apoptosis, mientras que elCED-9 es un inhibidor. CED-3 es una caspasa, exis-tente como zimógeno que se autoactiva hidrolítica-mente. CED-4 se une a CED-3 y promueve la acti-vación de CED-3, mientras que CED-9 se une a CED-4 e impide la activación de CED-3. Normalmente,


CED-9 forma un complejo con CED-4 y CED-3, quemantiene inactivo a CED-3. El estímulo apoptóticoocasiona la disociación de CED-9 con lo que se pro-mociona la activación de CED-3 y, por consiguiente,dispone a la célula a morir por apoptosis.

En C.elegans, la capacidad del gen ced-3 para ori-ginar la muerte celular puede bloquearse por el

homólogo bcl-2, el ced-9, o por el humano bcl-2mismo. La mayoría de los genes ced —ced-1, -2, -5, -6, -7, -8, -10— se requieren para la disposición eficazde los ingredientes de la muerte celular.

En los vertebrados ha evolucionado una familiacompleta de genes análoga a los promotores de lamuerte celular en C.elegans . En los mamíferos se han


Figura 17. Modelo de apoptosis en células de mamíferos desencadenado por estímulos internos o externos. El proceso puededividirse en cuatro fases principales iniciadas por estímulos diversos.

identificado varias cisteína proteasas homólogas deCED-3; entre otras proteasas, la ICE o caspasa-1 —enzima convertidora de interleuquina 1β—, Nedd2,CPP32, ICErel II/TX/Ich-2, ICErel III, mch2, que com-parten de distinta manera su analogía con la CED-3 delnemátodo, y cuya sobreexpresión es causa de apop-tosis y, al contrario, la muerte celular puede inhibirsepor interferencia con la actividad proteásica. En elsistema de mamíferos, la caspasa-8 comparte homo-logía con la proteína CED-3 de C.elegans. La caspasa-8 es una caspasa iniciadora que activa las caspasasefectoras, incluyendo la caspasa-6, la caspasa-3 y lacaspasa-7 a través de hidrólisis selectivas. La caspasa-8 contiene un dominio de muerte que es capaz de inter-accionar con los dominios análogos de las moléculasadaptadoras que la ligan con las señales específicasintra y extracelulares. Todas las cisteína proteasashidrolizan sus sustratos tras los residuos de ácidoaspártico, aunque su afinidad hacia el sustrato dependade otros residuos. La estructura cristalina de las cas-pasas indica que la enzima activa es un heterote-trámero formado por dos heterodímeros derivados dedos moléculas precursoras.

La activación proteolítica de la cascada de las cas-pasas ha emergido recientemente como la etapacentral de la apoptosis. Hasta la fecha han sido identi-ficadas 14 caspasas de mamíferos que toman parte endiferentes aspectos de la muerte celular, aunque per-manezca desconocida aún la precisa función de cadauna de las caspasas individuales. Las caspasas hidro-lizan precursores para producir citoquinas maduras —caspasas-1 y -11— con lo que se inicia la propagaciónde las señales apoptóticas —caspasas-8 y -9— yejecuta el programa apoptótico a través de la escisiónde varias proteínas fundamentales —caspasas-3, -6 y -7—. Y aunque los procesos de proliferación celular ymuerte celular son, en efecto, contradictorios entre sí,ambos procesos están mutuamente ligados. El mante-nimiento de la estabilidad genómica es esencial para lasupervivencia de los organismos; y a favor de estaestabilidad existen puntos especiales para interrumpirla progresión del ciclo celular cuando se detecte algúndaño del genoma. En los organismos multicelulares,otro punto singular prevé la inducción de apoptosispara eliminar las células que con algún daño irrepa-rable en el DNA fueran deletéreas. De manera que laapoptosis, frecuentemente considerada como unacatástrofe mitótica, se contempla en la actualidad más

bien como esencial para el control de la progresión delciclo celular.

En la actualidad se admite que los diversos estí-mulos apoptóticos convergen en un esquema apop-tótico común consistente en moléculas receptoras,moléculas efectoras —caspasas—, moléculas adapta-doras —Apaf-1— y moléculas reguladoras —miembros pro y anti-apoptóticos de la familia Bcl-2,inhibidores de apoptosis (IAPs) y Smac/DIABLO—.Consistente con su papel en el bloqueo de la muertecelular, Bcl-2 fue identificado inicialmente por análisisde las traslocaciones cromosómicas en los linfomasfoliculares y difusos. La familia de proteínas Bcl-2incluye las proteínas Bcl-XL, Bcl-w y Mcl-1 que com-parten múltiples dominios, en particular los BH1,BH2, BH3 y BH4 y un anclaje hidrofóbico a la mem-brana. Los miembros de la familia Bcl-2 se localizanen la membrana externa mitocondrial y su función sedebe, al menos parcialmente, al bloqueo de la libe-ración de citocromo c de las mitocondrias.

En la figura 18 se reúnen esquemáticamente estostipos de moléculas. Los receptores mejor caracteri-zados de la iniciación de este fenómeno pertenecen a lasuperfamilia de receptores del factor de necrosistumoral (TNF), que se definen por la presencia comúnde dominios extracelulares ricos en cisteína: son losCD95 (también conocidos como Fas o Apo1) yTNFR1 (también conocidos como p55 o CD120a).Estos receptores contienen secuencias homólogas cito-plásmicas, conocidas como dominios de muerte; estosdominios (DD) facilitan el ensamblamiento delreceptor con la maquinaria apoptótica de la célula(figura 18). El ligando CD95L se une a CD95; TNF ylinfotoxina α se unen a TNFR1; el ligando Apo3 seune a DR3; y el ligando de Apo2, Apo2L (tambiénconocido como TRAIL) se une a DR4 y DR5.

Los inhibidores de apoptosis (IAP) suprimen lamuerte celular por inhibición de la actividad de lascaspasas, que se lleva a cabo por medio de losdominios BIR ligantes de Zn (baculoviral IAP repeat),presentes de uno a tres en todos los miembros de lafamilia de IAP. La proteína mitocondrialSmac/DIABLO promueve la apoptosis antagonizandoel efecto inhibidor de los IAPs a través de interac-ciones proteína-proteína. Las secuencias NH2-terminalen Smac/DIABLO son exigencias estructurales para la


función, ya que mutaciones de los primeros aminoá-cidos de la cadena conduce a una pérdida de inter-acción con los IAPs y la pérdida concomitante de sufunción.

Las interacciones entre los componentes de loscomplejos de muerte son cruciales en la señalizaciónapoptótica; en ella se han señalado tres tipos de inter-acciones proteína-proteína: los dominios de muerte(DD), los dominios muerte-efector (DEDs), y losdominios de reclutamiento de caspasas (CARDs). Losdominios DDs se presentan en los componentes de ini-ciación del proceso apoptótico, tal como en los recep-tores de muerte (CD95, TNFR-1 y DR3) y las molé-culas ligantes con estos receptores (FADD, TRADD yRIP); mientras que los dominios DEDs y CARDs sonresponsables del reclutamiento de las caspasas paraconstruir los complejos específicos con moléculasadaptadoras. La asociación mediada por DD entrereceptores y adaptadores es consecuencia de la acti-vación por ligandos de los receptores de muerte. Laestructura general de las interacciones DDs, DEDs yCARDs es muy semejante y basada en la presencia deseis α-hélices; existen, sin embargo, ciertas diferencias

entre los tres dominios. Por ejemplo, ciertas muta-ciones en el dominio Fas DD inhiben las interaccionesproteína-proteína; las correspondientes mutaciones notienen efecto sobre el dominio FADD DED; de otrolado, una región hidrofóbica en la FADD DED que escrucial para la unión a la caspasa-8 DED está ausenteen la Fas DD. Además, residuos requeridos para laactividad apoptótica de DEDs y DDs no se conservanen CARDs, lo que sugiere que estos tres dominiosusan diferentes series de residuos en la definición de suespecificidad de unión y la función pertinente. Lafigura 19 muestra la participación fundamental deestas interacciones en el proceso general de apoptosis.

En los últimos años se ha señalado la ubiquiti-nación como mecanismo de regulación de la apoptosis.Este sistema sirve primariamente para marcar las pro-teínas para su degradación por el proteasoma 26S, pro-teasa multicatalítica altamente específica. En primerlugar, una cascada de reacciones catalizada por lasenzimas activantes de ubiquitina (E1), las enzimasconjugantes de ubiquitina (E2) y las ubiquitina ligasasse requieren para incrustar el resto de ubiquitina a unresiduo de lisina de una proteína aceptora. La repe-


CD95L

CD95

procaspasa-8 daño delDNA

caspasa-8

procaspasa-3

caspasa-3

citocromo c

Bcl-xL

p53

sustratosapoptósicos

procaspasa-9

apoptosoma

Apaf-1

Bcl-2

BAX

mitocondria

IAPs

Figura 18. Esquema general del mecanismo de actuación de las moléculas que inician y regulan el proceso de apoptosis celular.

tición del proceso da lugar a una multiubiquitinacióncon la formación de una cadena de multiubiquitinaformada progresivamente mediante enlaces peptídicosentre una lisina de la última molécula de ubiquitina yla glicina carboxilo-terminal de la nueva molécula deubiquitina. Las proteínas modificadas de esta forma sereconocen y degradan por el proteasoma.

La compartimentalización conjunta de las caspasasy sus cofactores es otra forma de regulación de la acti-vidad de las caspasas. Idea soportada por el hecho deque los extractos de algunas células vivas puedenactivar las caspasas espontáneamente, lo que sugiere

que todos los componentes requeridos para la acti-vación de las caspasas están presentes, aunque secues-tradas, en las células vivas. Observación que ha con-ducido al descubrimiento de que el citocromo c serequiere para la activación in vitro de la caspasa-9, y ala subsiguiente hipótesis de que la apoptosis puededesencadenarse por la inducción de cambios mitocon-driales que originan la liberación de este cofactor(figura 20).

Dado el comportamiento activo de los procesosapoptóticos, la modulación del fenómeno es impor-tante en la comprensión de la fisiopatología celular.Datos recientes han demostrado la inhibición de laapoptosis en diferentes tipos de células expuestos aciertas citoquinas. De manera que la terapéutica quemodula la regulación de la apoptosis suministra unaexcelente oportunidad para el tratamiento de ciertasenfermedades. Así, la inducción de la apoptosis puedemostrarse de gran utilidad en el tratamiento de enfer-medades autoinmunes y de células neoplásicasmalignas, a través de la destrucción de las célulastumorales. De esta forma se ha establecido unaconexión directa de la apoptosis con alteraciones espe-cíficas tales como la linfoproliferación y el cáncerdebido a la pérdida de la función de la proteína p53 o ala ganancia de Bcl-2. La inhibición de la apoptosispuede colaborar con el proceso de reparación tisularmediante la promoción de la proliferación celular y laregeneración de los tejidos, con lo que influir sobre lasenfermedades causadas por la muerte celular apop-tótica. En la tabla 2 figura una amplia variedad de inhi-bidores de apoptosis; en la actualidad se ha demos-trado que algunas citoquinas y factores de crecimientoinducen verdaderas señales antiapoptóticas. Así, elfactor IGF-I y los miembros de la familia IGF (Insulin-like Growth Factor) ejercen múltiples acciones bioló-gicas en las células. El desarrollo y el crecimiento detejidos requieren una regulación balanceada de repli-cación y muerte celular; y la inhibición de apoptosispor IGF-I juega un importante papel en el manteni-miento de la supervivencia celular.

Los fenómenos apoptóticos se encuentran impli-cados en numerosos procesos patológicos cuyos meca-nismos se conocen en distinto grado. El crecimiento yla proliferación celulares son necesarios para el des-arrollo del sistema nervioso; además, la apoptosis esasimismo importante en la modulación de la función y


receptor

ligando

TRADD TRADD

RIP FADDDD D

D DD D

D

DDD

D

DD

DE

DD

ED

cIAP1/2 TRAF2

NIK

IKK

MEKK1?

JNKK

JNK

c-Jun

I- B/NF- B� �

NF- B�

Caspasa 8

caspasasefectoras

apoptosis

Figura 19. Esquema de los tipos de interacciones (DD y DED)en la señalización de TNFR1 en la iniciación del proceso deapoptosis.

la estructura final del sistema nervioso. Entre el 20% yel 80% de las neuronas del sistema nervioso centralexperimentan apoptosis antes de la edad adulta. El des-encadenamiento de la muerte celular programadacoincide usualmente cuando los axones alcanzan sustejidos blanco y se piensa que en muchos casos seregula por el acceso de las neuronas a los factores tró-ficos de los blancos. Los movimientos descontrolados

de los pacientes con la enfermedad de Huntingtontienen como origen la muerte de un grupo específicode células nerviosas; una de cuyas causas es, al menos,la presencia de un mutante de la proteína huntingtina,desencadenante del suicidio sistemático de este tipo decélulas. En efecto, los fenómenos apoptóticos se estánaveriguando en la actualidad como participantes debuen número de situaciones neurodegenerativas, desde


agente sistema celular resultado

vitamina Eóxido nítricodexametasonaZn1,25(OH)2D3poliinsaturadospéptido vasoact.ácido retinoicoquercetinatrombopoyetinafactores transcrip.

células PC12 de ratahepatocitosmodelo neonatal ratacáncer gástricocélulas HL603carcinosarcomatimocitos ratalínea celular Y6fibroblastoscel. hematopoyéticascel. leucémicas

inhibe la apoptosisinhibe la apoptosisinhibe la apoptosisapoptosis diferidaprotege la apoptosis3suprime la apoptosispreviene la apoptosisimpide la apoptosisimpide la apoptosisinhibe la apoptosisinhibe la apoptosis

Tabla 2

ligando

fas

FADD

procaspasa-8

caspasa-8

procaspasa-9

caspasa-9 apoptosoma

mitocondria

caspasa-3

procaspasa-3

caspasasiniciadoras

caspasasefectoras

apoptosis

Figura 20. Esquema de la participación mitocondrial en la compartimentalización de la regulación de la actividad de las caspasas.

las enfermedades de Alzheimer y Parkinson hasta lastrombosis, si bien los mecanismos desencadenantessean diferentes; por ejemplo, en la enfermedad deAlzheimer, la situación molecular desencadenante esla acumulación del péptido β-amiloide, en tanto que enlos fenómenos trombóticos es el defectuoso suministrode oxígeno al cerebro; aunque en ambos casos sea lacascada de caspasas, en especial la caspasa-8 y lacaspasa-3, la conducente a la desintegración del DNAneuronal. Hoy se reconoce que los daños neurológicosnecróticos desencadenan frecuentemente la apoptosisen una subserie de neuronas; fenómeno mecanística-mente idéntico a la apoptosis clásica.

La apoptosis juega también un papel en la patogé-nesis de la inflamación crónica, que puede explotarseterapéuticamente. Hoy se conoce que un cierto númerode enfermedades inflamatorias crónicas se conducenpor linfocitos T activados que desencadenan ciclos deinfiltración celular y destrucción de tejidos mediante laliberación de diferentes tipos de citoquinas que, a suvez, definen la naturaleza de las respuestas inmuni-tarias celular y humoral en el órgano afectado. Porejemplo, en el asma los linfocitos T auxiliares (Th) conel marcador superficial CD4 gobiernan la destruccióntisular mediante la secreción de un grupo singular decitoquinas, en particular las interleuquinas 4 (IL-4) y 5(IL-5) que promueven, respectivamente, la sensibili-zación por IgE de los tejidos respiratorios y la infla-mación eosinofílica. La mayor parte de las célulasCD4+ en asmáticos contiene una serie expandida decélulas T específicas para pocos antígenos. Las célulasT se activan inicialmente por antígenos presentados enlos tejidos linfoides regionales, pero en las enferme-dades crónicas respiratorias, las células CD4+ expresanmarcadores superficiales asociados con la activaciónde células T, incluyendo CD45RO+ y moléculas deadhesión, lo que sugiere que son crónicamente reesti-muladas in situ. Las células T en reposo expresan muypoco Fas, mientras que durante la activación yexpansión, Fas es sobrerregulado con intensidad deforma que las células T estimuladas de manera crónicason particularmente susceptibles de muerte celularmediada por Fas. Esta diferente susceptibilidad endependencia del estado de activación ha conducido a lahipótesis de que la sobrerregulación de Fas, y en parti-cular de FasL, restringe las respuestas inmunitarias aun nivel al que no daña al huésped a través de lamuerte selectiva de las células T activadas. La enfer-

medad crónica podría resultar simplemente, por tanto,del escape de algunas de estas células CD4 de lamuerte producida por la interacción Fas-FasL; en tantoque podría corregirse por anticuerpos activantes de Faso mediante la administración adicional de FasL.

A causa de que la deficiente regulación de la proli-feración y la inhibición de la apoptosis residen en elcorazón mismo del desarrollo tumoral, ambas suponendos blancos obvios para la intervención terapéutica entodos los tipos de cáncer. Existen, sin embargo, nume-rosos mecanismos a través de los que pueden tenerlugar ambos defectos.

BIOLOGÍA MOLECULAR DE LAINFLAMACIÓN

La inflamación, fenómeno en apariencia sencillo,se funda en uno de los más complejos mecanismosfisiopatológicos para interpretar la relación entre lascausas iniciadoras del proceso y los efectos finalescomunes a todas ellas. Las causas iniciadoras de lainflamación pueden reducirse a dos: los traumatismosfísicos de diversa naturaleza, y la estimulación porantígenos que pueden participar bajo formas distintas—la penetración de un agente infeccioso, las infec-ciones crónicas y los complejos autoinmunes—. Losefectos finales se concretan en tres grupos generales deacciones: aumento del flujo sanguíneo en la zona,incremento de la permeabilidad vascular capilar ymigración de varios tipos de células hacia los tejidosen que la inflamación se localiza.

Las diversas causas inductoras de la inflamaciónconducen a los variados efectos finales a través de unacomplicada red de mecanismos de regulación, en laque participan sistemas celulares, sistemas enzimá-ticos de actuación en cascada y múltiples sistemas dereconocimiento. Todos estos mecanismos tienen encomún su participación en la elaboración de media-dores —citoquinas, linfoquinas, agentes quimiotác-ticos, activadores, etc.— que cumplen funcionesvariadas en la globalidad de los efectos de la infla-mación. La inflamación implica, en cualquier caso, laactivación secuencial de una transmisión de señalesconducente a la producción de mediadores tanto procomo antiinflamatorios. Hasta el momento, la mayoratención se ha prestado hacia los procesos proinflama-


torios iniciadores del fenómeno, en tanto que seconoce relativamente poco de los mecanismos quecortan y resuelven el proceso. De todo el conjunto demecanismos moleculares conviene destacar laposición central del factor de transcripción NF-κB enla inducción de la expresión génica proinflamatoria,que, a la vez, ofrece un blanco excepcional para el tra-tamiento farmacológico del proceso. La actividad delfactor NF-κB se induce rápidamente por los estímulosproinflamatorios, principalmente TNFα, interleu-quina-1, virus y componentes de las paredes bacte-rianas. Además, el factor NF-κB protege a las célulasde la inducción de una muerte celular programada porestímulos proapoptóticos.

En el conjunto de los sistemas de reconocimientoparticipan, de un lado, el reconocimiento específico delos antígenos, característico de la respuesta inmuni-taria adaptiva, con sus dos tipos de moléculas impli-cadas, las inmunoglobulinas (Ig) y los receptores deantígenos de los linfocitos T (TCR); y, de otro, lasvariadas muestras de reconocimiento celular por partede receptores de linfocitos y células accesorias —pla-quetas, mastocitos y basófilos—. La migración de losleucocitos, uno de los múltiples efectos de la infla-mación, se basa asimismo en el reconocimiento celulardebido a la presencia de marcadores de superficie enlos leucocitos, y de moléculas de adherencia en lascélulas endoteliales.

Los sistemas enzimáticos de actuación en cascadaparticipantes en el proceso de in flamación, que, inter-conectados entre sí, juegan a su vez un papel impor-tante en la homeostasis general, responden a cuatrotipos principales: coagulación, fibrinolisis, quininas ycomplemento. Algunos de los productos finales deestos sistemas actúan directamente en la consecuciónde efectos finales del tipo de la vasodilatación, la per-meabilidad vasculaar, el quimiotactismo, la con-tracción de la musculatura lisa y la movilidad celular,aunque pueden actuar asimismo sobre algunas de lascélulas integrantes del sistema de células accesorias.

Las células accesorias —mastocitos, basófilos yplaquetas, principalmente— producen también media-dores de la inflamación, tales como el factor activantede plaquetas (PAF), prostaglandinas, leucotrienos,tromboxanos, citoquinas, interleuquinas, etc., para locual necesitan ser activadas por ligandos diversos,

entre otros las inmunoglobulinas y los antígenos. Así,la acción de los antígenos sobre los mastocitos provocasu desgranulación y la liberación de mediadores comola histamina y sus derivados; y la reacción de los antí-genos sobre los linfocitos T provoca la liberación delinfoquinas que activan los macrófagos y producenmediadores de la inflamación. Estas dos acciones delos antígenos inician las reacciones de hipersensibi-lidad tipos I y IV.

Así pues, el complejo mecanismo molecular res-ponsable de la respuesta inflamatoria a una acciónexterna consta de toda una colección de entidades par-ticipantes, conexionadas entre sí, que poseen comofundamento físico común el de las interaccionesligando-proteína o proteína-proteína. Interaccionesque subyacen en todas las etapas individuales que con-tribuyen a elaborar la red reguladora de la inflamación.Y a poco que se penetre en este mecanismo regulador yen su complejidad surge la transducción de señalescon diversas entradas —las causas inductoras— ysalidas —los efectos finales— de múltiple naturaleza.

Para facilitar el estudio, y sin perder de vista susrelaciones, no hay más remedio que acudir a los trata-mientos parciales integradores de la globalidad delproceso, y considerar el comportamiento de cada unode los ligandos individuales aislados cuyas acciones setransducen a lo largo de una ruta sucesiva de eslabonesque interaccionan y se ramifican con los de las rutasprocedentes de otros ligandos individuales. Y dentrode estos tratamientos parciales, el mayor interés lomuestra la acción desencadenante de la respuesta infla-matoria por parte de los antígenos a través de ambasrutas de recepción: linfocitos B y linfocitos T. Hechoque ha de considerarse ligado tanto a la actuación delas clases I y II de los antígenos de histocompatibi-lidad (HLA) en la presentación de los antígenos por lascélulas presentadoras, como a la actuación de losreceptores no convencionales —γ/δ— de los linfocitosT, la función de los correceptores y la participación delas moléculas coestimuladoras asociadas a la presen-tación de los antígenos, y la gran variedad de estímulosextracelulares —choque térmico, daño del DNA,terapias citotóxicas, irradiación UV,etc.—; todo ellovinculado asimismo a la acción transductora de lascascadas específicas —ya mencionadas— de proteínaquinasas y de proteínas G. Por otro lado, el estudiode la inflamación ha de comportar una gran diversidad


de citoquinas proinflamatorias; una gran variedad desistemas de adhesión, moduladores de las interac-ciones leucocitos, células endoteliales; la extraordi-naria variedad de efectos inflamatorios finales, desdela inflamación sistémica y las enfermedades inflama-torias autoinmunes —artritis reumatoide, cirrosisbiliar primaria, diabetes dependiente de insulina, porejemplo— a la inflamación de órganos y tejidos parti-culares como los casos de aterosclerosis, uveitis, infla-mación crónica de la vejiga, etc. e, incluso, a la infla-mación debida a la presencia de proteínas específicasinductoras de artritis autoinmunes —colágenos II yXI— y la proteína no colagenosa agrecano; la contri-bución a la respuesta inflamatoria de enzimas indu-cibles, tales como la iNOS y la prostaglandinasintasa/ciclooxigenasa; la implicación de la migraciónde ciertos tipos de células en la génesis de lesionescelulares como las placas aterosclerósicas y la reeste-nosis arterial; la participación de nuevas proteínassuperficiales, como las integrinas complejas, y, entreellas, la integrina αVβ3; y la participación de cito-quinas especiales en la regresión del conjunto inflama-torio.

Ya se ha señalado la posición central del factor detranscripción NF-κB como regulador de la respuestainmune innata, cuya actividad viene inducida por losestímulos proinflamatorios y se relaciona asimismocon los fenómenos apoptóticos. La regulación por qui-nasas constituye otro aspecto de gran interés en lamodulación de la respuesta inflamatoria. La actividadde la proteína quinasa Akt (conocida también comoproteína quinasa B), fuertemente estimulada por losfactores de crecimiento, está implicada en la acti-vación de NF-κB, mediada por TNFα; lo que sugiereque la participación de la actividad antiapoptótica de laquinasa Akt pudiera estar mediada por el factor NF-κB.

La activación del factor NF-κB requiere la degra-dación de las proteínas IκB que, de otra manera, lomantendrían inactivo en el citoplasma de las células noestimuladas. La degradación de las proteínas IκB, y laconsiguiente activación de NF-κB, descansan en laactividad de la IκB quinasa (IKK) que consta de dossubunidades catalíticas (IKKα e IKKβ) y una subu-nidad reguladora, IKKγ. Ambas, IKKα e IKKβ, fosfo-rilan in vitro IκBs en localizaciones específicas de lasque depende su degradación; sin embargo, in vivo es

solamente IKKβ la subunidad que se requiere para ladegradación de IκB en respuesta a los estímulos proin-flamatorios, incluyendo TNFα. IKKβ es tambiénesencial para impedir la apoptosis inducida por TNFα.

Una vez más, el conocimiento de todos los motivosy circunstancias que intervienen en los mecanismosmoleculares de cada una de estas etapas sirve de fun-damento al diseño de medicamentos controladores delos efectos finales inflamatorios, globales o especí-ficos, sobre los tejidos.

En el seno del presente estudio de la transducciónde señales, es la presentación de antígenos a los linfo-citos T uno de los aspectos parciales mejor conocidos.En efecto, las proteínas HLA fueron descubiertas en elhombre, en 1958, por el inmunólogo francés Dausset,veinte años más tarde de su descubrimiento por Goreren el ratón, y a las que se responsabilizó de losrechazos de los injertos de piel entre donadores yreceptores de cepas diferentes. Los estudios genéticos,químicos y físicos de las diferentes clases, I y II, deestas proteínas permitieron en seguida el perfectoconocimiento de la estructura primaria y su dispo-sición en la membrana celular, de la estructura tridi-mensional y la presencia de diversos dominiosmediante la difracción de rayos X, de las localiza-ciones en las que se experimentan fosforilaciones, y desu existencia bajo numerosas formas polimórficas. Afin de cuentas, un extraordinario polimorfismo génicomanifestado bajo numerosas estructuras primariasdiferentes. Estas propiedades de las proteínas HLA y,obviamente, su notable polimorfismo, se adscribieroninmediatamente a los fundamentos responsables de laincompatibilidad de tejidos; y, así, las proteínas HLAse vincularon a la puesta en marcha de la respuestainmunitaria, a través de su participación en la presen-tación de los antígenos a las células B y T. La dico-tomía estructural de las proteínas HLA de las clases I yII se ha traducido en los dos distintos mecanismos deprocesado de los antígenos: la clase I tiene que ver conel procesado de los antígenos celulares; y la clase IIcon los extracelulares. La figura 21 esquematiza elprocesado de los antígenos como condición previa a supresentación a las células T cuyo detalle se apreciamejor en la figura 22. Tras el procesado de las pro-teínas antigénicas, éstas se transforman en péptidossencillos que se acomodan en un surco que forma ladisposición espacial de las proteínas HLA, particular-


mente sus dominios α1 y α2 en las de la clase I; a lolargo de este surco se disponen las regiones hiperva-riables de las proteínas HLA, a causa del polimor-fismo. Y así, el fruto de la interacción HLA-péptidoantigénico es el que se presenta a las células; y, porejemplo, los péptidos derivados de los antígenos intra-celulares se presentan por lo general a las célulasTCD8+ por las moléculas de la clase I que se expresanvirtualmente en todas las células; en tanto que los pép-tidos derivados de los antígenos extracelulares se pre-sentan, por lo general, a las células TCD4+ por lasmoléculas de la clase II presentes en células especiali-zadas.

A dos de estas propiedades, el polimorfismo, de unlado, y la inducción inmunitaria, de otro, se debe lavinculación de una larga serie de enfermedades autoin-munes —diabetes, artritis, enfermedad celíaca, escle-

rosis múltiple, etc.— a marcadores estructurales; y deaquí surge la relación de los motivos estructurales delas proteínas HLA con la predicción de las alteracionesautoinmunes.

Toda esta colección de hechos estructurales y fun-cionales se centra en la complicada averiguación de laestructura tridimensional del conjunto HLA-péptidoantigénico y de las interacciones entre sus componen-tes, fruto de la aplicación de refinadas técnicas físicasy químicas. Este conjunto HLA-péptido contacta con elreceptor de las células T (figura 22), estableciéndoseasí un engarce molecular del tipo:

célula presentadora-HLA-péptido-TCR-linfocito T

para cuya fortaleza se necesita la colaboración de otrasmoléculas —CD4, CD28, LFA, ICAM, etc.— que, a


antígeno

fagocitosismacropinocitosisendocitosis

fagocito MHC clase I

TCR CD8

CTL

transferencia al citosol

antígeno

vesícula +/- ubiquitina exocitosis

proteasoma

péptidosGolgi

TAP

síntesis de MHC

HC

calnexina

-m�2

MHC clase I

retículo endoplásmico

Figura 21. Mecanismo general del proceso de antígenos, previamente a su ulterior presentación a las células T.

modo de bridas intercelulares, favorecen la capacidadde las células para presentar los antígenos a los linfo-citos T; y, en consecuencia, la transducción deseñales y la secreción de citoquinas. La transducciónse inicia en la fosforilación de residuos de tirosina delas cadenas del complejo receptor, de las proteína qui-nasas de las familias src (p56lck, p59fyn) y syk (ZAP-70) y de la PI 3-quinasa. En la cascada de este flujo deseñales (figura 23) participan la fosforilación de la fos-folipasa Cγ1 y la hidrólisis de fosfoinosítidos, lo queconduce a un influjo intracelular de Ca2+ y a la acti-

vación de la proteína quinasa C. Y al final se encuentrala generación en el núcleo de factores de transcripciónque facilitan la expresión de los genes de interleu-quina-2 y otras citoquinas. En la figura 24 se apreciacon mayor detalle la complejidad del fenómeno de latransducción de señales iniciada por los antígenos.

El conocimiento del conjunto HLA-péptido con-tribuye, de otro lado, al diseño racional de medica-mentos en su capacidad de optimizar la afinidad y laespecificidad de unión de ligandos —sustratos o inhi-bidores— a la superficie de las proteínas. Algunosdefectos en los fenomenos de transducción en lascélulas T constituyen la base de las alteraciones en lainmunogenicidad de ciertas células tumorales, colo-rrectales y renales, principalmente.

TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES YSISTEMA NERVIOSO

Contiene el cerebro alrededor de cien mil millonesde células nerviosas, cada una de las cuales secomunica directamente con otras mil células colin-dantes. Es bien conocido como durante el segundotercio del pasado siglo XX surgió un intenso debateacerca de la naturaleza de la comunicación a través delas sinapsis entre las células nerviosas: la teoría de lacomunicación eléctrica establecía que el impulso ner-vioso o potencial de acción se propagaba a lo largo delos axones a las terminales nerviosas y cambiaba elcampo eléctrico a través de la membrana plasmática dela célula postsináptica, con lo que se producía una res-puesta fisiológica. La teoría de la comunicaciónquímica suponía que cuando el potencial de acciónllegaba a la terminal nerviosa se producía la fusión delas vesículas contenedoras del neurotransmisor con lamembrana plasmática presináptica, con lo que seliberaba el neurotransmisor a la hendidura sináptica,que al actuar como ligando de los receptores postsi-nápticos producía la respuesta fisiológica. Demostradoque la práctica totalidad de las sinapsis del cerebro uti-lizan la transmisión química, el interés quedó centradoen el estudio de los mecanismos por los que los neuro-transmisores producen sus efectos fisiológicos vía losreceptores postsinápticos de las células nerviosas.

Hoy se conoce la existencia de dos categorías detransmisión química entre las células nerviosas, cono-


célula presentadorade antígeno

MHCclass II

B7-2

?

CD28CD4

receptor decélula T

CD3

célula TCD40L

Figura 22. Detalle de la presentación antigénica por célulaspresentadoras a los receptores T, en presencia decorreceptores.

cidas como la transmisión sináptica rápida y lenta.Alrededor de la mitad de las sinapsis rápidas en elcerebro son excitatorias, la mayoría de las cuales uti-lizan glutamato como neurotransmisor; y la otra mitadde las sinapsis rápidas son inhibitorias, la mayoría delas cuales utilizan el ácido γ-aminobutírico (GABA)como neurotransmisor. La transmisión sináptica de lassinapsis rápidas tienen lugar en menos de 1 milise-gundo y se atribuye a la capacidad de sus neurotrans-misores para llevar a cabo la apertura de los canalesoperados por ligandos presentes en las membranasplasmáticas de las células postsinápticas. En la trans-misión excitatoria rápida, el glutamato se une a unreceptor en el que se origina un cambio conforma-

cional que permite a los iones Na+ penetrar en la célulay causar una señal despolarizante, esto es excitatoria.En la transmisión inhibidora rápida, el GABA se unea su receptor, y el correspondiente cambio conforma-cional permite a los iones Cl-, negativamente cargados,causar una señal hiperpolarizante, esto es inhibidora,en la célula blanco.

El segundo tipo de comunicación entre las célulasnerviosas, la transmisión sináptica lenta, tiene lugaren periodos desde cientos de milisegundos a minutos yes mucho más compleja que la forma rápida de comu-nicación. Tanto es así que se ha identificado alrededorde un centenar de sustancias que actúan en el cerebro


ERK

MEK

TCR

� �-

� �-

� �-

DAG

PtdIns(4,5)P2

PLC 1�

RasRaf

Ins(1,4,5)P3pp36

Shc

Lck/ZAP-70

SLP-76

PKC

Vav

factorestranscripción

otros

Cbl

calcineurina

NF-AT

activación celular

?

Ca2+

+

� �-

Figura 23. Esquema general de la activación de las células T desde el receptor TCR y detalle de su estructura.

como neurotransmisores que responden a los trestipos: aminoácidos, péptidos y aminas biógenas. Lagran mayoría de estos neurotransmisores actúan através de procesos de transmisión sináptica lenta. Sinembargo, los neurotransmisores de actuación rápida —incluso los aminoácidos GABA y glutamato— pro-ducen muchos de sus efectos a través de los meca-nismos de actuación lenta. En la figura 25 se esquema-tizan los principales mecanismos moleculares detransducción de señales implicados en la transmisiónsináptica lenta.

La unión de estos neurotransmisores a sus recep-tores cambia el nivel de un segundo mensajero —cAMP, cGMP, Ca2+ o DAGs—, los que, a su vez,activan diferentes tipos de proteína quinasas. Las pro-teína quinasas activadas catalizan la fosforilación y elcambio de propiedades de proteínas específicas quesirven de efectores fisiológicos. La actividad enzi-mática de las proteína quinasas actúan sobre canalesde iones —de Ca2+, K+ y Na+, dependientes de


Figura 24. Interacción del receptor TCR y la proteína CD28 en la elaboración de funciones y su soporte molecular.

vesículas rellenasde neurotransmisores

sinapsisneurotransmisores

receptores deneurotransmisores

bombasde iones

canalesde iones

factores detranscripción

núcleo celular

receptores deneurotransmisores

segundos mensajeros

proteína quinasas

Figura 25. Esquema general de la transducción de señales enla transmisión sináptica lenta.

voltaje—; sobre bombas de iones que restauran elequilibrio de iones tras una intensa actividad neuronal;y sobre los factores de transcripción que, presentes enel núcleo celular, controlan la síntesis de proteínas exi-gible en los cambios a largo plazo de las células ner-viosas.

Estos procesos de comunicación lenta modulan latransmisión sináptica rápida de dos maneras princi-pales: a) por regulación del estado de fosforilación delas proteínas de las terminales presinápticas, con loque resulta modulada la liberación de los neurotrans-misores en respuesta a los potenciales de acción; b) porregulación del estado de fosforilación de los receptoresde neurotransmisores presentes en las membranasplasmáticas de las células postsinápticas, con lo que semodula la magnitud de la respuesta electrofisiológica auna molécula de neurotransmisor.

En algunos casos descritos anteriormente, sobretodo en el de la activación antigénica de las células T,se ha establecido la existencia de bridas intercelularessoportadas por la interacción entre proteínas ancladasen ambas células, donadora y receptora, con lo que sefacilita la transmisión de algo, un antígeno por

ejemplo. Análoga situación, aunque seguramente máscompleja dada la variedad y la naturaleza de las pro-teínas implicadas, se presenta en la neurotransmisiónde la que se muestra un ejemplo en la figura 26.

Las situaciones fisiopatológicas relacionadas con laneurotransmisión y los mecanismos moleculares parti-cipantes son muy numerosas en dependencia principalde la naturaleza del neurotransmisor. Así, se ha des-crito una colección de anomalías neurológicas y psi-quiátricas relacionadas con la señalización pordopamina; las cuatro principales enfermedades de estetipo son: la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia,el desorden de hiperactividad con déficit de atención(ADHD) y la drogadicción. La enfermedad deParkinson está asociada con la muerte de células ner-viosas productoras de dopamina, y en su tratamientomás general interviene la levodopa, un precursor de ladopamina. En el tratamiento de la esquizofrenia se uti-lizan bloqueantes de una subclase de receptores dedopamina. La ADHD se trata con sustancias —laRitalina, por ejemplo— que estimula la liberación dedopamina. Y muy generalmente, los mecanismos dedrogadicción ocasionan perturbaciones en la trans-misión de señales por medio de la dopamina. En


membranapresináptica

membranapostsináptica

hendidura sináptica

SynGAP PSD-95nRapGEP

S-SCAM GRIP/ABP

vesícula sinápticas

Munc18-1

CaMquinasa

Veli(LIN-7)

Mint(LIN-10)

CASK(LIN-2)

NMDAR canalesde K+

canales de Ca 2+

neuroligina neurexina

L1N-cadherina

AMPAR

EphR

Dominios

SH3

PTB

GK

PDZ

PSD-95 (proteína de membrana postsináptica)

EphR (receptor de eritropoyetina)

AMPAR (receptor de -amino-3-hidroxi-5-metilisoxazolpropiónico)�

NMDAR (receptor de N-metil-D-aspartato)

CaMKII (proteína quinasa II dependientede calmodulina)

GKAP (proteína asociada a la guanilato quinasa)

S-SCAM (molécula multifuncional sináptica)

GK (guanilato quinasa)

Syn (sinapsina)

Figura 26. Esquema ilustrativo de la participación de bridas intercelulares para asegurar la cesión de neurotransmisores a las sinapsis.

análoga dirección se ha descubierto recientemente unasustancia identificada por las siglas DARPP-32 —acrónimo de dopamine and cAMP-regulated phospho-protein (peso molecular 32 kD)—, mediadora en laacción de la dopamina por fosforilación de su treonina-34, a través de la anterior activación de una proteínaquinasa A (PKA), a su vez regulada por los nivelesaumentados de cAMP, ocasionados por la activaciónde una subclase de receptores de dopamina. Lasecuencia de DARPP-32 consta de 205 aminoácidos yestá muy conservada en los mamíferos. En efecto, sufosforilación en la posición 34 modifica profunda-mente sus propiedades biológicas, convirtiéndola deuna molécula inactiva a un potente inhibidor de la pro-teína fosfatasa 1 (PP1).

Esta sustancia se encuentra concentrada en el neo-estriatum y el nucleus accumbens. Las neuronas neo-estriatales que contienen DARPP-32 constituyen elúnico sistema eferente para transmitir información deesta región del cerebro. Uno de los más importantessistemas aferentes está compuesto de neuronas que seproyectan desde el cortex al estriatum y usa glutamato

para excitar las neuronas DARPP-32. La excitabilidadde las neuronas con DARPP-32 se modula por las neu-ronas dopaminérgicas que se proyectan desde la subs-tancia nigra al neoestriatum. La regulación de la exci-tabilidad de las neuronas que contienen DARPP-32 seha utilizado como modelo para el estudio de los meca-nismos por los que la transmisión sináptica lenta,ejemplificada por la dopamina, actúa como modu-ladora de la transmisión sináptica rápida, ejempli-ficada por el glutamato.

Se han descrito tres clases principales de receptoresde glutamato —NMDA (N-metil-D-aspartato), AMPAy los receptores metabotrópicos (mglu)— y dos clasesprincipales de receptores de dopamina —D1 y D2—,de forma que las interacciones entre los procesos deseñalización por glutamato y dopamina son complejasy vienen moduladas por los procesos en los que parti-cipan otros neurotransmisores; y, precisamente,DARPP-32 juega un papel central en el mantenimientode este tipo de interacciones en virtud de sus posibili-dades de fosforilación-defosforilación (figura 27). Así,los neurotransmisores que aumentan o disminuyen la


CCK

glutamato

GABA

haldoldopamina

cocaína,anfetamina

neurotensina

opiáceos

adenosina

serotonina

VIP

NO

VIP

5HT4

A2A

��

D1

D2 NMDA

AMPA

GABAA

GABAA

AMPA

NMDA

NKA

Na+L-Ca2+ N/P-Ca2+

P

P

PP

P

P

PpCREB

FRAs

PP-1

cGMP PKG

PT34

T34

pDARPP-32

DARPP-32

PKA

cAMPCa2+

PP-2B

Figura 27. Regulación por modificación covalente de DARPP-32 de los procesos de señalización en el neoestriatum, iniciados por unavariedad de ligandos: dopamina, glutamato, NO, GABA, opiáceos, adenosina y serotonina, entre otros.

fosforilación en la treonina-34 de DARPP-32, inhibeno activan, respectivamente, la proteína fosfatasa 1 y,por tanto, aumentan o disminuyen el estado de fosfori-lación y actividad de una serie de efectores fisioló-gicos. Y como buena prueba de ello, se ha demostradoen ratones privados de DARPP-32 que se suprimen odisminuyen en gran medida las respuestas bioquí-micas, fisiológicas, farmacológicas y toxicológicas ala dopamina, a los medicamentos antiesquizofrénicosy a las drogas psicoestimulantes.

En la figura 27 se observa que la acción de ladopamina sobre la subclase D1 de receptores estimulala fosforilación de DARPP-32 en la posición treonina-34, a través de la activación de la adenilato ciclasa, laformación de cAMP y la activación de la proteínaquinasa A. A su vez, la recepción de la dopamina por lasubclase D2 ocasiona la defosforilación de DARPP-32a través de dos mecanismos sinérgicos: impide la for-mación de cAMP por inactivación de la acción de D1y, a la vez, eleva el Ca2+ intracelular que activa unaproteína fosfatasa (PP2B) dependiente de Ca2+, la cualcataliza la defosforilación de DARPP-32 en treonina-34. El glutamato, por otro lado, opera como neuro-transmisor de actuación rápida y lenta; su actuaciónsobre AMPA ocasiona una respuesta rápida y la trans-misión sináptica lenta tiene lugar a través de las sub-clases receptoras AMPA y NMDA.

De otro lado, los receptores metabotrópicos de glu-tamato están implicados en la regulación de muchosprocesos fisiológicos y patológicos del sistema ner-vioso central, que incluyen la plasticidad sináptica, elaprendizaje, la memoria, la coordinación motora, latransmisión del dolor y la neurodegeneración. Formanun conjunto de ocho subtipos que pertenecen a tressubgrupos: subgrupo I) mglu1 y mglu5; subgrupo II)mglu2 y mglu3; y subgrupo III) mglu4, mglu6, mglu7 ymglu8; cada uno de ellos con sus correspondientes ago-nistas y antagonistas. La multiplicidad de los procesosfisiopatológicos en los que participan los receptoresmglu y el interés creciente sobre su papel en la neuro-degeneración y la neuroprotección destacan la impor-tancia del conocimiento de los mecanismos molecu-lares regulados por las señalizaciones establecidas a sutravés. Los receptores del grupo I se localizan en laspartes periféricas de las regiones postsinápticas y con-tribuyen a la regulación de la plasticidad sináptica. Porejemplo, los receptores de mglu1 se encuentran en las

células de Purkinje cerebelares y juegan un papelcentral en la coordinación motora, en tanto que losreceptores mglu5 del hipocampo contribuyen a lainducción de los potenciales de larga duración (LTP) yal aprendizaje asociativo. Ambos, mglu1 y mglu5, estánimplicados en los procesos neurodegenerativos; deaquí que sus antagonistas sean eficaces frente a lamuerte neuronal excitotóxica. Los receptores presi-nápticos del grupo II regulan negativamente la libe-ración de glutamato, mientras que los receptores mglu3gliales ejercen efectos neuroprotectores a través de laproducción de factores neurotróficos. Los receptoresmglu6 del grupo III se expresan exclusivamente por lascélulas bipolares de la retina y juegan un papel impor-tante en la amplificación de los influjos visuales; entanto que el resto de los receptores del mismo grupo selocalizan presinápticamente e inhiben la localizaciónde glutamato o GABA.

Los receptores metabotrópicos de glutamatoforman parte de la familia de proteínas con sietedominios transmembranares y se asocian con las pro-teínas G heterotriméricas para la transducción de lasseñales. Familia que incluye a todos los subtipos dereceptores mglu, y receptores de feromonas, aromas ysabores.

Como ha quedado señalado, la información neu-ronal codificada por los potenciales de acción setransmite a través de las sinapsis químicas en ladirección anterograda por liberación de neurotransmi-sores, neuropéptidos y otros factores desde las termi-nales presinápticas. Estas moléculas producen cambiosinmediatos en los potenciales de membrana, así comocambios metabólicos y estructurales a largo plazo, enlas células postsinápticas. Sin embargo, durante lasúltimas décadas se ha demostrado que el intercambiode información en las sinapsis es bidireccional y,además, que la célula postsináptica puede tambiénsuministrar una variedad de señales retrogradas diri-gidas hacia las neuronas presinápticas. De forma queesta interacción recíproca es crucial para la diferen-ciación y mantenimiento de la célula presináptica, asícomo para la maduración de la sinapsis; para lo cual sehan señalado varios mecanismos: factores permeabili-zantes de membrana que se difunden a través de lasmembranas plasmáticas desde las células postsináp-ticas hacia las terminaciones nerviosas presinápticas;factores solubles que no son permeables a las mem-


branas pero que, empaquetados y secretados vía vesí-culas exocíticas por la célula postsináptica, ejercen suacción retrógrada por su unión y activación de losreceptores de la membrana presináptica; y, en tercerlugar, la señalización directa mediante el acopla-miento físico de bridas intercelulares formadas por lainteracción de proteínas vinculadas a las células pre ypostsinápticas. Este tipo de interacción retrógradajuega un papel importante en la plasticidad sinápticadependiente de la actividad.

BIOLOGÍA MOLECULAR DE LAANGIOGÉNESIS

Durante la embriogénesis, el sistema cardiovas-cular es el primero que se desarrolla, lo que tiene lugara través de varios procesos complejos que implicaninteracciones coordinadas de sistemas de señalización.Las células endoteliales embrionarias suministran unmarco alrededor del cual se organizan el corazón, lasarterias, las venas y el sistema capilar, con los quesuministrar el oxígeno y los nutrientes necesarios parael desarrollo del resto de órganos y tejidos. Laexpansión de la vasculatura embrionaria a través de laregulación de la proliferación, la migración y la dife-renciación de las células endoteliales, se correspondecon dos tipos de procesos: la vasculogénesis y laangiogénesis. Durante la vasculogénesis, los angio-

blastos —células endoteliales precursoras derivadasdel mesodermo— se diferencian y reúnen para originaruna primitiva red tubular que, subsiguientemente, seremodela a través del proceso de angiogénesis, conformación de nuevos capilares y de una red vascularmás compleja con una jerarquía de vasos de diferentetamaño.

El crecimiento y la regresión de los vasos san-guíneos son asimismo importantes en la remodelacióncontinua del sistema reproductor femenino y de lareparación de tejidos; y las perturbaciones de estedelicado balance contribuyen a procesos patológicoscomo el crecimiento tumoral. El factor de crecimientoendotelial vascular (VEGF) se requiere para el creci-miento de órganos y huesos y para el desarrollo yfunción endocrina del corpus luteum del ovario. Laneovascularización ejerce una función central en pro-cesos fisiopatológicos normales tales como la repa-ración de tejidos, la cicatrización de heridas y la recu-peración circulatoria tras la isquemia; a los que hayque añadir su asociación a enfermedades entre las quese cuentan el crecimiento tumoral y las metástasis.

Los distintos ligandos del tipo VEGF y angiopoye-tinas (Ang) actúan, respectivamente, sobre los recep-tores VEGFR-1, -2 y –3, y los receptores Tie-1 y –2.Los receptores Tie se requieren para la remodelaciónangiogénica tras las actividades vasculogénicas ini-


(células T)

IL-2R

JAK

G0

IGFR

CD40R

TRAF

(células B)

EGFR

(célulasepiteliales)

ciclina D

CDK4CDK6

CDC25A

ciclina Eciclina D

CDK2

DP1

E2F1

ciclina A

CDK2

reguladores positivos

G1a G1b G1c G1d S(ciclina D) (ciclina E) (E2F1) (ciclina A) (ciclina B)

G2p16INK4

p15INK4Bp27KIP1

p21WAF1

p27KIP1

p21WAF1

RBp107p130

p53

reguladores negativos

M

ciclina A

CDC2

ciclina B

CDC2

Figura 28. Regulación del ciclo celular a través de la actividad de una serie de quinasas dependientes de ciclinas.

ciales de VEGFR. Los embriones carentes de la señali-zación a través de Tie2 mueren a consecuencia de undesarrollo incompleto del corazón y un mantenimientoinsuficiente del plexo capilar primario. Las anterioresinteracciones ligando-receptor provocan la activaciónde fosfatidilinositol 3-quinasa que promueve los con-tactos célula-célula y célula-matriz extracelular, através de moléculas de adhesión del tipo de caderinas,selectinas e integrinas. Asimismo, se provocan lasinteracciones entre α-, β- y γ-catenina, vinculina y α-actinina contribuyen al citoesqueleto de actina.

La expresión coordinada de angiopoyetinas y de losreceptores Tie1 y Tie2 mantiene la plasticidad vas-cular, y las perturbaciones de esta regulación contri-buyen al crecimiento vascular anormal. En este sentidose han identificado mutaciones del locus Tie2 enfamilias con malformaciones venosas hereditarias.

EL CICLO CELULAR

Las células de todos los organismos han elaboradosus propios mecanismos de defensa frente a losdefectos de su propio desarrollo y de las enfermedadesdevastadoras como el cáncer; y de esta manera ejercen

un riguroso control sobre las proteínas que conformanla maquinaria reguladora del ciclo celular. La modu-lación de la abundancia de estas proteínas, como lasciclinas, es crucial para la progresión del ciclo y es unode los medios por los que las células controlan su pro-liferación. En la figura 28 se resume el control dual,positivo y negativo, de la colección de factores queactúan sobre las etapas de la división celular. Estecontrol dual asegura que cada ciclina alcance el nivelnecesario para activar su correspondiente quinasa —dependiente de ciclina (CDK)— durante la fasecorrecta del ciclo celular. Por ejemplo, la ciclina Etiene bajos niveles durante las fases primeras de G1,alcanza su máximo nivel en las fases finales de G1,activa la CDK2 durante la transición G1→S, y des-ciende nuevamente durante las fases S, G2 y M delciclo. Este perfil de expresión refleja la importanciadel complejo ciclina E-CDK2 en la promoción de lainiciación de la replicación del genoma durante la faseS. Así pues, el control de la abundancia de ciclina E yde la actividad de la quinasa asociada son esenciales ala periódica puesta en marcha de la síntesis de DNA.Una insuficiente ciclina E ocasiona la detencióncelular en G1, mientras que su exceso provoca laentrada pematura en la fase S, inestabilidad genómicay la formación de tumores.


cocaína

-DAT

DA

D1x?Gg

PLC-�

efectos acorto plazo

D1A

GsAC

3Ins(1,4,5)PcAMP

cambios en elcitoesqueleto

factores detranscripción

cocaína

ER

quinasas

A

S

A

S

cambios morfológicos(crecimiento de axones y

dendritas)

efectos acorto y

largo plazo

cambiospermanentes

IP R3

Ca2+

+

+

+

+

+

núcleos

Figura 29. Puntos de acción de la cocaína sobre la actividad neurotransmisora de la dopamina.

De otro lado, se ha señalado recientemente la exis-tencia en el hombre de proteínas, conocidas comoFbw7 o hCdc4 —perteneciente a la familia de pro-teínas F-box—, que actúan como adaptadoras entre laciclina E y una ubiquitina ligasa que, al catalizar laubiquitinación, introduce la señal adecuada para larápida degradación del sustrato por el proteosoma 26S.

Los defectos moleculares del cáncer asociados amutaciones de Fbw7/hCdc4 han suministrado infor-mación acerca de las circunstancias en las que ciertostumores poseen elevados niveles de ciclina E enausencia de un incremento de su amplificación génicao de la producción de mRNA. De otro lado, la proteínasupresora de tumores pRb protege la transcripción deciclina E; y el inhibidor p27, supresor de tumores,bloquea la actividad del complejo ciclina E-CDK2. Ylas formas aberrantes de estas proteínas comparten lacapacidad de promover la sobreactividad de ciclina E-CDK2, así como las consecuencias semejantes de des-regular el crecimiento de las células conducentes alcáncer. De todo lo que puede concluirse que tanto losinhibidores de la actividad del complejo como losmoduladores de la proteolisis dependiente de ubi-quitina constituyen blancos singulares de los nuevosmedicamentos anticancerosos.

En el seno del esquema de la regulación del ciclocelular hay que señalar la presencia singular de laquinasa Cdk5 que no se activa durante la divisióncelular. La actividad de Cdk5 está restringida alsistema nervioso central y es dependiente de activa-dores específicos, tal como el p35 que se expresa sola-mente en las neuronas postmitóticas. La quinasa Cdk5se ha encontrado recientemente implicada en la desac-tivación de los cambios neurales del sistema nerviosocentral inducidos por la exposición crónica a lacocaína. Cambios celulares de múltiple naturaleza, acorto y a largo plazo, inducidos por su presencia endistintos momentos de la actuación de la dopamina. Enla figura 27 aparece la influencia de los opiáceos sobrela recepción de dopamina y la actividad de la proteínaquinasa A (PKA) que, a su vez, regula la fosfoproteínaDARPP-32. Asimismo, en la figura 29 se representa elefecto de la cocaína sobre el retículo endoplásmico y laliberación de la subunidad AS que induce cambiosmorfológicos en el citoesqueleto.

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