guía de hormonas

8/16/2019 Guía de Hormonas

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Dr. Valmore Bermúdez Pirela

CAPÍTULO 4

SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR :

LAS HORMONAS Y SU MECANISMO DE ACCIÓN


INTRODUC C IONINTRODUC C ION

inguna célula puede vivir aislada. En todos los organismos multicelulares la supervivenciadepende de una red de comunicación muy intrincada que coordina el crecimiento,diferenciación y el metabolismo en toda la multitud de células que forman todos los tejidos yórganos.

Es un hecho sorprendente comparar un organismo multicelular con una gran ciudad, la cual puede considerarse como una macro entidad viviente. Una ciudad, está formada por una gran cantidadde individuos, cada uno de los cuales tiene una función específica. De la misma forma, en la ciudadexiste una gran variedad de elementos que generan señales, bien sea visuales (semáforos, carteles,avisos de tránsito, etc. ) auditivas (gritos, bocinas de automóviles, etc.) y cualquier otra que estimulelos sentidos, que permiten que los individuos tomen conductas que propicien la organización de todaesta masa humana para que se dirija más o menos hacia la obtención de un beneficio común. Aquí unindividuo se puede comunicar con otro de manera directa o también a distancia, lo importante es, queesta comunicación mantiene en equilibrio a esta macroentidad y con una muy estrecha relación de suselementos constituyentes. Si se perdiera la comunicación la entidad se convertiría en un caos por la

rápida desorganización de esta estructura (Fig.1).

En este corto análisis se examinarán los diferentesmecanismos mediante los cuales las células (así como losindividuos de una ciudad) se comunican entre sí, principalmente através de moléculas de señalización denominadas HORMONAS.

Las hormonas son sustancias químicas de naturalezaorgánica que forman grupos heterogéneos según sus característicasquímicas y que sirven como compuestos que relacionan unacélula o grupo de células con otras. Según el concepto tradicional, para poder considerar un compuesto como hormona debe ser

producido por un tejido específico de donde es secretada altorrente circulatorio el cual se encarga de transportarla (adistancia) hasta el tejido blanco donde se observa el efectofisiológico final. Sin embargo, muchos autores han ampliado esteconcepto al incluir a ciertos “factores”, generalmente proteicos,que son producidos por un tejido específico pero que no sonvertidos a la sangre sino que actúan sobre células muy cercanas o

paradójicamente sobre ellas mismas, por lo que no necesitan ganar la circulación para poder ejercer su

N

Fig. 1


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Las hormonas y su mecanismo de acción

efecto. Obviamente, cuando apareció el término hormona, hace ya varias décadas, no se conocían estosfactores (citoquinas, factores de crecimiento, linfoquinas, prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos) que actualmente se aceptan - aunque de manera parcial - como elementos que forman parte desistemas microendocrinos, motivo por el cual se les ha acuñado el término de “hormonas de acciónlocal” o autoacoides.

Las hormonas son sintetizadas y liberadas por células denominadas señalizadoras y deben viajaruna distancia variable hasta llegar a su célula blanco o diana donde producen un respuesta específica yaque éstas últimas poseen receptores para las moléculas señalizadoras. En realidad, la funciónfundamental de una hormona es la de cambiar el patrón metabólico de la célula blanco para que ésta seadapte a los diferentes cambios que pueden acontecer en el medio ambiente. Por ejemplo, cuando unindividuo se alimenta, la concentración de glucosa en sangre se eleva alrededor de 3 - 4 veces del valor basal, esto estimula la liberación de la hormona insulina, cuyo efecto primario sobre las células blanco(músculo, por ejemplo) es promover el ingreso de la glucosa a su interior, lo que provoca el descensode la concentración sanguínea de la misma a niveles normales. De esta manera, el cambio primario delmedio ambiente es el aumento desmedido de la concentración de glucosa sérica al alimentarnos, la señal reguladora generada por este desequilibrio es la secreción de Insulina y la respuesta final es lacaptación de glucosa por las células blanco y la disminución de los niveles de glucosa. Esta secuenciase repite para cada uno de los sistemas hormonales existentes, por lo que no es exclusivo para elmecanismo de secreción de la insulina mediado por la hiperglicemia.

Los seres vivos deben ser capaces de responder de manera instantánea a una gran variedad decambios en su medio interno y externo. Estas respuestas rápidas están mediadas principalmente porhormonas de tipo proteico y las catecolaminas. Las células productoras almacenan estas hormonas engránulos de secreción ubicados justo debajo de la membrana celular. La cantidad de hormonadisponible en depósito es suficiente para los requerimientos de unas 24 horas para el caso de lashormonas proteicas y para varios días en el caso de las catecolaminas. En el caso de las hormonasesteroideas y tiroideas, la señal generada se inicia después de varias horas de secretada la hormona y puede persistir en muchos casos durante días.

El presente capítulo estudiará de manera general las características de los principales sistemasde regulación hormonal así como las diferentes formas de clasificación de las hormonas y la manera decomo estos importantes compuestos son capaces de interactuar con la célula para generar un cambio enlas funciones orgánicas que permiten a la célula sobrevivir en un medio que cambia continuamente.

LAS HORMONAS PUEDEN SER CLASIFICADAS DE DIFERENTES MANERAS

Debido a la gran heterogeneidad estructural de las diferentes hormonas, se ha intentadoclasificar a estos compuestos desde los más diversos puntos de vista, como su solubilidad en agua olípidos, su tejido de origen, el segundo mensajero que interviene en la señalización intracelular, laubicación de su o sus receptores, su naturaleza química, etc.

Las tablas 1, 2 y 3 resumen tres diferentes formas de clasificar a las hormonas, bien sea segúnsu naturaleza química, segundo mensajero generado y el tejido de origen, sin embargo una forma muycomún de clasificarlas es según su solubilidad en diferentes solventes como:

a. Hormonas liposolubles: son aquellas hormonas que gracias a su naturaleza estructural, quese deriva a partir de compuestos hidrocarbonados, son capaces de difundir a través delambiente lipídico de la membrana de la célula blanco fácilmente. Se conocen 2 grupos:


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1. Las hormonas esteroideas, que se derivan del núcleo denominadociclopentanperhidrofenantreno, las cuales se clasifican en cuatro subgrupos:

n Glucocorticoides: Cortisol, cortisona, corticosterona.n Esteroides sexuales: estrogenos, progestágenos y testosteronan Mineralocorticoides : Aldosteronan

1,25-Dihidroxicolecalciferol (Calcitriol)2. Los Eicosanoides, que se derivan de los ácidos grasos esenciales de 20 átomos decarbono: ácido linolénico, linoléico y araquidónico y que pueden dividirse en:

n Prostaglandinas, Leucotrienos y Tromboxanos3. Hormonas derivadas de un aminoácido

n Hormonas tiroideas b. Hormonas hidrosolubles: Son aquellas que por poseer grupos químicos cargados

eléctricamente (Polares) son fácilmente solubles en agua, pero no pueden atravesar (debido ala misma naturaleza polar) la membrana plasmática. Por esta razón necesitan un receptor demembrana y un segundo mensajero para la traslocación de la señal al interior celular. Estegrupo está representado por las hormonas de naturaleza proteica y por las catecolaminas.

Las hormonas también pueden ser clasificadas según el tipo de receptor que posee cada una de ellas:

1. Hormonas que poseen receptor de membrana:

• Hormonas derivadas de 1 aminoácido:◊ Catecolaminas

• Hormonas Proteicas• Hormonas de naturaleza lipídica:

◊ Prostanoides : El cual es un caso interesante, ya que a pesar que sonliposolubles poseen receptores de membrana.

2. Hormonas que poseen receptores citoplasmáticos y/o nucleares:

◊ Con receptores citoplasmáticos y nucleares: Hormonas esteroideas◊ Con receptores nucleares: Hormonas tiroideas

Finalmente, existen una serie de sustancias de naturaleza proteica cuyo mecanismo degeneración de señales son indistinguibles de los de las hormonas clásicas, por lo que algunos autores serefieren a ellas como elementos de un sistema microendocrino de defensa, entre éstas tenemos:

n Familia de las Interleucinas (IL)◊ IL1α, IL-1β , IL-2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20

n Familia del Factor de Necrosis Tumoral (TNF)◊ TNF-α y TNF-β

n Familia de los Interferones◊ INT-α, INT-β, INF-γ

n Familia de los factores estimulantes de colonias◊ MG-CSF, M-CSF, G-CSF


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Tabla 1Tabla 1Clasificación de las hormonas según su naturaleza químicaClasificación de las hormonas según su naturaleza química

Tipo de Hormona

Hormonas de naturaleza proteica

Hormonas de naturaleza lipídica

Hormonas derivadas de 1 aminoácido

Insulina, glucagón, prolactina, TRH, tirotropina,

calcitonina, Hormona del crecimiento, GRH,GnRH, ACTH, FSH, LH.

Estradiol, cortisol, progesterona, leucotrienos,aldosterona, testosterona, tromboxanos.

T3, T4, adrenalina, noradrenalina,dopamina

Ejemplos

Segundo MensajeroSegundo Mensajero EjemploEjemplo

A M P c

C a l c i o o u n f o s f o i n o s i t ó s i d o

U n a f o s f o t i r o s i n p ro t e í n an o e n z i m á t i c a

U n a t i r o s i n f o s f at a s a

U n a t i r o s i n c i n a s a

U n a s e r i n / t r e o n i n c i n a s a

A c e t i l c o l i n a ( N i c . ) , a n g i o t e n s i n a I I , L H , G l u c a g ó n ,C a t e c o l a m i n a s ( B e t a 2 ) A D H , F S H , T S H , A C T H ,

A c e t i l c o l i n a ( m u s c a r í n i c o ) , V a s o p r e s i n a , o x i t o c i n a ,C C K , S u s t a n c i a P , G a s t r i n a , c a t e c o l a m i n a s ( A l f a )

I n s u l i n a , I G F - 1 y 2 , P D G F , P r o l a c t i n a

P r o t e í n a l e u c o c i t a r i a C D - 4 5

Er i t r o p o y e t i n a , i n t e r f e ro n e s

F a c t o r d e c r e c i m i e n t o t r a n s f o r m a d o r b e t a

Tabla 2Tabla 2Clasificación de las hormonas según el segundo mensajero utilizadoClasificación de las hormonas según el segundo mensajero utilizado

H. h ipo ta lámicas eh ipo f i s ia r ias

H . s u p ra r r e n a l e s

H . p l a c e n t a r i a sH. gas t ro in tes t ina les

P é p t i d o s n e u ro e n d o c r i n o s

H. de l i s lo te deLa n g e rh a n sH . T i ro i d e a s y d e para t i ro ides

G R H , G N R H , C R H , P I H , G H R I H , v a s o p r e s i n a , o x i t o c i n a ,A C T H , G H , L H , F S H , P r o l a c t i n a , T S H , β −L P T , γ−L P T ,α− M S H , β −M S H , E n d o r f i n a α , En d o r f i n a β .

Cort icos te ro ides , minera loco r t i co ides , es te ro idess e x u a l e s , A d re n a l i n a , n o ra d re n a l i n a , d o p a m i n a

G C H , S M T CG a s t r i n a , s e c r e t i n a , P IG , EG , P P , C C K , g l i c e n t i n a , P IV , b om b e s i na , ne u r o t e ns i na

S u s t a n c i a P , s o m a t o s t a t i n a

Insu l ina , somatos ta t ina , PP , g lucagón

T 3 , T 4 , C a l c i t o n i n a y P T H

Tabla 3Tabla 3Clasificación de las hormonas según el tejido de origenClasificación de las hormonas según el tejido de origen


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VISION GENERAL DE LOS MECANISMOS DE SEÑALIZACION EXTRACELULAR

En los organismos superiores, las hormonas pueden ejercer sus efectos a largas, medianas ymuy cortas distancias. De esta forma, basados en la distancia recorrida por la hormona para actuarsobre la célula blanco, se pueden diferenciar cuatro grandes mecanismos de acción hormonal:

a. Mecanismo endocrino: en el cual la hormona es liberada hacia el torrente circulatorio através del cual llega a la célula blanco.

b. Mecanismo paracrino: en el cual la hormona es liberada hacia el espacio intersticial querodea a la célula productora y actúa sobre otra célula situada muy próxima a ella.

c. Mecanismo autocrino: en el cual la célula que secreta la hormona responde, ella misma, al producto que liberó.

d. Mecanismo Yuxtacrino: La hormona está anclada en la membrana y allí se une al receptorsituado muy cercano a la hormona en la misma membrana de la misma célula (Fig.2).

Algunas hormonas pueden actuar através de dos o inclusive tresmecanismos, como sucede porejemplo con el EGF (Factor decrecimiento epidermal) que puedeactuar ya sea endocrina, paracrina oautocrinamente.

La respuesta de un tejido a unahormona en particular depende de losreceptores que la célula posee y de lasreacciones intracelulares que seinician cuando la hormona se une alreceptor. Diferentes tipos celulares pueden tener diferentes juegos dereceptores para la misma hormonacada uno de los cuales puede mediaruna respuesta diferente. De otramanera, el mismo receptor puedeestar presente en diferentes tiposcelulares, y la unión de la mismahormona puede provocar respuestasdiferentes en cada tejido. Por ejemplo,los receptores para acetilcolina se pueden encontrar, entre otros tejidos,en la membrana celular de losmiocitos estriados, en las célulasmusculares del corazón y en lascélulas acinares del páncreas, sinembargo, la secreción de acetilcolinadesde una neurona cercana a cada uno

Fig. 2


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de estos tejido provoca en el miocito estriado su contracción, mientras que en el corazón disminuye sufrecuencia de contracción y en la célula acinar pancreática produce la secreción de enzimas digestivas.

Debido a sus potentes efectos, las hormonas y neurotransmisores deben estar cuidadosamentereguladas en cuanto a su liberación, distribución y degradación. En algunos casos la liberación y

degradación de algunos compuestos señalizadores son regulados para proporcionar efectos de manerarápida y con una duración corta de su efecto, y en otros casos, los efectos se producen en un lapso detiempo mayor y con una persistencia del efecto también mayor.

Como se comentó antes, para que una hormona pueda ejercer su acción debe unirse a unamolécula orgánica de naturaleza proteica - el receptor - con gran especificidad y afinidad, dichainteracción involucra los mismos tipos de enlaces que caracterizan la unión específica entre una enzimay su sustrato o la de un antígeno con su anticuerpo. La especificidad de un receptor es un término querelaciona la capacidad de éste de distinguir sustancias estrechamente relacionadas entre sí; por ejemplo,el receptor de insulina puede ligar con alta afinidad a la insulina y con una afinidad 1.000 veces menoral IGF-1 y 2, pero no es capaz de ligar a otros péptidos.

Existen diferentes tipos de receptores según su ubicación en distintos sectores de la célula, deesta manera se distinguen 3 poblaciones de receptores:

1. Receptores de membrana: Los cuales unen a las hormonas de tipo proteico, a lascatecolaminas y los Prostanoides.

2. Receptores Citosólicos: Los cuales ligan a las hormonas esteroideas.3. Receptores Nucleares: los cuales ligan a las hormonas esteroideas y las hormonas tiroideas.

De todo lo expuesto se concluye que se deben seguir una serie de pasos para que la hormona pueda ejercer su efecto. Estos pasos involucran muchas veces una gran diversidad de tejidos ymoléculas que actúan al unísono para regular la actividad del tejido blanco. Así, de manera didáctica, laacción hormonal transcurre por lo siguientes eventos:

1.- Síntesis de la hormona en la célula señalizadora.2.- Liberación de la hormona desde la célula señalizadora3.- Transporte de la señal a hacia la célula blanco4.- Detección de la señal gracias a la presencia de un receptor en la célula blanco.5.- Cambios en el metabolismo celular o en la expresión genética (o ambos) en la célula blanco.6.- Remoción de la señal , lo que concluye con el efecto hormonal y por ende en la respuesta deltejido a la misma, en un tiempo variable.

Si se analizan estos seis apartados, se puede deducir que una vez que una célula produce y liberauna hormona, esta recorre una distancia determinada hasta llegar a la célula blanco. Una vez que lahormona toma relación con dicha célula el siguiente evento dependerá de la naturaleza química delreceptor : si es una hormona de naturaleza proteica, derivada de un aminoácido (catecolaminas) o un prostanoide, esta se unirá con un receptor de membrana ; pero si la hormona es esteroidea o tiroidea(Derivada del aminoácido Fenilalanina) puede atravesar libremente la membrana gracias a laliposolubilidad de estas sustancias, por lo que obviamente no necesitan un receptor de membrana.


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El receptor de membrana es una estructura necesaria para aquellas hormonas que no puedenatravesar la membrana plasmática, bien sea por su tamaño o por su carácter altamente polar (cargadoeléctricamente). De esta forma, luego que estas hormonas se unen a un receptor de membrana, se debe producir una respuesta que lleve la información de la hormona (primer mensajero) hacia el interiorcelular, esta respuesta se denomina traslocación de la señal, la cual está íntimamente relacionada con la

síntesis de una molécula denominada segundo mensajero, que finalmente transmite la señal a losefectores finales de la acción hormonal: Proteínas con capacidad catalítica, Proteínas contráctiles,Proteínas con función de Factor de transcripción o directamente al ADN (actuando como inductores orepresores de la transcripción del ADN). De esta manera, se puede inferir que los mecanismos deacción del grupo de las hormonas proteicas/catecolaminas es bastante diferente al del grupo hormonasesteroideas/tiroideas.

MECANISMO DE ACCION DE LAS HORMONAS ESTEROIDEAS Y TIROIDEAS

Introducción

Debido a su liposolubilidad, las hormonas esteroideas/tiroideas (HE/T) pueden atravesarfácilmente el ambiente lipídico de la membrana por difusión simple, por lo que la señal o mensaje queellas transportan puede ser introducido al interior celular sin la necesidad de la síntesis de un segundomensajero. Es importante recordar que todas las hormonas esteroideas y tiroideas utilizan unmecanismo clásico endocrino de acción, es decir, que son vertidas a la sangre desde el órganoendocrino que la produce y se unen en el torrente circulatorio a una proteina transportadora que le permite solubilizarse en el ambiente acuoso plasmático.

Fig. 3 Visión general del mecanismo deacción de las hormonas esteroideas. Nótese

que la hormona esteroidea atraviesalibremente la membrana plasmática y seune a un receptor a nivel del citosol. En primera instancia el receptor formacomplejo con la proteínas de choquetérmico (PCT) pero cuando la hormona seune ocurren cambios conformacionales enel receptor y éste se disocia de las PCT.Posteriormente el complejo hormonareceptor dimeriza con otro idéntico y sedirige al núcleo y se une a una porciónespecífica de ADN que se denominaelemento de respuesta a hormonas (ERH)

que regula la expresión de un genestructural blanco. Para más informaciónvéase el texto.

Una vez en el citosol de la célula blanco, la hormona esteroidea encuentra un receptorespecifico y de alta afinidad. A continuación el complejo hormona-receptor sufre una reorganización

PCTR PCTR +

R R

R R

ERH

+

Gen

Hormona

Citosol

Núcleo

ADNMembrana

Nuclear


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que se denomina activación, la cual le permite viajar hacia el núcleo y unirse a elementos específicosde la cromatina activa para la transcripción denominados elementos de respuesta a hormona (ERH).

Los ERH son porciones específicas de ADN que se encargan de regular la transcripción un genespecífico a ARNm y que, junto con el sitio promotor, amplificadores y silenciadores, toman la

denominación general de elementos reguladores de la transcripción.El sitio promotor se encuentra a pocos pares de bases corriente abajo del comienzo del gen ydicta la orden de ‘’donde’’ comienza la transcripción, es decir, son elementos proximales, mientras quelos elementos de respuesta a hormonas, amplificadores y silenciadores se encuentran generalmentemiles de pares de bases corriente abajo del comienzo del gen, dictando la orden ‘’cuantas veces ‘’ o ‘’frecuencia’’ se va a transcribir el gen.

De esta manera, las hormonas esteroideas pueden afectar la síntesis proteica, ya que puedenaumentar o disminuir la síntesis de una proteína especifica y en consecuencia su concentración. Laacción de controlar la cantidad o concentración de una proteína mediante el control en la síntesis de suARNm se denomina control de la expresión genética: cuando un gen se expresa, debemos entenderque éste produce un patrón en forma de ARNm que se traduce en forma de una proteína especifica.Este hecho desde el punto de vista metabólico es extremadamente importante si recordamos que lasenzimas son proteínas y si una célula controla la cantidad de enzima sintetizada, podrá aumentar odisminuir la velocidad con que acontecen algunas reacciones químicas en una vía metabólicadeterminada: son los mecanismos de inducción y represión.(Fig. 3)

Las hormonas tiroideas no poseen receptores a nivel del citosol ni están unidas a las proteínasde choque térmico (PCT, sin embargo, éstas viajan directamente al núcleo y se unen a su receptor queestá en íntima relación con el ADN, en pocas palabras, el receptor para hormona tiroidea está unido alelemento de respuesta a hormona. (Fig. 4)

Fig.4 Visión esquemática del mecanismo de

acción de las hormonas tiroideas T3 y T4. Lahormona es capaz de atravesar libremente lamembrana plasmática por su naturaleza apolar y su bajo peso molecular. A diferencia de las hormonasesteroideas, las hormonas tiroideas no poseen unreceptor a nivel citoplasmático sino a nivel nuclear;de esta forma, la hormona llega directamente alnúcleo y se une al receptor que se encuentra yaunido al elemento de respuesta a hormonas ygeneralmente dimerizado con el receptor pararodopsina con el cual forma un complejo que poseeactividad silenciadora basal de la transcripción.Cuando la hormona se une, el receptor cambia de

conformación, y de silenciador, se convierte enestimulante de la transcripción de un o varios genesestructurales. Para una mayor información ver eltexto.

Estructura de los receptores parahormonas esteroideas/tiroideas

La superfamilia de receptores de hormonas esteroideas/tiroideas es extremadamente amplia yrepresenta la familia más grande conocida hasta ahora de factores de transcripción (en realidad,

+

Gen

Hormona

Citosol

Núcleo

ADNMembrana

Nuclear

ERH GenADN

ERH


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factores de transcripción activados por ligandos) de células eucarióticas, por lo que juegan un papelimportantísimo en la regulación del crecimiento, desarrollo y duplicación celular. Esta incluye losreceptores para estrógenos (RE), progesterona (RP), glucocorticoides (GC), mineralocorticoides (MC),andrógenos (RA), receptor de hormonas tiroideas (RT), para vitamina D (RVD), ácido retinoico (RAR)y ácido 9-cis retinóico (RXR). En adición a esto, se han identificado un número bastante amplio de

genes que tienen secuencias homólogas con el ADN de los receptores antes nombrados, perolamentablemente, aún no se conoce el ligando para los productos proteicos de estos genes, motivo porel cual se les conoce como receptores huérfanos.

El estudio de la secuencia de aminoácidos indica que un receptor típico se puede dividir envarias regiones o “dominios” funcionalmente activos (Fig.5). El dominio A/B contiene el extremoaminoterminal de la proteina receptora y es muy variable en extensión y en su secuencia deaminoácidos. Usualmente este contiene una secuencia que sirve para su transactivación así comosecuencias de aminoácidos importantes para el reconocimiento de elementos de respuesta a hormonaespecíficos (es decir, para distinguir las diferentes isoformas). La región C contiene dos dedos de Zinctipo 2 que son los responsables del reconocimiento del ADN por parte del receptor y también delfenómeno de dimerización de los receptores. La región D ayuda al receptor a cambiar de conformacióny contiene regiones para su fijación en el ambiente nuclear y para la transactivación. El dominio deunión a la hormona se encuentra en la región E, la cual es relativamente extensa y funcionalmentecompleja, ya que también tiene secuencias que intervienen en la asociación con proteínas de choquetérmico, dimerización, localización nuclear, transactivación, silenciamiento intermolecular y represiónintramolecular. Sin embargo, es obvio pensar que la región más importante es el dominio de unión conla hormona.

El mayor dominio para la dimerización de receptores se encuentra en el extremo terminal deldominio E, esta región contiene secuencias ricas en Leucina que forma interacciones hélice - hélice para dimerización. En el extremo carboxilo terminal se puede encontrar una región variable llamada F ala cual hasta la fecha no se la ha atribuido ninguna función; su pérdida no afecta la actividad delreceptor.

Fig. 5 Estructura esquemáticade un receptor para hormonaesteroidea/tiroidea (RE/T). Se pueden apreciar los diferentesdominios activos de la proteínay su papel en la regulación enla actividad del mismo. Nóteseque el dominio o región F notiene función conocida hasta elmomento y los estudios basadosen mutagénesis dirigida ydigestión con proteasas a estenivel han revelado que el

receptor mantiene sufuncionamiento normal a pesarde la pérdida de este segmento.

Las secuencias deADN que se unen y

responden a las hormonas esteroideas/tiroideas se denominan elementos de respuesta a hormonas(ERH) y con mucho el mejor estudiado es el ERH para glucocorticoides, el cual está constituido por 2cortas repeticiones de bases colocadas de manera invertida y separadas por 3 nucleótidos. Esta


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organización se repite de manera más o menos de la misma manera para los ERH de progesterona,mineralocorticoides, andrógenos y estrógenos (Tabla 4). Esta conservación en la estructura de losdiferentes HRE sugiere que los aminoácidos del receptor que se une al HRE también deben estar muyconservados, por lo menos, en lo que se refiere a la región C o dominio de unión al ADN y solocambios menores en la secuencia de aminoácidos dan cuenta de la especificidad a los diferentes

elementos de respuesta a hormonas. En este sentido es muy importante estudiar la estructura de laregión C del receptor de hormonas E/T ya que ésta es la que se encarga de interactuar con el ADN(ERH).

Tabla 4Receptores para hormonas esteroideas/tiroideas y la secuencia de aminoácidos de la caja P de la región C del

receptor y su correspondiente sitio de unión al ADN (ERH). En color verde se aprecia la secuencia de la caja P parael receptor de glucocorticoides, compárese con la caja P de la figura 2 y nótese su correspondencia.

Tipo de receptor Secuencia de aminoácidos de lacaja P

Secuencia de nucleótidos delelemento de respuesta a

hormona

TR, RAR, VDR, RXR, PPAR CEGCK G AGGTCAXXXTGACCT HNF4 CDGCK G AGGTCAXXXTGACCT

EAR2 CEGCK S AGGTCAXXXTGACCT

SF1 CESCK G AGGTCAXXXTGACCT

GR,MR,PR,AR CGSCK V TGTTCTXXXAGAACA

ER CEGCK A AGGTCAXXXTGACCT

La región C es una estructura globular que puede dividirse en dos módulos (Fig.6). Cadamódulo está formado por un complejo de coordinación con un átomo de Zinc y una alfa hélice,formando un “dedo de Zinc”. El primer módulo contiene el primer dedo de zinc, el cual comienza conun corto segmento de una hoja beta antiparalela y termina con la alfa hélice entre el segundo par decisteínas coordinadas con el átomo de Zinc. La hoja plegada beta ayuda a orientar los residuos deaminoácidos que se ponen en contacto con la columna de fosfatos del ADN y la estructura helicoidalfija el receptor a la hendidura mayor del ADN. El segundo módulo tiene la misma organizaciónestructural del primero, pero además de ayudar a la fijación de la molécula receptora con los fosfatosdel ADN, también es de gran importancia para la dimerización de este receptor con otra proteinareceptora de la misma clase.

Es importante hacer notar que dentro de la estructura de estos dos módulos existen regionesdenominadas “cajas”. En el primer módulo se presenta la caja P (P-box) que está formada por seisaminoácidos y que para el receptor de glucocorticoides son cisteína-glutamato-serina-cisteína-lisina-valina formando la verdadera región con la que interactúa el receptor con el ADN. De la mismamanera, en el segundo módulo se encuentra la caja D (D-box) que contiene siete aminoácidos y es la parte de este módulo que interactúa con el ADN. (Fig. 6)


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Los mecanismos mediante los cuales las hormonas esteroideas inducen la unión del complejohormona - receptor con el ADN son interesantes. Cuando el receptor no está ocupado por la hormonadominio de unión al ADN (región C) tiene una orientación espacial desfavorable para la unión con elADN. Subsecuentemente, cuando se une la hormona con el receptor, ocurren cambios

conformacionales en la región C que

provocan la exposición del mismo al ERH enel ADN. Algunos autores también han propuesto que los receptores para hormonasesteroideas cuando no estánunidos a la hormona forman complejos conlas proteínas de choque térmico (PCT), es probable que la PCT bloquee el sitio de uniónal ADN. Otra posibilidad es que la asociaciónentre el receptor y la PCT formen uncomplejo proteico tan grande que seaimposible que este pueda atravesar los porosde la membrana nuclear.

Papel del receptor en la activación genética y el silenciamiento

Después de la unión con la hormona, el receptor se une al ADN y actúa sobre la expresión degenes blanco. El progreso en el entendimiento de los mecanismos de transactivación se vieron un pocoretrasados por la carencia de un modelo apropiado in vitro. Hace varios años, el desarrollo de sistemasde transcripción in vitro libre de células ha ayudado a demostrar la activación de genes blanco pormedio de complejos receptor-hormonas esteroideas purificados.

En la figura 7 se resumen los mecanismos de activación de la activación de un gen gracias a lainducción mediada por un receptor de hormona E/T activado (RE/T). Este esquema propone que elreceptor estimula la formación de un complejo de pre-inicio bien sea por un incremento en la tasa deensamblaje de sus componentes y/o por la estabilización del complejo ya formado (Fig. 8).

La formación del complejo de pre-inicio es un proceso secuencial en el cual interviene proteínasreguladoras de la transcripción denominadas “factores de transcripción”, enzimas como la ARN polimerasa dependiente de ADN, el sitio promotor del ADN (caja TATA), el ERH y el complejohormona-receptor. En un primer paso, el factor de transcripción IID (FTIID) reconoce la caja TATAdel sitio promotor y se une a ella (fig. 7a). Luego, el factor de transcripción IIA (FTIIA) y el factor detranscripción IIB (FTIIB) se unen al ADN de manera independiente. Es importante recalcar en este punto que cuando el FTIIB se une se forma un complejo que tiene alta afinidad por la ARN polimerasa,lo que forma un macrocomplejo llamado ABDF-polimerasa-ADN, que finalmente sirve de anclaje alresto de los factores de transcripción como el TFIIE, IIH y IIJ, para formar así el complejo de pre-inicio propiamente dicho, el cual es capaz de empezar la lectura y transcripción del gen blanco para producirARNnh que luego de ser procesado generará ARNm maduro. (Fig.7b-d)


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Fig.7 El inicio de la transcripción del ADN aARN nuclear heterogéneo es un proceso complejoy muy bien regulado que involucra una grancantidad de proteínas y elementos reguladores proximales y distales. La caja TATA es uno de loselementos reguladores proximales masimportantes y se encuentra generalmente a pocos pares de bases antes del comienzo del genestructural sobre el cual se regula sutranscripción. Esta caja tiene la capacidad dedictar el sitio “donde” debe comenzar latranscripción gracias a su alta afinidad por ungrupo heterogéneo de proteínas que se denominanen conjunto factores de transcripción. Estoscompuestos generalmente presentan gran actividady afinidad por el ADN cuando son fosforilados porcinasas del tipo MAP o por cinasas dependientesde ciclinas, siendo su incorporación a la cajaTATA es un evento secuencial como se muestraen los paneles A-D. Los estudios mas recientes

indican que es bastante probable que laincorporación progresiva de los factores detranscripción a las cajas determinan un sitio de altaafinidad y por lo tanto, fácilmente reconocible para la ARN polimerasa dependiente de ADN lacual es la enzima efectora clave en la síntesis deARNnh. Elementos reguladores distales como loselementos de respuesta a hormonas (ERH),silenciadores y amplificadores pueden interactuarcon estos elementos proximales para definir elnúmero de veces y el momento en el cual debedetenerse la transcripción.

Se ha considerado de manera general que para que un receptor de hormona esteroidea sea activodebe estar unido a su hormona; es decir, que en ausencia de su ligando natural el receptor no se puedeunir al ADN permaneciendo de forma inactiva o silente. En contraste, los receptores para hormonaesteroidea pueden unirse al ADN en ausencia de su ligando a pesar que en la mayoría de los casos noson capaces de activar la expresión de genes. A pesar de esto, no se les puede considerar como simplesobservadores en el control de la expresión genética ya que en ausencia de la hormona esteroidea soncapaces de silenciar la actividad basal del sitio promotor es decir la actividad promotora basal (fig.9) .La región mas importante de la actividad silenciadora se encuentra ubicada en el extremo carboxiloterminal de del dominio de unión a la hormona del receptor (región E). La inhibición de la actividad promotora basal no parece estar asociada con la unión con el ADN. Al parecer, el silenciamiento es elresultado de la interacción directa del receptor con la maquinaria transcripcional, aparentemente a

través de la inhibición de la formación del complejo de pre-inicio al interactuar éste con el FTIIB. Laevidencia experimental mas reciente apoya fuertemente la existencia de elementos de respuesta ahormonas negativos, esto al menos, para el receptor de glucocorticoides y están representados por porciones específicas de ADN que poseen una alta afinidad por el receptor pero que le obligan a tomaruna conformación espacial que exponen secuencias de aminoácidos que silencian la transcripción.

TATAADN Gen estructural

FTIID


FTIID

TFIIBTFIIA

TATAADN

FTIID

ARN pol

FTIIF

FTIIEFTIIJ


FTIID

Complejo de preiniciode la transcripción

A

B

C

D


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Fig.8 Posible mecanismo de regulación de latranscripción a través de la interacción del complejohormona-receptor con los elementos de respuesta ahormona. El complejo H-R se une a sitios específicosreguladores distales llamados elementos de respuesta ahormonas o HRE (situados a miles de pares de basescorriente abajo del gen estructural a ser regulado) y quea diferencia de los elementos reguladores proximalescomo la caja TATA, regula la frecuencia (número deveces) que el gen estructural deberá transcribirse. Es bastante probable la interacción del ERH con elcomplejo H-R actúe de dos maneras sobre el complejode preinicio: en primer lugar, puede aumentar lavelocidad de ensamblaje de los factores de transcripcióno en segundo lugar, puede estabilizar el complejo unavez que esta se ha ensamblado.

Se creía antiguamente que la actividad silenciadora se debía a elementos adyacentes en Cis que

eran ocupados por factores reguladores en trans lo que provocaba un efecto negativo por la interacción proteína-proteína entre el elemento regulador y el receptor. En la figura 9 se muestran las posibilidadesde cómo los receptores y los complejos H-R pueden regular la expresión genética.

Fig. 9 Diferentes formas de interacción del receptorcon el ADN y su influencia sobre la transcripción. A :Activación clásica estimulada por la hormona, elcomplejo H-R se une al ERH e induce la transcripcióndel gen blanco. B : Represión de la transcripción porsilenciamiento basal debido a la unión del receptorvacío (no ocupado por la hormona) al los HRE actuandocomo un silenciador. C : Silenciamiento inducido porun factor proteico (silenciador) que impide la activación

completa del complejo H-R y por lo tanto la inducción.D : ERH de tipo negativo que induce silenciamientodebido a que provoca cambios conformacionales en elcomplejo H-R que impide la transcripción del gen blanco.

Papel del ligando en la transformación y activación del receptor

Los receptores para hormonas E/T tiene una actividad neutral y/o de silenciamiento en ausenciade ligando. Al momento de unirse a su ligando natural, se convierten generalmente en reguladores positivos. El proceso de activación del receptor se denomina transformación. Los miembros de lasuperfamilia de receptores de hormonas E/T se pueden dividir en dos grandes grupos según sus propiedades funcionales: el grupo A, que comprende a los receptores de mayor tamaño (GR, AR, PR,MR y ER) los cuales poseen grandes dominios A/B y que en ausencia de su ligando forman complejoscon las proteínas de choque térmico (PCT) 90, 70 y 56. Para casi todos éstos, en ausencia del ligandono ocurre unión al ADN (al elemento de respuesta a hormonas) aparentemente porque mientras que nose una la hormona al receptor éste permanece formando complejos de alto peso molecular con las PCTque le impiden atravesar los poros nucleares, este hecho trae como consecuencia que no tengan a estenivel ninguna actividad sobre la transcripción de ARN. Después de su unión con la hormona, las PCTse disocian del receptor el cual es capaz de dimerizar con otro de igual familia (homodímero), o como

ERHERH ERHERH

Receptor

H o r m o n a

TATA

Comple jo de pre in ic iode la t ranscr ipc ión

estable

Estabi l ización delcomplejo de prein icio

ERHERH ERHERH TATA

Complejo de prein iciode la transcripción

Inestable

Act ividad s i lenciadora

basal

Complejo hormona-receptor

B

A

ERHERH ERHERH

ERHERH ERHERH

ERHERH ERHERH

ERHERH ERHERH

A

B

C

D


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también ocurre frecuentemente pueden formar heterodímeros con el receptor para el ácido 9-cisretinóico (RXR) en el núcleo uniéndose al ADN en elemento de respuesta a hormonas. En contraste,los receptores del grupo B (TR, RAR, VDR, RXR, PPAR) tienen dominios A/B pequeños, no seasocian a las PCT por lo que tiene ubicación nuclear y se pueden unir al ADN en ausencia de ligandocomo silenciadores, pero, en presencia de ligando, se activan y pueden actuar como activadores o

represores de la expresión genética. Estos receptores generalmente se encuentran unidos al elemento derespuesta a hormonas en forma de heterodímeros con el RXR.

REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LOS RECEPTORES PARA HORMONASESTEROIDEAS/TIROIDEAS

a.- Isoformas de receptores para hormonas esteroideas/tiroideas

Es bien conocida la existencia de isoformas de receptores para cada una de las hormonasesteroideas y se ha determinado que cada una de estas isoformas tiene actividad distinta, diferentesafinidades por los elementos de respuesta a hormonas, grado de unión con proteínas de choque térmicoe inclusive diferente capacidad de dimerización. En la mayoría de las aves y mamíferos el RP seexpresa en dos grandes isoformas, el RP-A y el RP-B. La única excepción ocurre en el conejo que soloexpresa el RP-B. Ambas formas se derivan del mismo gen. El RP-B del humano contiene unasecuencia extra de 164 aminoácidos a nivel del extremo amino terminal. Ambas formas son biológicamente activas, pero su capacidad relativa de activar genes blanco difiere. Recientemente se hadescubierto una tercera forma, el RP-C, pero lamentablemente aún no se ha caracterizadocompletamente.

Las isoformas A y B también se han reportado para el RA y en contraste con el RP, la isoformaA se expresa a niveles mucho mas bajos que la forma B ; la contribución de este hecho sobre laregulación de la acción de los andrógenos es un campo de intensa investigación en la actualidad.

Junto con las variantes anteriormente expuestas se han descrito muchas isoformas para el REque se derivan cada una de la pérdida de uno de los exones del gen del receptor. Éstos se detectaroninicialmente a nivel de ARNm y su papel in vivo actualmente está sujeto a investigación.

El RG también se expresa en dos isoformas RG α y RG β . La forma α es la forma clásica delreceptor para glucocorticoides y la forma β difiere de la anterior al nivel de la porción carboxiloterminal ya que no liga a los glucocorticoides reprimiendo la actividad de la forma RG α. La expresiónrelativa y la importancia de la forma β aún está por determinarse.

b.- Regulación de la función del receptor a través de interacciones físicas o funcionales conotras proteínas

Muchos estudios han demostrado que la actividad de los receptores para hormonas esteroideas pueden al menos ser reguladas en parte por proteínas muy cerca (y a veces hasta solapan) los elementosde respuesta a hormonas.

Se han descrito dos clases importantes de proteínas que pueden interactuar con el complejo H-Ró con el receptor mismo: Los co-activadores y los co-represores. Los co-activadores se unen al receptormismo y presumiblemente sirven de puente para que otros factores de transcripción puedan unirse alADN. Aquellos que interactúan con la porción C terminal del receptor solo lo hacen cuando está


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presente la hormona. Los co-represores solo interactúan con el grupo B de receptores (receptoresnucleares que no se unen a las PCT) y generalmente se separan del receptor cuando el ligando naturalse une al receptor.

c.- Fosforilación de los receptores para hormonas esteroideas/tiroideas

Además de ser receptores, los RE/T (receptores para hormonas esteroideas/tiroideas) tambiénson fosfoproteínas y su función es en parte regulada por fosforilación. Los estudios realizados con otrosfactores de transcripción han demostrado que la fosforilación puede intervenir en la traslocaciónnuclear, la unión al ADN, la interacción con otras proteínas y la transactivación. Los factores detranscripción frecuentemente están fosforilados en muchos residuos de aminoácidos y como en el casodel c-Jun pueden contener sitios que aumentan su actividad así como sitios que la reducen. Lasreacciones de fosforilación y defosforilación son llevadas a cabo por una gran cantidad de enzimascomo las MAP-Cinasas, Cinasas dependientes de ciclinas y proteincinasas activadas por estrés, lo queindica que la célula puede alterar la actividad de una proteína en respuesta a diferentes vías deseñalización.

A pesar que la fosforilación de RE/T no se ha estudiado a fondo aún, se conoce que laregulación de la actividad del receptor es compleja e incluye muchos aspectos de la acción del mismo.El hallazgo que algunos de estos receptores pueden activarse por fosforilación en ausencia de hormonaindica que la presencia de esta última es solo un paso dentro de la aparición de la respuesta biológicafinal y de una u otra forma este hecho ha ido forzando a una revisión en los mecanismos de acción delos receptores para hormonas E/T(Fig. 8). En la tabla 5 se muestran los sitios de fosforilación paraalgunos de estos receptores en diferentes especies y la función que esta cumple a nivel del mismo.

Tabla 5Receptores de hormonas E/T sitios de fosforilación y función

Tipo Animal Sitios defosforilación

Secuencia Función Grupo deInvestigación

RP Pollo 4 Ser-Prol Act. TranscripciónUnión al ADN y ;a hormona

Donner y cols.Poletti y cols.

RG Ratón 7 Ser-ProlTreonina

Estabilidad y actividad delreceptor

Bodwell y cols.

RE Ratón 6 TirosinaSer-Prol

Unión al ADNAct. Transcripción

Aurichio y cols.Arnold y cols.

RA Humano 3 Ser-Prol Act. De la transcripción? Zhou y cols.RT Ratón ? ? Unión al ADN Bodwell y cols.

MECANISMO DE ACCION DE LAS HORMONAS PROTEICAS, CATECOLAMINAS YEICOSANOIDES

El mecanismo de acción de estas hormonas está íntimamente ligado con los eventos queacontecen cuando éstas se unen a su receptor de membrana generándose un segundo mensajero


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particular para cada complejo hormona-receptor. Podemos distinguir varios sistemas de traslocaciónde la señal (Fig. 8 y 9 ) :

Fig. 8 Se aprecian los dos principales mecanismos detrasducción de señal a través de la

membrana plasmática queinvolucran a las proteínas G. En elpanel 1 se observa que la activaciónde la proteína G activa a la enzimaguanilato ciclasa cuyo producto principal es el segundo mensajeroAMPc. En el panel 2 se evidenciaque la proteína G es capaz de activara una enzima diferente, la fosfolipasaC que cataliza la conversión delfosfatidilinositol-P2 (PIP2) enInositol trifosfato (IP3) ydiacilglicerol, dos importantes

segundos mensajeros que sonresponsables del aumento del influjode calcio al interior celular. Elaumento en la concentración decalcio en el citosol activa a la proteína Calmodulina, la cual escapaz de formar complejos conenzimas que aumentan su actividaden gran medida. Este hecho es elresponsable de la respuestametabólica final.

1. Sistema de traslocación de señal dependiente de receptores acoplados a Proteína G y

producción de AMPc como segundo mensajero.2. Sistema de traslocación de señal acoplado a proteína G dependiente de Ca++,Fosfoinositósidos y calmodulina.

3. Sistema de traslocación de la señal dependiente de la síntesis de GMPc. 4. Sistema de traslocación de señal dependiente de receptores tipo tirosincinasas y generación

de fosfotirosinproteinas como segundos mensajeros. 5. Sistema de traslocación de señal dependiente de receptores con capacidad de Treonin/serin

cinasas y generación de fosfoserin y fosfotreoninproteinas como segundos mensajeros. 6. Sistema de traslocación de señal dependiente de receptores con capacidad de tirosinfosfatasa

generando un segundo mensajero proteico defosforilado.

M e m b r a n a p l a s m á t i c aM e m b r a n a p l a s m á t i c a

C i t o s o l

E x t e r i o r

GGA M P cA M P cA T P

H o r m o n a

R e c e p t o r

P r o t e i n a Ga c o p l a d a a lr e c e p t o r

+

AA

CC

R e s p u e s t aM e t a b ó l i c aR e s p u e s t aM e t a b ó l i c a

GG

H o r m o n a

R e c e p t o r

P r o t e i n a Ga c o p l a d a a lr e c e p t o r

+

R e s p u e s t aM e t a b ó l i c aR e s p u e s t aM e t a b ó l i c a

PP

CCLL P I P 2P I P 2

I P 3 + D A G+

C a + +

+

C a + +C a + + C a + +

C a l m o d u l i n aC a l m o d u l i n aC a l m o d u l i n aC a l m o d u l i n a

C a + +

C a + +

C a + +

C a + +

C a l m o d u l i n aC a l m o d u l i n a

C a + +

C a + +

C a + +

C a + +

E n zE n z

1

2


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Fig. 9 En la gráfica se puedenapreciar otros mecanismosimportantes de traslocación deseñal a través de la membrana plasmática. En el panel 3 seobserva un receptor tipotirosincinasa autofosforilándosey heterofosforilando al segundomensajero. En el panel 4, unreceptor acoplado a la enzimaguanilato ciclasa, enzima quecataliza la producción de GMPca partir de GTP. El panel 5muestra a un receptor quefosforila a una enzima y luegoésta última es capaz defosforilar al segundo mensajeroque se activa para llevar a cabosu estimulación de vías claves.El panel 6 muestra un receptor

con actividad de fosfatasadefosforilando a una proteína(2do mensajero) yconvirtiéndola de esta maneraen su forma activa. Para másdetalles ver texto.

SISTEMA DE TRSISTEMA DE TRASLOCACIÓN DE SEÑAASLOCACIÓN DE SEÑAL DEPENDIENTE DEL DEPENDIENTE DE RECEPTORES ACOPLADOSRECEPTORES ACOPLADOS AA

PROTEÍNA G Y PRODUCCPROTEÍNA G Y PRODUCCIÓN DE AMPIÓN DE AMPcc COMO SEGUNDO MENSAJCOMO SEGUNDO MENSAJ EROERO

Una buena cantidad de hormonas que se unen a receptores de membrana activan el sistema detraslocación de señal mediado por proteína G, que posteriormente activa a una enzima efectora quegenera un segundo mensajero intracelular, el AMPc.

A pesar que diferentes receptores de este tipo fijan hormonas diferentes, se pueden enumerarvarias características que son similares para todos ellos:

a. Los receptores son proteínas integrales de membrana con tres dominios: el extracelular, quecontiene el extremo aminoterminal, el dominio trasmembrana, que esta constituido por sieteasas de aminoácidos hidrofóbicos enumeradas de H1 a H7, y un dominio intracitoplasmático

que contiene el extremo carboxilo terminal. b. En el lado citoplasmático, entre las alfa hélices 5 y 6 se encuentra un asa llamada C3 la cualse encarga de interactuar con la proteína G (Fig.10).

c. La proteína G asociada con el receptor es un apagador (on / off) intracelular, el cual seencuentra apagada (sin transmitir señal) cuando esta unido al GDP y en posición on o deencendido (transmitiendo señal) cuando está unido al GTP.

d. La proteína G activada (unida a GTP) se une y activa a una enzima efectora, la cual cataliza aun segundo mensajero.

Tir

TirTir

Tir

ATP

ADPP

P P

P

Membrana plasmática

Receptor

Hormona

2do Mensajero2do Mensajero

P

P P

P

2do Mensajero2do Mensajero

GuanilatoCiclasa

I

GuanilatoCiclasa

I

GuanilatoCiclasa

A

GuanilatoCiclasa

A

GTP GMPcGMPc

Hormona

Receptor

Activación

ATP ADP

EnzimaEnzima

P

P P

P

EnzimaEnzima

Hormona

Receptor

2doMensajero

2doMensajero

2doMensajero

2doMensajero PP

P

P P

P

ProteínaProteína ProteínaProteína

Pi Pi

Pi

Pi

Hormona

Receptor

3 4

5 6


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e. La hidrólisis del GTP unido a la proteína G, la convierte a su forma inactiva, terminando laseñalización.

Fig. 10 Estructura general de unreceptor acoplado a proteína G (sevenspanning receptor). Se pueden apreciar

los siete segmentos que cruzancompletamente la membrana plasmática y que determinan que cadauna tenga un dominio extracelular undominio trasmembrana (H1-H7) y otrointracelular. Cada uno de estossegmentos está conectado con elsiguiente a través de asas deaminoácidos, algunas extracelulares(E1,E2,E3) y otras intracelulares(C1,C2,C3). La proteína G se conectaal receptor en el asa C3.

La proteína señalizadora G, que trasloca la señal desde los receptores antes nombrados, es una proteína de membrana constituida por 3 subunidades que forman un complejo trimérico entre sí ,dichasunidades son, la subunidad α, subunidad β y subunidad γ . La proteína G se une al receptor demembrana gracias al asa C3 que se encuentra entre las α- hélices 5 y 6. La subunidad α de la proteínaG tiene la capacidad de fijar al GDP (forma inactiva) ó al GTP (forma activa de la proteína G). Launión de una hormona a su receptor provoca un cambio en la conformación tridimensional del mismoque produce un desplazamiento del GDP de la subunidad α por el GTP, fenómeno que causa ladisociación de la proteína G en un dímero β-γ y un monómero α-GTP. Este último es capaz de unirsea la adenilato ciclasa (la enzima efectora de este sistema de segundo mensajero) activándola, lo que

concluye en la formación de AMPc a partir del ATP. Esta activación tiene una vida muy corta ya que lasubunidad α-GTP hidroliza el GTP a GDP rápidamente, lo que provoca la reasociación de lasubunidad α-GDP con las subunidades β y γ y la consecuente inactivación de la adenilato ciclasa.

La subunidad αGs pertenece a una superfamilia de GTPasas (enzimas que hidrolizan el GTP aGDP) cuyo conocimiento se ha derivado del estudio de otra proteína muy relacionada, la proteína RAS,que al igual que la αGs se alterna entre una forma activa (RAS-GTP) y una forma inactiva (RAS-GDP), aceptándose en la actualidad que ambas pertenecen a la misma familia de GTPasas.

La proteína RAS tiene 170aa y es más pequeña que la αGs (300aa) y en su estructuratridimensional es idéntica a la parte de la αGs que se une al GTP. La activación del RAS ocurremediante 2 pasos :

1.- La disociación del GDP de la proteína RAS2.- La unión del GTP a la misma.

La primera reacción es acelerada en presencia de una proteína denominada “proteínaintercambiadora de nucleótidos de Guanosina” o GEF el cual se une al RAS-GDP desplazando al GDP.Debido a que el GTP está presente en las células en concentraciones mayores que el GDP, el GTP se

NH2

COO-

H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7

E1 E2 E3

C1 C2 C3

MembranaPlasmática

Receptor DominioExtracelular

DominioTrasmembrana

DominioIntracelular

Proteína G


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une espontáneamente para llenar las moléculas del RAS que no tienen nucleótido, en este momento selibera el GEF. De esta manera el GEF es un activador que promueve la formación del RAS activo(RAS-GTP).

El tiempo promedio de vida del RAS-GTP, lo que indica que la tasa de hidrólisis del GTP por elRAS es mucho menor que en la αGs. La desactivación del RAS, al igual que en su activación, ocurre

gracias al cumplimiento de 2 pasos :1.- La unión del complejo RAS-GTP con un proteína GAP (proteína activadora de GTPasa)2.- Hidrólisis del GTP y liberación de la GAP.De esta forma la proteína GAP se comporta como un inhibidor de la actividad del RAS ya que

promueve la formación del complejo inactivo RAS-GDP.

Se ha propuesto un nuevo modelo para el funcionamiento de la subunidad αGs de la proteína G basado en la gran similitud, desde el punto de vista estructural y tridimensional con la proteína RAS.De acuerdo con este modelo la subunidad αGs está constituida por 2 dominios funcionales : undominio similar a la proteína RAS, en el cual se incluye el sitio de unión al GTP y otro dominio de 133residuos de aminoácidos que funciona de manera similar a la proteína GAP. En la αGs intacta el

dominio GAP se conecta con el dominio RAS exactamente donde el GAP se une al complejo RAS-GTP durante el ciclo de la proteína RAS.A diferencia del RAS, la activación de la proteína G no requiere de una molécula activadora

como la GEF. Como se dijo anteriormente la interacción entre la hormona y el receptor provoca uncambio conformacional en la αGs-GDP que facilita la liberación del GDP, este cambio se puedeexplicar a través de un sencillo modelo de bisagra donde, los dos dominios de la proteína αGs pivoteanen uno de sus extremos fenómeno que abre un canal entre ellas a través del cual se libera el GDP conunión subsecuente del GTP.

La gran similaridad entre la estructura y función de la proteína RAS y la αGs y la identificaciónde ambas proteínas en todas las células eucarióticas, indican que estas se originaron a partir de un precursor común con actividad GTPásica muy temprano en la evolución hacia los organismos

superiores en el planeta.Estudios en bacterias han demostrado la existencia de diferentes tipos de proteína G acopladas a proteínas efectoras. Más recientemente el clonaje molecular ha llevado al aislamiento de un amplionúmero de proteínas relacionadas con las subunidades α, β y γ de las previamente caracterizada proteína G. En mamíferos, por ejemplo, se han descubierto hasta ahora16 tipos diferentes de αG, 4 βGy 5 γ G.

Actualmente está claro que diferentes tipos de proteínas tipo G se pueden unir a diferentes tiposde receptores de membrana tipo 7S y llevar la señal a diferentes tipos de proteínas efectoras,incluyendo a canales iónicos, adenilato ciclasa, fosfolipasa C y algunas isoenzimas de lafosfodiesterasa. El papel de estas proteínas G triméricas en estas vías de señalización se ha demostrado por inhibición gracias a análogos no hidrolizables de GTP. Debido a que una misma célula puede

expresar diferentes tipos de proteínas G es difícil determinar cual proteína G es la que media el efectode una hormona en particular.

La presencia de múltiples subunidades αG en una misma célula aumenta la posibilidad que unligando único pueda iniciar una señal a través de más de una proteína efectora. Se han descrito muchosejemplos sobre estas múltiples vías señalizadoras pero los detalles de cuales proteínas G y cualessubunidades median estos efectos aun no se conocen. En algunas células la modulación de losdiferentes efectores acoplados al mismo receptor de membrana puede ser distinta a diferentesconcentraciones de la hormona o de los receptores de membrana. La gran cantidad de posibilidades de


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combinaciones entre los diferentes tipos de subunidades, los tipos de receptores y las proteínasefectoras, capacita a una célula a una célula a responder de manera diferente a una misma hormona encomparación con otra célula, estableciendo así una diferencia para el control de su función y desarrollo.

Independientemente de la vía de activación de la αGs, el efecto final de esta será la activación

de una enzima que se encuentra en la cara citosólica de la membrana celular : la adenilato ciclasa, lacual cataliza la conversión de ATP en AMPc, un importante segundo mensajero intracelular.

Los efectos del AMPc son mediados a través de la acción de proteincinasas dependientes deAMPc (conocida también como PKA) la cual modifica la actividad de enzimas específicas en variostipos celulares. Las proteincinasas transfieren el fosfato terminal del ATP al grupo hidroxilo en losaminoácidos Serina, Treonina y Tirosina en las proteínas que le sirven de sustrato. La fosforilación dealgunas de estas enzimas incrementa su actividad catalítica, mientras que la fosforilación de otrasdisminuye su actividad.

Las proteincinasas dependientes de AMPc son proteínas tetraméricas con 2 subunidadesreguladoras y 2 subunidades catalíticas. En su forma tetramérica esta proteína es inactivacatalíticamente hablando, pero la unión del AMPc a las subunidades reguladoras causa la separacióndel tetrámero, lo que libera a las subunidades catalíticas, las cuales son libres en este momento paracatalizar reacciones de fosforilación. Es importante hacer notar que cada unidad reguladora puede fijar2 moléculas de AMPc en un patrón cooperativo, lo que significa que la unión de la primera moléculade AMPc disminuye el Kd para la unión de las siguientes. De esta forma, pequeños cambios en el nivelde AMPc citosólico pueden provocar cambios grandes en la cantidad de unidades catalíticas disociadasaumentando la actividad de la cinasa dependiente de AMPc.

La cascada de cinasas permite la regulación multienzimática y amplifica la señal multienzimática

Una cascada metabólica se define como un conjunto de reacciones de fosforilación ydefosforilación que provocan una amplificación de la señal enviada por una hormona hasta el efectorfinal, donde el producto de la primera reacción activa (o inactiva) el paso subsiguiente.

La presencia de una cascada metabólica cumple con el paradigma bioquímico de funcionalismocon el mínimo consumo energético, ya que esta en primer lugar ayuda a que un grupo de reaccionescatalizadas enzimáticamente sean reguladas por un solo tipo de molécula. De esta manera por ejemplo,las tres enzimas principales de la cascada de la glucogenolisis, la proteincinasa dependiente de AMPc,la glucogenofosforilasa cinasa, y la glucógeno fosforilasa, están todas reguladas directa oindirectamente por el AMPc. En segundo lugar la cascada provee de puntos de amplificación de unaseñal que inicialmente es pequeña : Los niveles de Epinefrina en sangre que estimulan la glucogenolisisson muy pequeños (10-10 M) ya que su estimulo genera la producción de AMPc en una magnitud de 10-6 M (una amplificación de 10-4) y esta a su vez aumenta 10 veces la actividad del siguiente paso y 240veces a nivel del efector final (glucógeno fosforilasa).

SISTEMA DE TRASLOCACIÓN DE SEÑAL ACOPLADO A PROTEÍNA G CON PRODUCCIÓN DESISTEMA DE TRASLOCACIÓN DE SEÑAL ACOPLADO A PROTEÍNA G CON PRODUCCIÓN DEFOSFOINOSITÓSIDOS, DIACILGLICEROL Y AUMENTO DE CALCIO INTRACELULAR COMOFOSFOINOSITÓSIDOS, DIACILGLICEROL Y AUMENTO DE CALCIO INTRACELULAR COMO

SEGUNDOS MENSAJ ERSEGUNDOS MENSAJ EROSOS

La mayor parte del Calcio intracelular se encuentra almacenado en el interior de lasmitocondrias y en el retículo endoplasmático liso. La concentración citosólica del calcio libre es


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alrededor de 0,2 uM. Las ATPasas de Calcio son las encargadas de bombear al mismo hacia el exteriorcelular o hacia el interior de los depósitos, manteniendo así, a este ion en concentraciones normales.

En algunas células, pequeños incrementos en las concentraciones citosólicas de Ca++ puedenconducir a muchas respuestas intracelulares, ya que, a estos niveles, el Ca++ se comporta comosegundo mensajero. En la mayoría de los casos, el aumento de este elemento dentro del citosol se debe

a un aumento del IP3 (Inositol 1,4,5- Trifosfato). En células secretoras como por ejemplo las células β de los islotes de Langerhans, un aumento del Ca++ conduce a la exocitosis de las vesículas secretoriasy liberación de Insulina. En el músculo liso o estriado, un aumento del Ca++ conduce a la contracción.

Es pertinente en este momento plantear la pregunta : Que eventos producen la elevación delCa++ intracelular ?

La unión de varios grupos de hormonas a su receptor de membrana inducen a una elevación delCa++ intracelular, el cual proviene, como ya se dijo de diferentes sitios intra y extracelulares. Losmecanismos por los cuales se establece una traslocación de la señal hacia los efectores que median esteaumento de Ca++ se determinaron en los años 80, cuando se logro demostrar que dicha elevación decalcio estaba precedida de por la hidrólisis de un fosfolípido de membrana, el Fosfatidilinositol 4,5- bifosfato (PIP2).

La unión de la hormona al receptor es capaz de activar a una proteína de membrana perteneciente a la familia de la Proteína G, que en este caso, no activa a la adenilatociclasa, sino a otra proteína de membrana denominada Fosfolipasa C, que cataliza la reacción de hidrólisis delFosfatidilinositol 4,5-bifosfato a Diacilglicerol (PIP2) y trifosfato de inositol (IP3), compuestosconsiderados como segundos mensajeros.

El IP3 puede incrementar las concentraciones citosólicas de Ca++ al activar canales de IP3sensibles tanto en la membrana celular como en las membranas mitocondriales y del retículoendoplasmático. Estos canales están constituidos por cuatro subunidades idénticas entre sí, las cuales poseen un sitio de unión al IP3 situado a nivel del extremo aminoterminal de la proteína.

El como diacilglicerol como segundo mensajero puede activar por un lado el canal de Calciosituado en la membrana plasmática y por el otro lado a la Proteinquinasa C, que se encuentra fijada enla cara citosólica de la membrana y cataliza la fosforilación de muchos sustratos intracelulares,incluyendo enzimas.

Una vez que por medio de los mecanismos ya descritos aumenta el Ca++ intracelular, una proteína, la Calmodulina, puede intervenir también en la traslocación de esta señal.

La Calmodulina, una proteína pequeña citoplasmática de 148 aminoácidos es la encargada demediar muchos de los efectos del Calcio. Cada molécula de Calmodulina puede ligar cuatro iones deCalcio en un patrón cooperativo, es decir, que la unión del primer ion Calcio favorece la unión del restode los iones. Dicha unión es bastante específica, ya que los sitios de unión para el calcio estánrepresentados por residuos de ácido glutámico, ácido aspártico y Asparagina, cuyas cadenas laterales pueden establecer uniones iónicas con este elemento. Una vez que el Ca++ ocupa sus sitios, la proteínasufre un cambio mayor conformacional en su estructura tridimensional caracterizado por la formaciónde lazos en los sitios de unión al Ca++ y conformación α- helicoidal en el resto del esqueleto de la proteína, lo que le permite a la misma activar enzimas al formar complejos con ellas (Por ejemplocinasas dependientes de Calmodulina). Debido a que la unión Ca++ - Calmodulina es cooperativa, pequeños cambios en la concentración de Ca++ producen cambios muy grandes en el nivel deCalmodulina activa, con amplificación de la señal originada primariamente.

Una estimulación continuada por parte de la hormona puede depletar los depósitosintracelulares de Calcio en muy pocos minutos, el mantenimiento de niveles elevados del ion necesita


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de un mecanismo que transporte el calcio a través de la membrana al interior celular. Hay evidenciaque sugiere que este evento está mediado por el 1,3,4,5-inositol tetrafosfato, el cual se forma por lafosforilación del IP3 gracias a una cinasa especifica.

SISTEMA DE TRASLOCACIÓN DE SEÑAL DEPENDIENTE DE RECEPTORES CON ACTIVIDAD DESISTEMA DE TRASLOCACIÓN DE SEÑAL DEPENDIENTE DE RECEPTORES CON ACTIVIDAD DEGUANILATO CICLASAGUANILATO CICLASA

El GMPc es una molécula señalizadora intracelular de muy amplia distribución y que es capazde regular canales iónicos, la concentración de AMPc (al regular la actividad de fosfodiesterasas) y laactividad de proteincinasas. La síntesis de GMPc a partir del GTP es llevada a cabo a partir de unafamilia de enzimas que reciben el nombre genérico de guanilato ciclasas y que a su vez puede serdividida en dos grandes sub-familias (en mamíferos) : La primera sub-familia comprende receptores demembrana que contienen en su porción citosólica un dominio con actividad tipo guanilato ciclasa;dicho de otra manera, este tipo de receptor también es una enzima como ocurre por ejemplo

Fig. 17 Características generales de las proteínascon actividad intrínseca de Guanilato ciclasa. Lafigura A muestra un receptor de membrana encuyo segundo dominio citoplasmático tiene lacapacidad de catalizar la conversión de GTP enGMPc en presencia de una señal generada por unahormona. Este tipo de receptor posee tamb ién undominio regulador que tiene actividad tipo proteincinasa y un dominio extracelular que tienecomo función unir a la hormona. La figura Bmuestra la forma más conocida y típica deguanilato ciclasa, es decir, una enzima intracelularque posee dos dominios, uno catalítico, donde

reside la capacidad de ciclasa y otro activador,donde se encuentra un grupo Hemo. En este caso,una molécula activadora como el óxido nítrico, puede unirse al grupo hemo y provocar cambiosconformacionales en la enzima que favorezcan la producción de GMPc a expensas del GTP. con el receptor para insulina que posee

actividad enzimática tipo tirosincinasa. Estos receptores son activados por hormonas tipo peptídicascomo el factor natriurético atrial (FNA) y generan GMPc como segundo mensajero. La segunda sub-familia comprende a un grupo de enzimas de localización citosólica que forman estructurasheterodiméricas que contienen al hemo como grupo prostético y son activadas por agentesvasodilatadores como el Nitroprusiato de sodio y la nitroglicerina. El activador biológico mas conocido

de estas enzimas es el óxido nítrico (EDRF) que se une a nivel del grupo hemo de la misma provocando cambios conformacionales que aumentan su actividad, generándose cantidades elevadas deGMPc que finalmente median la relajación de la musculatura lisa que conducen a vasodilatación dearterias y venas. Este segundo grupo de guanilato ciclasas serán estudiadas profundamente en elcapítulo que versa sobre las bases moleculares de la hipertensión arterial. La figura 17 muestra lascaracterísticas estructurales generales de estos grupos de enzimas.

Domio deunión a lahormona

Dominio conactividad tipo

proteincinasa

Dominio conactividad tipoGuanilatociclasa

Dominio deunión al hemo

DominioCatalítico

A B

Membrana pasmática


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RECEPTORES DE MEMBRANA CON ACTIVIDAD DE GUANILATO CICLASA

El primer receptor de membrana con actividad de guanilato ciclasa en ser descubierto, purificado y clonado fue el receptor tipo guanilato ciclasa del espermatozoide de la anémona marina,cuyo ligando natural es un péptido secretado por el ovocito de la anémona hembra. Posteriormente, el

ADNc preparado a partir del ARNm de este receptor se usó como sonda para identificar y aislar losreceptores humanos acoplados a guanilato ciclasa, siendo el receptor GC-A el primero en seridentificado y posteriormente los receptores GC-B y GC-C. Estudios posteriores demostraron que elGC-A es el receptor para el factor natriurético atrial (FNA), el GC-B es el receptor para el péptidonatriurético tipo C y el GC-C es un receptor candidato para enterotoxinas estables al calor secretadas por bacterias (Tabla 6).

Características estructurales

Todos los receptores de este tipo comparten una serie de características comunes. El pesomolecular de casi todos están en el rango entre 110 - 180 kD presentando 3 dominios bien definidos :uno extracelular o de unión a la hormona, otro trasmembrana y un tercero intracitoplasmático (Fig.17).

Tabla 6Diferentes formas de Guanilato ciclasa

Tipo de Guanilato ciclasa Localización celular Molécula reguladora

GC de retina Membrana plasmática Ca++/recoverinaGC de anémona de Mar Membrana plasmática Péptidos del ovocito

GC-A Membrana plasmática PNA/ATPGC-B Membrana plasmática PNC/ATP

GC-C Membrana plasmática Enterotoxinas estables alcalor

Dominio extracelular o de unión a la hormona

Esta es la región más divergente dentro de esta familia lo cual es un hecho de esperar debido aque la conformación estructural primaria y terciaria debe ser diferente en cada receptor debido a laespecificidad que este debe mostrar para su ligando específico, esto implica, en primer lugar,aminoácidos diferentes en estos dominios y, como consecuencia de esto, una conformacióntridimensional diferente en cada sitio de unión con la hormona. Sin embargo, a pesar de este hecho,

esta es una zona bastante conservada para un mismo tipo de receptor pero entre especies diferentes. Porejemplo, existe un 95 % de homología entre los receptores GC-A de rata, ratón y humano.

Todos estos receptores tienen sitios potenciales para glucosilación ( 6 en el GC-A de rata y 4 enel humano) y una región rica en cisteína, pero aun no esta claro si éstas se utilizan para formar puentesdisulfuro o si intervienen directamente en la unión del receptor con la hormona.

Dominio trasmembrana


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Esta formada por una cadena sencilla de aminoácidos dispuesta en forma de una alfa hélice quecruza una sola vez la membrana plasmática. Este dominio es muy conservado ya que entre el GC-A yel GC-B solo existe una diferencia de 5 aminoácidos (la región tiene 21 aminoácidos en total). Estedominio es mas divergente en el GC-C ya que solo coinciden con el GC-A o el GC-B solo 3 de los 21aminoácidos.

Dominio homólogo a proteincinasa

Este dominio esta constituido por una secuencia de 250 aminoácidos y es extremadamente parecido al mismo dominio del receptor para factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF). Alcomparar este dominio entre los diferentes receptores (GC-A, B y C) se ha encontrado que existe unasecuencia de 30 aminoácidos llamada dominio “no variable” en la cual estos aminoácidos además deser idénticos ocupan la misma posición relativa dentro de la molécula. A pesar de este gran parecidocon enzimas tipo proteincinasas hasta ahora no se ha evidenciado actividad enzimática tipo cinasadentro de la molécula del receptor tipo guanilato ciclasa. Cuando se produce la delección de esta regiónen el GC-A por ejemplo, el receptor conserva su capacidad de unión con el PNA y su actividad deguanilato ciclasa, pero aparentemente, tanto en presencia como en ausencia del ANP parece estarconstitutivamente activo, por lo que se especula que este dominio puede regular la actividad delreceptor de manera que cuando esta libre no se observa actividad de guanilato ciclasa.

Dominio con actividad de guanilato ciclasa

Esta región está extremadamente conservada entre las diferentes formas de receptores (GC-A,B,C) e inclusive entre especies. La porción carboxilo terminal de este segmento contiene lasecuencia de aminoácidos responsable de la actividad de ciclasa (los últimos 293 aminoácidos en elreceptor GC-A). Esta región es homóloga a dos dominios internos en la molécula del receptor tipoguanilato ciclasa de cerebro de vaca e inclusive al de otras enzimas con actividad de guanilato ciclasa.

Los estudios mas recientes sugieren que la función de ciclasa aumenta cuando el receptordimeriza con otro de la misma clase, ocurriendo algo muy parecido a lo que pasa con el receptor parafactor de crecimiento epidermal, en el cual, la interacción de dos receptores forma un homodímero enel cual la actividad enzimática aumenta entre 50 - 100 veces (Fig.18).

Fig. 18 En esta gráfica se puede apreciar la capacidadde dimerización que tiene este tipo de receptores, locual es un hecho bastante común a nivel de receptoresde membrana. Este proceso está íntimamenteinvolucrado con la autofosforilación del receptor através de la actividad intrínseca de proteincinasa delreceptor. Aparentemente, para que la catálisis sea

máxima se necesita la presencia del dímero, ya que,secuencias de aminoácidos específicas de cadamonómero son fundamentales para su función.

MECANISMOS DE REGULACIÓN DE LOS RECEPTORES DE MEMBRANA CONACTIVIDAD DE GUANILATO CICLASA

P O 4P O 4


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Es bien conocido el hecho que el ATP potencia la activación del CG-A mediada por el PNA, almenos, en preparados de membrana plasmática. De esta manera, los cambios en la concentraciónintracelular de ATP pueden modular la activación de este tipo receptor mediada por su ligando.

La activación del CG-A es dependiente tanto del ligando como del ATP ya que ninguno de los

dos activa individualmente (de forma significativa) al CG-A. El papel del ATP dentro del contexto dela trasducción de la señal no parece ser el de servir de sustrato para la transfosforilación de receptores.La eficacia del ATP de mediar la activación hecha por el ANP aparentemente radica en el grado dehidrofobicidad del fosfato -γ del ATP ya que análogos del ATP no hidrolizables ( y que no activanreceptores ATP dependientes tipo tirosincinasa como el receptor de la insulina) como el ATP-γ -S y elATP-γ -nitrofenil no activan receptores tipo tirosincinasa pero si a los receptores tipo guanilato ciclasa,inclusive con una mayor eficacia que el ATP.

La identidad del sitio de unión al ATP aún no se ha determinado de manera inequívoca. Laactivación del GC-A por el ATP y PNA es sensible a una serie de elementos como iones metálicos,detergentes y procedimientos de lavado, por lo que se ha especulado que la parte del receptor que une

al ATP es una proteina accesoria separada del mismo. Por otro lado, la homología que existe entre eldominio tipo proteincinasa del receptor con otras proteincinasas de tipo intracelular ha llevado a dosinvestigadores, Chinkers y Garbers a proponer que este dominio contiene el sitio de unión reguladordependiente de ATP. Esta proposición tiene también como soporte el hecho que el ATP disminuye lacapacidad de unión del receptor GC-A con el ANP.

Cuando se analiza la estructura de las Guanilato ciclasas citosólicas se puede observar queestán constituidas por dos subunidades que forman un heterodímero, una denominada α y otra β queaseguran, en conjunto, una máxima actividad de la enzima. Este hecho, unido a la evidencia que losreceptores GC-A pueden dimerizar, hace pensar que uno de los posibles mecanismos de regulación esa través del proceso de dimerización. Todo esto, junto con la posibilidad que el dominio tipo

proteincinasa sea un regulador negativo del receptor ha servido para que Stephen K., F. Wong y L.Garbers propusieran que en estado de reposo el receptor puede existir como monómeros o comodímeros sin actividad de guanilato ciclasa apreciable. Cuando el PNA se une al receptor ocurrencambios conformacionales en el mismo que provocan la activación del dominio tipo proteincinasa confosforilación del receptor a expensas del ATP, trayendo como consecuencia, la activación de losreceptores por dimerización (Con activación del dominio de ciclasa y síntesis de GMPc) y posteriormente, disminución de la afinidad del receptor por el ANP como consecuencia del mismo proceso de autofosforilación del receptor, hecho que provoca la desensibilización del mismo yfinalización de la estimulación del receptor por su ligando (Fig.19).


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Fig.19 En este panel puede apreciar laactivación y desensibilización del receptorGC-A en conjunto y como la molécula deATP regula la actividad del mismo. Para masdetalles ver el texto.

SISTEMA DE TRASLOCACIÓN DE SEÑAL DEPENDIENTE DE RECEPTORES CON ACTIVIDAD DESISTEMA DE TRASLOCACIÓN DE SEÑAL DEPENDIENTE DE RECEPTORES CON ACTIVIDAD DETIROSINCINASA O DE TIROSINFOSFATASATIROSINCINASA O DE TIROSINFOSFATASA

La regulación del crecimiento y la división celular por señales extracelulares (hormonas) es

actualmente el mayor campo en la investigación bioquímica. Dentro de esta área han recibido unanotable atención las vías de señalización intracelular que son estimuladas de manera temprana en elfenómeno de la mitogénesis. Los mayores avances en esta línea se han hecho a nivel de la activación deenzimas a través de un mecanismo de modificación covalente mediante la fosforilación de residuos detirosina y desde el punto de vista histórico se puede decir, que de manera clásica, este es un mecanismoque ha sido asociado a un grupo de hormonas mas o menos heterogéneo denominadas “factores decrecimiento” debido a los efectos que promueven a nivel celular (fig.20).

Fig. 20 Los aminoácidos Serina, Treonina y Tirosinatienen características estructurales especiales que les permiten ser aminoácidos claves en la regulación dela actividad enzimática por modificacióncovalente. La característica mas importante es la presencia de grupos hidroxilo que participan en elestablecimiento de enlaces covalentes con gruposfosfato para formar fosfotirosina, fosfotreonina ofosfoserina, cambiando la disposición espacial dedominiois importantes para la actividad de enzimasreguladas a través de este mecanismo. Estosaminoácidos son de particular importancia en elmecanismo de acción insulínico ya que el segundonivel de acción de ésta se basa en una cascada defosforilación en los aminoácidos serina y treonina y el primer nivel en fosforilaciones en el aminoácidotirosina.

Los receptores para este tipo de hormonas exhiben capacidad intrínseca de tirosincinasa, esdecir, también se comportan como enzimas, autofosforilándose, a expensas del ATP en residuos detirosina pudiendo fosforilar al mismo tiempo a otros sustratos intracelulares, generalmente proteínas,que se comportan como segundos mensajeros (Fig.21).

La estimulación de este tipo de receptor cumple los mismo mecanismos básicos que se hanestado analizando para otras hormonas, por lo que la unión de la hormona con el receptor provocacambios conformacionales en este último que son los responsables de la generación de segundos

PO4PO4

PO4 PO4

ATP

ADP

PO4PO4

PO4 PO4

ATP

ADP

GTP GMPc

PO4PO4

PO4 PO4

PNA

C H 2 C H

N H 3

C O O -

O H

C H 2 C H

N H 3

C O O -O H

S er i n a

C H 3 C H C H

N H 3

C O O -

O HT r e o n i n a

T i r o s i n a


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mensajeros, siendo muy lógico pensar que estos cambios son muy diferentes en su origen a los que seobservan, por ejemplo, con los receptores acoplados a proteína G.

Desde el punto de vista didáctico es válido clasificar los eventos celulares relacionados concualquier receptor tipo tirosincinasa en tres grandes niveles de acción : 1. Los eventos relacionados con

la unión de la hormona con el receptor y la generación de segundos mensajeros fosforilados en residuosde tirosina. 2. Los eventos relacionados con la activación de un grupo de enzimas con capacidad deserin/treonincinasa, como producto del paso anterior y 3. Los efectos biológicos finales de la hormonarepresentados por la activación/inactivación o inducción/represión de enzimas del metabolismointermediario o de proteínas responsables de la regulación del ciclo celular.

Fig. 21 La fosfotirosina juega un papel fundamentalen todos los mecanismos de regulación hormonaldonde están involucrados los receptores tipotirosincinasa ya que en éstos, la autofosforilaciónante la señal hormonal y la heterofosforilación enresiduos de tirosina forman parte de los primeroseventos de la transmisión de la señal. De la misma

forma, la eliminación de la señal primaria, luego quese ha tenido el efecto deseado, se hace a través deenzimas del tipo de las fosfatasas que hidrolizanestos enlaces covalentes y devuelven a estas proteínas a su conformación nativa.

Una buena forma de estudiar los mecanismos intracelulares de señalización que se apoyan en laactivación de un receptor de membrana tipo tirocinsinasa es tomando como ejemplo todos losmecanismos moleculares implicados en la generación de segundos mensajeros por la estimulación dela insulina sobre su receptor, que de hecho, es un receptor tipo tirosincinasa.

NIVELES DE ACCIÓN INSULÍNICA

El primer paso para la acción de la insulina es la unión con su receptor, fenómeno que fuedemostrado por primera vez en 1971 y que ha sido extensamente estudiado por muchos investigadores.El receptor de insulina es una proteína integral de membrana constituido por cuatro subunidades, 2subunidades α (PM = 135 kDa) que son completamente extracelulares y que se encargan de unir elreceptor con la hormona y 2 subunidades β (PM = 95 kDa) que atraviesan completamente lamembrana. Durante la década de los ochenta Khan y cols. Demostraron que este receptor también es unenzima, es mas, es miembro de una familia de enzimas que reciben el nombre de tirosincinasas y quedesde el punto de vista funcional se comporta como una enzima alostérica, donde las subunidades β representan la porción catalítica y las subunidades α la porción reguladora. Cuando la hormona se une

al receptor ocurren cambios conformacionales en la subunidad β que activan su capacidad intrínseca detirosincinasa que llevan a la transferencia de grupos fosfato del ATP a múltiples residuos de tirosina anivel del mismo receptor (autofosforilación), de otros receptores de insulina que no están ocupados porla hormona (homofosforilación) y a otros sustratos intracelulares (heterofosforilación). Los datos masrecientes indican que existen al menos seis residuos de tirosina que intervienen en el fenómeno deautofosforilación y que están agrupados en tres dominios en la porción intracelular de la cadena β : 1.El dominio yuxtamembrana, el cual contiene a la tirosina 960, 2. El dominio catalítico (con actividadde tirosincinasa) que contiene las tirosinas 1146,1150 y 1151 y 3. El dominio carboxilo terminal que

Fosfotirosina

CH2 CH

NH3

COO -

+ H2O


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tiene las tirosinas1316 y 1322. El dominio que está alrededor de las tirosinas 1146,1150 y 1151también se denomina “región reguladora” porque la fosforilación de estos residuos de tirosina permiteque el receptor sea capaz de fosforilar otros sustratos.

Fig.22 El receptor de insulina es un típicoreceptor de membrana constituido por 2

cadenas α y 2 cadenas β. La característicadistintiva de este tipo de receptor es la de poseer actividad enzimática tipofosfotransferasa, con la cual, a expensas delATP es capaz de transferir grupos fosfatos a propios residuos de tirosina presentes en lamisma estructura del receptor, fenómenoque se denomina autofosforilación. De lamisma manera, también el receptor puedefosforilar a otros receptores de insulina queno estén ocupados por la hormona, lo cual sedenomina homofosforilación de receptores.La heterofosforilación, es la capacidad que

tiene este receptor de fosforilar a sustratosintracelulares, generalmente proteínas, comoel IRS-1, el primer segundo mensajero de lainsulina.

Además de t

guía de hormonas

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