Músculo liso

Guido Ulate. MD. PhD.

Introducción

• Las células de músculo liso contienen actina(A), tropomiosina(TM) y miosina(M) no contienen troponina ni nebulina. Contenido

celular de A y TM es el doble del que se encuentra en el músculo estriado, contenido de

miosina (M): es ¼

• Sí contienen calponina y caldesmón (inhiben unión de la M a la A)

• Los filamentos contráctiles no se disponen de modo uniforme transversalmente, pero sí

presentan cierta organización.

Introducción

• Los cuerpos densos son los equivalentes a las líneas Z y unen A y TM.

• El CK sirve de anclaje para los filamentos finos y permite que se transmitan las fuerzas a los extremos de la célula.

• Presencia de caveolas en su sarcolema

• Los filamentos intermedios (7 a 15 nm) desmina y vimentina: unen los cuerpos y

áreas densas con el CK.

Organización de los contactos intercelulares y de las caveolas

Boron y Boulpaep. Med. Phys. 2°ed. 2008.

Guyton y Hall. Textbook of Med. Physiol. 11°ed. 2006.

Koeppen y Stanton. Berne y Levy Physiology. 6°ed. 2008.

Se producen centelleos de Ca2+ . Las caveolas se asocian a: canales de Ca2+ tipo L y a NCX.

con SERCA, RYR y R para IP3

3 a 4 fil de M por c/C denso. Los fil de M son más largos que los del musc esq.

3 isoformas de caveolinas:1,2,3.

50-100 nm

Aquí están los SOC

Las caveolas y sus proteínas residentes

NH2

BKCLCAetc

Introducción

Dos clasificaciones de los músculos lisos: 1. Dependiendo del acople entre miocitos en:

unitario (hay acople eléctrico y presencia de células marcapasos) y multiunitario (no hay acople). Pero en realidad son los extremos de la clasificación.

2. Dependiendo de la duración de la respuesta contráctil: fásico (actividad rítmica o intermitente, se contrae en respuesta a PAs, presente en TGI y urogenital) y tónico (actividad continua, presente en vasos, vías aéreas y algunos esfínteres)

Sistemas de control del músculo liso

Musc MU: ejs. iris, piloerectores, c. deferente Musc U: ejs. TGI, reproductivo, urinario, vìas aéreas.

Predomina control mecánico y humoral

Predomina control nervioso

Algunos patrones de actividad contráctil

Tónicos

Fásicos

Control de la actividad del músculo liso

• Los PAs son muy variables y no siempre necesarios para comenzar una contracción.

• Puede ser por estimulación mecánica, hormonal, neural, por fármacos y por

actividad de marcapaso.

• Es necesaria la fosforilación de la MLC para la interacción de la M con la A.

• El grado de fosforilación de la MLC dependerá de la actividad relativa de la MLCK con

respecto a la MP

• El complejo Ca/CaM estimula la MLCK

• RhoA y su efectora ROK inhiben la MP (sensibilización al calcio)

Propiedades eléctricas del ML

Potencial de reposo:

Puede variar entre músculos lisos de diversas ubicaciones en un rango entre -40 y -55 mV.

Ej.: Esófago

Cuerpo: -50mV

EEI: -41mV

Boron y Boulpaep. Med. Phys. 2°ed. 2008.

Tipos de potenciales de acción en el músculo liso

• Espigas

• Mesetas

Boron y Boulpaep. Med. Phys. 2°ed. 2008.

Canales de Ca2+ voltaje dependientes de lenta cinética.

Canales de Na+ no son indispensables para la contracción, pero la aceleran.

Canales de K+ regulados por diferentes medios.

• Ondas lentas o corrientes marcapaso

Fásica

Tónica

Contracción

Boron y Boulpaep. Med. Phys. 2°ed. 2008.

Sanders et al. 2000. News Physiol. Sci. 15.

Aparato ritmoneuromuscular: origen de las ondas lentas

ICC se ubican alrededor y dentro de las capas musculares. Se conectan entre sí y con los miocitos lisos por medio de gap j.

Modelo de ICC (TGI, uréter y uretra)

No producen PAs

Veloc desplaz : 5 a 40 mm/s

El NO cGMP lo que activa a la PKG1B que al fosforilar al R para IP3 le disminuye la sensibilidad al Ca2+

Relaciones entre el Em y la generación de F

Principalmente en el unitario

No existen PAs. Princ en el MU(vasos) . Al hiperpolarizarse la entrada de Ca2+

Por oscilaciones en el Em. Ondas lentas. Ej. Musc liso asociado a ICC. Principalmente en el unitario

Acoplamiento Fármaco-Mecánico. Involucran al IP3, cAMP, cGMP y al Ca2+

Estimulación mecánica

La distensión puede activar la contracción. Ej. Una sobredistensión del músculo intestinal lleva al desarrollo de

potenciales de acción.

I.Modificaciones

del citoesqueleto

II.Tensión en la

membrana

Canales de Na+ (I, actina) y canales de K+ y Ca2+ (II)

Kraicheli y Farrugia. 2007. Neurogastroenterol. Motil. 19: 245-52

III. Complejo mecanosensor.Musculo liso vascular.

Drummond et al. 2008. Physiology. 23: 23-31

ENaC/ASIC: canal de Na epitelial/canal iónico sensor de ácido.

Acople excitación-contracción

Ocurre por medio de 2 mecanismos:

1.Por cascadas de señalización que involucran al Ca2+ ,al complejo Ca/CaM y a la MLCK. Incluye mecanismos donde el Ca2+ ingresa desde el LEC y otros donde el Ca2+ es liberado periódicamente de los almacenes intracelulares.

2.Por la vía de RhoA/ROK que altera la sensibilidad del aparato contráctil al Ca2+. Este mecanismo es más bien modulador y consiste en una inhibición de la MP. Esto ocurre ante el efecto alfa1 de catecolaminas, por ADH, ET, ANG II y agonistas muscarínicos (M3).

Carbone E. Fisiologia. Dalle molecole ai sistemi integrati. EdiSES. 2008. Pp 306-17

Cadena ligera esencial Cadena ligera reguladora (MLC-20) 20 kDa. La MLCK la fosforila en Ser19

La vía de RhoA/ROK en el músculo liso Aumenta la sensibilidad del aparato contráctil al Ca2+.

MBS ó MYPT1: subunidad ligadora de miosina (110-130 kDa). Al ser P por la ROK inhibe a la cat (37 kDa)

CPI-17: PKC-potentiated inhibitor 17 kDa protein. Cuando es P por la PKC o por la ROK interactúa con M20 y se inactiva la actividad fosfatasa.

Ac. Araquidónico: activa ROK

MLCPMBS=MYPT1

PP1c=cat

M20 no está claro como funciona

A

2020

PKC

Las prot G monoméricas o pequeñas

Se han identificado más de 100. PM: 21 kDa. Pueden estar asociadas a la membrana o en el citosol. También presentan ciclo de activación. GAP(RGS): proteína de activación de la GTPasa y GEF: factor de intercambio del nucleótido guanina (ej SOS).

GEF

Incluye: RhoA, Cdc12,Rac,Rnd y RhoBTB

Proteínas de tipo Ran Formación y función de los cilios

GsG12/13Gq

-

La ROK

• Es una serina/treonina cinasa. Actividad catalítica en terminal amino. Dominio RB (terminal carboxilo) une Rho-GTP = conformación abierta= actividad catalítica 2x.

• También la abre (de forma directa) ciertos lípidos como el ac. araquidónico.

• Fosforila a: MBS(MYPT1) de la MLCP (se inhibe); MLC20 (se activa directamente); calponina y caldesmón (se desplazan); CPI17 (interactúa con M20=se inhibe la MLCP); LIM cinasa (fosforila a cofilina = se inhibe la despolimerización de la actina.

Contracciones fásicas vrs tónicas

Se mantiene la fuerza con un bajo consumo de ATP = estado bloqueado (20 a 30% de los puentes cruzados están fosforilados

El músculo se relaja si la [Ca2+] disminuye por debajo de la precisa para la unión con la CaM (~0.1 M). Fuerza max cuando [Ca2+] supera 0.1 mM.

El ciclo de los enlaces o puentes cruzados en el músculo liso: regulación por los filamentos gruesos, específicamente por la fosforilación de las MLC.

La cinética de este ciclo es mucho más lenta que la del ME.

La M no puede interactuar con la A salvo que la MLC esté fosforilada y el caldesmón y/o calponina no estén inhibiendo. La interacción A-M

M se carga de energía

El estado bloqueado

Se reduce el consumo de ATP (300 veces menos que la utilizada por el musc esq para mantener la misma fuerza).

RELAJACIÓN: Mecanismos que disminuyen la [Ca2+]ic

Table 14-1. Modulation of Smooth Muscle Activity by Neurotransmitters, Hormones, and Local Factors

Agonist Response Receptor

Second Messenger

Norepinephrine and epinephrine from sympathetic stimulation

Contraction* (predominant)Relaxation†

α1-AR

β2-AR

InsP3cAMP

Acetylcholine from parasympathetic stimulation

Contraction‡ (direct)Relaxation‡ (indirect)

Muscarinic receptor on SMCMuscarinic receptor on EC

 

Angiotensin II Contraction§ AT-1 receptor InsP3

Vasopressin Contraction§ Vasopressin receptor InsP3

Endothelin Contraction§ Endothelin receptor InsP3

Adenosine Relaxation# Adenosine receptor cAMP

*The predominant effect of sympathetic stimulation is smooth muscle contraction caused by the abundance of α1-AR relative to β2-AR in smooth muscle.†Activation of β2-AR on smooth muscle modulates the degree of smooth muscle contraction during sympathetic stimulation. Therapeutic β2-AR agonists are important for the relaxation of bronchial smooth

muscle during asthmatic attacks.‡Vascular smooth muscles are poorly innervated by the parasympathetic system. During vagal stimulation, however, acetylcholine (ACh) can become elevated in the coronary circulation and result in coronary relaxation (mediated by binding of ACh to endothelial cells). Note that this effect of ACh is indirect because binding of ACh to endothelial cells results in release of the smooth muscle relaxant nitric oxide from the endothelial cells. In regions of the coronary circulation with damaged endothelium, binding of ACh to coronary smooth muscle could promote contraction (vasospasm; direct effect).§A variety of hormones can elevate InsP3 in smooth muscle and thereby result in smooth muscle contraction. Such hormones include angiotensin II, vasopressin, and endothelin, along with the neurotransmitters norepinephrine and acetylcholine. As noted above, however, each hormone/transmitter binds to a specific receptor type.#During periods of intense muscular activity, adenosine can be released from the working muscle, diffuse to the neighboring vasculature, and promote vasodilation. Thus, adenosine is acting as a local factor to increase blood flow to a specific region (i.e., working muscle).AR, adrenergic receptor; EC, endothelial cell; InsP3, inositol 1,4,5-trisphosphate; SMC, smooth muscle cell.

(Gs)

Efecto de diferentes vías de señalización (1)

• cAMP: produce relajación del músculo liso por activación de PKA que: 1. al P la MLCK impide que sea activada por Ca/CaM; 2. al P a la MYPT1 impide acción de ROK; 3.al P a la telokina la actividad de la MYPT1. También porque aumenta centelleos de Ca2+ y luego ese Ca2+ la Po de BK.

• NO: favorece la relajación porque al aumentar cGMP, activa la PKG y esta afecta los mismos 3 pasos que afectó la PKA. Además, PKG también fosforila IP3R y reduce su sensibilidad a [Ca2+] intraRE.

= Significa que el sitio sí está fosforilado

ZIPK: zipper interacting protein kinase

Efecto de diferentes vías de señalización (2)

• La PKC favorece la contracción porque: fosforila CPI-17, fosforila canales de calcio tipo “L”, fosforila el caldesmón y la calponina.

• MQ que aumentan la Po de canales de K+ en

el sarcolema = relajan (ej. vasodilatación x ADO)

Relación longitud-tensión en el ML

ML con gran cantidad de tej conj (permite controlar el volumen del órgano) pero la T pasiva.

Fibras de ML pueden generar misma fuerza max que el ME aunque tienen menos M (1/4) esto se debe a la cinética más lenta de los p cruzados.

Adaptación a la longitud (ocurre en min a hrs)

Relación fuerza-velocidad en el ML

Tensión (N/m2)

Velocidades de acortamiento mucho más lentas (mucho

menor potencia) que en el ME. En el ML se puede observar una

“familia” de curvas velocidad-tensión dependiendo de la

velocidad de ciclado de los p cruzados así como del número

de enlaces activos.

Entre más p cruzados activos más velocidad de acortamiento.

Esta diferencia se debe al sistema regulador, incluyendo la

posibilidad de presentar el estado bloqueado donde la velocidad sería muy baja.

Diferencias entre las curvas T-L de los músculos esquelético y liso

• La fosforilación de las MLC es dependiente de la longitud y por ello la T desarrollada a las diversas L no es solo función de la superposición entre los miofilamentos.

• Las cels musculares lisas se adaptan a las

variaciones de L a través de la reorganización del material intracelular (adaptación).

• En los músculos lisos está presente una respuesta de fuerza activa inducida por el estiramiento.

Caldesmón y calponina

Ambas son proteínas que se unen a la actina e inhiben la interacción entre la A y la M. Además favorecen la organización de los

filamentos de A.El caldesmón es P por: PKC, cdc2, ROK y MAPK lo cual produce su separación de la

actina. También Ca/CaM inhibe el efecto del caldesmón porque provoca cambios en su

conformación. La calponina es P por la ROK y la PKC y

produce su separación.