receptores tirosinquinasa

Dra. María Marta Bonaventura Dra. Victoria Lux-Lantos

IBYME-CONICET, Bs As, Argentina

RECEPTORES ACOPLADOS A TIROSINA-QUINASAS

HORMONAS

Las hormonas son mensajeros químicos que actúan localmente o a distancia para regular la actividad de una célula blanco.

Son liberadas por una célula y provocan una respuesta en la misma célula o en otra, aun cuando no alcancen la circulación general

Son producto de glándulas endocrinas en respuesta a cambios en la homeostasis.

-‐ hormonas pep,dicas -‐ hormonas esteroideas -‐ hormonas 1roideas

-‐ factores de crecimiento -‐ citoquinas -‐ neurotransmisores

Grupos importantes de agentes hormonales:

Lugar de acción: célula blanco - Efecto endócrino: célula alejada, llega a través de circulación gral. - Efecto parácrino: células vecinas -Efecto yuxtácrino: célula yuxtapuesta (pegada) -Efecto autócrino: misma célula

Vaso sanguíneo

Transducción de la señal

Ø  Unión específica del ligando (hormona) al receptor

Ø  transducción de la señal al interior de la célula

Ø  amplificación de la señal

v  Activación de la transcripción génica incrementan el nº de copias de mRNA específicos aumenta los niveles de las proteínas codificadas por éstos Ej: Prolactina activa la transcripción del gen de caseína

Efe

ctos

en

la

célu

la b

lanc

o v  Activación enzimática modulan la actividad de enzimas intracelulares

preexistentes. principal mecanismo: fosforilación y desfosforilación Ej: glucógeno sintasa se inactiva por fosforilación

v  Efectos en membrana regulan el movimiento de moléculas (iones,

metabolitos, etc) a través de la membrana Ej: insulina aumenta la captación de glucosa

Las hormonas ejercen sus efectos interactuando con receptores específicos.

Receptores hormonales

RECEPTORES

Receptores de superficie v se ubican en la membrana celular

v traducen una señal extracelular en una intracelular

v Hormonas proteicas y polipeptídicas

v Neurotransmisores (Ej: Adrenalina y noradrenalina)

Receptores intracelulares v se ubican dentro de la célula

v ac túan como regu ladores directos de la expresión génica

v Hormonas esteroideas

v Hormonas tiroideas

Las hormonas proteicas no pueden atravesar membrana plasmática. Se unen a dominios extracelulares del receptor y la señal se transmite a los dominios citoplasmáticos, desencadenando la respuesta celular.

RECEPTORES DE MEMBRANA

¿Cuál es la función de los receptores de membrana?

Transmitir la señal que viene del medio externo al interior de la célula, de manera que la célula pueda responder a dicho estímulo

CITOPLASMA

MEDIO EXTRACELULAR DOMINIO DE UNIÓN A LIGANDO

DOMINIOS TRANSMEMBRANA

DOMINIO EFECTOR REGULADO POR LIGANDO

Podemos clasificar a las hormonas según el tipo de receptor a que se unen

Estos receptores se diferencian en la manera de trasmitir la señal al interior de la célula

A)  Receptores acoplados a sistema de segundos mensajeros

•  Receptores acoplados a Proteínas G •  Receptores con actividad Guanilato Ciclasa

TIPOS DE RECEPTORES

B) Receptores relacionados con actividad de quinasa •  Con actividad Tirosina quinasa intrínseca

•  Con actividad Serina/Treonina quinasa intrínseca

•  Que se unen a Tirosina quinasas

TIPOS DE RECEPTORES

C) Receptores acoplados a canales iónicos. •  Canales de cationes (sodio, potasio y calcio)

•  Canales de aniones (cloruro)

TIPOS DE RECEPTORES

¿Qué función cumple una enzima con actividad de quinasa?

Fosforila residuos aminoacídicos específicos. Tyr-quinasa: fosforila residuos tirosina Ser/Thr-quinasa: fosforila residuos serina y/o treonina

¿Y una enzima con actividad de fosfatasa?

Desfosforila residuos aminoacídicos específicos. Tyr-fosfatasa: desfosforila residuos tirosina Ser/Thr fosfatasa: desfosforila residuos serina y/o treonina

B) HORMONAS Y RECEPTORES QUINASA/FOSFATASA

Dada su alta especificidad, el nivel de fosforilación de un aa estará dado por un balance entre la actividad de su quinasa y de su fosfatasa.

Tyr-quinasa

Tyr-fosfatasa

Tyr

Tyr

Tyr-P

Tyr-P

B) HORMONAS Y RECEPTORES QUINASA/FOSFATASA

Motivos: secuencia de aminoácidos del sustrato, cercanos al residuo (aa) a fosforilar/desfosforilar. De esta forma las enzimas reconocen que aa fosforilan/desfosforilan.

1.  Con actividad Tirosina quinasa

2.  Que se unen a Tirosina quinasas

3.  Con actividad Serina/Treonina quinasa

4.  Con actividad de tirosina fosfatasa

TGF-β

CD45

I) EGF

II) Insulina / IGF

Interleuquinas GH Prl

B) HORMONAS Y RECEPTORES CON ACTIVIDAD DE QUINASA/FOSFATASA

B.1) RECEPTORES CON ACTIVIDAD TIROSINQUINASA

Son proteínas transmembrana con: •  Grupo NH2 externo •  Un solo dominio transmembrana •  Varios motivos estructurales extracelulares (regiones ricas en cisteína y/o dominios relacionados a Igs) •  Un dominio catalítico citoplasmático más conservado. Posee 2 lóbulos:

- uno une Mg2+/ATP - uno forma el loop catalítico: con actividad de quinasa

Ejemplos: Receptor de EGF, PDGF, FGF, NGF, Insulina, IGF-1. Todos estos son factores de crecimiento

Mecanismo de acción:

La unión del ligando al receptor (R) induce la dimerización del R. Como consecuencia ocurre auto- o trans- fosforilación del dominio citoplasmático y reclutamiento de sustratos con afinidad por el R tirosinfosforilado.

Estos receptores poseen dimerización hormono-dependiente que es crucial para la transducción de señales. Algunos ligandos son dímeros (PDGF) y otros son monómeros (EGF).

Reclutamiento de sustratos: Los sustratos de estos R son proteínas con un dominio llamado

SH2 que reconoce sitios con fosfotirosina. a) Algunas de estas proteínas son fosforiladas por el R y pueden

servir de efectores en la transducción de señales. Ej: PI-3-Kinasa, proteína Syp, fosfolipasa C (PLC), proteína activadora de GTPasa.

b) Otras actúan como adaptadores moleculares: se unen al R

fosforilado por el dominio SH2 y a otras proteínas celulares mediante dominios SH3 (reconoce sitios ricos en Prolina)

Ej: Grb2, Nck, Crk. En este caso reclutan otras proteínas que serán las efectoras (Ej:

Ras).

a) Proteínas efectoras

b) Proteínas adaptadoras:

SH2 SH3

b) Proteínas adaptadoras:

Caso I: RECEPTOR DE EGF

EGF: Epidermal Growth Factor

•  Participa en la proliferación, diferenciación y supervivencia celular. •  Su principal efecto biológico consiste en la modulación de la proliferación celular. •  Sus células blanco o diana son las células epiteliales y fibroblastos. •  Ej: cicatrización de heridas, regeneración y protección de la mucosa gástrica. •  Aplicaciones médicas: cicatrización de heridas, artrosis, regeneración ósea, implantes dentarios, rejuvenecimiento facial. •  Se obtiene a partir de muestras de sangre del propio paciente.

Se trata de un receptor con un dominio transmembrana que une EGF como monómero.

1.  La unión de EGF causa un cambio en la conformación que

induce dimerización del R

2.  Esto activa la tirosinquinasa intrínseca y cada R se transfosforila en varias tirosinas.

3.  A estos residuos fosforilados se unen proteínas con dominios SH2.

4.  Dependiendo de los aa adyacentes a las fosfo-Tyr, la afinidad de las proteínas con dominio SH2 será distinta.

Dependiendo de qué proteína (dominio SH2) se una al receptor fosforilado, la señal se propagará por mecanismos distintos:

Ø  Conduce una molécula efectora hacia la membrana donde estará cerca de su molécula blanco.

Ø  Dispara un cambio conformacional que puede activar a las proteínas con dominio SH2

Ø  Puede posicionar a las proteínas con dominio SH2 para que puedan ser fosforiladas y activadas.

Según qué ocurra, se activarán distintas vías o cascadas de señalización

La unión de EGF al receptor activa:

1.  La vía de las MAP Kinasas 2.  PLC-γ 3.  Fosfoinositol-3-kinasa (PI-3-Kinasa)

Estas vías conducen a la fosforilación y activación de diversos

factores de transcripción que modifican la expresión génica También pueden modular la actividad de diversas proteínas

I.1- VÍA DE LAS MAP KINASAS

1.  Cuando el R de EGF es fosforilado, se une Grb2 (Growth Factor Receptor Binding Protein 2).

2.  Grb2 recluta a la proteína SOS cerca de la membrana y próxima a Ras (que está anclada en la membrana).

3.  SOS convierte Ras-GDP en Ras-GTP.

4.  Ras-GTP activa Raf Kinasa, que activa a MEK, quien activa MAPK

5.  MAPK fosforila al efector final que regula el crecimiento o metabolismo celular (ELK, SAP, Jun)

Raf quinasa

MEK

Existe un camino alternativo en el que interviene una proteína llamada Shc.

MEK

Existen caminos paralelos de MAPKinasas con distintas MAPKs y MEKs. La especificidad para estos caminos proviene de la unión inicial de las proteínas con dominio SH2.

1.  Cuando el R se fosforila, se une PLC-γ (proteína con dominio SH2)

2.  Se ubica cerca de la membrana, adyacente a los fosfatidilinositoles (insertos en la membrana)

3.  El R activa por fosforilación a PLC-γ.

4.  PLC-γ produce la hidrólisis del fosfatidilinositol en IP3 y DAG.

5.  La señalización posterior sigue el mismo camino que la de los R asociados a proteína Gq.

I.2- VIA DE LA PLC-γ

Liberación de Ca2+

PKC

+

I.3- VIA DE PI-3-KINASA

1.  El R se fosforila por unión del ligando.

2.  El R fosforila a “sustratos de tirosina-quinasa”

3.  Estos sustratos se unen a la subunidad regulatoria de PI-3K

4.  Se produce un cambio conformacional en la subunidad catalítica y se activa la PI-3K

5.  PI-3K fosforila PIP2 (anclados en membrana) a PIP3 (estos PIP son distintos a los de la vía de PLC)

6.  PIP3 recluta a Akt y PDK1 y se ubican en membrana

7.  PDK1 fosforila y activa Akt

8.  Akt que es el principal efector de la cascada

Genera fosfoinositoles diferentes de IP3.

Caso II: RECEPTOR DE INSULINA Y DE IGF

Insulina: Funciones metabólicas: es la hormona anabólica por excelencia •  Promueve la incorporación de glucosa en músculo y tej. adiposo •  Promueve la síntesis de glucógeno y lípidos •  Promueve la síntesis proteica Funciones mitogénicas: promueve la síntesis de DNA •  Estimula el crecimiento y la diferenciación celular •  Estimula el crecimiento fetal IGF: Insulin like Growth Factor Casi todos los tejidos son sensibles a IGF-I. •  Es mitogénico y promueve el crecimiento y diferenciación celular •  Estimula el crecimiento de hueso, músculo y cartílago •  Es neurotrófico: estimula e desarrollo y crecimiento de neuronas

Caso II: RECEPTOR DE INSULINA Y DE IGF

El receptor de insulina es un heterotetrámero: 2 subunidades α y

2 subunidades β,

unidas por puentes disulfuro

La unión de insulina a su R produce: 1.  Transfosforilación del R en varios residuos Tyr

2.  A estos residuos fosforilados se unen proteínas adaptadoras con dominios SH2 (clásicamente IRS1-4)

3.  El R fosforila a IRS, el cual recluta otras proteínas adaptadoras o efectoras

4.  Proteínas con dominio SH2 (como Grb2 y PI-3K) se unen a IRS fosforilado.

5.  Las proteínas adaptadoras reclutan las proteínas efectoras que activan diversas vías de señalización.

La unión de insulina al receptor activa:

1.  La vía de las MAP Kinasas: en general relacionada con las funciones proliferativas de insulina

2.  La vía de la PI-3-Kinasa: relacionadas con las funciones metabólicas de insulina.

Especificidad: depende de que proteínas se unen a IRS

MAPK

Akt

REGULACIÓN POR FOSFORILACIÓN MULTISITIO

La autofosforilación en determinados residuos puede tener efectos de regulación positiva o negativa.

Regulación positiva:

- La autofosforilación de tyr en el dominio tirosinquinasa del IR incrementa la actividad y estabiliza la kinasa. La actividad catalítica se mantiene aun después de la disociación de la hormona.

- En el R de EGF la autofosforilación en un sitio dentro del extremo COOH terminal incrementa la actividad kinasa.

Estos R pueden ser fosforilados en Serina y Treonina por kinasas extrínsecas al R

Disminuye la autofosforilación en Tyr y la actividad tirosinquinasa del R.

Regulación negativa:

-  PKC fosforila el R de EGF en serina y disminuye la actividad tirosinkinasa

-  PKC y/o JNK fosforila en serina al R de insulina. Esto disminuye la actividad tirosinquinasa y la acción de la Insulina.

-  La prolongada estimulación con Insulina también incrementa la fosforilación en serina del R

Otro tipo de regulación se da por cambios conformacionales.

El extremo COOH terminal de la subunidad β del R de Insulina puede regular la señalización del R por plegamiento, bloqueando la actividad kinasa.

Esta regulación ofrecería un mecanismo para disminuir la actividad kinasa basal y podría hacer posible un mayor aumento en la señalización con la activación por la unión de la hormona.

Otros posibles moduladores:

Proteínas y péptidos que pueden modificar la respuesta a hormonas por activación o inhibición de la actividad tirosinquinasa del R.






TGF-β

CD45

EGF

Insulina / IGF

Interleuquinas I) GH II) Prl

B.2) RECEPTORES SIN ACTIVIDAD TIROSINA QUINASA INTRÍNSECA

Se asocian a proteínas que son tirosinkinasas: familia Src y Janus Kinasa (JAK):

1.  JAK (JAK 1-3 y TyK 2) posee dominios SH2 y SH3.

2.  El receptor posee motivos BOX-1 y BOX-2.

3.  Ambas proteínas se asocian a través de la interacción entre éstos

4.  El ligando se une al R e induce la dimerización del mismo

5.  La dimerización del R hace que las JAK se aproximen permitiendo la fosforilación cruzada y activación.

6.  Además, JAK fosforilan al receptor

Las vías de señalización que se activan son:

•  Ras-Raf-MAPK

•  proteínas Stat

VIA DE STAT

Ejemplos: R de Interleuquinas, interferones, eritropoyetina, GH y Prolactina.

El camino continúa con la activación de proteínas Stat (Signal Transduction and Activation of Transcription):

•  Dos monómeros de Stat se unen a residuos Tyr fosforilados del R

•  Las Stat son fosforiladas por JAK

•  Las dos Stat se separan del R y dimerizan a través de sus dominos SH2

•  El dímero trasloca al núcleo donde se une al DNA para regular la transcripción de genes

La especificidad de la señal estaría dada por varios factores:

•  Momento de la activación

•  Cuales proteínas Stat se encuentran activadas

•  Estado de fosforilación de otras proteínas

•  Unión de otros reguladores de la transcripción

GH: Growth Hormone (hormona de crecimiento) • Estimula la diferenciación del cartílago •  Estimula la mitosis y actividad de osteoblastos, promoviendo el desarrollo del hueso •  Aumenta la captación de aa y síntesis de proteínas en músculo •  Estimula el crecimiento y actividad de varios órganos y tejidos

Prolactina: •  Estimula el crecimiento y desarrollo de la glándula mamaria •  Influye en el comportamiento reproductivo •  Mantiene el cuerpo lúteo (en roedores) •  En machos es necesaria para la síntesis de Testosterona

Ejemplos: GH y Prolactina

1.  Un molécula de GH cataliza la dimerización del R (dos cadenas de R unen una de GH)

2.  El R es fosforilado por JAK 2

3.  JAK fosforila Stat 1 y Stat 3, o

4.  La vía de las MAPK también es activada por interacción de Shc con el R fosforilado o con JAK 2

Caso I: RECEPTOR DE GH

• Dos cadenas del R unen una molécula de GH. • Altas concentraciones de GH inhiben la dimerización y la subsecuente respuesta biológica.

Caso II: RECEPTOR DE Prolactina

Resumiendo....

Transducción de señales de receptores con actividad tirosinkinasa o que se acoplan a tirosinkinasas:






TGF-β

CD45

EGF

Insulina / IGF


B.3) RECEPTORES CON ACTIVIDAD SERINA Y TREONINA KINASA

Son proteínas con un dominio transmembrana y un dominio serina/treonina kinasa en la parte citosólica. Ejemplos: R de TGF-β, Activina, Inhibina.

TGF-β: tiene muchos efectos, a veces opuestos, en función del tejido afectado y del daño producido. Por ej:

•  Células epiteliales: inhibe el crecimiento •  Fibroblastos: disminuye la degradación de la matriz celular (promueve fibrosis e inflamación crónica)

RECEPTOR DE TGF-β Existen 3 tipos de R: -  Tipo I y tipo II: están involucrados en la señalización. -  Tipo III: juega un rol en el almacenamiento o clearance de TGF-β.

•  El R-II es el que une al ligando •  El R-I es el que transmite la señal. Es indispensable la co-expresión de ambos para lograr la respuesta biológica

•  El ligando se une al R-II

•  R-II recluta al R-I y lo fosforila en Serina y Treonina

•  R-I se activa y fosforila a Smad (1,2,3,5,8)

•  Smad dimeriza con Smad4 y trasloca al núcleo

•  Se asocia a proteínas de unión a DNA

•  Se activa o inhibe la transcripción de genes regulados por TGF






TGF-β

CD45

EGF

Insulina / IGF


Son proteínas con un dominio transmembrana, con dominios extracelulares similares a NCAM (fibronectin or neural cell-adhesion molecule) y un dominio citoplasmático con actividad tirosina fosfatasa.

Ejemplo: CD45. En un receptor glicoproteico que se encuentra en linfocitos T y B y regula la señalización del receptor de antígenos (recepción antigénica)

Regula varios procesos celulares como crecimiento, diferenciación y mitosis y está involucrado en la transformación oncogénica

B.4) RECEPTORES CON ACTIVIDAD TIROSINA FOSFATASA

1.  Síndrome tipo A: caracterizado por resistencia extrema a la insulina e hiperandrogenismo. Los desórdenes que lo producen son heterogéneos: múltiples defectos en la biosíntesis del R o disminución de la actividad tirosina kinasa. Todos debidos a diferentes mutaciones en el gen del R

Receptor de Insulina

Existen al menos 3 síndromes de resistencia extrema a la insulina resultado de defectos genéticos en el R o en la señalización del mismo:

ALGUNAS PATOLOGÍAS ASOCIADAS

RECEPTORES CON ACTIVIDAD TIROSINA KINASA

2. Leprechaunismo: También es heterogéneo en origen. Caracterizado por retardo en el crecimiento intrauterino e hipoglucemia de ayuno que puede ser fatal en el primer año de vida. Poseen respuesta disminuída a IGF-1, EGF y otros factores de crecimiento, lo que sugiere defectos en caminos comunes de transducción de señales.

3. Diabetes Mellitus tipo II: Resistencia a la insulina en individuos obesos y no obesos, de causas multifactoriales. Poseen disminución del número de R, disminución de la actividad tirosinkinasa del R y defectos en la señalización intracelular

Mutaciones en el receptor de insulina asociados con sindromes clínicos de insulino resistencia

RECEPTORES CON ACTIVIDAD SERINA/TREONINA KINASA

Receptor de TGF-β tipo II

El R tipo II es el que une ligando Se han descripto mutaciones inactivantes en líneas celulares obtenidas de cáncer de colon humano.

Receptor de activina tipo II

La disrupción de ambas copias del gen en ratones produce infertilidad en el animal adulto Se debe a los bajos niveles de FSH en circulación

RECEPTORES QUE SE ASOCIAN A TIROSINA KINASAS

Receptor de GH

Existen varias mutaciones inactivantes, en general ocurren en el dominio extracelular

Producen disminución de la expresión del R, disminución de la unión de GH o falla de los R para dimerizarse

Se observan en el enanismo tipo Laron, caracterizados por baja estatura, resistencia a GH, niveles séricos elevados de GH y bajos de IGF-1.

MUCHAS GRACIAS

RECREO POR FAVOR !!!

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