Los mecanismos de transducción de

señales

Una introducción a...

Patricia V. Agostino – Laboratorio de Cronobiología - UNQ

Para qué sirven?

Las señales intracelulares gobiernan el “comportamiento social” de cada célula, asegurando que se lleve a cabo una determinada acción sólo cuando la información emitida por el entorno así lo indica.

Ejemplos (y errores): •Proliferación celular (Cáncer) •Diferenciación celular (Desórdenes del desarrollo) •Respuesta inmune (Desórdenes autoinmunes)

Esquema de una cascada de

señalización

Transducción de señales

Captación e integración de la señal

Amplificación de la señal

Generación de una respuesta

5 diapositivas

13 diapositivas

5 diapositivas

7 diapositivas (ejemplos de olfacción y visión)

•Autócrina •Parácrina

Tipos de señalización:

•Endócrina •Sináptica

Tipos de señalización:

Tipos de señalización:

Por contacto (uniones intercelulares)

Link directo entre dos células

Pasaje de moléculas pequeñas

•Uniones GAP) •Yuxtácrina

Señal Transducción de señales

¿Quiénes actúan como señal?

•Iones (Ca+2, Na+) •Proteínas y péptidos •Hormonas •Glicolípidos •Fosfolípidos •Aminoácidos (Glu, GABA) •Gases (NO, CO) •Señales físicas (luz)

Características de las señales

(1). Toda señal debe ser detectada, decodificada, amplificada, integrada y transformada por la célula blanco.

La respuesta efectora está mediada por un proceso de integración de señales

(APOPTOSIS)

Características de las señales

(2). Toda señal debe ser rápidamente destruida.

•Degradación enzimática.

•Recaptación.

•Difusión al medio extracelular.

Características de las señales

(3). Una misma señal puede provocar respuestas diferentes en distintos tipos celulares.

M2-R

M3-R

N-R

Receptor

Transducción de señales

Interacción Ligando-Receptor

L + R LR k1

k2

•Afinidad •Especificidad

La unión LR es reversible

[L] [R] k1 = [RL] k2 En el equilibrio

[RL]

[R] [L] = = KD

k2

k1

Por lo que

KD = constante de disociación en equilibrio (inversa: KA)

(Ligando = Señal)

Interacción Ligando-Receptor

[RL]

RT

1

1 + KD/[L] =

Escrito de forma similar a la ecuación de Michaelis-Menten

RT = [R] + [RL]

Ejemplos de Binding Assays (Lodish et al, Molecular Biology, chapter 20):

Tipos de receptores

•De membrana

•Intracelulares

Nucleares

Citoplasmáticos

Las moléculas

hidrofóbicas atraviesan la membrana

celular

Receptores Intracelulares Nucleares

La interacción con su respectivo ligando permite la unión del

receptor al DNA. Ej: receptores de estrógenos, andrógenos, hormonas tiroideas, ácido

retinoico, vitamina D.

Citoplasmáticos

Al unirse al ligando, el complejo L-R transloca

al núcleo y se une al DNA. Ej: receptor de cortisol.

Receptores de membrana

•Receptores asociados a canales iónicos •Receptores asociados a enzimas •Receptores asociados a proteína G

Receptores asociados a canales iónicos

Canales iónicos:

NMDA-R

Na+

K+

Ca2+

Cl-

Etc.

Familias de canales iónicos

Regulados por

voltage (voltage-

gated channels)

Requieren

despolarización

(raramente

hiperpolarización)

Regulados por

ligando (ligand-

gated channels)

Ligandos

extracelulares

(neurotransmisores)

Ligandos

intracelulares

(Ca+2, cAMP)

Regulados

mecánicamente

(mechanical

stretch-gated

channels)

Receptores asociados a enzimas

Poseen actividad enzimática en su dominio citoplasmático o están asociados a proteínas con actividad enzimática.

Receptores serina/treonina kinasa

Receptores tirosina fosfatasa

Receptores tirosina kinasa

Receptores guanilato ciclasa

Con actividad enzimática intrínseca:

Receptores asociados a tirosina kinasa

Asociados a proteínas con actividad enzimática :

• Ejemplo: receptor del péptido natriuético atrial (ANP)

• cGMP es el segundo mensajero

Receptores guanilato ciclasa:

Receptores asociados a enzimas

• Dimerización del receptor.

• La mayoría de los receptores para factores de crecimiento.

Receptores tirosina kinasa:

Receptores asociados a enzimas

Receptores asociados a tirosina kinasa:

• Regulan proliferación y diferenciación celular, metabolismo, etc.

• Asociados a proteínas con actividad tirosina kinasa.

• Ej: algunos antígenos de superficie.

Receptores tirosina fosfatasa:

Receptores asociados a enzimas

Receptores serina/treonina kinasa:

• Dominio citoplasmático con actividad tirosina fosfatasa.

• Ejemplo: CD45.

• Dominio citoplasmático con actividad serina/treonina kinasa.

• Ejemplo: receptor de TGF.

Receptores Asociados a Proteína G (GPCRs)

La unión del ligando extracelular altera la conformación del dominio

citoplasmático del receptor, posibilitando que éste se una a la proteína G, la cual a su vez activa

(o inactiva) una enzima de la membrana plasmática (ej:

adenilato ciclasa).

2dos mensajeros

El efecto de varias señales está mediado por segundos mensajeros

y por supuesto el Ca+2

El Ca+2 es un mensajero ubicuo

Diferentes dominios temporales y espaciales participan en diferentes funciones celulares.

Tipos de regulación: - Espacial (liberación extracelular vs. desde vesículas) -Modulación de amplitud (AM) - Modulación de frecuencia (FM) -Todo o nada (ej: CICR)

[Ca+2] extracelular mM [Ca+2] intracelular µM

a

g

Señalización clásica vía GPCR

Adenilato

ciclasa

Gs

PKA

cAMP

Fosforilación

de proteínas

Fosfolipasa C-

Gq

Fosfolípidos de

inositol

Activación / Inhibición de la transcripción génica

DAG

PKC

Fosforilación

de proteínas

IP3

Ca+2

Ca+2-CaM

CaMK Activación de otras

proteínas (NOS, etc.)

Amplificación de la señal

Ejemplo de amplificación a partir de señalización

mediada por receptores asociados a proteína G

(GPCRs)

Superfamilia de proteínas G (GTPasas)

Triméricas Monoméricas

•Ras

•Rho

•Rac

•Rab

Crecimiento celular

Morfología celular

Tráfico vesicular

•Ran Transporte nuclear

Proteínas blanco e

interacción de señales

Interacción de las vías de señalización

La misma respuesta celular puede estar inducida por varias vías de señalización.

Permite un control extremadamente fino de las funciones celulares.

La señalización celular está caracterizada por eventos de cruzamiento y convergencia de la señal.

Ejemplo de cruzamiento y convergencia entre señales activadas por GPCRs y receptores Tyr kinasa

Velocidad de los procesos de señalización

Respuesta

La cascada de transducción de señales genera un cambio en el status celular (metabolismo, expresión génica, etc.)

Ejemplos de mecanismos en los que intervienen receptores acoplados a proteína G

Olfación Visión

Olfación

• We can smell between 4000 and 10000 different odors.

• Taste is 75% smell

• Smell can influence mood, memory, emotions, mate choice, the immune system, and the endocrine system.

• Animals “smell” fear because a chemical signal is secreted in sweat which communicates the emotion

Olfación

• One neuron – One receptor (one allele)

• Each receptor expressed in thousands of neurons

• Each odorant can bind to multiple receptors

• Each receptor can bind to multiple odorants

• Axons of neurons expressing same type of receptor converge on the same glomeruli sites on the olfactory bulb.

Región dorsal (D)

Región ventral (V)

Olfactory Signal Transduction

• Odorant Olfactory Receptor

• Receptor starts signal

• Second messenger: cAMP

• Neuron Olfactory Bulb (Glomerulus) Recognition

Golf

cAMP

∆D mice

Kobayakawa et al., 2007, Nature 450(7169):503-8.

Olfactory Signal Transduction

Vs Pheromone Signaling

Cognitive recognition of

smell

Instinctive response to

pheromonal cues

TRPC2 channel is expressed by all VNO sensory neurons and required for their responses to pheromone stimuli. TRPC2-/- mice:

Dulac C and Wagner S (2006). Ann. Rev. Genet. 40: 449

Associated with reproduction, aggression, and parental behavior

Olfaction -- G-protein coupled

odorant receptors.

Pheromone signaling -- TRP

superfamily of ion channels

Loss of sex discrimination and male-male aggression.

Visión

Insect vision: A black-eyed Susan (Rudbeckia hirta) as humans see it and in ultraviolet light as visible to an insect

Hasta hoy se conocen alrededor de diez especies de roedores que conservan la percepción UV, entre ellos, el Octodon degus.

Visión

(mecanismos de adaptación)

Regulación de la señal

A nivel ligando/receptor:

Resúmen

Tipos de señalización

Tipos de moléculas señal

Características de las señales

Interacción ligando-receptor

Tipos receptores

Ejemplos de señalización vía GPCRs

Regulación de la señal

Interacción de vías de señalización

Segundos mensajeros

Bibliografía recomendada

•Alberts et al. Molecular Biology of the Cell. Cell Signaling, chapter 15, 3rd edition.

•Kazanietz MG (ed). Farmacología Molecular. Universidad Nacional de Quilmes, 2000.

•Lodish et al. Molecular Biology. Cell-to-Cell Signaling, chapter 20.

Bibliografía recomendada

www. biocarta.com/genes/index.asp

Ejemplos

www. biocarta.com

Señalización visual Cadena de transporte de electrons en la mitocondria