TEMA 4. SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR 2024-2025 PDF

FISIOLOGÍA I Tema 4 VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR  El ginseng parece contribuir a la mejora de la disfunción eréctil. Sin embargo, la principal línea de tratamiento sigue siendo el sildenafilo (viagra). ¿Cuál es la diferencia con resp...

FISIOLOGÍA I Tema 4 VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR  El ginseng parece contribuir a la mejora de la disfunción eréctil. Sin embargo, la principal línea de tratamiento sigue siendo el sildenafilo (viagra). ¿Cuál es la diferencia con respecto al mecanismo de acción de estas sustancias? 2 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Contenido 4.1. Introducción y generalidades sobre las vías de señalización intracelular. 4.2. Tipos de receptores de superficie y segundos mensajeros 4.2.1.Receptores acoplados a proteínas G 4.2.2 Receptores con actividad catalítica 4.3. Tipos de receptores intracelulares. 4.4. Vías simples: óxido nítrico 4.5. Ejemplo de comunicación y regulación de proceso fisiológico: Regulación equilibrio hidroeléctrico. 4 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Contenido 4.1. Introducción y generalidades sobre las vías de señalización intracelular. 4.2. Tipos de receptores de superficie y segundos mensajeros 4.2.1.Receptores acoplados a proteínas G 4.2.2 Receptores con actividad catalítica 4.3. Tipos de receptores intracelulares. 4.4. Vías simples: óxido nítrico 4.5. Ejemplo de comunicación y regulación de proceso fisiológico: Regulación equilibrio hidroeléctrico. 5 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades En el mantenimiento de la HOMEOSTASIS participan todos los tejidos y órganos del cuerpo, para lo que es esencial la COMUNICACIÓN, que es la habilidad de las células para recibir y responder apropiadamente a las señales. PERO… A) ¿Qué tipo de comunicación se activa? ¿Qué tipo de señales recibe un organismo pluricelular? B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 6 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades A) ¿Qué tipo de comunicación se activa? Señales intercelulares ✓ Según el mecanismo de actuación Uniones directas: GAP Dependiente de contacto o A través de proteínas de membrana Autocrina Paracrina o Mediadores locales Nerviosa o Sinapsis ----- (velocidad) Endocrina o Hormonas ----- (distancia) 7 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades A) ¿Qué tipo de comunicación se activa? ✓ Según la velocidad de respuesta Rápida (seg): – Cambios en proteínas celulares Ej., movimiento, secreción, metabolismo… Ejemplos: Ejemplos: Lenta (min/h): - Movimiento - Crecimiento - Secreción – Cambios en la expresión génica - División - Metabolismo celular – Síntesis de proteínas nuevas - … - … Ej., crecimiento, división celular… Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 8 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades A) ¿Qué tipo de señales recibe un organismo pluricelular? ✓ Según su naturaleza SEÑALES QUÍMICAS: Proteínas, péptidos, aminoácidos Nucleótidos Esteroides Derivados de ácidos grasos Gases disueltos o Óxido nítrico (NO) o Monóxido de carbono (CO) También señales físicas (luz, presión…) pueden desencadenar mecanismos de señalización intracelular. 9 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades A) ¿Qué tipo de señales recibe un organismo pluricelular? ✓ Según su capacidad de atravesar la membrana plasmática 1. Señales que atraviesan la membrana plasmática: o Receptores nucleares o Regulación directa de la actividad de proteínas intracelulares 2. Señales que NO atraviesan la membrana plasmática: o Receptores de superficie o Transducción de señales Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? Cada célula está preparada para responder a una combinación específica de señales extracelulares Hay cientos de señales diferentes Como los distintos tipos de Pueden ser estimuladoras o inhibidoras células requieren distintas La respuesta frente a las señales es selectiva: combinaciones de señales – Si no hay receptor → No hay respuesta para sobrevivir, cada tipo – Según especialización: Ignoran algunas señales celular requiere un medio Reaccionan frente a otras ambiente adecuado y Existen múltiples combinaciones diferente en el cuerpo. – Esto genera distintas y complejas respuestas 11 Habrá, por tanto, sofisticados mecanismos de integración Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? ✓ Diversidad de moléculas señal recibidas por una célula y que regulan su comportamiento - Señalización “combinatoria”. - Señales trabajan a la vez para regular el comportamiento celular. Supervivencia vs Muerte celular 12 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? ✓ Diversidad en la integración de señales - Un receptor puede activar múltiples vías de señalización. - Diferentes receptores pueden activar la misma vía de señalización. - Diferentes vías de señalización pueden interaccionar entre sí. Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? ✓ Distintas respuestas frente a la misma señal Ej., efecto de la acetilcolina en tres tipos celulares diferentes: - Receptores diferentes. - Diferente maquinaria intracelular. - Diferente respuesta. Figure 15-9 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 14 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? ✓ Una misma señal actuando sobre el mismo tipo celular: efectos cualitativamente diferentes que dependen de la concentración de la señal Morfógeno: proteína presente en un gradiente de concentración y que induce diferentes respuestas de desarrollo en las células dependiendo de dicha concentración. Los genes que codifican para morfógenos están implicados en la polaridad del embrión gracias a su distribución asimétrica (gradiente de morfógeno). La respuesta depende del número de receptores activados (proporcional a la concentración de morfógeno), lo que genera diferencias en la Figure 15-10 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 16 expresión génica de cada célula. Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades. Morfógenos B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? 17 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades. Morfógenos II B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? SHH: Sonic Hedgehog ZPA: zona de actividad polarizante Polidactilia Tickle C y Towers M (2017) Front. Cel. Dev Biol. 28 19 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades B) ¿Cuándo y cómo se interpretan las señales? ✓ Adaptación o desensibilización: proceso reversible mediante el cual una exposición prolongada al estímulo disminuye la respuesta de las células a este nivel de estímulo. − Permite responder a cambios en la [señal extracelular] (no a una concentración absoluta). − El mecanismo de funcionamiento es un feedback negativo que puede ser llevado a cabo de las siguientes maneras: Figure 15-29 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 20 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 1 Reconocimiento: unión ligando-receptor. Los receptores pueden ser receptores de membrana o receptores intracelulares Señales que NO atraviesan la membrana 2 Transducción: formación de un segundo mensajero o activación de una cascada catalítica. Transmisión: el segundo mensajero o alguna de las proteínas de la cascada catalítica (kinasas, fosfatasas…) modula al efector (enzimas, canales iónicos o factores de transcripción) adecuado. Respuesta: diferenciación, división, muerte, movimiento… Finalización: mecanismo de feedback negativo en cualquiera de los pasos previos. 21 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 1 2 Segundos mensajeros Respuesta celular 22 Figure 15-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 2 Señales que NO atraviesan la membrana plasmática o Receptores de superficie TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES Proceso por el que un tipo de señal es convertido en otro 23 Internal use Figura 6.5. Fisiología Humana (© Panamericana 2013)  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 2 Señales que NO atraviesan la membrana plasmática o Receptores de superficie TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES 25 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 2 ACTIVACIÓN VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR: Interruptores moleculares 1. Modulación por fosforilación (de algunas proteínas) → necesita a las quinasas Organizada en cascadas de fosforilación – Permite transmisión de la señal – Permite amplificación de la señal Clasificación según el residuo que fosforilan – Serina/treonina quinasa – Tirosina quinasa 26 Figure 15-18a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 2 ACTIVACIÓN VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR: Interruptores moleculares 3. Otros interruptores moleculares: 2. Activación por unión a GTP → Proteínas G - Calcio - AMPc Actividad GTPasa intrínseca (hidrólisis GTP) → autoinactivación - Ubiquitinación… Clasificación según su estructura: – Triméricas (se unen a GPCR, que es el encargado de activarlas) GEF RGS – Monoméricas (se unen a otros receptores de membrana) GAP Existen elementos que aumentan la velocidad… – de activación → GEF (para las proteínas G monoméricas) – de inactivación → RGS (triméricas), GAP (monoméricas) Internal use 2008) 27 Figure 15-18a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Introducción y generalidades C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 2 PROTEÍNAS DE ANDAMIAJE (scaffolding proteins) Proteínas que se activan cuando reciben varias señales convergentes (son detectores de coincidencia). Permiten la integración de señales. Scaffolding proteins (proteínas de andamiaje) 28 Internal use Figure 15-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Contenido 4.1. Introducción y generalidades sobre las vías de señalización intracelular. 4.2. Tipos de receptores de superficie y segundos mensajeros 4.2.1.Receptores acoplados a proteínas G 4.2.2 Receptores con actividad catalítica 4.3. Tipos de receptores intracelulares. 4.4. Vías simples: óxido nítrico 4.5. Ejemplo de comunicación y regulación de proceso fisiológico: Regulación equilibrio hidroeléctrico. 29 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Tipos de receptores 1 Reconocimiento 1 Receptor: proteína de la superficie o del interior celular que se une específicamente a una molécula señalizadora (ligando). Los receptores de membrana pueden dividirse en cuatro categorías: Canales iónicos dependientes de ligando Receptores acoplados a proteínas G (GPCR) Receptores enzimáticos/catalíticos (Integrinas) Existen también receptores no anclados a la membrana: receptores intracelulares (citoplásmicos o nucleares). 30 Figura 6.2. Fisiología Humana (© Panamericana 2013) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Tipos de receptores de superficie Figura 6.3. Fisiología Humana (© Panamericana 2013) 31 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Tipos de receptores de superficie Figura 5-22 Neurociencia (© Panamericana 2004) Figure 4-3 Medical Physiology (© Elsevier 2005) Canales iónicos dependientes Receptores acoplados a Figure 4-12a Medical Physiology (© Elsevier 2005) de ligando proteínas G Receptores con actividad catalítica (Receptor ionotrópico) (Receptor metabotrópico) 32 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores acoplados a proteínas G Hay 3 elementos estructurales a considerar: El receptor GPCR (7 dominios TM). La proteína G trimérica (ligada a GTP). El elemento diana (enzima o canal). Se unen a ligandos de diversa naturaleza: hormonas, NT, péptidos vasoactivos, mediadores locales… Su activación genera respuestas a corto y largo plazo. 33 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores acoplados a proteínas G RECEPTOR: Diversidad de GPCRs, pero estructura similar: - 1 cadena multipaso (7 dominios transmembrana). - Porción citoplasmática: unión a proteína G. - Dominio extracelular: unión a ligando. 34 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores acoplados a proteínas G PROTEÍNAS G HETEROTRIMÉRICAS: Formadas por tres subunidades: α + β + γ. Varios tipos: Gs, Go, Gi… Algunas activan y otras inhiben. Cada proteína G es específica de un determinado receptor y de un grupo determinado de proteínas diana, pero la estructura general es la misma y todas funcionan de modo semejante. Figure 15-31 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 35 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores acoplados a proteínas G ACTIVACIÓN VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR: Interruptores moleculares 2. Activación por unión a GTP: Proteínas de unión a GTP (proteínas G) – Triméricas R asociados a proteínas G GAP o – Monoméricas RGS (GEF) ↑ R de membrana Actividad GTPasa Proteínas reguladoras de la señalización por proteínas G (RGS) o proteínas activadoras de GTPasa (GAP): conducen al estado inactivado. GEF: “factor intercambio guanina” promueven intercambio GDP-GTP. Figure 15-18b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 37 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores acoplados a proteínas G PROTEÍNAS G HETEROTRIMÉRICAS: Activación por intercambio de GDP por GTP. La subunidad α (unida a GTP) se separa de βγ. Interacción con proteínas diana (enzimas o canales iónicos). Cuanto más tiempo estén unidas a las proteínas diana, más fuerte y más prolongada será la transmisión de la señal. La subunidad α es GTPasa, e hidroliza el GTP (en GDP+Pi), lo que desactiva a la proteína G. La duración de la proteína G activa es corta, por su rápida unión a RGS (proteína que regula la señal, controlando la actividad GTPasa de la proteína G). Figure 15-32 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 38 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores acoplados a proteínas G Ciclo de activación GPCR/proteína G (I): Figure 4-4 Medical Physiology (© Elsevier 2005) 39 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Ciclo de activación GPCR/proteína G Ciclo de activación GPCR/proteína G (II): https://www.youtube.com/watch?v=ZBSo_GFN3qI Figure 4-4 Medical Physiology (© Elsevier 2005) 40 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Transducción de las señales: control de segundos mensajeros 2 Transducción Formación de un segundo mensajero o activación de una cascada catalítica. 2 41 Figura 6.2. Fisiología Humana (© Panamericana 2013) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? 2 La activación de las subunidades  (G) y  (G) generan un efecto sobre sus dianas: Activación/inhibición de enzimas: ✓ Adenilato ciclasa ✓ Fosfodiesterasa ✓ Fosfolipasas Apertura/cierre de canales iónicos. 42 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 1. ADENILATO CICLASA (AC) → segundo mensajero AMPc. La AC es activada fundamentalmente por proteínas Gs. Concretamente, la subunidad αs activa a adenilato ciclasa, provocando un aumento brusco de [AMPc] que activa a PKA (fosforila Ser o Thr). Figure 4-5a Medical Physiology (© Elsevier 2005) Diferentes proteínas G pueden tener efectos diferentes sobre el mismo mensajero intracelular (ej., el efecto de Gs o Gi sobre la AC). Figure 4-6 Medical Physiology (© Elsevier 2005) 44 Internal use http://www.youtube.com/watch?v=qOVkedxDqQo&NR=1&feature=endscreen  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 1. ADENILATO CICLASA (AC) → segundo mensajero AMPc. 45 Iwasaki, A. (2020) BioRender. Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vía de segundo mensajeros C) ¿Qué maquinaria intracelular se activa tras la llegada de las señales? ACTIVACIÓN VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR: Interruptores moleculares 2 1. Modulación por fosforilación: Cascadas de fosforilación – transmisión – amplificación Serina/treonina (mayoría) Tirosina 46 Figure 15-18a Molecular Biology of Internal use the Cell (© Garland Science 2008)  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 1. ADENILATO CICLASA Ejemplo de la actividad del AMPc como segundo mensajero (respuesta a corto plazo): Respuesta en el músculo esquelético a la adrenalina. Respuesta del músculo cardiaco a la adrenalina (se verá en el Tema 13). Figure 4-6 Medical Physiology (© Elsevier 2005) 47 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 1. ADENILATO CICLASA Ejemplo de la actividad del AMPc como segundo mensajero (respuesta a largo plazo): Procesos de memoria y aprendizaje en el hipocampo. https://www.youtube.com/watch?v=O07F-7ppoaE 48 Internal use Figure 15-36 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 1. ADENILATO CICLASA Otros ejemplos de la actividad del AMPc como segundo mensajero: 49 Table 15-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 1. ADENILATO CICLASA Ejemplo de enfermedad relacionada con las proteínas G y el AMPc: CÓLERA: Vibrio cholerae Toxina en el intestino Modifica la subunidad αs (inhibiendo su actividad GTPasa) → exceso de activación de AC → exceso de AMPc. – Ya no hidroliza GTP Activada indefinidamente Señal continua → flujo de Cl y agua hacia el intestino → diarrea y deshidratación. 50 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 2. FOSFODIESTERASA → regulación de los niveles del segundo mensajero GMPc. GMPc activa varios efectores: PKG, canales iónicos… Efectos fisiológicos: regulación presión arterial, relajación del músculo liso, natriuresis y diuresis, neurotransmisión… Ejemplo, fototransducción en el ojo: La presencia de luz activa el receptor acoplado a la proteína Gt, que activa la PDE para degradar el GMPc. Los canales de sodio dependientes de GMPc en los fotorreceptores se cierran, permitiendo la transmisión de la información visual al cerebro. 51 Figure 4-5b Medical Physiology (© Elsevier 2005) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 2. FOSFODIESTERASA (PDE) → regulación de los niveles del segundo mensajero GMPc. 52 BioRender (2021) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 3. FOSFOLIPASA (PL) → segundos mensajeros: IP3 y DAG. Precursor: fosfatidil inositol bifosfato (PIP2). La fosfolipasa C (PLC), activada por Gq, rompe PIP2 en IP3 y DAG: - DAG activa a PKC. - IP3 activa la salida de calcio desde depósitos intracelulares (RE). 53 Figure 4-5c Medical Physiology (© Elsevier 2005) Figure 15-39 Molecular Biology of the Cell (© GarlandInternal Scienceuse 2008)  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros 3. FOSFOLIPASA (PL) → segundos mensajeros: IP3 y DAG. 54 Iwasaki, A. (2020) BioRender. Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros Cambio OTROS SEGUNDOS MENSAJEROS conformacional CALCIO: - Calcio liberado por acción de receptores asociados a proteínas G. Quinasa CaM - Interacciona con otras proteínas sensibles al Ca: Complejo CALMODULINA (1% proteína total/célula), troponina C… Ca-calmodulina Figure 15-43 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) - Esto activa otras vías de señalización intracelular: quinasa CaM, fosfatasa calcineurina, ATPasa de calcio… Figure 4-9 Medical Physiology 55 (© Elsevier 2005) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros OTROS SEGUNDOS MENSAJEROS CALCIO: Acciones del calcio como segundo mensajero 56 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de segundos mensajeros Los segundos mensajeros amplifican la señal. Figura 6.11. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) 57 Figura 6.6. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Contenido 4.1. Introducción y generalidades sobre las vías de señalización intracelular. 4.2. Tipos de receptores de superficie y segundos mensajeros 4.2.1.Receptores acoplados a proteínas G 4.2.2 Receptores con actividad catalítica 4.3. Tipos de receptores intracelulares. 4.4. Vías simples: óxido nítrico. 4.5. Ejemplo de comunicación y regulación de proceso fisiológico: Regulación equilibrio hidroeléctrico. 58 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores con actividad catalítica Pueden tener actividad enzimática intrínseca o asociarse con enzimas. Regulan respuestas de crecimiento, proliferación, diferenciación, supervivencia… Figure 15-16c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 59 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores con actividad catalítica 1. Receptores GUANILIL-CICLASA - Ligando: péptidos natriuréticos atriales (PNA o ANP; se verá más adelante en este tema). - Receptor (unipaso) ubicado en riñón y vasos sanguíneos. - Dominio intracelular actividad guanilil-ciclasa (GTP→GMPc). - Segundo mensajero: GMPc. - Protein quinasa G (PKG) es una quinasa dependiente de GMPc. Figure 4-12a Medical Physiology (© Elsevier 2005) 60 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores con actividad catalítica 2. Receptores SERIN-TREONIN-QUINASA Unipaso. Ligandos: hormonas + mediadores locales (TGF-β). Dominio intracelular: actividad serina/treonina kinasa. Fosforilan y activan proteínas reguladoras de genes. Función: desarrollo animal. Figure 4-12b Medical Physiology (© Elsevier 2005) 61 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores con actividad catalítica 3. Receptores TIROSÍN-QUINASA (RTK) - Unipaso (hélice α). - Unión con ligando → aproximación de 2 receptores: o Dímero. o El contacto activa una Tyr-quinasa. o Fosforilación mutua. - Complejo de proteínas de señalización intracelular. - Finalización de la activación: o Tirosin-fosfatasas. o Endocitosis de los receptores. Figure 15-53a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Ejemplo de ligandos de RTK: factores de crecimiento (EGF, FGF, NGF…). 62 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores con actividad catalítica 3. Receptores TIROSÍN-QUINASA (RTK) Proteínas de señalización intracelular. 63 Internal use Figure 15-54 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Rutas de señalización iniciadas por receptores con actividad catalítica 1 Ruta Ras-MAP kinasas (ejemplo de receptor con actividad TK intrínseca) - Ras son proteínas GTPasas monoméricas. - Unida a cara interna membrana. - Casi todos los RTK activan a Ras. - Participan en la transmisión de señales desde el receptor al núcleo: son interruptores moleculares. - Tiene 2 estados: Activo → gracias a GEF (factor de intercambio de guanina). Inactivo → gracias a GAP (proteínas activadoras de GTPasa). 64 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Rutas de señalización iniciadas por receptores con actividad catalítica 1 Ruta Ras-MAP kinasas La proteína Ras cumple un rol fundamental en varias vías de señalización internas. Una de las más importantes es la cascada de proteinquinasas activadas por mitógeno (MAPK): Un mitógeno (insulina, algún factor de crecimiento…), activa a su RTK que se autofosforila. Esto crea sitios fosfotirosina que actúan de anclaje para proteínas que poseen dominios SH2. En este caso, se une al receptor un complejo adaptador cuya función es activar a la proteína Ras. La proteína Ras activada (Ras-GTP), estimula a su vez a una tirosinquinasa llamada Raf que inicia una cadena de fosforilaciones. La cadena de fosforilaciones culmina con la activación de genes que están involucrados en la síntesis de ADN y en la activación de la división celular. 65 (Las mutaciones de Ras se relacionan con proliferación tumoral). Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Rutas de señalización iniciadas por receptores con actividad catalítica 1 Ruta Ras-MAP kinasas GEF Con dominios SH2 https://www.youtube.com/watch?v=npnLnzsWYFg 66 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Rutas de señalización iniciadas por receptores con actividad catalítica 2 Ruta JAK kinasas (ejemplo de receptor asociado a actividad TK) Ligandos: - Citoquinas (interferón, interleuquinas) - Prolactina… Figure 15-68 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 67 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Integración de la información Distintas vías. Componentes comunes. Todas activan proteín-quinasas. A varias dianas. Proteínas integradoras (scaffolding proteins). Sólo 1 señal de salida. 68 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Contenido 4.1. Introducción y generalidades sobre las vías de señalización intracelular. 4.2. Tipos de receptores de superficie y segundos mensajeros 4.2.1.Receptores acoplados a proteínas G 4.2.2 Receptores con actividad catalítica 4.3. Tipos de receptores intracelulares. 4.4. Vías simples: óxido nítrico 4.5. Ejemplo de comunicación y regulación de proceso fisiológico: Regulación equilibrio hidroeléctrico. 69 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Ligandos de receptores intracelulares LIGANDOS: Pequeños e hidrófobos. Atraviesan la membrana. 70 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Receptores intracelulares RECEPTORES: Proteínas reguladoras de la expresión génica (factores de transcripción, que activan o reprimen la transcripción). Distinta estructura y función, pero mecanismo de acción intracelular similar. Figura 6.3. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) 71 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Superfamilia de receptores nucleares Figure 15-14b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 15-14c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 72 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Superfamilia de receptores nucleares Activación de receptores nucleares Respuesta primaria: Activación de la transcripción (30 min). Las proteínas producidas activan otros genes (respuesta secundaria). Figure 15-15a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 73 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Superfamilia de receptores nucleares Activación de receptores nucleares Respuesta secundaria: Tardía. Productos proteicos de la respuesta primaria activan otros genes. Productos proteicos de la respuesta primaria inhiben genes de la respuesta primaria. Figure 15-15b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 74 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Contenido 4.1. Introducción y generalidades sobre las vías de señalización intracelular. 4.2. Tipos de receptores de superficie y segundos mensajeros 4.2.1.Receptores acoplados a proteínas G 4.2.2 Receptores con actividad catalítica 4.3. Tipos de receptores intracelulares. 4.4. Vías simples: óxido nítrico 4.5. Ejemplo de comunicación y regulación de proceso fisiológico: Regulación equilibrio hidroeléctrico. 75 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de señalización directas: óxido nítrico ÓXIDO NÍTRICO: Molécula que atraviesa la membrana plasmática. Regulación directa de la actividad de proteínas intracelulares. Síntesis de óxido nítrico Acción de óxido nítrico Por desaminación de arginina, por acción de NO- Difunde con rapidez (puede actuar en la misma célula sintetasas (NOS): que lo produce o en otras cercanas). - Constitutiva → dependiente de calcio: Vida media corta (5 - 10 seg): unión con O2 y H2O → eNOS (células endoteliales) nitratos y nitritos. Por su corta vida media se le considera un mediador local. nNOS (células nerviosas y musculares) Unión reversible a la GC → produce GMPc (degradado - Inducible → independiente de calcio rápidamente por PDE para mantener los niveles). (respuesta a una infección): (GC es a la vez receptor intracelular y proteína de iNOS (macrófagos) señalización intracelular). 76 Viagra inhibe la fosfodiesterasa de GMPc. Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de señalización directas: óxido nítrico ÓXIDO NÍTRICO: Figure 15-12 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Viagra inhibe la fosfodiesterasa de GMPc. 77 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Vías de señalización directas: óxido nítrico ÓXIDO NÍTRICO: da Silva, G.M et al. Biology 2021, 10, 1041 78 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Contenido 4.1. Introducción y generalidades sobre las vías de señalización intracelular. 4.2. Tipos de receptores de superficie y segundos mensajeros 4.2.1.Receptores acoplados a proteínas G 4.2.2 Receptores con actividad catalítica 4.3. Tipos de receptores intracelulares. 4.4. Vías simples: óxido nítrico 4.5. Ejemplo de comunicación y regulación de proceso fisiológico: Regulación equilibrio hidroeléctrico. 79 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico La regulación se basa en una entrada/salida de agua y/o electrolitos a/desde el organismo. 80 Figura 19.3. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico La regulación se basa en una entrada/salida de agua y/o electrolitos a/desde el organismo. El mecanismo esencial de esta regulación es el (neuro)endocrino. Los parámetros fisiológicos que se controlan son la osmolaridad, la volemia, la Na+o y la K+  o Dichos parámetros se regulan mediante la acción de (neuro)hormonas tales como: 1. Hormona antidiurética (ADH) o vasopressina (AVP). 2. Aldosterona. 3. Péptido natriurético auricular/atrial (PNA o ANP). 81 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 1. ADH o vasopresina. Estímulos que secretan ADH Aumento de la osmolaridad plasmática (osmorreceptores). Principal estímulo. Disminución de la presión sanguínea (barorreceptores) Disminución del volumen sanguíneo (mecanorreceptores) 82 Figura 20.6. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 1. ADH o vasopresina. Mecanismo de acción Los efectos de la ADH son mediados por al menos tres clases de receptores de membrana: V1A, V1B y V2. Los receptores V1A y V1B al ser activados aumentan el metabolismo del fosfatidilinositol por activación de la PLC (IP3, DAG y calcio). Los receptores V2 al ser estimulados incrementan las concentraciones de AMPc por activación de la AC. Los receptores V1A son mediadores de la acción vasoconstrictora de la hormona. Se localizan en los vasos sanguíneos, células mesangiales glomerulares, hígado y cerebro. Los receptores V2, intervienen en el efecto antidiurético del péptido. Se localizan en las nefronas (TCD y túbulo colector). Aumentan el AMPc y la fusión de la membrana apical de las células epiteliales de la nefrona con endosomas cargados con acuaporinas. 83 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 1. ADH o vasopresina. Mecanismo de acción Receptores V2 Figura 20.5. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) 84 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 1. ADH o vasopresina. Efectos fisiológicos Reabsorción pasiva de agua en el riñón: disminución de la osmolaridad. Neurohipófisis ADH Células del túbulo colector (nefrona) Retención de agua Disminuye la osmolaridad Se restablece el parámetro fisiológico plasmática (se restablece para la osmolaridad plasmática. 85 en 280 mOsm/L) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 2. Aldosterona. Estímulos que secretan aldosterona Hipotensión renal. Hiperkalemia o hiperpotasemia. Hiponatremia. Constricción de la vena cava. ACTH (en estrés). La aldosterona se genera indirectamente tras la activación del sistema renina- angiotensina-aldosterona (principal estímulo), o de manera directa en respuesta a una hiperkalemia. 86 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 2. Aldosterona. Mecanismo de acción Como otros esteroides, esta hormona actúa uniéndose a un receptor citoplasmático. El complejo hormona-receptor es traslocado al interior del núcleo, donde se une al ADN e induce la transcripción de determinados genes en ARNm que se traduce posteriormente en proteínas efectoras. La función de las proteínas inducidas por aldosterona sería la siguiente: o Aumentar la permeabilidad de la célula al Na+ proveniente de la luz de los túbulos (aumenta la reabsorción de Na+). o Aumentar la síntesis de Na+/K+ ATPasa que es insertada en la membrana, aumentando la entrada de Na+ hacia el LI y plasma. 87 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 2. Aldosterona. Mecanismo de acción 88 Figura 20.9. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 2. Aldosterona. Efectos fisiológicos Reabsorción de Na+ y eliminación de K+ en el riñón, glándula salival y estómago. 89 Internal use Figura 20.10. Fisiología Humana (© Panamericana 2019)  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 3. Péptido natriurético auricular/atrial (PNA o ANP). Estímulos que secretan PNA Aumento de la presión arterial Ingestión de Na+ y agua 91 Figura 20.11. Fisiología Humana (© Panamericana 2019) Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 3. Péptido natriurético auricular (PNA). Mecanismo de acción Hay dos receptores para el PNA: RPN-A y RPN-B. El dominio extracelular de los receptores une el PNA, y el intracelular tiene dos dominios catalíticos con actividad guanilato ciclasa. La unión del PNA al receptor induce un cambio conformacional que dimeriza el receptor y lo activa. El GTP se convierte en GMPc y aumentan los niveles intracelulares de GMPc. El GMPc activa una kinasa dependiente de GMPc (PKG), que fosforila proteínas en los residuos de serina y treonina. (Es decir, PKG es una Ser-Thr quinasa). El GMPc inhibe los canales de Na+ localizados en la nefrona del riñón (conducto colector) aumentando la eliminación de Na+ y con ello la excreción de agua. Se recupera la homeostasis para la presión arterial y la volemia. Figure 4-12a Medical Physiology (© Elsevier 2005) 92 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Regulación del equilibrio hidroeléctrico 3. Péptido natriurético auricular (PNA). Efectos fisiológicos Aumento de la eliminación de Na+ en el riñón. Regulación de la presión arterial y volemia. 93 Internal use Figura 20.11. Fisiología Humana (© Panamericana 2019)  El ginseng parece contribuir a la mejora de la disfunción eréctil. Sin embargo, la principal línea de tratamiento sigue siendo el sildenafilo (viagra). ¿Cuál es la diferencia con respecto al mecanismo de acción de estas sustancias? 94 Internal use  TEMA 4: VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Bibliografía Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. Molecular Biology of the Cell. 6ª ed. Garland Science; 2014. BioRender. Phototransduction in Photoreceptors. BioRender; 2021. Boron W, Boulpaep EL. Medical physiology: a cellular and molecular approach. 3ª ed. Elsevier Saunders; 2016. Iwasaki, A. Activation of Protein Kinase A (PKA). BioRender; 2020. Iwasaki, A. Activation of Protein Kinase C (PKC). BioRender; 2020. Khan Academy, www.khanacademy.org Pierce BA. Genética. Un enfoque conceptual. 5ª ed. Editorial Médica Panamericana; 2015. Purves D. Neuroscience. 6ª ed. Sinauer Associates; 2018. Silverthorn DU. Fisiología Humana, un enfoque integrado. 8ª ed. Editorial Médica Panamericana; 2019. Internal use Internal use