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 señalizació

n

Transducción de señales

Captación e integración de la señal

Amplificación de la señal

Generación de una respuesta

•Autócrina •Parácrina

Tipos de señalización:

•Endócrina •Sináptica

Tipos de señalización:

Tipos de señalización:

Por contacto (uniones intercelulares)

Link directo entre dos célulasPasaje de moléculas pequeñas

•Uniones GAP)•Yuxtácrina

SeñalTransducción 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] k2En 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 hidrofóbica

s atraviesan

la membrana

celular

Receptores IntracelularesNucleares

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 translocaal 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 iónicosCanales iónicos:

NMDA-R

Na+

K+

Ca2+

Cl-

Etc.

Familias de canales iónicosRegulados 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 enzimasPoseen 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 mensajero

s

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

Señalización clásica vía GPCR

Adenilato ciclasa

Gs

PKA

cAMP

Fosforilaciónde proteínas

Fosfolipasa C-

Gq

Fosfolípidos de inositol

Activación / Inhibición de la transcripción génica

DAG

PKC

Fosforilaciónde 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.

• 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.

VisiónInsect 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:

Regulación de la señal

Otros puntos de regulación

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 Señalización vía NF-kB