Transducción de señales-2015

Sistema de pasos múltiples

1. Receptores

C

Receptor

citoplasmático

RECEPTORES ACOPLADOS A

PROTEINAS G Y PROTEÍNAS

G HETEROTRIMÉRICAS

(GPCR)

Receptores acoplados a proteinas G

(GPCR)

Son proteínas transmembranales.

Conocidas como receptores 7TM.

Regiones inmersas en la membrana son conservadas.

Reconocen una amplia variedad de ligandos y proteínas G.

Superfamilia +700 Figura 1. Ilustración de un receptor de

membrana acoplado a una proteína G.

www.cnsforum.com

GPCR en plantas

GPCR in plants

Do Plants Contain G Protein-Coupled

Receptors?1

Bruck Taddese2, Graham J.G. Upton, Gregory

R. Bailey, Siân R.D. Jordan, Nuradin Y. Abdulla,

Philip J. Reeves, and Christopher A. Reynolds*

Plant Physiol. Vol. 164, 2014

56 posibles secuencias

GCR1: estructura similar pero no demostrado

aún!

2. Proteínas G heterotriméricas

Compuesta de tres subunidades: α subunidad: 39 - 46 kD

Actividad GTPasa hidroliza al GTP

Interactúa con receptores de membrana

β subunidad: 35 - 39 kD

γ subunidad: ~ 8 kD, la más variable

Se requieren para el buen funcionamiento de la proteína.

Gran diversidad Figura 2. Estructura terciaria de una

proteína G. http://www.web-

books.com/MoBio/Free/Ch6D2.htm

Funcionamiento de proteínas G

heterotriméricas

En plantas?

Genes codificantes para receptores 7TM han sido aislados en: Arabidopsis, pino, trigo y álamo.

Genes codificantes de proteínas G triméricas también se han encontrado

Proteínas G se han relacionado con la señalización del AIA, inducción de las giberelinas sobre genes α amilasa, respuesta a distintos tipos de luz y patógenos,

Cierre estomático (regula canales de K y Ca) Plant Signaling & Behavior 6:7, 986-990; July 2011

3. Efectores

Efectores 2 tipos: canales iónicos y enzimas (adenyl ciclasas).

Regulan cn de cAMP, cGMP, DAG, IP3, Ca (mensajeros secundarios) y estos regulan Kinasas y PPasas

Canales iónicos: especificidad variable

Canales de potasio en células guarda

Enzimas: regulan la concentración de mensajeros secundariosinositol trifosfato (IP3).

Fosfodiesterasas y ciclasas cAMP, cGMP

Enzimas guanilato cGMP

Ruta del fosfoinositol DAG y Ca respuesta ante estrés

Estos a su vez regulan la actividad de kinasas y fosfatasas dependientes de mensajeros secundarios.

En plantas

no PLC sino PLD y DGPP

PLD activado por divesas

señales

Fosforilación de proteínas

Mecanismo de respuesta ante distintos estímulos.

Proteínas kinasas: transferencia de grupo P a uno o

más aminoácidos en una determinada proteína.

Clasificadas en: serina/treonina kinasas y tirosina kinasas.

Algunas kinasas pueden ser de los 2 tipos.

Proteínas fosfatasas: desfosforilan los mismos

aminoácidos.

Ambas proteínas regulan enzimas de manera

específica.

Fosforilación de proteínas

Regulan:

Actividad de kinasas dependientes de ciclinas

división celular, factores de transcripción y enzimas.

Pueden ocurrir eventos múltiples o cascadas de

fosforilaciones o desfosforilaciones

Aprox 300 aa: dominio catalítico y dom regulatorio

Kinasas son muy variables y muestran gran

especificidad por distintos sustratos

Separadas por familias según su estructura,

especificidad, ligando al que regulan y función celular

Unión fosfodiester

4. Proteínas kinasas

Proteínas kinasas del grupo AGC

Son activadas por mensajeros secundarios:

cAMP y cGMP activan kinasa A y G respectivamente.

Fosfatidilserina y Ca + DAG activan la kinasa C.

Han sido encontradas en plantas de manera esporádica.

Proteínas calmodulina/Ca2+

Ca2+ se une al calmodulina y la activa, CaM luego activa kinasas generando un cambio conformacional (o fosfatasas) formación de complejo proteico.

En plantas en respuesta a luz, presión, GA, ABA

En animales activan kinasas CaMPKs

AGC kinasas en plantas

PA: àcido fosfatìdico

Mensajero 2rio

Principales grupos de proteínas

kinasas (cont.)

Kinasas dependientes del calcio:

Gran diversidad en plantas, no se han identificado en

animales.

Ca2+ reprime el mecanismo de autoinhibición del sitio

activo de la proteína permitiendo su activación.

Pueden estar adheridas a la membrana o contenidas

dentro del citoplasma.

Genes muestran especificidad de tejido y etapa de

desarrollo

5. Proteínas fosfatasas

Se clasifican en dos tipos: PP1

PP2: se dividen en tres subgrupos basados en la especificidad por el sustrato, sensibilidad a inhibidores y regulación por cationes: PP2A, PP2B y PP2C

Pueden formar holoenzimas

Moléculas inhibitorias: ácido okadaico, caliculina A (espongas marinas)

Todos los tipos han sido identificados en plantas. ABI1 y ABI2 asociados a respuesta a ABA

Regulación de proteínas kinasas cascadas de MAPK, CDK y CaMPK.

6. ENZIMAS RECEPTORAS TRANSMEMBRANALES

• Receptores transmembrana combinan:

-percepción de señales y

-actividad enzimática en un solo péptido (Dominios

extra e intra-celular y transmembrana de paso simple)

• Animales = Receptores Tirosina Kinasas. Ocurre

transautofosforilación (dimerizan y se autoP)

• Plantas = son receptores kinasas serinas/treoninas y

una poco común receptor kinasa histidina (ej. ETR1 y

CKI1)

KINASAS TIPO RECEPTORES (RLKs) EN PLANTAS

Arabidopsis= 300 secuencias codificantes p/ receptores kinasas Ser/Tre.

Receptores más comunes en plantas

No se conoce mucho de ellos

RLKs = 20 familias y muchas subfamilias. 2 tipos comunes: S y LRR - S: motivo de 10 S, asociado autoincompatibilidad polen-pistilo - molécula de LRR (motivo de leucinas) = interacciones proteina-proteina.

-Kinasas varían en especificidad de sustrato

PROTEÍNAS RELACIONADAS A RLKs

Son proteínas truncadas

• SLG (similar al SRK de Brassica)

• Cf-9 (resist. a hongo en tomate)

• PTO (resist. a Pseudomonas sp. en tomate)

7. PEQUEÑAS PROTEÍNAS DE UNIÓN A GTP animales

Señal Receptor tirosina kinasa autofosforilan por ATP traducción de señal por peq. Proteinas G (GTP-asas) cascadas de fosforilación/moleculas efectoras/mensajeros secundarios.

• proliferación celular*,

• transporte de vesículas y secreción,

• establecimiento de la polaridad

• Familias en mamíferos RAS*, RHO, RAB, RAN y ARF

En plantas,

Ortólogos de Rho y Rab son conocidas en Arabidopsis , maíz y tomate.

Subfamilia Rop GTPasas (Rho) única en plantas, muchos genes:

• Localizado en PM, reg. perinuclear y citosol

• No ortólogo de RAS

• Si se detectan muchas Proteínas G pequeñas,

• Vías de señalización: crecimiento del tubo polínico, defensa, síntesis de la pared celular en algodón, desarrollo vacuolar y en señalización por el receptor kinasa CLAVATA (CLV1,2,3).

• Mutantes de Rop: respuestas pleiotrópicas (involucrado muchos procesos)

- CLVs regulan a WUCHSEL (tamaño de los meristemos)

CLAVATA (RLK) – Rop GTPasa (peg. Prot. G) – WUCHSEL (cascada o regulación) – tamaño de meristemos (fenotipo).

PEQUEÑAS PROTEÍNAS DE UNIÓN A GTP

Regulación del tamaño del meristema

8. CASCADA POR PROTEÍNAS KINASAS

ACTIVADAS POR MITOGENOS (MAPK)

• Solo en eucariotes

• Células quiescentes de mamíferos son activadas para dividirse por “agentes inductores de la mitosis” (mitógenos) a través de una proteína kinasa conocida como MAPK (mitogen-activated protein kinase) que aumenta en células en Go activadas.

• MAPK activa FT que se unen a DNA

• MAPK fosforilada en 2 residuos, así se controla su actividad

• Fosforilación (activación):

• MAPK MAPKK MAPKKK P (Kinasas específicas)

• Una solo célula eucariótica puede tener docenas de cascadas MAPK para funciones diferentes.

http://www.youtube.com/watch?v=r7GoZ9vFC

Y8

En Plantas,

MAPKns presentes en plantas, poca a muchas similitud

Son activadas por auxinas (división celular), heridas (WIPK, en minutos no requiere protein synthesis), ácido salicílico (SIPK) y también por estrés abiótico (frio, calor, salinidad): específicas para cada estímulo

Esta señalización MAPK aparentemente proviene de los los receptores histidina kinasa

No ha sido posible unir las cascadas de MAPK a proteínas G específicas y kinasas Ser/Thr.

9. Ros signaling (reactive oxygen species)

Trends in Plant Science June 2011, Vol. 16, No. 6

Ca regula fenómenos de crecimiento y desarrollo

en las plantas.

Ca:

Señalización de hormonas.

Crecimiento del tubo polínico.

Tigmotropismo.

Mov. Estomáticos.

Niveles intracelulares de Ca.

En citosol calcio se encuentra Ca+2.

En vacuola fijado como cristales de Oxalato de Ca

o fijado a las paredes celulares.

Ca Cn`s provoca necrosis y muerte celular.

Control de Cn de Ca en el citisol es importante.

Estado de la célula Estado de Cn de Ca Cantidad de Cn de Ca

Inactiva

aprox. 10-100 nM

Activa

1-5 μM

Cuadro 1. Dinámica de la concentración del Calcio, según el estado de la célula.

Lugares de almacenamiento

Vacuola almacena la mayor cantidad de Ca.

Retículo endoplásmatico (RE).

Plastidios y mitocontria almacenan Ca con límite.

Ca extracelular, la mayor parte se almacena en pared celular.

Tomado de:

http://www.biologia.edu.ar/plantas/

cell_vegetal.htm

Canales y bombas de Ca.

Cn Ca+2 en citosol regulado por:

- Canales.

- Bombas.

Canales son de origen proteínico.

Tipo de Canal Ligandos

activadores

Proceso que

interviene.

Canales activados

por voltaje

---

- Entrada de Ca

desde fuentes

externas.

- Entrada de Ca

desde fuentes

internas.

Canales activados

por una

estimulación

externa

---

- Entrada de Ca

desde fuentes

externas.

Canales activados

por un ligando

- Inositol trifosfato

(IP3 ).

- adenosina cíclica

5 difosforibosa

(cADPR).

- Entrada de Ca

desde fuentes

internas.

Cuadro 2. Características de los canales de Ca en las células

Remoción de Ca de citosol

hacia organelas

Contra gradiente

Uso de bombas

ATPasas o de H+

Figura 1. Esquema de los canales y bombas de Calcio presentes

en una célula vegetal (Srivastava 2002).

Elementos de la señalización del Calcio

La señalización del Ca: se

da a través de una

liberación transitoria de

Ca2+ (señal primaria),

luego conduce a una serie

de oscilaciones lo que

conlleva a un gradiente de

Ca.

Frecuencia de oscilaciones:

especificidad de la señal

Figura 2. Esquema hipotético de la dinámica de la

señalización del calcio dentro de una célula

(Srivastava 2002)

Señalización del Ca en plantas

Respuestas de plantas mediadas por hormonas.

Estrés biótico y abiótico.

Factores ambientales (Viento, luz, etc).

Inductores de aumento Niveles de Ca2+cyt.

En las células

guarda, ABA induce

un incremento en la

cn de Ca2+cyt lo que

conduce a la

pérdida de

Turgencia y al cierre

del poro estomático. Tomado de:

http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete

/6to/membr-casos/Fisiol-estomas.html

Plantas expuestas a niveles de ozono, dispara una

respuesta de estrés y la expresión del gen

Glutationa S- transferasa (GST), el cual está

relacionado con un incremento en Ca2+cyt .

Plantas sensibles a estímulos mecánicos y elicitores

fúngicos se correlacionan con un incremento del Ca.

http://www.youtube.com/watch?v=8_YsRPcyDMY

Algunos videos de interés

http://www.youtube.com/watch?v=pH_ibPHK0

y0

http://www.youtube.com/watch?v=D-usAds_-lU

http://www.youtube.com/watch?v=3I2bSMm06

IA

Plant Signal Transduction

http://www.youtube.com/watch?v=xT0mAQ47

26s

De-etiolación

Trimeric G-prot

ST amplificación

Activación de

Proteína G

https://www.youtube.com/watch?v=z-

32M043rfI

https://www.youtube.com/watch?v=JJuMyPjvVk

Y

https://www.youtube.com/watch?v=MkUgkDLp2iE Factores de

transcripción

Traducción

Videos

https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA

De ADN a proteína

https://www.youtube.com/watch?v=M568QP1K3sM

https://www.youtube.com/watch?v=r7GoZ9vFCY8

The MAP-Kinase (MAPK) signalling pathway