Comunicación Celular:
Receptores asociados a Proteínas
G triméricas (GPCRs)
Receptores tirosina quinasa (RTK)
MECANISMOS DE ACCION EN LAS
PROTEINAS DE SEÑAL
• muchas proteínas de señal actúan como Interruptores (Switches)
Moleculares
• pasan de un estado inactivo a uno activo (o viceversa), hasta que
otra señal los regresa al estado original
• existen 2 grandes tipos de Interruptores Moleculares:
• proteínas que unen GTP
• proteínas activadas o inactivadas por fosforilación
SEÑALES CELULARES
señal
extracelular
señal(es) intracelular(es)
blanco(s)
receptor
GPCRs RTKs
12
3
4 5
6
GPCRs =
G Protein Coupled
Receptors
12
3
4 5
6
GPCRs: Características principales
• Los receptores acoplados a proteínas G son proteínas con 7
segmentos transmembrana
– Se conocen también como “receptores serpentina”
• Las proteína G heterotriméricas transmiten las señales y se desactivan
a sí mismas
• La unión de ligando a los receptores 7TM conduce a la activación de
las proteínas G
– Las proteínas G activadas trasmiten las señales mediante su unión (activación)
de otras proteínas
• La adenitato ciclasa produce AMP cíclico, que estimula la fosforilación de muchas
moléculas diana mediante la activación de la proteína quinasa A
• La fosfolipasa C (PLC) activa la cascada de los fosfoinotsítidos
• El ion calcio es un segundo mensajero universal
– Las proteínas G se desactivan de forma espontánea mediante la hidrólisis de
GTP
PROTEINAS QUE UNEN GTP
• tienen actividad intrínseca de GTPasa
• existen 2 tipos:
• triméricas (proteínas G)
• son las que se acoplan a
receptores
• asociadas a respuestas rápidas
• pequeñas o monoméricas
• participan en la regulación del
tráfico vesicular y en una serie de
otros procesos celulares
• asociadas a respuestas que
modulan la actividad de genes
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.
Señalización en proteínas regulatorias que unen GTP
Proteínas G triméricas:Componentes Conservados en las vías
de Señalización Intracelular
• Participan en respuestas celulares a señales externas:
– Cambios en actividad o función de enzimas
específicas y otras proteínas que preexisten en las
células
– Cambios en la cantidad de proteínas específicas
producidas por una célula
• Modificación de factores de transcripción
– Estimulan o reprimen expresión de genes
ráp
ido
lento
Proteínas G – mecanismo de encendido y apagado
GTPase activating proteins
regulators of G protein signalling
guanine nucleotide
dissociation inhibitors
guanine nucleotide
exchange factors moduladores moduladoresmoduladores
Intercambio de GTP por GDP ocurre en la subunidad alfa
Proteínas G – mecanismo de encendido y apagado
GTPase activating proteins
regulators of G protein signalling
guanine nucleotide
dissociation inhibitors
guanine nucleotide
exchange factors
Moduladores: GEFs, GAPs, RGSs, GDIs
Intercambio de GTP por GDP ocurre en la subunidad alfa
regulators of G
protein
signalling
http://courses.washington.edu/conj/gprotein/trimericgp.htm
Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.
Figure 13.20 Major elements of signal transduction initiated by the seven-transmembrane-domain G-protein-couple-receptors.Redrawn based on figure from Bockaert, J., and Pin, J-P. Molecular tinkering of G protein-coupled receptors: an evolutionary success. EMBO J. 18:1723, 1999.
Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.
Figure 13.21 Major subclasses of heterotrimeric G proteins that are activated by G by the seven-transmembrane domain G-protein-couple receptors.
Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.
Figure 13.23 Receptor phosphorylation as a major mechanism for the desensitization/inactivation of G-protein-coupled receptors.
Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.
Figure 13.34 Cross-talk integration among the major intracellular signaling cascades regulated by different cell surface receptors.Redrawn based on figure from Alberts, B., et al. Molecular Biology of the Cell, 4th ed. New York: Garland Science, 2002.
Sistemas de Receptores
Acoplados a Proteínas G
Receptores acoplados a Proteína G
– 7 segmentos transmembrana
• topología similar en todos los receptores
– acoplados a proteínas G triméricas
– la proteína efectora es una proteína de membrana
– regulación por retroalimentación y desensibilización de la vía
– todos los receptores acoplados a proteínas G triméricas
tienen 7 segmentos transmembrana
• No todos los receptores de 7 segmentos transmembrana están
acoplados a proteínas G
Receptores acoplados a Proteína G
– Tienen un papel muy importante en la señalización
nerviosa, endocrina y paracrina
– La mayoría de los sentidos (visión, olfato, gusto) están
regulados por señalización mediada por receptores
acoplados a proteínas G
– Mediadores intracelulares:
• Proteínas G triméricas
• Proteínas modificadoras de la actividad del receptor (Receptor
Activity-Modifying Proteins, RAMPs)
• Arrestinas
• rho-GTPasas
Receptores acoplados a Proteína G
Estructura general conservada a través de la evolución,
muy grande y diversa en:
• tipo de ligando
• unión del ligando al receptor
• acoplamiento a sistemas efectores
• generación de segundo mensajeros
Familias:
•Clase A tipo rodopsina (19)
•Clase B tipo secretina (34)
•Clase C metabotrópico glutamato/feromona (8)
•Receptores vomeronasales (V1R and V3R) (12)
•Receptores de gusto T2R
http://www.gpcr.org/7tm/proteinfamily/;jsessionid=6f29255a8b41c21070cdee26c580
http://pdsp.med.unc.edu/ShaunCell/home.php
Familias de Receptores
Proteínas G diferentes son activadas por diferentes
receptores y regulan diferentes efectores
Sistemas de Receptores
Acoplados a Proteínas G:
EJEMPLOS DE
FUNCIONAMIENTO
Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.
Figure 13.22 Activation and inactivation cycle of a heterotrimeric G protein.Redrawn based on figure from Lodish, H., et al. Molecular Cell Biology, 4th ed. New York: Freeman, 2000.
Acción de la toxina del cólera
Cuadro clínico:
La infección con la bactaria Vibrio cholerae causa diarrea
líquida y muchsa por hasta 14 días, con pérdidas de agua
equivalentes al volumen de sangre circulante. Esto causa
deshidratación severa y desbalance de electrolitos.
[1] The B subunits, serving as “landing pad”, bind to
carbohydrates on GM1 ganglioside on the surface of the
eopithelial cells of the small intestine, enabline caveolar-
mediaed endosomal entry of toxin subunit A into the cell.
The reverse transport of subunit A from endosome into the
cell cytoplasm is followed by cleavage of the disulfide
bond linking the 2 fragments of peptide A (A1 and A2).
[2] The generated catalytic peptide A1 forms complex with
ADP ribosylation factors (ARF) which catalyzes the ADP
ribosylation of a G protein.
[3] Binding of NAD and GTP generates an activated G
protein which in turns bind to and stimulates adenylate
cyclase.
[4,5] The activated adenylate cyclase generates high
levels of intracellular cAMP from ATP.
[6-8] cAMP (Cyclic AMP) stimulates secretion of chloride
and bicarbonate, with associated sodium and water
secretion. Chloride and sodium resorption are also
inhibited.
Microbiology of Vibrio Cholera | Medchrome
Acción de la Toxina del Cólera
Receptores acoplados a proteínas G
que regulan canales iónicos
Receptores acoplados a proteínas G
que activan o inhiben la adenilil ciclasa
Receptores acoplados a proteínas G
que activan fosfolipasa C
VISION
GUSTO
OLFATO
Receptores con actividad
de Tirosin Kinasa
12
3
4 5
6
PROTEINAS ACTIVADAS O INACTIVADAS
POR FOSFORILACION
• quinasas: introducen 1 o más
grupos fosfato
• fosfatasas: hidrolizan los grupos
fosfato
• se estima que aproximadamente 1/3
del total de proteínas en una célula
eucariote se encuentran fosforiladas
en un instante determinado
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.
ATP
ADP
PROTEINAS ACTIVADAS O INACTIVADAS
POR FOSFORILACION
• muchas proteínas de señal que se regulan por fosforilación son ellas
mismas proteína quinasas
• la mayoría de las proteínas de señal que se regulan por fosforilación se
encuentran organizadas en cascadas de fosforilación
• existen 2 tipos de quinasas:
• serina/treonina quinasas
• tirosina quinasas
• algunas quinasas pueden tener ambas actividades (ej: LIM quinasa)
• alrededor del 2% de los genes humanos codifican proteina quinasas
(varios cientos de proteínas distintas)
Señalización por receptores que son
tirosina-kinasas
• Cambios rápidos (corto plazo):
– Generalmente reversibles
– Cambios en actividad o función de enzimas
específicas y otras proteínas que preexisten en las
células
• Cambios lentos (largo plazo):
– Resultado de cambios en la transcripción de genes
– Cambios en la cantidad de proteínas específicas
producidas por una célula
RTKs: Principales características
• RTKs generan cascadas de fosforilación
– Estas cascadas son primordiales en muchos procesos de transducción de señales
– Algunos RTKs son dímeros que se cierra en torno al ligando: Ej. Receptor de
insulina
• La unión de insulina provoca la fosforilación cruzada y la activación del receptor de insulina
• La señalización por insulina finaliza mediante la acción de las fosfatasas
– En algunos RTKs la unión del ligando induce la dimerización del receptor: Ej.
receptor de EGF
• El extremo carboxilo terminal del receptor de EGF se fosforila
• La señalización mediante EGF conduce a la activación de Ras, una proteína G pequeña
• La proteína Ras activada inicia una cascada de proteínas quinasas
• La señalización por EGF se termina mediante fosfatasas proteicas y la actividad GTPasa
intrínseca de Ras
Vías de Señalización que Controlan
la Actividad de los Genes
• Receptores de TGF-ß (a)
• Receptores de citoquinas (b)
– Activación de la vía JAK/STAT
• Receptores tirosina quinasa (c)
– Vía de Ras/MAP quinasa
– Fosfoinosítidos
• Receptores de 7 segmentos transmembrana (d)
– AMPc / PKA / CREB
– Arrestina / quinasas
• Wnt (e)
• Hedgehog (f)
• Vías que involucran la degradación de proteínas
– Activación de NF-кB (g)
– Notch (h)
Receptores Tirosina Kinasa (RTKs)
• Modulan diversos aspectos de la función
celular:
– División / proliferación
– Diferenciación
– Sobrevivencia
– Metabolismo
Ligandos de RTKs
– Hormonas de naturaleza peptídica o protéica
• Solubles o anfipáticas (unidas a las membranas)
– Factor de crecimiento nervioso (NGF)
– Factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF)
– Factor de crecimiento de fibroblastos (FGF)
– Factor de crecimiento epidermal (EGF)
– Insulina
Receptores Tirosina Kinasa (RTKs)
Activación de la función kinasa
– En el estado basal, no estimulado, la actividad
intrínseca de kinasa es muy baja
– Cuando el receptor dimeriza o se une el ligando, se
produce una fosforilación cruzada entre subunidades,
por la activación de la función kinasa
• Se genera un cambio conformacional que facilita la unión de:
– ATP en algunos receptores (p.ej. receptor de insulina)
– Otras proteínas (p.ej. receptor de FGF)
• Se facilita la fosforilación adicional de residuos tirosina
– Las tirosinas fosforiladas actúan como dominios de unión para otras
proteínas
Dominios modulares de unión en
la transmisión de señales
• La transmisión de señales ocurre medianteinteracciones proteína-proteína y proteína-lípido– A través de dominios modulares de unión
• Muchas proteínas señalizadoras tienen más de un dominio modular
• Esto permite ensamblaje de complejos funcionales de señalización
• Algunos dominios importantes: SH2, SH3, PTB
A hypothetical signaling pathway using modular binding domains. Signaling protein 1 contains three different binding domains, plus a catalytic
protein kinase domain. It moves to the plasma membrane when extracellular signals lead to the creation of various phosphorylated docking sites
on the cytosolic face of the membrane. Its SH2 domain binds to phosphorylated tyrosines on the receptor protein, and its PH domain binds to
phosphorylated inositol phospholipids in the inner leaflet of the lipid bilayer. Protein 1 then phosphorylates signaling protein 2 on tyrosines, which
allows protein 2 to bind to the PTB domain on protein 1 and to the SH2 domain on an adaptor protein. The adaptor protein then links protein 2 to
protein 3, causing the phosphorylation of protein 3 by protein 2. The adaptor protein shown consists of two binding domainsan SH2 domain, which
binds to a phosphotyrosine on protein 2, and an SH3 domain, which binds to a proline-rich motif on protein 3.
INTERACCION ENTRE PROTEINAS DE
SEÑAL: DOMINIOS MODULARES DE UNION
• secuencias altamente conservadas presentes en las proteínas de señal
• unen motivos específicos de proteínas o de lípidos
• tipos de dominio en proteínas:
• SH2 (homologia a Src 2)
• dominios de unión a fosfotirosina (PTB)
• SH3 (homologia a Src 3)
• PH (homología a pleckstrina)
• PDZ:
presente en proteínas de armazón, permite la unión de varias proteínas a la vez
unen tirosinas fosforiladas
unen secuencias ricas en prolina
unen la cabeza polar de los fosfoinosítidos
residuos hidrofóbicos C terminal
Generación de Sitios de Unión
• Fosforilación de tirosinas de RTKs
– genera sitios para unión de dominios PTB y SH2
– sitios de unión reconocen secuencias de aminoácidos específicas
» SH2: secuencia C-terminal a la fosfotirosina
» PTB: secuencia N-terminal a la fosfotirosina
• Las proteínas ancladas son a su vez fosforiladas
Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.
Figure 13.34 Cross-talk integration among the major intracellular signaling cascades regulated by different cell surface receptors.Redrawn based on figure from Alberts, B., et al. Molecular Biology of the Cell, 4th ed. New York: Garland Science, 2002.
Regulación de la actividad
de los RTKs
Control del número de RTKs
en la superficie celular
Mecanismos
– Endocitosis inducida por el ligando del complejo
ligando-receptor:
• La tasa de endocitosis aumenta en presencia del ligando
– Segregación del receptor o ligando internalizado
hacia el lisosoma para degradación
• Aproximadamente el 50% de los receptores endocitados
son degradados
• Probablemente por ubiquitinación
– La respuesta de la célula al ligando disminuye
• Desensibilización
Proteína-Tirosina Fosfatasas
• defosforilan Tyr
• Algunas PTPasas son proteínas integrales de membrana
• Existen también muchas PTPasas solubles
Aspectos generales de las vías de
transducción de señales
• Muchos elementos de las diferentes vías de transducción
de señales son comunes aunque con variaciones
• Los defectos en las vías de transducción de señales
pueden causar cáncer y otras enfermedades
– Los anticuerpos monoclonales se pueden utilizar para inhibir
las vías de transducción de señales activadas en los tumores
– Los inhibidores de proteínas quinasas pueden ser fármacos
anticancerosos eficaces
– El cólera y la tosferina o tos convulsiva se deben a una
actividad alterada de las proteínas G