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