COMUNICACIÓN CELULAR

•Los organismos unicelulares tienden a crecer y dividirse tan rápido como pueden con la solalimitación de nutrientes y condiciones ambientales.

•Una célula de un organismo pluricelular moriría en ausencia de estímulos externos (aunque novayan dirigidos necesariamente a localizar nutrientes o evitar venenos y depredadores), esdecir, estas células necesitan responder a estímulos externos para sobrevivir: ello garantizaque haya células únicamente cuando y donde sean necesarias.

•Las células de un organismo complejo tienen muy distintas morfologías derivadas defenómenos de proliferación, crecimiento, diferenciación y organización en tejidos para lo cualdeben adaptarse a las células vecinas y a su entorno mediante procesos controlados porseñales químicas.

•La decodificación y respuesta a estas señales extracelulares controla:• el desarrollo de órganos y tejidos (reemplazamiento de células dañadas, crecimientoen tamaño, migración al sitio adecuado, arquitectura tisular…)• procesos fisiológicos normales• la regulación de comportamientos, etc.

Señal

Receptor

Descodificación y respuesta

Emisor

Adrenalina

salivación

Ritmocardiaco

“TRANSDUCCION DE SEÑALES”! El comportamiento de cada “tipocelular” dependerá de quéreceptores y qué moléculasseñalizadoras exprese.

! Un mismo estímulo podrá inducirdiferentes señales en distintosórganos (dependiendo de las célulasque lo compongan).

Alberts’ Essential Cell Biology 2nd Ed-

www.classwire.com/garlandscience

Efectoscitosólicos:migración,

metabolismo,etc

Efectosnucleares:expresión

génica,inicio dedivisión

celular, etc

Proceso por el que las señales extracelulares se transmiten alinterior celular mediante proteínas receptoras en la membranaplasmática que convierten la señal a una forma física oquímica adecuada para producir el efecto celular deseado (ej:un fotón en un impulso nervioso).

RECEPTORES INTRACELULARES (I):Rc DE HORMONAS LIPOSOLUBLES o

“RECEPTORES NUCLEARES”

(tamoxifen)

(RU486)

(Dexametasona)

ALGUNOS LIGANDOS SON LIPOSOLUBLES(ej: hormonas) Y ATRAVIESAN LA

MEMBRANA PLASMATICA POR DIFUSIONSIMPLE PARA UNIRSE A PROTEÍNAS

RECEPTORAS INTRACELULARES

!El complejo hormona-receptor se unen asecuencias específicas en elDNA llamadas “Elementos deRespuesta” (“RE”).!Se asocian en forma dedímeros a secuenciassimétricas (“palindrómicas”).!Todos los Rc de estafamilia tienen al menos 3dominios:1.- Unión a ligando,2.- Unión al DNA3.- Regulador transcripcional

Dominios y unión al DNA de losreceptores de hormonas

“Dedos deZn”:

estructurade uniónal DNA

REPRIMEN LATRANSCRIPCION POR

RECLUTAMIENTO DE CO-REPRESORES (COMOPROTEÍNAS HISTONADEACETILASAS), Y LA

ACTIVAN AL RECLUTAR CO-ACTIVADORES ( PROTEÍNAS

ACETILADORAS DEHISTONAS Y OTROS).

Dominio de interaccióncon otras proteínas que

controlan latranscripción

Dominio deinteracción

con lahormona o el

ligando

Dímeros

de Rc-

hormona

unidos al

DNA

!Existen proteínas que, enausencia de ligando, secuestrana los receptores homodiméricos(GR - receptores de

glucocorticoides-, AR -de

andrógenos- y ER - de

estrógenos-) en el citosol.

!Los homodímeros pasan alnúcleo tras unir esas hormonas.

GTA: general transcription apparatus

MODOS DE ACCIÓN DE RECEPTORES INTRACELULARES:RECEPTORES HOMO- Y HETERO-DIMÉRICOS

! Los receptores HETERO-diméricos (receptores para lavitamina D3, para el ácido

retinoico y para las hormonastiroideas) son nucleares enausencia de hormona. En esasituación funcionan comorepresores de la transcripción.! Tras la unión del ligando seconvierten en activadorestranscripcionales.

“Dex”= Dexametasona=

análogo de

glucocorticoides.

Ejemplo experimental de cómolos receptores de

glucocorticoides estánatrapados en el citosol por

proteínas que los “secuestran”en ausencia de ligando (“-Dex”)y se translocan al núcleo tras launión a sus ligandos en el citosol

(+ Dex).

INMUNOFLUORESCENCIA EN CELULAS EN CULTIVO

GFP

- Dex

+ Dex

Algunas bases fisiológicas para entender FUNCIONAMIENTO DELOXIDO NÍTRICO: anatomía de los vasos arteriales y proceso de la

aterosclerosis (relacionado con hipertensión, infarto de miocardio,…).

Capa de células musculares: su contracción regula el diámetro delvaso y la presión arterial (por vasoconstricción o vasodilatación)

Formación de la

placa de ateroma

(“aterosclerosis”)

RECEPTORES INTRACELULARES (II): El receptor del óxido nítrico (NO)tiene actividad guanilato ciclasa y produce cGMP como 2º mensajero para

inducir la relajación del músculo liso de las arterias (vasodilatación).

VASODILATADOR: Aumenta el

diámetro de los vasos y el riego

sanguíneo.

!El NO es un GASDIFUSIBLE que ¡¡actúa comomensajero inter-celular!!

! Debe difundir desde lascélulas endoteliales (dondese produce) hasta alcanzarlas musculares (donde ejercesu efecto).

!Su VIDA MEDIA es muyCORTA (2-30sg) por lo quesólo difunde localmente.

Esquema de los principales TIPOS de receptores de membrana.

Los RTK median señales de crecimiento y proliferación celular

Estructura general y familias de los receptorescon actividad tirosina quinasa (RTK)

SON PROTEÍNAS DE UN SOLODOMINIO TRANSMEMBRANA,

+ DOMINIOSEXTRACELULARES (UNION A

LIGANDO) E INTRACELULARES(CATALÍTICO)

! Los RTKs estánpresentes en organismospluricelulares pero no enlevaduras: los dominios Rcy TK se fusionarondurante la evolución.

! Hay unos 60 RTKs en elgenoma humano.

1.- la unión del ligandopromueve ladimerización de RTKs;2.- Se reorientan yacercan sus colascitoplásmicas;3.- se favorece latrans-fosforilación ENTIROSINAS de losdos dominios quinasa;4.- ello provoca unaumento de suactividad catalíticatirosina quinasa(“activación”);5.- se fosforilan otrasproteínas (efectoras,adaptadoras), y secrean sitios de anclajepara complejosproteicos deseñalización.

3.-Trans-phosphorylation

of Receptor chains…

4.- provokes

ACTIVATION

1.-Dimerized

kinase domains…

2.- reorient and get

closer to each other.

5.- Phosphorylation

and /or docking of

effector proteins

Mecanismo molecular de activación dereceptores con actividad tirosina quinasa.

Vídeo resumen de la activación por dimerización

Representación de la estructura de la

hormoma de crecimiento (GH) unida a su

receptor dimérico (GHR) que ilustra cómo la

unión del ligando induce la dimerización de 2

moléculas de Rc.

Para activar receptores por dimerización, los ligandos (hormonas, transmisores) pueden:- ser diméricos (unen 2 moléculas de Rc). Ej: PDGF

- ser multímeros. Ej: el FGF se une a heparán sulfatos complejos en la matrizextracelular que “presentan” múltiples moléculas de FGF a sus receptores

- ser monómeros pero capaces de unir 2 moléculas de Rc. Ej: EGF, GH,…- agruparse en la membrana de la célula señalizadora. Ej: Eph

La fosforilación en tirosinas del receptor :1.- aumenta su actividad catalítica para fosforilar proteínas sustrato2.- crea puntos de anclaje (las propias fosfo-tirosinas) paramoléculas señalizadoras efectoras y /o adaptadoras.

sustrato

ATP sustratoProteínas

señalizadoras o

adaptadoras Pi

Estructura de los dominios SH2 y PTB unidos a variospéptidos fosforilados en tirosinas

La estructura molecular de los dominios de unión a fosfo-tirosinases un haz de láminas beta con aminoácidos cargados positivamente.

2.- Estructura tipo PTB

(“Phospho tyrosine

binding”)

1.- Estructura tipo

SH2 (“Src-

Homology 2)

Bolsillo

básico

!“Ras” es unaproteína Gmonomérica claveen proliferacióncelular (mutada enun 30% de tumoressólidos).! Ras se activamediante elreclutamiento porRTKs de proteínasseñalizadoras:1º.- proteínaadaptadora (Grb2)2º.- proteínaefectora (Sos,carga Ras con GTPy lo activa)

Grb2

Sos

La cascada intracelular de RTKs controla el inicio de la divisióncelular (proliferación) mediante la activación de la proteína Ras.

DIVISION CELULAR

Ras se inactiva con el tiempo mediante

la hidrólisis del GTP por su actividadGTPasa intrínseca.

--> Aquellas mutaciones que impiden la

actividad GTPasa de Ras producen

proteína Ras constitutivamente activada,

y las células que la expresan proliferan

sin control dando lugar a un cáncer.

La proteína Sosactiva Ras (es suGEF) “abriendo”

el bolsillo de unióna GDP lo cual

favorece la salidadel GDP y la

entrada de GTP(dado que la

[GTP] intracelular= 10 x [GDP]).

Boriack-Sjodin et al., (1998) Nature 394: 337

Wittinghofer (1998) Nature 394: 317

Incidence of RAS mutations in human cancer

Lung (30% ki- ras )Breast

Brain

Colon (50% Ki- ras )

OvaryProstate

Pancreas (90% Ki- ras )

Bladder (10% Ha- ras )

Thyroid (50% ras )

Liver (30% N- ras )

Skin (14% N- ras )

Head & Neck

Leukemia (30% N- ras )

Kidney (10% Ha- ras )

Estructura cristalina de Sos (blanco y azul)

unida a Ras (gris sólido y rojo/naranja).

La proteína Ras puede estar en dos diferentes conformaciones :“ON” (unida a GTP) y “OFF” (unida a GDP).

Ras.mov © Essential Cell Biology. Garland Science. Alberts et al. 2ed.

Vídeo resumen de la activación de Ras por introducción de GTP y los

cambios conformacionales que sufre.

Cómo la señal de RTKs llega al núcleo: cascada de las quinasas activadas por mitógenos (MAPK)

Alberts’ Essential Cell Biology 2nd Ed- CHAPTER 16: HOW

WE KNOW…www.classwire.com/garlandscience

• Ras-GTP activa unacascada de 3 pasos deSerina/Treoninaquinasas activadas pormitógenos (MAPKKK-->MAPKK-->MAPK)citosólicas.

•Las MAPK activadasentran en el núcleodonde fosforilan yactivan ciertosfactores detranscripciónimplicados enproliferación.

• Estos se unen apromotores concretosdonde activan latranscripción demRNAs de proteínasencargadas de iniciar ladivisión celular(ciclinas, etc):“reprogramacióngénica”.

Las “cascadas” (varios pasos) citosólicas de transducción de señalespermiten:

• la TRANSFORMACIÓN de una señal extracelular en la forma molecular adecuada paraejercer sus acciones intracelulares,

• su DISTRIBUCIÓN por toda la célula o a lugares concretos dentro de ella,

• la SELECCIÓN de efectores concretos en función de su tipo de actividad / localización,

• el CONTROL de unas señales por otras en puntos comunes de ! cascadas

• la AMPLIFICACIÓN de las señales

• codificar diferentes destinos celulares modulando la forma y duración (PERFIL) de la señal.

Células de neuroblastoma

PROLIFERACION o DIFERENCIACION

RESUMEN DE LA CLASE Y CONCEPTOS ESENCIALES:•Las células de organismos pluricelulares necesitan de estímulos externos para sobrevivir y multiplicarse. Lasseñales del exterior se transmiten al interior celular mediante proteínas receptoras en la membrana que conviertenla señal de una forma física (mediadores químicos extracelulares) a otra (segundos mensajeros, activación decascadas intracelulares) : “transducción de señales”. Esto se consigue ensamblando complejos multi-moleculares deseñalización en el citoplasma que envían la señal a lugares concretos dentro de la célula como el núcleo.•Algunos mediadores químicos extracelulares pueden atravesar la membrana plasmática para unirse a receptoresintracelulares: los receptores de hormonas y vitaminas, se activan por este tipo de ligandos y se translocan al núcleodonde regulan la transcripción de genes relacionados con el ciclo sexual y respuestas inflamatorias entre otros.•Funcionan como dímeros y se unen, en los promotores de ciertos genes, a elementos de respuesta (RE) consecuencias simétricas (palindrómicas) mediante dominios de unión al DNA basados en estructuras de “dedos de Zn”.•El receptor del NO (un gas difusible que actúa como mensajero inter-celular local) tiene actividad guanilato ciclasay promueve la relajación del músculo liso que recubre las arterias para aumentar su diámetro (y el flujo sanguíneo).Se utiliza para evitar los efectos dañinos de los infartos cardiacos.

•Los receptores con actividad tirosina quinasa (RTKs) tienen un solo dominio transmembrana y un dominio conactividad tirosina quinasa citosólico. Se activan tras la dimerización en presencia de ligando y la trans-fosforilaciónde sus dominios quinasa intracelulares que a su vez fosforilan otras proteínas (sustratos) en tirosinas creando asísitios de unión para otras moléculas que transmiten la señal al siguiente paso: membrana--> citosol (--> núcleo).

•Proteínas efectoras (con actividad catalítica) y adaptadoras (con dominios de asociación a diferentes moléculas)forman complejos asociados a estos receptores y para activar Ras, un potente oncogén (proteína que acelera laproliferación celular si está activada por RTKs o por mutación)

•La cascada de RTK-Ras-MAPK controla el inicio de la proliferación (división) celular mediante la activación de unacascada citosólica secuencial de quinasas que finalmente se translocan al núcleo donde fosforilan y activan ciertosfactores de transcripción. Estos se unen a promotores de genes que transcriben proteínas encargadas de iniciar elprograma de división celular.

•Los RTK también activan la ruta de fosforilación de lípidos de membrana por PI3K que regula la supervivencia ymigración celular, y la entrada de glucosa en las células.

•Las cascadas intracelulares de varios pasos permiten: la TRANSFORMACION de esta señal, su DISTRIBUCIONpor toda la célula o a lugares concretos dentro de ella, CONTROL de unas señales por otras en puntos comunes de !cascadas, codificar información en el PERFIL de activación y la AMPLIFICACION de las señales.