Transcript clase Transducción de señales - Laboratorio de Cronobiología

Una introducción a...
Los mecanismos de
transducción de
señales
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
•Diferenciación celular
•Respuesta inmune
(Cáncer)
(Desórdenes del desarrollo)
(Desórdenes autoinmunes)
Transducción
de señales
Captación e integración de
la señal
Amplificación de la señal
Generación de una
respuesta
Esquema de
una cascada
de
señalización
Tipos de señalización:
•Autócrina
•Parácrina
Tipos de señalización:
•Endócrina
•Sináptica
Tipos de señalización:
Por contacto (uniones intercelulares)
•Yuxtácrina
•Uniones GAP)
Link directo entre dos células
Pasaje de moléculas pequeñas
Transducción
de señales
Señal
¿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
N-R
M3-R
Transducción
de señales

Receptor
Interacción Ligando-Receptor
(Ligando = Señal)
•Afinidad
•Especificidad
L+R
La unión LR es reversible
En el equilibrio
Por lo que
k1
k2
LR
[L] [R] k1 = [RL] k2
[R] [L]
[RL]
=
k2
k1
= KD
KD = constante de disociación en equilibrio (inversa: KA)
Interacción Ligando-Receptor
Escrito de forma similar a la
ecuación de Michaelis-Menten
[RL]
RT
=
1
1 + KD/[L]
RT = [R] + [RL]
Ejemplos de Binding Assays (Lodish et al, Molecular Biology, chapter 20):
Tipos de
receptores
•De membrana
•Intracelulares
Citoplasmáticos
Nucleares
Las
moléculas
hidrofóbicas
atraviesan la
membrana
celular
Receptores Intracelulares
Citoplasmáticos
Al unirse al ligando, el
complejo L-R transloca
al núcleo y se une al DNA.
Ej: receptor de cortisol.
Nucleares
La interacción con su respectivo
ligando permite la unión del
receptor al DNA. Ej: receptores
de estrógenos, andrógenos,
hormonas tiroideas, ácido
retinoico, vitamina D.
Receptores de membrana
•Receptores asociados a canales iónicos
•Receptores asociados a enzimas
•Receptores asociados a proteína G
Receptores asociados a canales iónicos
Canales iónicos:
Na+
K+
Ca2+
Cl-
Etc.
NMDA-R
Familias de canales iónicos
Regulados por
voltage (voltagegated channels)
Regulados por
ligando (ligandgated channels)
Requieren
Ligandos
Ligandos
despolarización
extracelulares
intracelulares
(raramente
(neurotransmisores) (Ca+2, cAMP)
hiperpolarización)
Regulados
mecánicamente
(mechanical
stretch-gated
channels)
Receptores asociados a enzimas
Poseen actividad enzimática en su dominio citoplasmático o están
asociados a proteínas con actividad enzimática.
Con actividad enzimática intrínseca:
 Receptores guanilato ciclasa
 Receptores tirosina kinasa
 Receptores tirosina fosfatasa
 Receptores serina/treonina kinasa
Asociados a proteínas con actividad enzimática :
 Receptores asociados a tirosina kinasa
Receptores asociados a enzimas
Receptores guanilato ciclasa:
• cGMP es el segundo mensajero
• Ejemplo: receptor del péptido natriuético atrial (ANP)
Receptores asociados a enzimas
Receptores tirosina
kinasa:
• La mayoría de los receptores para
factores de crecimiento.
• Dimerización del receptor.
• Regulan proliferación y diferenciación
celular, metabolismo, etc.
Receptores asociados a
tirosina kinasa:
• Asociados a proteínas con actividad
tirosina kinasa.
• Ej: algunos antígenos de superficie.
Receptores asociados a enzimas
Receptores tirosina
fosfatasa:
• Dominio citoplasmático con
actividad tirosina fosfatasa.
• Ejemplo: CD45.
Receptores
serina/treonina kinasa:
• 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
mensajeros
El efecto de varias señales está
mediado por segundos mensajeros
y por supuesto el Ca+2
El Ca+2 es un mensajero ubicuo
[Ca+2] extracelular  mM
[Ca+2] intracelular  µM
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)
Señalización clásica vía GPCR
Adenilato
ciclasa
Gs

g
a
Gq
Fosfolipasa C-
Fosfolípidos de
inositol
cAMP
IP3
PKA
DAG
Ca+2
Ca+2-CaM
Fosforilación
de proteínas
CaMK
PKC
Activación de otras
proteínas (NOS, etc.)
Activación / Inhibición de la transcripción génica
Fosforilación
de proteínas
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
Crecimiento
celular
Morfología
celular
•Rab
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
Región dorsal (D)
Región ventral (V)
•
•
•
•
•
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.
Olfactory Signal Transduction
•
•
•
•
Kobayakawa et al., 2007, Nature 450(7169):503-8.
Odorant  Olfactory Receptor
Receptor starts signal
Second messenger: cAMP
Neuron Olfactory Bulb (Glomerulus)  Recognition
Golf
cAMP
∆D mice
Olfactory Signal Transduction
Vs Pheromone Signaling
Olfaction -- G-protein coupled
odorant receptors.
Instinctive
response to
pheromonal cues
Cognitive
recognition of
smell
Associated with
reproduction,
aggression, and
parental behavior
Pheromone signaling -- TRP
superfamily of ion channels
TRPC2 channel is expressed by
all VNO sensory neurons and
required for their responses to
pheromone stimuli.
TRPC2-/- mice:
discrimination
aggression.
Loss
of
sex
and male-male
Dulac C and Wagner S (2006). Ann. Rev. Genet. 40: 449
Hasta hoy se conocen alrededor de diez
especies de roedores que conservan la
percepción UV, entre ellos, el Octodon
degus.
Visión
Insect
vision:
A
black-eyed
Susan
(Rudbeckia hirta) as humans see it and in
ultraviolet light as visible to an insect
Visión
Regulación de la señal
(mecanismos de adaptación)
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
 Segundos mensajeros
 Interacción de vías de señalización
 Ejemplos de señalización vía GPCRs
 Regulación de la señal
Bibliografía recomendada
•Alberts et al. Molecular Biology of the Cell.
Cell Signaling, chapter 15, 3rd edition.
•Lodish et al. Molecular Biology. Cell-to-Cell
Signaling, chapter 20.
•Kazanietz MG (ed). Farmacología Molecular.
Universidad Nacional de Quilmes, 2000.
Bibliografía recomendada
www. biocarta.com/genes/index.asp
Ejemplos
www. biocarta.com
Señalización visual
Señalización vía NF-kB