Patricia V. Agostino – Laboratorio de Cronobiología - UNQ 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 (Cáncer) Diferenciación celular (Desórdenes del desarrollo) Respuesta inmune (Desórdenes autoinmunes)

Esquema de una cascada de señalización

Tipos de señalización: Autócrina Parácrina

Tipos de señalización: Endócrina Sináptica

Tipos de señalización: Por contacto (GAP junctions)

Quiénes actúan como señal? Iones (Ca+2) Proteínas Hormonas Glicolípidos Fosfolípidos Aminoácidos 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

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.

Interacción Ligando-Receptor Especificidad Afinidad L + R LR k1 k2 La unión LR es reversible En el equilibrio [L] [R] k1 = [RL] k2 [RL] [R] [L] = = KD k2 k1 Por lo que KD = constante de disociación en equilibrio (inversa: KA)

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 Citoplasmáticos Nucleares Citoplasmáticos

Las moléculas hidrofóbicas atraviesan la membrana celular

Receptores de membrana e intracelulares

Receptores Intracelulares Citoplasmáticos 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. Al unirse al ligando, el complejo L-R transloca al 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 iónicos

Familias de canales iónicos Regulados por voltage (voltage-gated channels) Regulados por ligando (ligand-gated channels) Regulados mecánicamente (mechanical stretch-gated channels) Requieren despolarización (raramente hiperpolarización) Ligandos extracelulares (neurotransmisores) Ligandos intracelulares (Ca+2, cAMP)

Tipos de receptores asociados a enzimas Receptores guanilato ciclasa Receptores tirosina kinasa Receptores tirosina fosfatasa ATP ADP Pi Receptores serina/treonina kinasa

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).

El efecto de varias señales está mediado por segundos mensajeros y por supuesto el Ca+2

Proteinas kinasas y fosfatasas: importantes mediadores ATP ADP Pi

Señalización clásica vía GPCR b g Adenilato ciclasa Gs PKA cAMP Fosforilación de proteínas Fosfolipasa C-b Gq Fosfolípidos de inositol IP3 Ca+2 Ca+2-CaM CaMK Activación de otras proteínas (NOS, etc.) DAG PKC Fosforilación de proteínas Activación / Inhibición de la transcripción génica

GPCRs: Amplificación de la señal Biological functions: smell and taste perception of light neurotransmission function of endocrine and exocrine glands chemotaxis exocytosis control of blood presure embryogenesis development cell growth and differentiation

Superfamilia de proteínas G (GTPasas) Triméricas Monoméricas Ras Cell growth Rho Cell morphology Rac Rab Vesicular traffic Ran Nuclear transport

Velocidad de los procesos de señalización

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.

Golf cAMP Olfactory Signal Transduction Odorant  Olfactory Receptor Receptor starts signal Second messenger: cAMP Neuron Olfactory Bulb (Glomerulus)  Recognition Golf cAMP

Hasta hoy se conocen 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:

Otros puntos de 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 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 Síntesis de histidina

Preguntas? pagostino@unq.edu.ar