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 Transducción de señales Esquema de una cascada de señalización Captación e integración de la señal Amplificación de la señal Generación de una respuesta

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

¿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

Transducción de señales Receptor

Interacción Ligando-Receptor (Ligando = Señal) Afinidad Especificidad 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 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 K+ Etc. Ca2+ Cl- NMDA-R

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)

Receptores asociados a enzimas Poseen 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 :

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: Receptores asociados a tirosina kinasa: La mayoría de los receptores para factores de crecimiento. Asociados a proteínas con actividad tirosina kinasa. Dimerización del receptor. Ej: algunos antígenos de superficie. Regulan proliferación y diferenciación celular, metabolismo, etc.

Receptores asociados a enzimas Receptores tirosina fosfatasa: Receptores serina/treonina kinasa: Dominio citoplasmático con actividad tirosina fosfatasa. Dominio citoplasmático con actividad serina/treonina kinasa. Ejemplo: CD45. 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 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

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 Crecimiento celular Ras Rho Morfología celular Rac 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 One neuron – One receptor (one allele) 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.

Golf cAMP Olfactory Signal Transduction Odorant  Olfactory Receptor ∆D mice Kobayakawa et al., 2007, Nature 450(7169):503-8. Olfactory Signal Transduction Odorant  Olfactory Receptor Receptor starts signal Second messenger: cAMP Neuron Olfactory Bulb (Glomerulus)  Recognition Golf cAMP

Olfactory Signal Transduction Vs Pheromone Signaling Instinctive response to pheromonal cues Cognitive recognition of smell Associated with reproduction, aggression, and parental behavior Olfaction -- G-protein coupled odorant receptors. 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: Loss of sex discrimination and male-male aggression. 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:

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 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