RECEPTORES PARA MENSAJEROS QUÍMICOS HIDROFÓBICOS

RECEPTORES PARA MENSAJEROS QUÍMICOS
HIDROFÓBICOS
RECEPTORES INTRACELULARES PARA MENSAJEROS QUÍMICOS
HIDROFÓBICOS
Habíamos visto cómo se biosintetizaban estos mensajeros químicos que entraban
dentro de la célula, de tal manera que hoy vamos a ver la estructura, la biosíntesis y
los tipos de receptores para estos mensajeros, y por último la unión de los ligandos
con sus receptores, lo que va a hacer diferente el mecanismo de acción según el tipo
de receptor.
- Naturaleza química
- Biosíntesis
- Función
- Tipos de receptores
- Unión de los ligandos con sus receptores
Estamos hablando de los receptores que se encuentran dentro de la célula, bien en el
citoplasma o bien en el núcleo. En cualquier caso van a entrar al núcleo para actuar
como activadores de la transcripción.
Algunos de los métodos con los que se estudian estos receptores son:
- Preparaciones a partir de homogenados de células (pero hay que coger
la fracción nuclear).
- Análisis
 Hibridación de ácidos nucleicos: niveles de mRNA del receptor
 Inmunoensayo: niveles de la proteína (receptores activos e
inactivos)
 Métodos inmunohistoquímicos
Estos receptores que se encuentran en el citoplasma y en el núcleo, cuando realmente
están ejerciendo al función es el núcleo, por lo que lo que queremos ver si estos
receptores están activados o no y el núcleo de la célula es lo que nos interesa estudiar
y aislar, por lo cual hay que tomar la fracción nuclear de los homogenados de células.
Los receptores se pueden analizar de muchas formas:
- En la hibridación de ácidos nucleicos nos va a dar a conocer cuáles son las
concentraciones de RNA mensajero que tiene una célula para la biosíntesis de estos
receptores concretos. Por tanto, con esta técnica, medimos niveles de RNA
mensajero. Pero todo este RNA mensajero medido no va a sintetizar estos
receptores, es decir no hay una relación completamente directa.
- Inmunoensayo: son análisis en los que se utilizan anticuerpos específicos contra la
molécula del receptor y vamos a medir niveles de proteínas, es decir, vamos a medir
qué cantidad de receptores están en esa célula. Sin embargo, todavía no podemos
saber si los receptores se encuentran en forma activa o inactiva, es decir, si tienen
unido su ligando (están activados y pueden producir la señal) o si no tiene ligando
unido.
- Métodos inmunohistoquímicos: se pueden determinar los puntos en los cuales se
encuentran los receptores y para ello se necesitan los anticuerpos correspondientes.
Como estos anticuerpos están marcados de alguna manera, se puede ver dónde se
encuentran los receptores.
Todas estas técnicas utilizadas en conjunto, porque una sola no nos proporciona todos
los datos que queremos conocer, nos sirven para estudiar estos receptores.
- Estructura química: proteínas
- Proteínas de unión específica
- Solubles: en el citosol y/o en el núcleo
- Situadas en las células diana de las hormonas y mensajeros químicos
- En el interior de la célula: citoplasma y/o núcleo según los tipos
- Su unión al ligando y su activación es el primer paso en la acción del
mensajero químico en su célula diana (importante)
- Actúan como factores de transcripción activados por ligandos
En cuanto a su estructura química, son proteínas de unión específica, es decir, que
son capaces de reconocer a otras moléculas (ligandos) y por tanto tienen una zona de
unión a estas moléculas. Son solubles por lo que tienen más movilidad que otras
proteínas de membrana. Según los tipos de receptores, se va a localizar en una zona
u otra de la célula (citoplasma/núcleo). Mientras estos receptores no estén unidos a
ligando están inactivos en la célula.
BIOSÍNTESIS DE RECEPTORES INTRACELULARES
- Mecanismo general de biosíntesis de proteínas
- Variaciones en la biosíntesis que influyen en la función del receptor:
- Receptores nucleares (GR y ER)
- Forman complejos con proteínas de choque térmico
Hsp 90
Hsp 70
Hsp 56/59
En las investigaciones, se han visto algunas variaciones en la biosíntesis de estas
proteínas que van a hacer que tengan una función común. Se ha visto que ciertos
receptores nucleares, como por ejemplo, los GR (receptores de glucocorticoides) y los
ER (receptores de estrógenos), forman complejos con proteínas de choque térmico
durante su biosíntesis. Este hecho les va a permitir colocarse en el lugar exacto de la
célula donde tienen que estar y que sean funcionalmente activos. Las proteínas de
choque térmico son las hsp 90, las hsp 70 y las hsp 56/59. Estos números se refieren
al tamaño molecular que tiene cada proteína de choque térmico.
PROTEÍNAS DE CHOQUE TÉRMICO
a. Inducidas durante un choque térmico u otro tipo de estrés
b. Involucradas en procesos de renaturalización de otras proteínas
c. Su síntesis regulada por factor de transcripción de choque térmico (HSTF) de
110kD
d. Se nombran según su tamaño molecular en kD
Tenemos que saber que en general, todos los grupos de proteínas son inducidas por
un choque térmico o por otro tipo de estrés de la célula, pero fundamentalmente por un
choque térmico. Si se produce un aumento brusco de la temperatura, muchas de las
proteínas de las células se desnaturalizan al subir la temperatura. Entonces, estas
proteínas se biosintetizan en grandes cantidades ¿y ayudan a otras proteínas a
desnaturalizarse?
Su síntesis está regulada por un factor de transcripción concreto que es el HSTF que
tiene 110 kD. Hay un factor de transcripción que se activa y activa la biosíntesis de
RNA y después la síntesis de proteínas cuando se produce esta elevación de la
temperatura.
Vamos a ver los tres grupos de proteínas de choque térmico y las funciones generales
más importantes y las funciones que tienen con respecto a los receptores
intracelulares:
Hsp 90
- Homodímero (2x90 kD)
- Fosfoproteína
- Une ATP
- Se autofosforila (1-2%)
- Abundante en condiciones sin estrés en citoplasma y núcleo
- Se asocia con hsp 70 y hsp 56/59
- Funciones:
 Chaperona
 Se une microtúbulos
 Se une quinasas
 Inhibe tirosin-quinasas
 Une receptores nucleares:
1 dímero  1GR / 1PgR
* PgR (receptor de progesterona)
 1 dímero  2 ERs
* ER (receptor de estrógenos)
 Se disocian de los receptores tras la unión de ligando
La proteína de choque térmico hsp 90 se presenta en forma de homodímero (90 es el
tamaño molecular del monómero). Dos monómeros se tienen que unir para que estas
proteínas sean funcionales. Son fosfoproteínas y son capaces de unir ATP. Se
atofosforilan en muy pequeñas proporciones y no se sabe muy bien cual es la función
de esta autofosforilación. Llama la atención que aunque son proteínas de choque
térmico y deben estar en grandes cantidades en situaciones de estrés, se encuentran
también en abundantes cantidades en situaciones que no tiene estrés, tanto en el
citoplasma como en el núcleo. Se asocia a los otros dos tipos de proteínas.
Respecto a sus funciones, es capaz de unir tirosin-quinasas. Respecto a los
receptores nucleares, es capaz de unir receptores nucleares GR, ER y PgR. Durante
la biosíntesis, un dímero de hsp 90 se une a un receptor de GR o a un receptor de
PgR y también a dos receptores de estrógenos (ER). También se sabe que se
disocian de los receptores cuando se les une el ligando, pues estas hsp 90 se unen a
los receptores en la biosíntesis y mantienen a estos receptores en estado latente.
Hsp 70
- Monómero
- ATPasa
- Se autofosforila
- Funciones
 Forma y disocia complejos de proteínas:
 Ribosomas
 Clatrina
 Membrana retículoendoplásmico y mitocondrias
 DNA polimerasa
 Ayuda a insertar proteínas en membranas
 Une receptores nucleares (GR)
 Facilita la traslocación al núcleo
 Facilita la unión de hsp 90
 Facilita la disociación de hsp 90
Las hsp 70 son monómeros, también tienen función ATPasa y también se
autofosforilan.
Las funciones de la hsp 70 parece que están más dirigidas a formar complejos con
otras muchas proteínas y moléculas, por ejemplo, se une a los ribosomas, a la
clatrina, a las membranas del retículo endoplásmico y de las mitocondrias y a la DNA
polimerasa. También se une y ayuda a la inserción de otras proteínas en las
membranas; se une a receptores nucleares del tipo de los glucocorticoides y una vez
que se ha unido a ellos, facilita la traslocación de estos receptores al núcleo.
Hsp 56 / 59
- Monómero
- Peptidil-prolil-isomerasa
- Funciones:
 Cataliza replegamiento de proteínas
Une e inhibe fosfatasa regulada por calcio (calcineurina)
Es diana de drogas inmunosupresoras (FK506)
 Une receptores nucleares GR y ER
 Facilita el cambio de conformación inducido por ligando (activación del
receptor)
Las hsp 56/59 es un monómero y tiene actividad peptidil-prolil-isomerasa
Las funciones están más dirigidas a catalizar el replegamiento de las proteínas que se
han desnaturalizado; unir e inhibir la fosfatasa regulada por calcio, por ejemplo la
proteínas calcineurina); también es diana de drogas inmunosupresoras como la droga
FK506, que es un inmunosupresor que se emplea para evitar el rechazo en los
transplantes; se une a receptores nucleares; y facilita el cambio de conformación
cuando al receptor se le une un ligando, de manera que facilita la activación del
receptor.
Los tres grupos de proteínas de choque térmico aparecen durante la biosíntesis de
proteínas cuando se están biosintetizando estos receptores y se unen a ellos:
- Bien durante la biosíntesis.
- O bien están cerca y se unen en el momento de la activación del receptor.
ESTRUCTURA DE RECEPTORES INTRACELULARES
La estructura de los receptores intracelulares es muy característica y se puede
generalizar aunque siempre hay diferencias. Hay algo importante, y es que la
estructura y la función van unidas y toda la molécula puede dividirse en distintos
dominios con estructura y función correspondiente.
En el esquema superior vemos que tenemos 3 grandes zonas de la molécula. Son
cadenas polipeptídicas, monómero en este caso, con su extremo N-terminal y Cterminal. Entonces podemos ver que está dividido en:
- Región A/B. La región que está más cercana al extremo N-terminal va a interaccionar
con otros factores de transcripción, y lo que va a hacer es activar la transcripción.
- Región C. La siguiente región va a tener la función de unirse al DNA. También tiene
una función de dimerización.
- Región D. En el esquema no está pero sería lo que se denomina una región bisagra
y sirve para la localización nuclear del receptor, de manera que, dependiendo de cómo
sea esta región, el receptor sabe en qué punto del núcleo tiene que colocarse.
- Región E. La región que está más cercana al extremo C-terminal, es la que se va a
unir a la hormona o al mensajero químico. Es la región de unión al ligando. Además,
tiene la función de activación de la transcripción, de dimerización y de unión a las
proteínas de choque térmico.
- Región F. Existe solo en algunos casos. En muchos casos no se sabe cuál es su
función.
Este esquema es un ejemplo de receptor de hormonas esteroideas, en este caso, un
receptor de glucocorticoides (GR).
En el extremo N-terminal está el dominio que va a activar la transcripción y en esta
región nos vamos a encontrar que la secuencia de aminoácidos no está tan
conservada de unas moléculas a otras (por eso pone variable (inmunogenic)).
A continuación tenemos la región que se une al DNA, donde pone “dedos de zinc”,
porque estas estructuras de las proteínas en forma de dedos de zinc son las que
muchas proteínas utilizan para encajar en los surcos del DNA.
A continuación está la región de localización nuclear.
Después está la región en la cual se va a unir al ligando, en este caso una hormona
esteroidea, donde también se unen las proteínas de choque térmico y una región
pequeña que tiene como función la activación de la transcripción.
En este otro esquema tenemos tres grupos de receptores, donde vamos a encontrar
las mismas regiones estructurales y funcionales:
- Receptores de glucocorticoides (GR). Son las moléculas más grandes. Vemos:
Región A/B: con una zona de activación de la transcripción (letra tau).
Región C.
Región D: con un dominio con la secuencia de localización nuclear (NLS).
Región E: donde nos encontramos varios dominios de interés:
- Zona de activación de la transcripción (letra tau).
- Dominio de unión del ligando.
- Dominios de unión de proteínas de choque térmico.
- Receptores de estrógenos (ER). Tiene un tamaño más pequeño, y nos encontramos:
Región A/B: con una zona de activación de la transcripción (TAF1).
Región C.
Región D: con un dominio con la secuencia de localización nuclear (NLS).
Región E: donde nos encontramos varios dominios de interés:
- Zona de activación de la transcripción (TAF2).
- Dominio de unión del ligando.
- Dominios de unión de proteínas de choque térmico.
- Además tenemos un punto que va a ayudar a la dimerización.
- Receptores de hormonas tiroideas (TR). Las hormonas tiroideas son de tamaño
pequeño y no son hidrofóbicas. Los receptores de hormonas tiroideas también son de
menor tamaño.
Como hemos visto en este esquema, tenemos estudios estructurales bastante
detallados para poder conocer en estas proteínas qué función tiene prácticamente
cada uno de sus aminoácidos.
Además, estos receptores tienen puntos de fosforilación (
importantes para la activación de…
) que van a ser
En cuanto a las dos regiones de unión en las cuales funcionan como proteínas de
unión específicas, tenemos:
- El dominio de unión al DNA, con la estructura de dedos de zinc que es capaz de
encajarse en los surcos mayores del DNA y de esta forma unirse a él.
- El dominio de unión al ligando, donde la estructura de la molécula va a reconocer el
ligando y la molécula va a modificar su estructura cuando esté el ligando unido,
dejando como un hueco donde se aloja el ligando.
ESTRUCTURA DEL DOMINIO C DE UNIÓN AL DNA (DNA BINDING
DOMAIN)
Este dominio C también se llama dominio DBD (DNA binding domain) y vamos a ver
cómo es su estructura.
En el esquema siguiente, está representada una molécula con su secuencia de
aminoácidos (extremo N-terminal a extremo C-terminal). Sólo está representado un
dedo de zinc (tenemos los aminoácidos que forman el dedo de zinc y el átomo de Zn2+
que está coordinado). Detrás tenemos otra molécula que está puesta para indicar que
se produce dimerización; se trata de otra molécula de otro receptor que se va a
dimerizar con el que tenemos aquí delante.
Hay unas zonas del receptor en que predomina la caja D (Dbox): en el esquema
vemos representada la segunda subunidad y los aminoácidos con los que hacen
uniones débiles para su dimerización.
También existe la caja P, que tiene una serie de aminoácidos que son capaces de
reconocer determinadas secuencias de DNA y unirse a ellos específicamente. Es la
forma que tienen de saber de alguna forma dónde tienen que unirse al DNA. Lo que
reconoce en el DNA es el HRE (elemento de respuesta hormonal), que es una
secuencia de pares de bases del DNA que son diferentes según el tipo de gen que va
a ser activado. Entonces, la secuencia de respuesta hormonal tiene que ser
reconocida por la caja P del receptor y unirse por uniones débiles del tipo de puentes
de hidrógeno.
* GRE: elemento de respuesta a glucocorticoides
Este esquema es más o menos lo mismo:
Tenemos un dedo de zinc que está cerca del extremo N-terminal, una secuencia
intermedia y el dedo de zinc del extremo C-terminal. Tenemos representadas la caja
D, cuyos aminoácidos son capaces de hacer la dimerización, y la caja P, cuyos
aminoácidos son capaces de reconocer el elemento de respuesta hormonal.
En la parte de debajo de la diapositiva es un detalle más de la estructura, en la cual
podemos ver la correspondencia entre la secuencia de aminoácidos de la caja P y la
secuencia del DNA, pero concretamente lo que denominan una secuencia consenso
en el DNA se llama half site. Este quiere decir que dependiendo del tipo de receptor
(receptor de estrógenos, receptor de glucocorticoides, receptor de mineralocorticoides,
etc.) existe en la caja P una serie de aminoácidos que están fijos y otros que están
variables (lo que es el concepto de una secuencia consenso), y se tienen que
corresponder con esas secuencias del DNA concretas (half site). Son secuencias
consenso que se van a repetir en el DNA. Dependiendo de la estructura de la
secuencia consenso, se van a poder reconocer los receptores con el DNA. Half site es
la mitad de lo que es el completo del elemento de respuesta hormonal.
Esta diapositiva es un
ejemplo en el cual
tenemos el elemento de
respuesta hormonal a
glucocorticoides y el
receptor GR con sus dos
monómeros (porque
cuando el receptor se
une al DNA lo hace
dimerizado). Tenemos la
secuencia consenso
donde hay entre medias
un número de
nucleótidos (3) que
puede variar pudiendo
ser cualquier nucleótido.
Lo que tenemos es una
secuencia en la que hay
simetría (es un
palíndromo) y en general
estaría formando el HRE.
Este es otro ejemplo del elemento de respuesta a estrógenos y del elemento de
respuesta a glucocorticoides. Vemos como estas secuencias tienen un eje de simetría
y entre medias hay unos nucleótidos cualesquiera.
ESTRUCTURA DEL DOMINIO D DE LOCALIZACIÓN NUCLEAR
* (+) Significa aminoácido con carga positiva.
** X significa aminoácido cualquiera.
Del dominio D de localización nuclear también se ha estudiado su estructura y también
tiene una secuencia consenso: son dos aminoácidos con carga positiva, a
continuación 10 aminoácidos cualesquiera, y por último una serie que obien son 3 o 4
aminoácidos con carga positiva o bien 1 o 2 aminoácidos cualesquiera. Esta secuencia
consenso es muy variable pero sabemos que en la estructura tiene que haber algunos
aminoácidos con cargas positivas en determinadas posiciones, pero la variación es
muy grande dependiendo de los tipos de receptores.
ESTRUCTURA DEL DOMINIO E DE UNIÓN A LIGANDO
La estructura del domino E de unión a ligando también se ha estudiado y se ha visto
que además, tiene funciones de activación de la transcripción, dimerización y unión a
proteínas de choque térmico.
Lo que está en esta diapositiva es un experimento en el cual se han estudiado dónde
se encuentran los aminoácidos clave para la función de esta parte del receptor, de
manera que se ha visto que el receptor de hormonas tiroideas (de triyodotironina) y el
receptor de andrógenos se pueden comparar. Los autores dicen que hay una serie de
aminoácidos unidos en grupo que si se cambian por una mutación el receptor va a
perder su función y por tanto se considera clave para que esta parte de los receptores
pueda llevar a cabo su función. Curiosamente están unidos en grupo.
Esto es según la estructura
bidimensional de la proteína, de qué
forma se están colocando en el
espacio para poder reconocer a su
ligando correspondiente. Tiene la
característica de estar unido en dos
grupos fundamentalmente.
Vemos como cuando se va a unir un
ligando a su receptor hay un cambio
de conformación del receptor, de
manera que cuando está el hueco
vacío, la estructura de la molécula es
más extendida, y en el momento en el
que se le une un ligando, hay una
parte de la molécula que en este caso
es una hélice alfa cercana al extremo
C-terminal, cambia de posición y
engloba al ligando.
De tal manera, que en esta región LBD de unión a ligando, se produce ese cambio
conformacional como vemos en la siguiente diapositiva. En este caso, están
identificadas las hélices alfa de un receptor nuclear que están numeradas,
concretamente es el receptor RXR que tiene que ver con los receptores de hormonas
tiroideas. La posición de la hélice alfa 12 (H12) se ve como se dobla contra la
estructura del resto de la molécula englobando al ligando una vez que se le une.
CLASIFICACIÓN DE LOS RECEPTORES INTRACELULARES
SUPERFAMILIA
Son todos los receptores nucleares conocidos (ella dijo todos los
receptores intercelulares conocidos)
Familia de los receptores esteroideos
SUBFAMILIA
Familia de los receptores no esteroideos
SUBTIPOS
(de receptores)
Productos de genes distintos dentro de una misma subfamilia:
RARα, RARβ, RARγ.
ISORRECEPTORES Son productos de un mismo gen producidos por corte y empalme
O ISOFORMAS
alternativo. RARα1 y RARα2.
(de receptores)
La subfamilia es lo mismo que tipo de receptor, p. ej.: receptor del ácido retinoico
(RAR).
Un subtipo sería por ejemplo el receptor de ácido retinoico α.
Una vez que se ha producido este subtipo, podemos tener isorreceptores: RARα1 y
RARα2. Nos da una serie de moléculas ligeramente distintas.
Subtipos de receptores
Dentro de los subtipos de receptores tenemos:
- Receptor de estrógenos alfa (hERα).
- Receptor de estrógenos beta (hERβ).
Podemos ver que las moléculas de ambos receptores son un poco diferentes. En la
parte inferior de la diapositiva están representados los puntos comunes en los cuales
tienen una determinada función como coactivador de la unión, correpresor de la unión,
unión del DNA, la dimerización, la localización nuclear o la activación de la
transcripción.
Isorreceptores de los receptores tiroideos
Los receptores tiroideos alfa serían un subtipo y los beta otro subtipo. Aquí se
comparan cómo son de diferentes estas moléculas. Vemos que alfa1 y alfa2 se han
producido por corte y empalme.