Principios de Endocrinología

CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA – FACULTAD DE MEDICINA – U.N.N.E.
Principios de
Endocrinología
Hormonas - Receptores
2008
Brandan, Nora
Profesora Titular. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Llanos, Cristina
Jefa de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Miño, Claudia
Jefa de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Ragazzoli, Maximiliano A.
Ayudante Alumno por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Ruiz Díaz, Daniel A. N.
Ayudante Alumno por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
http://med.unne.edu.ar/catedras/bioquimica/
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
INTRODUCCIÓN A LA ENDOCRINOLOGÍA.............................................................................................. 1
HORMONAS............................................................................................................................................ 2
NATURALEZA QUIMICA ................................................................................................................... 2
PROPIEDADES GENERALES .............................................................................................................. 3
TIPOS DE ACCIONES PROMOVIDAS POR HORMONAS .................................................................... 3
SECRECIÓN HORMONAL .................................................................................................................. 4
CIRCULACIÓN Y TRANSPORTE HORMONAL .................................................................................... 5
REGULACION DE LA SECRECIÓN HORMONAL ................................................................................. 5
RECEPTORES ........................................................................................................................................... 6
CLASIFICACIÓN ................................................................................................................................ 7
Receptores Nucleares (RN)......................................................................................................... 7
Receptores de Membrana ........................................................................................................ 12
RECEPTOR DE TIROSINA QUINASA......................................................................................... 14
RECEPTOR SERINA QUINASA................................................................................................. 15
RECEPTOR GUANILATO CICLASA ............................................................................................ 16
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNA G (GPCR) ................................................................. 17
RECEPTORES DE CITOQUINAS (receptores asociados a TQ extrínseca) ................................ 19
SISTEMAS DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES CORRIENTE ABAJO ...................................................... 20
Sistema Ras-quinasa y MAP-quinasa ....................................................................................... 20
Sistema de la Proteína-Quinasa A ............................................................................................ 21
Sistema de la Proteína-Quinasa C............................................................................................. 22
Sistema de la Proteína-Quinasa G. ........................................................................................... 23
COMUNICACIÓN CRUZADA (CROSS-TALK) ....................................................................................... 24
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................................... 24
INTRODUCCIÓN A LA ENDOCRINOLOGÍA
La especialidad de la endocrinología abarca el estudio de las glándulas y de las hormonas que éstas
producen, en sus diferentes aspectos fisiológicos y patológicos. El término “endócrino” fue acuñado
por Starling para marcar el contraste entre las hormonas de secreción interna (endócrinas) y las de
secreción externa (exócrinas) o secretadas hacia una luz como por ejemplo las del aparato digestivo.
Su nombre proviene del griego, y significa “ciencia de las secreciones internas”.
El sistema endócrino (SE) comprende el conjunto de órganos y tejidos que forman hormonas. El
sistema endócrino y nervioso regulan casi todas las actividades metabólicas y homeostáticas del
organismo, determinan el ritmo del crecimiento y desarrollo, influyen sobre muchas formas de
conducta y controlan la reproducción. Un tercer sistema que media la comunicación intercelular es el
sistema inmunológico, éste se halla sujeto a una modulación nerviosa y hormonal, y las citoquinas
producidas por los linfocitos pueden modificar la función endócrina.
Glándula endócrina es todo órgano o tejido con cierta individualidad anatómica que secreta una o
varias hormonas. El término hormona proviene también del griego y significa "poner en movimiento"
y describe las acciones dinámicas de estas sustancias circulantes que despiertan respuestas celulares
y regulan los procesos fisiológicos a través de mecanismos de retroalimentación o “feedback”.
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CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
No existe relación anatómica entre las diversas glándulas endócrinas, pero entre algunas existen
ciertas relaciones hormonales de interdependencia, control o servomecanismos, por lo que
hablamos de “ejes endocrinos”, por ej.: eje sistema nervioso central (SNC)-hipotálamo-hipófisisgónada. La histología de las glándulas endócrinas es muy diversa pero, por lo general, poseen
características parecidas.
HORMONAS
Las hormonas son auténticos “mensajeros químicos”, y se considera a cualquier sustancia
de un organismo que actúe como una señal capaz de producir un cambio a nivel celular.
Las “hormonas endócrinas” se originan en una glándula y realizan un trayecto considerable
a través de la sangre para alcanzar la célula blanco (target cell).
Las hormonas funcionan como un sistema mayor de comunicación entre diferentes órganos
y tejidos (comunicación intercelular), permitiendo a las células, responder en forma
coordinada a los cambios en los ambientes interno y externo. En las últimas décadas, la
consideración de hormona como mensajero químico de acción distante ha sobrepasado su
concepto clásico, surgiendo las siguientes definiciones:
•
•
•
•
•
•
•
Endocrinia: proceso por el cual una hormona es liberada desde un órgano endócrino,
vertida a la circulación y alcanza luego la célula blanco, a distancia de su origen.
Paracrinia: proceso por el cual la hormona, luego de ser liberada, ejerce su acción en
células o tejidos vecinos.
Autocrinia: proceso por el cual la hormona, post-liberación actúa como ligando de
receptores a nivel de la misma célula que le dio origen.
Neuroendocrinia: Síntesis hormonal a nivel neuronal con posterior acción a distancia
vía sanguínea.
Neurocrinia: síntesis hormonal a nivel neuronal con posterior acción parácrina.
Neurotransmisión: Señalización intercelular a nivel neuronal.
Ferocrinia: síntesis hormonal con posterior liberación al medio ambiente y efecto
sobre organismos ajenos.
Dado que los factores parácrinos y las hormonas pueden compartir la maquinaria de
señalización, no debe sorprender que las hormonas puedan, en algunos escenarios, actuar
como factores parácrinos.
NATURALEZA QUIMICA
De acuerdo a ésto pueden clasificarse las hormonas en 5 categorías:
1. Estereoides: derivan del colesterol. A este grupo pertenecen los glucocorticoides,
aldosterona y andrógenos de la corteza suprarrenal, estrógeno y progesterona del
ovario, testosterona del testículo, y 1,25-dihidroxi-D3. (metabolito activo de la
vitamina D3). Debido a su carácter poco polar, estas hormonas atraviesan con
facilidad (difusión simple) las membranas celulares.
2. Derivados de aminoácidos: adrenalina o epinefrina y noradrenalina o norepinefrina
(catecolaminas) de la médula suprarrenal, tiroxina y triiodotironina de tiroides son
derivados de tirosina y la melatonina de la glándula pineal es producida a partir de
triptófano. No penetran en las células blanco.
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3. Derivados de ácidos grasos: prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos, llamados
genéricamente eicosanoides, se originan de ácidos grasos poliinsaturados. El ácido
araquidónico es el precursor más importante. Sus acciones primarias son de tipo
autócrino o parácrino.
4. Péptidos: en esta categoría se incluyen los factores reguladores y las hormonas
antidiurética y oxitocina del hipotálamo, adrenocorticotrofina y hormona melanocito
estimulante, glucagón del páncreas, gastrina, secretina, pancreozimina y otras
hormonas del tracto gastrointestinal y calcitonina de la glándula tiroides.
5. Proteínas: hormonas paratiroidea, insulina, prolactina, foliculoestimulante,
luteinizante, hormona de crecimiento y tirotrófica de adenohipófisis son de
naturaleza proteica. Todas estas poseen un peso molecular igual o superior a 6000
Daltons o un número de residuos aminoacídicos igual o superior a 50 aminoácidos.
PROPIEDADES GENERALES
Actividad: actúan en concentraciones muy pequeñas dado que una ínfima cantidad es
capaz de generar respuestas notablemente intensas. Los niveles de hormonas circulantes en
sangre suelen ser muy bajos.
Vida media: es el tiempo en que la concentración de la hormona desciende a la mitad.
Debido a su actividad biológica las hormonas deben ser degradadas y convertidas en
productos inactivos, pues su acumulación en el organismo tiene efectos perniciosos. El
tiempo promedio de duración de las hormonas en sangre varía de una a otra y puede oscilar
desde segundos hasta días. Será más corta cuanto más rápidamente sea metabolizada y
más prolongada si su metabolismo es lento.
Velocidad y ritmo de secreción: la secreción hormonal se produce de forma pulsátil, con
períodos de secreción (pulsos) y otros de reposo. Frecuentemente responden a estímulos del
ambiente y del medio interno. Por ejemplo la secreción de insulina es promovida por el
incremento de la glucosa en sangre.
Especificidad: una de las propiedades más notables de las hormonas es su gran
especificidad de acción. Una hormona determinada solo actúa sobre las células que
constituyen su blanco, objetivo o diana. La hormona es vertida a la circulación general y
alcanza a todos los tejidos, sin embargo, su acción se ejerce únicamente a nivel de un
número limitado de células en las cuales provoca un tipo definido de respuesta. Esta
propiedad indica la existencia de un mecanismo por el cual la hormona reconoce a sus
células efectoras y las distingue de las demás.
TIPOS DE ACCIONES PROMOVIDAS POR HORMONAS
La función hormonal se desarrolla en 4 ámbitos generales: reproducción; crecimiento y
desarrollo; mantenimiento del medio interno; y producción, utilización y almacenamiento de
energía.
Los efectos de las hormonas son complejos. Una sola hormona puede tener efectos distintos
en diferentes tejidos, e inclusive en un mismo tejido en momentos distintos de la vida, y del
mismo modo, ciertos procesos biológicos son regidos por una única hormona, mientras que
otros requieren interacciones complejas entre varias de ellas. Por ejemplo la testosterona
promueve la formación de eritropoyetina y ésta a su vez estimula la eritropoyesis y origina
las diferencias que existen en los niveles de hemoglobina entre los hombres y las mujeres.
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Los distintos procesos metabólicos que se hallan bajo regulación endócrina son influidos
por más de una hormona, un ejemplo clásico es el mantenimiento de los niveles de glucosa
dentro de determinados límites:
límites: lo suficientemente altos como para prevenir la disfunción
del sistema nervioso central, pero lo bastante bajos
bajo como para evitar los efectos nocivos.
Esta regulación (control) no se podría cumplir con exactitud por influencia de una sola
hormona por potente
te que fuera.
fuera
Por lo tanto, podemos decir que la presencia de estos complejos mecanismos de control
tiene 2 implicancias fundamentales: primero, permite un extraordinario grado de regulación
fina, como en el caso de la glucosa sanguínea, que puede mantenerse
mantenerse dentro de límites
normales en condiciones nutricionales variadas; segundo, pueden proveer un amplio
margen de seguridad, en la medida en que otros mecanismos alternativos entren en acción
cuando la hormona de la serie es deficitaria (sistema de autoprotección).
autopro
Las acciones hormonales se pueden agrupar en 3 categorías relacionadas y que no son
excluyentes entre sí y se asocian con:
Mecanismo de trasporte en membranas celulares:
celulares: algunas hormonas modifican el
flujo de metabolitos o iones a través de membranas
membranas por su acción sobre sistemas de
trasporte o canales iónicos.
Modificación de la actividad enzimática:
enzimática: se ejerce principalmente a nivel de
enzimas regulatorias cuya actividad es aumentada o disminuida por modificación
covalente.
Modificación sobre la síntesis de proteínas:: muchas hormonas modulan la
síntesis de enzimas y otras proteínas, actúan predominantemente a nivel del ADN
nuclear, regulando el proceso de transcripción génica. Esta acción requiere más
tiempo para manifestarse que la anterior y tiene
tiene efectos más sostenidos.
SECRECIÓN HORMONAL
La secreción hormonal no tiene lugar de forma
continua y uniforme, sino pulsátil, con
períodos de secreción (pulsos) y otros de
reposo. En los pulsos se distingue un pico, un
nadir,, una amplitud y una frecuencia
frecuen
(Fig. 1).
Las características de los pulsos pueden variar
a lo largo del día o en diversas circunstancias
fisiológicas o patológicas. Cuando la secreción
varía ostensiblemente a lo largo del día se
habla de ritmo circadiano,, que puede presentar
su punto máximo en uno u otro momento del
día (Fig. 2).. Cuando el período es mayor a 28 horas, se habla de ritmo infradiano y cuando
los ciclos ocurren varias veces en un día, con
períodos menores a 19 horas se habla de ritmo
ultradiano.
Conocer que las hormonas
nas tienen distintos
ritmos de secreción es importante para realizar
una correcta determinación hormonal dado que
estos
ritmos
determinarán
el
momento
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adecuado para la toma de muestra. No obstante, debemos aclarar que algunas hormonas
cuyos ritmos son pulsátiles,
átiles, muchas veces es necesario hacer pruebas de estimulación o
inhibición dado que una determinación aislada no aporta ningún dato clínico de valor.
CIRCULACIÓN Y TRANSPORTE HORMONAL
Por lo general, las hormonas peptídicas pueden circular libremente por
po el plasma o
débilmente unidas a la albúmina, mientras que las hormonas esteroideas, por ser
hidrofóbicas, necesitan proteínas transportadoras que facilitan su circulación en el medio
acuoso que es el plasma sanguíneo. Algunas hormonas peptídicas utilizan también
proteínas transportadoras, así la GH (grow hormone) se une a la GH-BP
GH
(GH-binding
protein). El transporte también impide su pronta metabolización o su rápida filtración renal
aumentando así su vida media plasmática (t1/2).
Generalmente una pequeña fracción de la hormona circula en forma libre,
libre siendo ésta la
auténtica hormona funcionalmente activa.
activa
REGULACION DE LA SECRECIÓN HORMONAL
Regulación por el SNC-SE
SE:: una multitud de factores influyen en el SE a través
fundamentalmente del SNC. Estas
Es as relaciones se establecen principalmente entre el SNC y el
hipotálamo, pero también mediante el aporte sanguíneo a las glándulas endócrinas
mediante la regulación nerviosa de la presión arterial. Otra forma de regulación se realiza a
través
s de la inervación directa de diversas glándulas endócrinas, ya que las terminaciones
nerviosas liberan neurotransmisores que influyen modulando las mismas; estimulando o
inhibiendo a las secreciones endócrinas.
Regulación por hormonas tróficas:
tróficas Las hormonas tróficas son aquellas que controlan el
crecimiento y función de las glándulas endócrinas periféricas relacionadas, estas hormonas
tróficas son controladas a su vez por las propias hormonas cuya secreción regulan (Fig. 3).
Este mecanismo es conocido
nocido como “sistemas de servomecanismo”, “retrocontrol”,
“retroalimentación” o “Feed Back”;
ack”; y puede clasificarse en:
Directo: entre glándula periférica (ej. glándula tiroides) e hipófisis.
Indirecto o largo: con la glándula periférica y el hipotálamo.
Corto:
rto:
entre
hormonas
hipofisiarias e hipotalámicas
Ultracorto:
entre
hormonas
hipotalámicas
y
el
propio
hipotálamo
Hipotálamo-SNC.
Habitualmente, los servomecanismos
suelen ser negativos. Cuando una
hormona periférica aumenta,
umenta, induce la
disminución
de
la
hormona
hipotalámica, y ésta de la hipofisiaria,
provocando una menor producción de
la hormona periférica regulando el
sistema. Lo contrario ocurre si ésta
disminuye.
En
ocasiones,
el
servomecanismo es positivo, como
cuando
ndo el estradiol aumenta al final del
Figura 3. Mecanismo de Feed Back
Bac
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período folicular e induce un estímulo de la secreción de la LH que provocará la ovulación.
Así sucede con los diferentes sistemas hipotálamo-hipofisario-glándula periférica.
Regulación por metabolitos: Existen hormonas cuya regulación principal tiene lugar por
vías diferentes a los servomecanismos mencionados. Así sucede con las hormonas que
intervienen en el metabolismo del Ca2+: parathormona (PTH), calcitonina y vitamina D.
También ocurre con la insulina y glucagón respecto a la glucemia.
Para que la respuesta endócrina sea efectiva es necesario adecuar el proceso de síntesis
proteica a las necesidades del organismo. Este acoplamiento dependerá, entre otras cosas,
de la cantidad de hormona almacenada por la célula, y de la intensidad y frecuencia de la
demanda. Por ejemplo, la regulación de la síntesis de la proinsulina tiene lugar
fundamentalmente a nivel de la traducción del ARNm de insulina, que en unos minutos se
incrementa cinco o diez veces, cuando aumentan los niveles de glucosa en sangre.
Sin embargo, la liberación de PTH permanece prácticamente constante a lo largo del tiempo,
reflejando la necesidad del organismo de mantener constantes los niveles de Ca2+, dentro de
un intervalo muy estrecho.
Existen mecanismos de regulación en cada uno
transmisión de la información genética.
de los pasos que participan en la
El objetivo de la regulación es que las hormonas disponibles en cada momento sean las
adecuadas a cada estímulo a los que se enfrenta el organismo. La regulación fisiológica de la
expresión de los genes que codifican las hormonas está mediada por dos grandes grupos de
macromoléculas: las proteínas susceptibles de fosforilación y los receptores de hormonas
esteroides, que son los intermediarios de las hormonas peptídicas y de las hormonas
esteroides, respectivamente.
RECEPTORES
Son macromoléculas o asociaciones macromoleculares, responsables del reconocimiento de
la hormona, ya que proveen el sitio de fijación para la misma, de manera selectiva en virtud
de una estrecha adaptación conformacional o complementariedad estructural. La
especificidad de las hormonas y su capacidad para identificar sus células efectoras es
posible gracias a la presencia de receptores.
No solo es necesario que la hormona sea reconocida sino que la combinación de la hormona
con el receptor tiene que iniciar una serie de acontecimientos bioquímicos (transducción de
señal) que conduzcan a una acción biológica.
La hormona (H) y su receptor (R) forman un complejo (H-R), que presenta las siguientes
características:
1. Adaptación inducida: la fijación de la hormona al receptor implica una adaptación
estructural recíproca de ambas moléculas, similar a lo que sucede a la unión
sustrato enzima.
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2. Saturabilidad: el número de receptores existentes en una célula es limitado; si se
representa en un sistema de coordenadas la cantidad de hormona fijada a receptores
en una porción determinada de tejido en función de la concentración de hormona, se
obtiene una curva hiperbólica.
3. Reversibilidad. La unión hormona-receptor es reversible.
4. Afinidad. Es la capacidad de fijación de un ligando al receptor, que es determinada
por las propiedades moleculares del receptor.
Los tejidos diana o blanco son aquellos que contienen los receptores específicos y resultan
afectados por una hormona. El carácter y naturaleza de la respuesta dependen de la
especialización funcional de la célula blanco. A veces una misma hormona desencadena
respuestas diferentes en células distintas. Por ejemplo, la adrenalina produce activación de
la glucogenólisis en músculo esquelético y estimula la lipólisis en adipocitos.
Se denominan agonistas a los compuestos de estructura semejante a la del agente
fisiológico (hormona, neurotransmisor) con capacidad para unirse al receptor y provocar
una respuesta. Esta puede ser de igual, mayor, o menor intensidad que la inducida por el
agente natural. Los antagonistas se fijan al receptor, pero no producen respuesta,
comportándose como inhibidores competitivos.
No es necesario que la totalidad de los receptores de la célula esté unida a hormona para
obtener una respuesta máxima. Comúnmente esto ocurre cuando alrededor del 20% de los
receptores está ocupado por hormona. El resto corresponde a los llamados “receptores de
reserva”.
La membrana no es un dispositivo rígido sino que dotado de un alto grado de fluidez,
gracias a la cual las proteínas asociadas a la membrana tienen libertad para desplazarse en
todas direcciones, por ello se habla de “receptores móviles”. El número de receptores de un
tipo determinado en la superficie de una célula puede variar entre 10.000 y 20.000. La
cantidad de receptores intracelulares es generalmente mucho menor.
CLASIFICACIÓN
Algunos receptores están localizados dentro de la célula y éstos funcionan como factores de
transcripción (por ejemplo receptores para hormonas esteroides), actuando a nivel nuclear
regulando la expresión génica. Otros receptores están localizados sobre la superficie celular
y funcionan primariamente para transportar los ligandos dentro de la célula por un proceso
llamado endocitosis mediada por receptor, que también actúan a nivel nuclear regulando la
expresión génica. También en la superficie celular se localizan receptores que desencadenan
caminos de señalización intracelular (transducción de señal) mediante la formación de
segundos mensajeros.
Receptores Nucleares (RN)
Son receptores intracelulares que funcionan en el núcleo de la célula blanco para regular la
expresión génica (independientemente de su ubicación original que puede ser nuclear,
citoplasmática o incluso mitocondrial, como es el caso de un subtipo de receptores de
hormonas tiroideas).
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CARACTERISTICAS GENERALES
Todos los ligandos de receptores nucleares son pequeños, lipofílicos siendo posible su
entrada a la célula a través de un mecanismo pasivo, pero en algunos casos se necesita una
proteína transportadora de membrana, como sucede en el transporte de hormonas tiroideas
al interior de la célula.
SUBCLASE DE LIGANDOS DE RN
Hormonas clásicas: las clásicas hormonas que utilizan receptores nucleares son las
hormonas tiroideas y esteroideas. Estas últimas incluyen al cortisol, aldosterona,
estradiol, progesterona, y testosterona.
Vitaminas: las vitaminas A y D (liposolubles) son importantes moléculas de
señalización que funcionan como ligandos de receptores nucleares.
La vitamina A es activada a ácido trans-retinoico, que tiene alta afinidad por los
Receptores del Acido Retinoico (RARs). Este ligando es convertido a su isómero 9-cis,
el cual es ligando para otro receptor nuclear llamado “Receptor Retinoide X (RXR).
Estos retinoides son esenciales para el desarrollo de múltiples órganos y tejidos.
Metabolitos intermedios y productos: ciertos ácidos grasos poliinsaturados sirven
de ligando, activando a receptores denominados Receptores Activados para la
Proliferación de los Peroxisomas (PPAR). Es posible que estos receptores funcionen
como integradores de la concentración de un cierto número de ácidos grasos. En la
biosíntesis del colesterol los intermediarios oxiesteroles son ligandos de otro receptor
nuclear denominado Receptor Hepático X (LXR). La falta del mismo trae aparejado la
incapacidad para metabolizar el colesterol.
Receptores huérfanos: las hormonas y vitaminas recién descriptas aportan a la
función de sólo una fracción del total de receptores nucleares. El resto han sido
designados como “receptores huérfanos”, porque sus ligandos no son conocidos.
Está claro que muchos de estos receptores se requieren para la vida y el desarrollo
de órganos específicos, desde el núcleo cerebral hasta las glándulas endócrinas. Es
probable que en un futuro se descubran funciones adicionales como receptores para
ligandos fisiológicos, farmacológicos y ambientales.
ESTRUCTURA
Los receptores nucleares son proteínas, en algunos casos hay múltiples genes que codifican
para múltiples receptores. Además hay múltiples receptores para una misma hormona que
pueden derivar de un solo gen, ya sea por utilización de un promotor alternativo o por
“splicing” (corte y empalme) alternativo.
Finalmente, algunos receptores pueden mediar la señal de más de una hormona, por
ejemplo, el receptor de mineralocorticoides (aldosterona) tiene igual afinidad por el cortisol y
probablemente funciona como receptor de glucocorticoides en algunos tejidos, como el
cerebro.
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Los receptores nucleares, que poseen una serie común de dominios funcionales
denominados de la A a la F (Fig. 4).. Esta representación lineal es útil para describir y
comparar
rar los receptores pero no muestra el rol de los plegamientos proteicos y de la
estructura terciaria que median la función de varios receptores.
Dominio A/B:: posee una función activadora independiente del ligando, lo que le confiere
una cierta autonomía, esta
sta región se denomina también AF-1
AF 1 (activation function-1).
function
Dominio C:: es el dominio de unión al ADN, contiene una estructura denominada dedos
de zinc, consiste en una cadena polipeptídica que contiene cuatro cisteínas unidas a un
átomo de zinc y contiene la información necesaria para el reconocimiento de las
secuencias específicas en el ADN.
ADN Los
os receptores nucleares poseen dos dedos de zinc,
zinc
uno es determinante de la especificidad
espe
de unión, y el otro es determinante
determ
de la
funcionalidad. También aquí se encuentra un subdominio denominado “caja P” que se
une a secuencias hexaméricas de nucleótidos del ADN llamados “half-sites”,
“half
que es otro
de los factores determinantes de la especificidad de la unión. Por último, este dominio
contiene parte de la señal de localización nuclear (NLS;
(NLS nuclear localization signal).
signal
Dominio D: representa la región bisagra. Contiene además el resto de la NLS.
Dominio E: representa el dominio de unión al ligando (LBD;
(LBD ligand binding domain), así
como la función activadora de la transcripción dependiente de ligando AF-2
AF (activation
function-2),
2), y una función represora.
Dominio F: es un centro de interacción con proteínas coactivadoras.
El
transporte
del
RN
al
núcleo depende
Figura 4.
de
la
NLS
Estructura receptores nucleares
situada
entre
los dominios C
y D. La mayoría
de
los
RN
residen siempre
en el núcleo en
presencia o en
ausencia
del
ligando.
Un
caso diferente
es el receptor de glucocorticoides
glucocorticoide (GR) que en ausencia de la hormona se asocia a un
conjunto de chaperonas formando
ormando un complejo en el citosol.
citosol
MECANISMO DE SEÑALIZACION DE LOS RN
Los receptores nucleares son proteínas multifuncionales que transducen las señales de sus
respectivos ligandos. Todos estos receptores actúan facilitando o dificultando la trascripción
de los genes, algunos residen fundamentalmente en el citoplasma, mientras que otros están
siempre en el núcleo. Se hallan formando complejos con proteínas de shock térmico (heat
(
shock protein; Hsp90, Hsp70, del tipo de las chaperonas) que los mantienen en estado
inactivo.
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Primero y principal, el ligando y el
receptor nuclear deben alcanzar el
núcleo. El receptor debe unirse a su
ligando con alta afinidad. Debido a que
la función mayor del receptor es regular
selectivamente la transcripción génica,
debe reconocer y ligar a los
os elementos
del promotor en genes diana apropiados.
Un mecanismo discriminatorio es la
dimerización del receptor
eceptor con una
segunda copia de sí mismo o con otro
receptor
nuclear
(homo
o
heterodimerización respectivamente). El
receptor unido al ADN debe trabajar
traba
también en el contexto de la cromatina
para señalizar la maquinaria basal de
transcripción
para
incrementar
o
disminuir la transcripción del gen diana.
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Figura 5. Mecanismo señalización RN
Secuencia
cuencia del mecanismo de acción (Fig. 5):
Ingreso de la hormona al interior celular.
Unión de la hormona a su receptor específico (en citosol o núcleo), con
desplazamiento de las Hsp:
H
formación del complejo Hormona-Receptor
Receptor (H-R).
Cambio conformacional del receptor con formación de dímeros (homo o
heterodímeros).
Traslocación del complejo H-R
H al núcleo
eo (si antes se hallaba en citosol).
Unión del complejo H--R a secuencias específicas del ADN denominadas “Elementos
de Respuesta a Hormona” (HRE;
(
hormon receptor element),
), generalmente ubicados
corrientes arriba del promotor del gen blanco.
Interacción dell complejo H-R
H con factores de transcripción unidos al sitio promotor.
Esta unión influye sobre el complejo de iniciación para ubicar correctamente a la
ARN Polimerasa II.
Iniciación o represión de la trascripción del gen blanco.
REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
PCIÓN DE GENES
1) El reclutamiento de enzimas que modifican la estructura de la cromatina: las más
importantes son las Acetil-transfererasas de Histonas (HATs,
(HAT
Histone Acetyl
Transferase),
), ya que la acetilación de las histonas “abre y desenreda” la estructura
estructur
cromatínica.
2) Interacciones con cofactores de la transcripción: que son un grupo de proteínas; las
cuales pueden ser de acción positiva denominándose coactivadores o de acción
negativa llamándose entonces correpresores.
3) Modificación de la actividad de la ARN polimerasa II: a través del reclutamiento de
los Factores de Transcripción Generales (GTF), inducido por la unión del complejo HH
R al gen diana. En este caso, la unión del ligando al receptor incrementa la
trascripción de genes. La trascripción de genes es mediado por un complejo de
factores (factores de trascripción basal) que en última instancia regulan la actividad
de la ARN polimerasa II (enzima encargada de la síntesis de ARN mensajero). Esta
enzima utiliza un grupo de GTF, incluidos factores de la transcripción basal.
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Figura 6. Reclutamiento de coactivadores
Activación de la expresión génica dependiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de
coactivadores. (Fig. 6)
El complejo H-R
R se encuentra unido al ADN activándose la transcripción
transcripción del gen diana. Para esta
activación se reclutan proteínas coactivadoras (CBP y p300 especialmente). Las proteínas
coactivadoras poseen actividad acetilasa, por lo que su reclutamiento por los receptores activados
origina la acetilación de las histonas
histonas en los residuos de lisina y facilita la transcripción génica, al hacer
que la cromatina adopte una conformación desenrollada. En este modelo, entonces, el mecanismo
es la activación de las enzimas HATs, responsables de dicha acetilación.
Represión de la expresión génica independiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de
correpresores. (Fig. 7)
Algunos RN están unidos al ADN en ausencia de la hormona reprimiendo negativamente la
transcripción del gen diana. Esta represión no solo “anula” al gen diana, sino que también amplifica
la magnitud de la posterior activación del gen al unirse la hormona. El RN no unido a la hormona
recluta a cofactores de acción negativa, llamados correpresores hacia el gen diana, como ser el NN
CoR (Correpresor del Receptor Nuclear) y el SMRT (Mediador para silenciar a los receptores de
retinoides y de hormona tiroidea; Silencing
lencing Mediator for Retinoid and Tiroid receptors)
receptors
principalmente. El mecanismo de acción es la inhibición de la actividad de la enzima HAT, mediante
el reclutamiento de enzimas Desacetilasas de Histonas (HDACs), llevando a la compactación de la
cromatina.
Regulación negativa de la expresión génica dependiente del ligando (Transrepresión): unión al ADN
y reclutamiento de correpresores o coactivadoras.
Es la represión de la transcripción en presencia de hormona ligada a su receptor. Uno de los
mecanismos incluye la unión del RN a sitios del ADN que revierten la activación llamados “elementos
de respuesta negativa” (NRE; Negative Response Elements),
Elements), en este caso el complejo H-R
H recluta
correpresores y HDACs a estos sitios.
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CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Figura 7. Reclutamiento de correpresores
rrepresores
Receptores de Membrana
Son receptores localizados en la superficie celular que funcionan ya sea para transportar
sus ligandos al interior celular (endocitosis mediada por receptor) o bien “gatillando” vías o
cascadas de señalización intracelular,
intracelular desde su ubicación en la membrana plasmática.
REGULACIÓN DE LA SENSIBILIDAD
IBILIDAD A HORMONA:
Se realiza por diversos mecanismos:
Sobre el número de R:
R la
a cantidad de receptores para un determinado
determina
ligando
varía en distintos estados fisiológicos. Generalmente la concentración de
hormona presente
sente regula la cantidad de receptores específicos
específi
en las células
blanco. Un aumento sostenido del nivel de hormona provoca disminución del
número de receptores disponibles o su inactivación. Este fenómeno
fenóme
es
denominado regulación "hacia abajo" ("down
("
regulation")
") o "desensibilización". El
fenómeno contrario, aumento del número de receptores en la membrana externa,
regulación "hacia arriba" o "up
"
regulation", se produce cuando
do hay
h deficiencia del
ligando específico. Las variaciones en número de los receptores se producen ya
sea por exocitosis o bien endocitosis mediada por receptor; en tanto que la
activación o inactivación puede mediarse por modificaciones covalentes (como
fosforilaciones
rilaciones o desfosforilaciones) que alteran su conformación.
La disminución absoluta o relativa de la actividad
actividad de receptores puede obedecer
a causas patológicas,
lógicas, ya sean alteraciones genéticas (mutaciones) que afectan la
proteína del receptor o de algunos
algunos de los eslabones del sistema de transducción
de señales más allá del receptor, o a procesos autoinmunes
autoinmunes en los cuales se
producen anticuerpos contra un receptor determinado.
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CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Modificaciones post-traduccionales del R: que aumentan o disminuyen la
eficacia de la unión.
Modificaciones de los mecanismos post R: que modifican la vía final común y
la respuesta celular.
La transducción de señal es el conjunto de procesos o etapas que ocurren de forma
encadenada por el que una célula convierte una determinada señal o estímulo exterior, en
otra señal o respuesta específica. Este mecanismo es detonado cuando algún ligando se une
a su receptor presente en la membrana plasmática de la célula produciéndose la activación
del receptor que es transmitida a modo de cascada corriente abajo.
En el proceso de transducción de señal; mediante una cadena de pasos (cascada de
señalización), están implicados cada vez más un número mayor de sustancias y enzimas
(segundos mensajeros y proteínas señales) cuyo resultado es la amplificación de la señal,
es decir, que un pequeño estímulo provoca una gran respuesta celular.
La señal de transducción que se desarrolla corriente abajo en el interior celular es llevada a
cabo en gran parte por moléculas denominadas “segundos mensajeros”, siendo el primer
mensajero, la propia hormona que desencadenó este proceso. Estas moléculas se
caracterizan por poseer un bajo peso molecular y por su facilidad para variar en un rango
de concentraciones amplio, dependiendo de la presencia o no de señales que estimulen su
presencia, hasta inducir un cambio fisiológico en un efector, como, por ejemplo, una
quinasa o un factor de transcripción. Los segundos mensajeros más usuales son: el 3',5'AMP cíclico (AMPc), 3',5'-GMP cíclico (GMPc), 1,2-diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5trifosfato (IP3), el calcio (Ca2+) y diversos fosfolípidos denominados fosfoinosítidos, presentes
en las membranas celulares.
Las “proteínas señales” son proteínas que se encuentran en el citosol de la célula y se
encargan de llevar la información desde la superficie de la célula hasta el núcleo.
Una proteína señal activa a otra, y así sucesivamente hasta llegar a activar proteínas
reguladoras de genes en el núcleo (llamadas factores de transcripción) y así provocar la
transcripción del ADN a ARNm, con la consiguiente síntesis de proteínas. La activación de la
proteína señal es mediante fosforilación en distintos aminoácidos, generalmente tirosina,
serina o treonina (proteína-quinasa).
Una “proteína-quinasa” es una enzima que modifica a otras proteínas (sustratos), mediante
fosforilación, y por tanto activándolas o desactivándolas. Unas dependen de AMPc, otras de
GMPc, de DAG, de Ca2+ y de receptores tirosina quinasa. Mediante las proteínas quinasas se
produce modificaciones covalentes de enzimas y otras proteínas de variada naturaleza y
funciones. La fosforilación juega un papel importante en la regulación de sistemas de
transporte de membranas, en la multiplicación celular, en la modulación de la actividad de
la síntesis de nucleótidos y proteínas. Por lo tanto, las proteínas quinasas ocupan un lugar
central en la transducción de señal: sirven de puente entre un segundo mensajero, y las
respuestas celulares al estímulo (activación o desactivación de factores de transcripción, por
ejemplo). Del mismo modo las “proteínas fosfatasas” son reconocidas como componentes
esenciales en los sistemas de transducción de señales; a través de su acción de
desfosforilación ocupan un lugar de igual importancia que el de las fosforilaciones en
procesos de activación-inactivación covalente de proteínas.
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CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Las proteínas señales más destacadas son algunas MAP Quinasas: ERK1/2, p38 y JNK. Las
MAP quinasas son “proteínas quinasa activadas por mitógenos”.
Un mitógeno es un inductor de proliferación y diferenciación celular, como por ejemplo la
insulina, o factores de crecimiento como IGF-1, y otras proteínas señal como AMP quinasa,
Akt, GSK3 y p70S6K. Estas MAP quinasas, son activadas por una gran variedad de señales
(insulina, factores de crecimiento, factores de stress ambiental) y transmiten estas señales
fosforilando numerosos substratos, obteniéndose como resultante varios efectos biológicos.
Algunos de ellos son inducción de proliferación, diferenciación celular, hipertrofia,
inflamación, apoptosis, metabolismo de carbohidratos y transcripción de genes. La
activación de estas proteínas, es mediada por receptores del tipo tirosina quinasa, como el
receptor de insulina.
CLASIFICACIÓN DE LOS RECEPTORES DE MEMBRANA
Los receptores de superficie celular pueden ser clasificados en:
123456-
Canales Iónicos Dependientes de Ligando.
Receptor Tirosina-Quinasa.
Receptor Serina-Treonina-Quinasa.
Receptor Guanilato Ciclasa.
Receptor Acoplado a Proteína G (GPCR; G Protein Coupled Receptor)
Receptores de Citoquinas.
Los receptores de la clases 1 a 4 son moléculas bifuncionales que unen hormona y sirven a
su vez como efectores al actuar como canales iónicos o enzimas. En cambio, los receptores 5
y 6 ligan hormona pero deben reclutar otra molécula para catalizar su función.
RECEPTOR DE TIROSINA QUINASA
Estructuralmente están constituidos por una cadena polipeptídica cuyo extremo N-terminal
posee el sitio de unión del ligando; sigue una hélice α transmembrana y la porción citosólica
correspondiente al extremo C-terminal donde se encuentra el sitio activo de función
catalítica de Tirosin-Quinasa (TQ). El receptor de insulina, que pertenece a esta
clasificación, es algo más complejo; está formado por dos heterodímeros α y β unidos entre
sí por puentes disulfuro.
La fijación del ligando al dominio extracelular de estos receptores, produce un cambio
conformacional que induce dimerización (excepto en el de insulina, formado por dos
heterodímeros) y activación de la TQ del dominio citosólico. Se produce fosforilación cruzada
de una cadena a otra en varios restos de tirosina de este dominio; se habla de
autofosforilación del receptor. Como resultado de estas fosforilaciones, aumenta la actividad
de la quinasa y se crean sitios a los cuales pueden unirse otras proteínas señales que
actúan como eslabones en la cadena de transmisión de la señal corriente abajo, como lo son
las que constituyen los sistema Ras y MAP Quinasa (ver más adelante).
Existen por lo menos dos mecanismos donde la fosforilación de tirosina regula la función
proteica.
a) Induciendo un cambio conformacional en la proteína.
b) Regulando las interacciones proteína-proteína (mecanismo indirecto).
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CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Algunos de los sustratos proteicos fosforilados por este receptor son:
a) IRS (sustrato del receptor de insulina,
insulina Insulin Receptor Substrate)) 1,2,3 y 4.
b) Dominios SH2 (consisten en una secuencia
secuencia de aproximadamente 100 aminoácidos
que ligan residuos de tirosina. Los dominios SH2 varían con respecto a su ligando
específico, por ejemplo: PI3K (fosfatidil-inositol
(fosfatidil inositol 3 quinasa) y Grb-2
Grb
(Growth factors
binding 2, ligando 2 de factores de crecimiento).
crecimiento)
c) Dominios SH3 (que consisten en una secuencia de aproximadamente 50
aminoácidos que ligan secuencias ricas en prolina).
Por lo tanto, a modo de ejemplo, las IRS sirven como “proteínas de anclaje”, muelle o
docking que en general ligan dominios SH2, y entre
entre estos, a PI3K y Grb-2.
Grb
Esta unión
desencadena múltiples vías de señalización corriente abajo, de las cuales algunas de las
más importantes son la cascada Ras,
Ras JAK-STAT, MEK y MAP-quinasa,, encadenadas entre sí,
partiendo corrientes abajo a partir de Ras. Estas cascadas contribuyen a la habilidad de las
tirosina-quinasas
quinasas para promover el crecimiento celular y regular la expresión de varios
genes.
Los ligandos que utilizan este tipo de receptor son los siguientes: Factor de crecimiento
epidérmico (EGF), Factor
tor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), Factor de
crecimiento
recimiento derivado de gliomas (GDGF), Factor de crecimiento similar a insulina I y II (IGF I
e IGF II) y la Insulina.
Para la activación de la función TQ de estos receptores es importante el papel
pap que juega la
dimerización.. Hay tres mecanismos:
1) Por ligando dimérico: cada
subunidad del ligando se une
a un R, por un lado y por otro
lado a otra subunidad del
mismo ligando.
o. En total se
ligan
dos
R.
(Fig
(Fig.
8;
izquierda).
Figura 8. Receptores Tirosina Quinasa.
Activación por Dimerización.
2) Dos sitios de unión al R
dentro de un mismo ligando:
ligando: El ligando posee en su estructura dos sitios de unión al
R, cada uno de los cuales se une a un R. Ej Tyr-quinasa y GH. (Fig.
(Fig 8; derecha).
3) Dímero de R preexistente: El R
en
este
caso
ya
está
dimerizado, aún en ausencia
de ligando, pero dispuesto y
orientado de tal forma que no
puede activarse antes de
unión con el ligando, ej R de
insulina. (Fig. 9).
Figura 9. Receptor
de Insulina
RECEPTOR SERINA QUINASA
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PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA
Figura 10. Receptores Serina-Treonina Quinasa.
Mecanismo de Acción.
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Estructuralmente estos
receptores poseen un
dominio
N
N-terminal
extracelular, donde se
une el ligando; un simple
dominio transmembrana
y un dominio C-terminal
C
intracelular que es la que
posee actividad quinasa.
Estos
receptores
fosforilan residuos de
d
serina y treonina en sus
proteínas sustrato. Hay 2
tipos de receptores serina
quinasa: tipo I y tipo II.
El receptor de serina
quinasa
media
las
acciones biológicas de la familia de ligandos del TGF (transforming growth factor)-β
factor) y de la
familia de citoquinas MIS/BMP (Müllerian Inhibitory Substance /Bone Morphogenic
Protein).
Estos receptores contienen actividad serina-treonina
serina treonina quinasa en su dominio citoplasmático
y forman heterodímeros
os para ser activados. El receptor tipo II tiene una actividad serina
treonina quinasa constitutiva, no modulada por la unión a su ligando. Sin embargo, la
unión del ligando al receptor tipo II es reconocida por el receptor tipo I, uniéndose a aquél
para formar un complejo. A continuación el receptor tipo I es fosforilado por el II. Esta
fosforilación activa la proteína-quinasa
proteína
del receptor I, lo que conduce a la fosforilación de los
factores de transcripción Smad. Estas proteínas fosforiladas se unen a otro
ot miembro de la
familia Smad y como resultado, se produce su translocación al núcleo para finalmente
regular la expresión génica. (Fig.
(Fig 10).
RECEPTOR GUANILATO CICLASA
Estos receptores están constituidos por una cadena
polipeptídica con un dominio extracelular al cual se une el
ligando, una hélice α transmembrana y un dominio
citosólico con actividad enzimática. Así, una sola cadena
polipeptídica proporciona el sitio de unión de hormona, el
dominio transmembrana y la actividad guanilato ciclasa.
ciclasa
(Fig. 11). Esta enzima cataliza la formación de GMPc a
partir de GTP. La fijación del ligando estimula la ciclasa y
genera en el citosol GMPc que actúa como segundo
mensajero. A esta
sta clase de receptores pertenecen los de
péptidos natriuréticos atriales.
Existe un tipo de guanilato ciclasa solubles (que no son
receptores de membrana) citosólicas que son activadas por
pequeñas moléculas que atraviesan
raviesan las membranas como
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Figura 11.
Receptor
Guanilato
Ciclasa
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el óxido nítrico (NO) y el monóxido de carbono (CO).
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNA G (GPCR)
Es una numerosa familia de receptores de superficie, que presentan siete hélice α
transmembranas. El extremo N-terminal, extracelular, posee varias cadenas de
oligosacáridos; la hormona se une a un nicho formado por los extremos externos de varias
de las hélices α transmembrana; el extremo C-terminal se encuentra en el lado citosólico e
interaccionan, cuando el receptor es activado por la hormona, con proteínas G ubicadas en
la cara interna de la membrana plasmática.
Las Proteínas G, así llamadas por su propiedad de unirse a nucleótidos de guanina (GDP o
GTP), juegan un papel esencial en sistemas de transducción de señales. Sirven de nexo
entre los receptores y proteínas efectoras dentro de la célula.
Las proteínas G constan de tres tipos de subunidades: α, β y γ. Este heterotrímero está
anclado a la cara interna de la membrana plasmática, a través de uniones covalentes con
los fosfolípidos. La subunidad α es el componente de fijación del nucleótido de guanina, las
subunidades βγ forman un conjunto estrechamente asociado que funciona como una
unidad (dímero βγ).
Figura 12. Activación de GPCR
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La subunidad α fija con alta afinidad nucleótidos de guanina (GDP o GTP). Mientras está
unido a GDP se mantiene firmemente asociada al dímero βγ para integrar el heterotrímero
que es inactivo. La unión de la hormona al receptor de membrana produce en éste un
cambio conformacional que determina su interacción con la proteína G inactiva, se produce
entonces la liberación del GDP e ingreso del GTP a la subunidad α. El complejo α-GTP se
disocia del dímero βγ y adquiere actividad moduladora sobre la proteína efectora (ej:
adenilato ciclasa, fosfolipasas) que le sigue en el sistema de señales, en donde en general se
forman segundos mensajeros.
Además, la subunidad α tiene actividad GTPasa; es decir que es capaz de hidrolizar el GTP
fijado para dar GDP + Pi libre. Este complejo subunidad α-GDP vuelve a fijarse al dímero βγ
y reconstituye el heterotrímero inactivo. (Fig. 12).
En realidad existen varias formas de la subunidad α, dos de ellas designadas αs
(estimuladora, stimulating) y αi (inhibidora), ambas actúan con la adenilato ciclasa, y una
tercera, denominada αq, involucrada en la acción de la Fosfolipasa C, que mencionaremos
más adelante.
Mecanismo de Activación de los GPCR
Paso 1: La hormona se une al receptor en la membrana.
Paso 2: se produce un cambio conformacional en el receptor que deja expuesto un sitio para
la fijación del dímero βγ.
Paso 3: la subunidad α intercambia el GDP unido por
GTP
Paso 4: la disociación de GDP provoca la separación
de la subunidad α del dímero βγ.
Paso 5: en la superficie del complejo subunidad αGTP se origina un sitio de unión para la interacción
con la Proteína Efectora que sigue en el sistema de
transmisión de señal.
Paso 6: el GTP se hidroliza a GDP por la actividad
GTPasa de la subunidad α, devolviéndola a su
conformación original y permitiendo de nuevo su
interacción con el dímero βγ retornando el sistema al
estado no estimulado en espera de otro ciclo de
actividad.
En el caso en que una proteína G inhibidora se
acople al receptor, los fenómenos son similares, pero
la inhibición de la actividad de la proteína efectora
puede producirse aquí por interacción directa de la
subunidad α inhibidora con la misma, o alternativamente la subunidad α inhibidora puede
interaccionar directamente con la subunidad α
estimuladora del otro lado y evitar así indirectamente
la estimulación de la actividad de la proteína efectora.
Página 18
Las arrestinas son una familia de
proteínas que son importantes
para regular la transducción de
señal dentro de la célula. Son parte
de un mecanismo de 2 pasos para
regular la actividad de GPCR. En
respuesta a un estimulo, el GPCR
activa a una proteína G, para
desactivar
esta
respuesta
o
adaptarse a un estimulo constante,
los receptores activados necesitan
ser bloqueados. El primer paso
consiste en una fosforilación por
una clase de serina-treonina
quinasa llamada GRK (G protein
Receptor Kinase). Esta fosforilación
marca específicamente al receptor
activado para que pueda ligar a la
arrestina. Una vez que la arrestina
ha sido ligada el receptor es
incapaz
de
continuar
transduciendo la señal.
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Diversos experimentos
imentos han permitido identificar al menos 15 genes distintos que codifican
las subunidades α en mamíferos. También parece existir diversidad entre las formas β y γ de
mamíferos. Se han descripto al menos 4 ADNc de subunidades β y probablemente un
número igual en las γ.
RECEPTORES
TORES DE CITOQUINAS (receptores asociados a TQ extrínseca)
Son semejantes en estructura a los receptores TQ descriptos, sin embargo estos se
componen generalmente de 2 o más
má subunidades, con un máximo de 6. Aunque no
presentan en su dominio
inio citosólico la función catalítica, sino que tienen la capacidad para
asociarse a proteínas TQ citoplasmáticas.
Hay más de 25 ligandos conocidos incluyendo: hormona de crecimiento, prolactina, leptina,
eritropoyetina, la mayoría de las interleuquinas e interferones α, β y γ.
Cuando el ligando se fija al dominio extracelular, se produce dimerización y la porción
citosólica interacciona con TQ citoplasmáticas,, que pertenecen a una familia denominada
Familia Janus de Tirosinas Quinasas (JAKs;
(JAKs Just Another Kinase). Existen
xisten 4 miembros
miemb
conocidos: JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2. En la mayoría de los casos las JAKs se asocian al
receptor incrementando su actividad, su afinidad por el ligando o ambas. Un vez activadas
las JAKs estas se
fosforilan
a
si
mismas
y
al
receptor
en
múltiples tirosinas
tirosina
constituyendo
el
complejo Receptor
de Citoquina-JAK,
Citoquina
esto genera sitios de
unión para diversas
proteínas
señales
que
contienen
dominios de unión a
fosfotirosinas como
por
ejemplo
los
Figura 13. Receptor de citoquinas.
SH2. Las proteínas
señales reclutadas
al complejo receptor de citoquinas-JAK
citoquina JAK son generalmente las mismas que para la vía de la
tirosina quinasa antes descripta (IRS, Grb2; que llevan a la activación de la cascada RasRas
MAP quinasa, fosfolipasa C e IP3-K).
IP3
Sin embargo existe una familia de proteínas señales importantes para la función
f
de
citoquinas, denominadas STATs (Signal
(Signal Transducers and Activators of Trascription),
Trascription estas
STATs son factores de trascripción citoplasmáticos latentes que se unen a través de sus
dominios SH2 a una o más fosfotirosinas del Complejo Receptor Citoquina-JAK
Citoqui
activado.
Luego, las STATs se autofosforilan y se disocian de este complejo y se dimerizan con otras
STATs, traslocándose al núcleo y uniéndose a elementos del promotor dentro de los genes
de respuesta a citoquinas. (Fig.
(Fig 13).
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PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Las proteínas SOCSs (Suppressors Of Cytokine-Signaling)
Cytokine Signaling) juegan un rol importante en la
terminación de la señal de las citoquinas a través de un bucle de feed-back
feed back negativo. Son
generalmente sintetizadas en respuesta a las citoquinas, y se unen a través de su dominio
SH2 a las fosfotirosinas del complejos receptor citoquina-JAK
citoquina JAK inhibiendo la posterior
señalización.
SISTEMAS DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES
CORRIENTE ABAJO
Sistema Ras-quinasa y MAP-quinasa
quinasa
Esta vía de transducción de señales pone en acción una cascada de proteínas quinasas muy
importantes en la regulación de numerosas funciones celulares. Todos sus componentes
son proteínas, no se generan segundos mensajeros de molécula pequeña.
Figura 14. Sistema RAS Quinasa y
MAP Quinasa.
Las proteínas Ras forman una familia de unos 50 miembros. Son proteínas pequeñas que
unen nucleótidos de guanina, integrantes de sistema de transmisión de señales relacionado
con la modulación de la multiplicación y desarrollo celular. A esta familia pertenecen
también
én las proteínas ARF y Rab, vinculadas a la regulación del tránsito vesicular de
proteínas, las Ran, relacionadas con la importación de proteínas en el núcleo y las Rho,
involucradas en la organización del citoesqueleto.
En realidad, existen diversas vías activadas por Ras, una de ellas comienza con la activación
por Ras-GTP
GTP de la proteína Raf (MAPKKK), la que a su vez fosforila y estimula a MEK
(MAPKK), esta última a restos serina-treonina
ser
y también tirosina, activando a miembros de
la familia de quinasa reguladas por señales extracelulares, denominadas ERK (MAPK).Estas
quinasas fosforilan una variedad de proteínas blanco que incluyen otras proteínas quinasa y
factores de transcripción en el núcleo, modulando la actividad génica. (Fig.
(Fig 14).
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PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Sistema de la Proteína-Quina
asa A
Este sistema es gatillado a partir de la unión de un ligando a un GPCR, donde el complejo
subunidad α-GTP
GTP formado actúa sobre la proteína efectora llamada Adenilato Ciclasa,
Ciclasa
activándola. Esta ultima es una enzima, proteína integral de membrana;
membrana; el segmento
citosólico de esta enzima posee el sitio catalítico. La adenilato ciclasa activada cataliza la
formación de AMPc a partir del ATP y eleva la concentración de ese segundo mensajero en la
célula.
La formación de AMPc en la célula normalmente
normalment activa la Proteína-Quinasa
Quinasa A,
A lo que se
denomina ruta de la proteína-quinasa
proteína
A.. El mecanismo de activación es el siguiente: la
proteína-quinasa A en ausencia de AMPc se encuentra inactiva, formando un tetrámero
constituido por 2 subunidades catalíticas (C) y 2 subunidades reguladoras (R). Cuando
aumenta el nivel de AMPc en la célula, dos moléculas de nucleótido se fijan a sitios de unión
específicos
cos en cada una de las subunidades reguladoras, se produce un cambio
conformacional que las obliga a desprenderse de las catalíticas. Las subunidades catalíticas
de proteína-quinasa
quinasa A liberadas son capaces de transferir fosfatos desde el ATP para
fosforilar proteínas
nas y producir un efecto celular. La fosforilación de enzimas (modificación
covalente) promovida por la proteína-quinasa A produce, estimulación o inhibición y
constituye un importante mecanismo regulador del funcionamiento de vías metabólicas.
También
mbién intervienen como modulador de la actividad de sistemas de transporte de
membrana. A nivel nuclear puede influir sobre la transcripción; en efecto, existen
secuencias específicas en el ADN, llamadas CRE (cAMP
(cAMP response elements).
elements La proteínaquinasa A también fosforila a una
u
proteína llamada CREB (cAMP
cAMP Response Element Binding
Protein)) que entonces se une a las mencionadas secuencias CRE y activa la transcripción de
genes. Fig. 15.
Figura 15. Sistema Proteína-Quinasa
Proteína
A.
Regulación de Transcripción Génica.
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PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Sistema de la Proteína-Quinasa C
Este sistema es también gatillado a partir de la unión de un ligando a un GPCR, donde el
complejo subunidad αq-GTP formado actúa sobre la proteína efectora llamada Fosfolipasa
C, activándola. Esta última es una enzima, proteína integral de membrana; el segmento
citosólico de esta enzima posee el sitio catalítico. En realidad, se distinguen 2 tipos
principales de Fosfolipasa C. Una forma β y una forma γ. La forma γ se asocia a receptores
de TQ, y no será tratada aquí.
La forma β cataliza la hidrólisis de fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2) para formar dos
segundos mensajeros, diacilglicerol (DAG) e inositol-1,4,5-trisfosfato (IP3).
El IP3 difunde hacia el citoplasma y se une a un receptor de IP3 en la membrana de un
depósito de Ca2+, que puede estar separado del retículo endoplasmático, o bien formar parte
del mismo. Esta unión da como resultado la liberación de Ca2+, que contribuye a un gran
incremento del Ca2+ citoplasmático. Los niveles de Ca2+ citosólicos pueden modificarse tanto
por ingreso del Ca2+ extracelular como por la liberación desde su deposito.
Por otro lado, el IP3 se metaboliza por eliminación progresiva de grupos fosfato hasta formar
inositol que se combina con ácido fosfatídico (PA) para formar fosfatidilinositol (PI) en la
membrana celular. Este último es fosforilado doblemente por una quinasa para formar PIP2,
que bajo estímulo hormonal ya puede entrar en otra ronda de hidrólisis y formación de
segundos mensajeros (DAG e IP3). Si el receptor todavía está ocupado por una hormona,
pueden producirse varias rondas del ciclo antes de que se disocie el complejo hormonareceptor. Por último, es importante destacar que no todo el IP3 es desfosforilado durante la
estimulación hormonal. Parte del IP3 es fosforilado mediante la IP3 quinasa para dar lugar a
inositol 1,3,4,5-tetrafosfato (IP4), que puede mediar en algunas de las respuestas
hormonales más lentas o prolongadas (a través de la activación de cascadas de
quinasas/fosfatasas) con la modificación final de la expresión génica.
El DAG activa una importante proteína-quinasa de serina/treonina denominada ProteínaQuinasa C por su dependencia de Ca2+. El aumento inicial del Ca2+ citoplasmático
inducido por IP3 parece alterar de algún modo la proteína-quinasa C, de modo que ésta es
translocada desde el citoplasma hacia la cara citoplasmática de la membrana plasmática.
Una vez translocada, es activada por una combinación de Ca2+, DAG y el fosfolípido
negativo de la membrana, fosfatidilserina. Tras su activación, la proteína-quinasa C fosforila
proteínas específicas en el citosol o, en ocasiones, en la membrana plasmática. (Fig. 16).
Estas proteínas fosforiladas llevan a cabo funciones específicas que no pueden realizar en el
estado desfosforilado. Por ejemplo, una proteína fosforilada podría migrar hasta el núcleo e
incrementar la mitosis y el crecimiento. Además, el sitema IP3-DAG puede modificar la
actividad de una familia de enzimas llamadas genéricamente fosfodiesterasas, de las cuales
es más abundante la fosfodiesterasa 1, cuya activación permite la destrucción de moléculas
de AMPc. De este modo, hormonas cuyo segundo mensajero es el IP3 pueden reducir los
niveles de AMPc en forma indirecta.El descubrimiento del regulador de la actividad de la
fosfodiesterasa dependiente de Ca2+ proporcionó la base para comprender la manera en que
el Ca2+ y el AMPc interactúan dentro de la célula. El término con el que se conoce ahora a
la proteína reguladora dependiente del Ca2+ es calmodulina, una proteína de 17 KDa.
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PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
La calmodulina tiene cuatro sitios para fijación del Ca2+
Ca
y la ocupación total de estos sitios
conduce
duce a un cambio notable de la conformación, de modo que la mayor parte de la
molécula asume una estructura de hélice α.. Se presume que este cambio de conformación
confiere a la calmodulina la propiedad para activar o inactivar enzimas (por ejemplo,
adenilato ciclasa, fosfolipasa A2,
A
glicerol-3
3 fosfato deshidrogenasa, piruvato carboxilasa,
piruvato dashidrogenasa, proteína-quinasa
proteína
dependiente Ca2+/fosfolípido
/fosfolípido entre otras). La
interacción de Ca2+ con la calmodulina (con el cambio resultante de actividad de la última)
es conceptualmente análoga a la fijación
f
del AMPc a la proteína-quinasa
quinasa A y la activación
subsiguiente de esta molécula. Con frecuencia, la calmodulina es una de las subunidades
reguladoras de proteínas oligómeras, entre ellas varias quinasas y enzimas, participando en
el metabolismo de combustibles como en la generación y degradación de nucleótidos cíclicos
y el transporte de iones. Además de estos efectos, el complejo Ca2+/calmodulina
Ca /calmodulina regula la
actividad de numerosos elementos estructurales en
en las células. Entre otros el complejo
actina-miosina
miosina del músculo liso, que está bajo control β adrenérgico, y varios procesos
Figura 16. Sistema Proteína-Quinasa
Quinasa C.
mediados por microfilamentos en las células no
contráctiles inclusive la movilidad de la propia
célula, los cambios conformacionales,
conformaciona
la mitosis,
la liberación de gránulos y la endocitosis.
Sistema de la Proteína-Quinasa
Quinasa G.
Este sistema es activado por el aumento de GMPc
citoplasmático. Este
ste segundo mensajero biológico
es sintetizado por la guanilato ciclasa a partir de
GTP. Una
na sola cadena polipeptídica proporciona
el sitio de unión de hormona, el dominio
transmembrana y la actividad guanilato ciclasa.
El GMPc producido activa una Proteína-Quinasa
G, que posteriormente fosforila proteínas
Figura 17. Sistema Proteína-Quinasa
Proteína
G.
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PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA
CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
celulares para que se expresen muchas de las acciones de esta ruta. Una de las formas de
inactivación de este sistema es a través de la hidrólisis del GMPc, mediante la enzima
fosfodiesterasa 5, transformándose el segundo mensajero en GMP-5´. (Fig. 17). Es necesario
conocer más datos acerca de la proteína-quinasa G.
Otras moléculas capaces de activar la ruta de la proteín-quinasa G es el oxido nítrico,
producido por ejemplo, por las células endoteliales; o también las moléculas de monóxido de
carbono. El GMPc también es el mediador de la respuesta a la luz en los procesos de la
visión. Aunque en estos casos no se trata de señales del sistema endocrino.
COMUNICACIÓN CRUZADA (CROSS-TALK)
Este concepto, de mucha importancia, se refiere a la forma en que diferentes hormonas
activan varias vías de transducción de la señal. Involucran tanto a receptores nucleares
como de membrana, interrelacionando dichas vías entre sí. De esta forma, se logra la
coordinación de las vías de transducción corriente abajo, a través de conexiones entre los
distintos sistemas, asegurando así su intercomunicación e integración. A modo de ejemplo,
las quinasas pueden también fosforilar receptores nucleares, llevando a cambios
conformacionales que regulan su función. La fosforilación, mediada por las cascadas de
receptores de membrana, puede asimismo llevar a cambios en la capacidad de unión al ADN
de los receptores nucleares, o de unión al ligando, o de unión a los coactivadores.
BIBLIOGRAFÍA
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