COMUNICACIÓN INTERCELULAR Y TRANSMISIÓN DE SEÑALES

La mayoría de las actividades celulares, solo se desarrollan, si las células involucradas son alcanzadas por estímulos provenientes de otras. Para coordinar todas estas diversas funciones deben existir mecanismos de comunicación intercelular.

Cuando una célula recibe un estímulo puede responder con alguno de los siguientes cambios, dependiendo de las características del estímulo y el tipo de célula receptora del mismo: por ejemplo, se puede diferenciar, reproducir, incorporar o degradar nutrientes, sintetizar, secretar o almacenar distintas sustancias, contraerse, propagar señales o morir.

Inducción

En la mayoría de los organismos superiores existen dos métodos fundamentales de comunicación intercelular: un sistema fundado en las neuronas o células nerviosas y otro basado en las hormonas. En ambos sistemas las células se comunican entre si a través de mensajeros químicos.

Las neuronas envían mensajes a sus células efectoras (células blanco), que pueden ser células musculares, células glandulares u otras neuronas. Para enviar su mensaje, la neurona libera una sustancia química, un neurotransmisor. El neurotransmisor es liberado en sitios específicos llamados sinapsis. Las moléculas de neurotransmisor se unen a receptores, situados en la superficie de la célula blanco, y provocan de esta forma cambios físicos y químicos en la membrana celular y en el interior celular.

Por lo tanto diremos que en general, la acción de estimular a las células desde el exterior se llama inducción y se realiza a través de sustancias producidas por células inductoras. La célula que es sensible al inductor se denomina célula inducida, blanco o diana y presenta para el mismo receptores específicos , que pueden ubicarse en la membrana plasmática, el citoplasma o en el núcleo. Estos receptores son proteínas o complejos proteicos.

Efecto de un mismo inductor sobre diferentes células blanco. Un inductor puede tener varios receptores, causando distintas respuestas celulares

La acción de las hormonas, puede darse básicamente de acuerdo a uno de estos cinco tipos de inducción:

1.        Endocrina: una glándula libera hormonas (inductor) que pueden actuar sobre células u órganos situados en cualquier lugar del cuerpo (células blanco). Por lo tanto podemos decir que células inductoras e inducidas se encuentran distantes.

2.       Paracrina: Una célula o un grupo de ellas liberan una hormona que actúa sobre las células adyacente que presenten el receptor adecuado. De esta forma la célula inductora e inducida se encuentran próximas. Ej. Prostaglandinas

3.       Autocrina: Una célula libera una hormona que actúa sobre la misma célula. Ej. prostaglandinas

4.       Neuroendocrina: Una neurona libera su neurosecreción al torrente sanguíneo. Ej. Oxitocina, ADH, hormonas liberadoras e inhibidoras hipotalámicas

5.       Por contacto directo: La hormona o molécula inductora es retenida en la membrana plasmática de la célula inductora, por lo tanto no se secreta. Las células deben ponerse en contacto, para que la sustancia inductora tome contacto con el receptor localizado en la membrana plasmática de la célula inducida.

6.       Yuxtacrina ( a través de uniones comunicantes, nexus o gap: Las células conectadas a través del establecimiento de este tipo de uniones firmes, puede responder de forma coordinada ante un inductor que se une a alguna de las células que están comunicadas. A través de estas uniones pasan pequeñas moléculas como los segundos mensajeros.

Algunas formas de inducción por moléculas secretadas

Las moléculas pueden actuar como hormonas y están pueden clasificarse de acuerdo a su estructura química en cuatro categorías:

1. Esteroides: Las hormonas esteroides son derivados del colesterol. Ejemplos de las hormonas esteroides son los glucocorticoides, los mineralocorticoides, los esteroides sexuales, la vitamina D y el ácido retinoico.

2. Derivados de aminoácidos: hormonas derivadas del aminoácido tirosina. Conocidas como aminohormonas. Existen dos tipos de aminohormonas las que interactúan con receptores de membrana  y las que se unen a receptores citosólicos.

3. Péptidos o proteínas: Son cadenas de aminoácidos. Ejemplos de hormonas peptídicas son la oxitocina y la hormona antidiurética

4. Derivados de ácidos grasos: Las prostaglandinas y las hormonas juveniles de los insectos son hormonas derivadas de ácidos grasos.

Los receptores de membrana detectan la llegada de una hormona y activan una ruta de transmisión de señales intracelular, que en ultima instancia regula los procesos celulares.

 En la membrana plasmática se alojan mecanismos que transducen las señales externas, en otras internas, responsables últimos de la regulación de las funciones celulares. En general vamos a denominar a las señales externas (hormonas), como primeros mensajeros, y a las señales internas como segundos mensajeros. El proceso de generar los segundos mensajeros, depende de una serie de proteínas de la membrana celular. Los segundos mensajeros son en general moléculas de pequeño tamaño, cuya rápida difusión permite que la señal se propague rápidamente por todo el interior celular.

BASE MOLECULAR DE LA COMUNICACIÓN INTRACELULAR

Inducciones celulares mediadas por receptores de membrana asociados a proteínas G

Podemos decir que las rutas de transmisión de información intracelular comparten una secuencia de procesos. Los mensajeros externos (primer mensajero), se unen a lasmoléculas receptoras que activan a las proteínas transductoras asociadas al receptor. Estas proteínas una vez activadas, transportan señales a través de la membrana a las enzimas amplificadoras, que generan las señales internas transportadas por los segundos mensajeros.

En este caso de inducción, el receptor de membrana, transmite la información a través de la membrana plasmática, hacia el interior de la célula, por medio de una proteína transductora, la proteína G. 

Existen dos tipos de Proteínas G, las proteínas G estimuladoras (Gs y Gq) y las proteínas G inhibitorias (Gi)

La Proteína Gs (s, stimulatory G protein) unida a GTP activa a la AC (adenilato ciclasa) aumentando la cantidad de AMPc en el interior celular.

La proteína Gi (i, inhibitory G protein) unida a GTP inactiva a la adenilato ciclasa, disminuyendo indirectamente la cantidad de AMPc intracelular.

La proteína Gq unida a GTP activa a la fosfolipasa C, aumentando la cantidad de DAG, IP₃ y Ca⁺⁺ intracelular.

Activación de la proteinaquinasa A dependiente de AMPc

El AMPc regula la actividad de la proteinquinasa A (PKA)

La activación de la AC (adenilato ciclasa) por una proteína Gs aumenta la concentración de AMPc en el citosol. Este AMPc puede unirse a un sitio regulador de una proteinquinasa especifica denominada proteinquinasa A (PKA). Toda proteinquinasa A consta de dos subunidades una catalítica y otra regulatoria. La unión del AMPc a la subunidad regulatoria, provoca la activación de la PKA y la liberación de las subunidades catalíticas activas. Esta proteinquinasa inicia una cascada de fosforilaciones que determinan las respuestas celulares especificas de cada tipo celular.

Inducciones en las que participan receptores de membrana con actividad enzimática

Los receptores de membrana con actividad enzimática, poseen en general tres dominios:

·         Un dominio extracelular (extracitoplasmático), que une al primer mensajero (ligando)

·         Un dominio transmembrana

·         Un dominio intracelular (citoplasmático), con actividad enzimática.

Esquema de un receptor tirosinquinasa (RTK) de la insulina

El receptor de insulina

Entre los RTK mas importantes encontramos al receptor de insulina. Recordemos que la insulina cumple múltiples funciones, es hipoglucemiante es decir que permite la entrada de glucosa a los tejidos insulinodependientes, disminuyendo de esta forma la cantidad de glucosa en sangre. Es un potente estimulante de la síntesis de lípidos en las células adiposas. También potencia la síntesis proteica y estimula el crecimiento y la división de todas las células del organismo.

Como vimos anteriormente el receptor de insulina se autofosforila en el aminoácido tirosina y fosforila también a otras proteínas que se asocian a él del lado citoplasmático. Estos sitios fosfotirosina sirven de enganche a proteínas que poseen dominios llamados SH2. La interacción de estas proteínas que poseen dominios SH2 y el receptor de insulina puede activar diferentes respuestas dependiendo de la proteína en particular. Si se trata de una molécula con actividad enzimática puede activarse, en cambio si se trata de una molécula adaptadora puede activar otras proteínas que se unen a ella.

La estructura del receptor de insulina es tetramérica. Dos subunidades alfa y dos subunidades beta. Las subunidades alfa unen la insulina y las subunidades beta, atraviesan la membrana y poseen la actividad tirosinquinasa.

Otros receptores con actividad tirosinquinasa

Entre otros RTKs podemos nombrar a los receptores del factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF). Estos receptores a diferencia del receptor de insulina son monoméricos, mientras no están unidos al inductor. Cuando se activan, por unión del ligando, interactúan entre si para formar dímeros. La dimerización activa la función tirosinquinasa y la siguiente autofosforilación del receptor.

Activación de la proteína Ras

Proteina Ras

La proteína Ras es una pequeña proteína G citosólica. Es monomérica a diferencia de la proteína G de membrana que es trimérica. Al igual que otra proteínas G, tiene actividad GTPasa y por lo tanto muestra ciclos activos (unidos al GTP) e inactivos (unidos al GDP).

Esta proteína cumple un rol fundamental en varias vías de señalización internas. Una de las más importantes vías en la que interviene Ras es la cascada de proteinquinasa activada por mitógeno (MAPK). En esta vía un mitógeno (insulina, algún factor de crecimiento), activa a su RTK que se autofosforila, esto crea sitios fosfotirosina que actúan de anclaje para proteínas que poseen dominios SH2. En este caso se une al receptor, un complejo adaptador cuya función es activar a la proteína Ras. La proteína Ras activada (Ras-GTP), estimula a su vez a una tirosinquinasa llamada Raf que inicia una cadena de fosforilaciones, que culmina con la activación de genes que están involucrados en la síntesis de ADN y en la activación de la división celular.

Referencias.

Silvia Márquez – Lionel Valenzuela Pérez – Sergio D. Ifrán – Maria Elena Pinto – Gladys Gálvez Comunicación intracelular y transmisión de señales Articulo  publicado en http://genomasur.com/lecturas/Guia07.htm