Mecanismos de Señalización Celular

Tipos de Proteínas G

• αs: Estimulan la adenilato ciclasa.
• αi: Inhiben la adenilato ciclasa.
• αq: Estimula la fosfolipasa C.

Adenilato Ciclasa

Es una proteína transmembrana formada por 12 hélices transmembrana con dos dominios catalíticamente activos en la zona citoplasmática. Se activa cuando la subunidad Gαs está en su forma activa, es decir, unida a GTP. En este caso, al cambiar de conformación, establece interacciones con la adenilato ciclasa induciendo su forma activa. Su función es catalizar la formación de ATP en AMPc. Este es el segundo mensajero de esta cascada. La activación de una sola molécula de adenilato ciclasa conduce a la formación de bastantes AMPc porque pueden realizar varios ciclos de catálisis antes de que Gαs pase a su forma inactiva unida a GDP. Esta proteína por tanto participa en la amplificación de la señal. El AMPc formado por acción de la adenilato ciclasa activa la proteína quinasa A (PKA).

Proteína Quinasa A (PKA)

Tiene dos formas: la inactiva y la activa. En su forma inactiva es un tetrámero formado por dos subunidades reguladoras R y dos catalíticas C de tal manera que hay una secuencia de aminoácidos que se denomina secuencia pseudosustrato que tiene similitud con el sustrato que bloquea el sitio activo de la enzima haciendo que sea inactiva. Las 4 subunidades están juntas. Una vez producido el AMPc, este se une a los dos centros de unión a las subunidades reguladoras, lo que induce un cambio conformacional en las unidades R que desplazan a la secuencia pseudosustrato para que las subunidades catalíticas puedan realizar su función, que es fosforilar las proteínas diana en residuos de Ser y Pro. En ausencia de cAMP el complejo R2C2 es catalíticamente inactivo. La unión de cAMP libera las cadenas C, con actividad catalítica.

Dianas de la PKA

• Enzimas como las del metabolismo del glucógeno.
• Conductos iónicos influyendo en la transmisión sináptica mediada por serotonina.
• Modula la expresión de los genes: la unión de la adrenalina al receptor 7TM conduce a la activación de la PKA, que se desplaza al núcleo celular. La PKA puede fosforilar a la proteína de unión al elemento respuesta al cAMP (CREB), un factor de transcripción. CREB fosforilada se une a una proteína coactivadora denominada proteína de unión a CREB (CBP). Se ensamblan complejos que intervienen en la remodelación de la cromatina y la iniciación de la transcripción.

Ruta de Señalización de Fosfoinosítidos

Al unirse una determinada hormona (vasopresina) al receptor 7TM específico, éste interacciona con una proteína G, que traduce la señal a través de la adenilato ciclasa. Es una proteína G de tipo q, Gq. La diferencia con el sistema adenilato ciclasa radica en la subunidad Gα, lo que da como resultado la estimulación de la fosfolipasa C. Esta enzima cataliza la hidrólisis de fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2) para formar dos segundos mensajeros, diacilglicerol (DAG) e inositol-1,4,5-trifosfato (IP3). Al unirse el IP3 al receptor se va a permitir la liberación de calcio al citoplasma, el cual por una parte interacciona con la proteína quinasa C (con la cual también interacciona el DAG) y conjuntamente activarla para que fosforile proteínas diana. Además este calcio (tercer segundo mensajero) se va a unir a la calmodulina para activar a las proteínas quinasas.

Fosfolipasa C

La proteína tiene:

• Un dominio que interactúa con las proteínas G.
• Un dominio catalítico.
• Un dominio C2 que interacciona con fosfolípidos de membrana para anclarla a la bicapa lipídica.
• Un dominio PH que interacciona con las cabezas polares de los lípidos.
• Otros dominios (4 dominios EF), con una hélice pequeña, una grande y en medio una zona a la que se une calcio.

Esta fosfolipasa C está anclada por tanto a la membrana, interacciona con el sustrato a través del dominio pH y tiene un dominio catalítico que elaborará la hidrólisis. El IP3 interacciona con sus sitios de unión del receptor que forma parte de la membrana del RE. La unión permite la salida del calcio del RE al citoplasma, elevando los niveles de calcio intracitoplasmáticos.

Proteína Quinasa C (PKC)

Esta proteína tiene una forma inactiva que es soluble, está en el citoplasma y otra activa que está anclada a la membrana. Hay varios tipos con dominios similares. La proteína tiene cinco dominios:

• Un dominio quinasa que es el dominio catalítico, la porción C-terminal.
• Dominio C2 que interacciona con los fosfolípidos de la membrana.
• Dominios C1A y C1B, cada uno con dos iones zinc enlazados y que se unen, interaccionan, con DAG.
• Dominios pseudo-sustrato, que pueden interaccionar con el centro activo y lo inactivan e impide la unión al sustrato. N-terminal.

Cuando la proteína está en el citoplasma el último dominio está bloqueando el dominio catalítico. Pero cuando se desencadena todo el proceso de señalización (cuando hay DAG y calcio después de la hidrólisis de la membrana de PIP2 por la fosfolipasa C) va a pasar lo siguiente:

1. El dominio C1B de la PKC interacciona con DAG.
2. El dominio C2 unido a calcio interacciona con fosfolípidos de membrana, fundamentalmente fosfatidilserina. Esto provoca el anclaje de la proteína quinasa C a la membrana.
3. Además, cuando interacciona el DAG con el dominio C1A se desplaza el dominio pseudosustrato y se deja por tanto libre el centro activo. La secuencia pseudosustrato interacciona entonces con la membrana.

Todo esto permite la activación de la PKC, la cual va a llevar a cabo la fosforilación de residuos específicos de Ser y Thr en las proteínas diana (transportador de glucosa, citocromo P450 y tirosina hidroxilasa). Su activación por tanto depende del calcio y de la interacción con el segundo mensajero que es el DAG.

IP3

Tiene una vida media relativamente corta. Este monosacárido fosforilado se puede degradar a través de dos vías:

1. A través de fosfatasas: fosfatasas específicas para cada posición, se degrada hasta inositol.
2. Parte de una fosforilación inicial para que se forme IP3 tetrafosforilado y a partir de allí la actuación de fosfatasas que producen su inactivación.

Finalmente dará inositol. El Inositol se reincorpora al fosfatidilinositol.

DAG

También tiene una vida media corta (porque existen sistemas que lo van degradando). Puede fosforilarse para dar ácido fosfatídico, dejando de ser funcional. También puede hidrolizarse para formar glicerol y ácidos grasos libres y por tanto dejando también de ejercer funciones en la membrana. Normalmente uno de los ácidos grasos es ácido araquidónico, el cual puede utilizarse para la síntesis de prostaglandinas.

Calcio

Compuesto que tiene dos vertientes: una gran capacidad de interacción con muchos residuos. Por sí mismo el calcio que interacciona con las proteínas citoplasmáticas induce en ellas cambios conformacionales, esto conlleva la activación o inactivación de esas proteínas. El calcio tiene otra función y es activar la calmodulina, (única cadena polipeptídica) la cual una vez activada puede activar a las quinasas. Es una proteína pequeña con dos dominios: cada uno de ellos tiene dos centros manos EF que se unen al calcio. Este calcio se une a la región y modifica la estructura de la calmodulina. En cada uno de los dos dominios hay 2 iones calcio. Cuando el calcio eleva su concentración en el citoplasma se une a la calmodulina e induce un cambio conformacional: se exponen zonas hidrófobas en la molécula y puede interaccionar con varias proteínas: Proteínas quinasas dependientes de calmodulina, CamKII, bombas ATPasa de calcio.